O nitrato nas águas subterrâneas é considerado um dos principais problemas de qualidade de água em todo o mundo. Dentre as mais recentes alternativas para a remoção de nitrato, destacam-se os sistemas bioeletroquímicos (BES). O BES emprega bioeletricidade gerada a partir de compostos orgânicos para conduzir o nitrato que se move da água subterrânea para o ânodo e reduz o nitrato para o gás nitrogênio por desnitrificação heterotrófica. O objetivo deste estudo foi avaliar um BES, em escala piloto, aplicado a remoção de nitrato de água subterrânea sintética, em diferentes modos de operação, open circuit (OC), the microbial fuel cells (MFC) mode (without externally applied potential), and the MEC mode (with an externally applied potential). Verificou-se que a aplicação de um potencial elétrico melhorou a remoção de nitrato e a maior eficiência de remoção de nitrato foi de 96,3% na condição MEC com aplicação de tensão de 0,5 Vcc. O anodo foi alimentado com uma solução de acetato de sódio e recirculado para o cátodo o que permitiu o fluxo de elétrons e prótons para o cátodo. Não foi observado a formação de nitrito e o BES desnitrificante em todos os modos de operação reduziu as concentrações médias de nitrato no afluente de 26,0 mgN-NO₃^- para valores inferiores a 8,0 mgN-NO₃^- com destaque para as concentrações no modo MEC sempre inferiores a 3,0 mgN-NO₃^-. Assim, este método melhorou a qualidade da água para atender aos padrões da Organização Mundial de Saúde.