一种串联式浅层地下水中氧化性污染物的去除方法，通过构建异养生物修复区、联合修复区和植物生态净化修复区三个串联的修复区实现，首先利用改性的棉花杆粉碎体为异养生物膜载体及固体缓释碳源等进行反硝化处理，在还原硝酸盐的同时产生二氧化碳，为后续自养反硝化提供了无机碳源。填料球与纳米铁复合填料混床自身产生氢气，利用前面产生的碳源，用氢气作为电子供体，纤维膜作为生物膜载体，氢气被膜面的微生物利用，硝酸盐被还原氮气，同时氢气还原地下水中的高价重金属，从而达到净水的目的。该方法与现有技术相比具有氢自养反硝化无需额外提供氢气、二氧化碳，氢气利用率高，处理效果好，无二次污染等优点。