生物在生理活动产生微弱的磁场,使得生物体也具有弱磁性的现象称为生物磁效应。近几年来,关于这种现象吸引越来越多学者的关注,已引入环境废水治理领域,一定强度的电磁场能够刺激细菌数量和活性的增加。短程硝化作为新型脱氮工艺,可作为厌氧氨氧化工艺的前处理,两者结合在生物脱氮具有广阔的应用前景。但由于短程硝化工艺启动缓慢、稳定性差、厌氧氨氧化菌时代周期较长、环境要求苛刻和产生硝酸盐不利于后续处理等缺点始终制约着这种新型工艺的发展和推广。本研究针对短程硝化和厌氧氨氧化工艺和存在的缺陷,利用生物磁效应,采用低频电磁场照射策略分别对短程硝化和厌氧氨氧化工艺进行强化,实现了提升脱氮性能和快速富集相应功能菌群及促进反应器稳定运行等优点,分析了电磁波照射过程中微生物群落结构变化和基因功能预测变化,以期揭示电磁波照射强化机理。主要研究结论如下所示:(1)在0.06 μT强度低频电磁波照射下,可以明显促进短程硝化工艺的启动,启动时间节省20%。当低频电磁波强度超过0.06 μT反而会抑制短程硝化活性。(2)面对进水高氨氮负荷的冲击,低频电磁波照射的反应器脱氮性能表现出更好的稳定性,亚硝酸盐积累率得到显著的提升,达到96%以上。在反应器运行至第60天,经过0.06μT强度电磁波照射的实验组R2的AOB比耗氧速率为0.728 mg(O2)/g(MLSS).min,比反应器 R1 高出 51.9%。(3)高通量测序结果表明,亚硝化单胞菌属的相对丰度从R1的2.0%增加到R2的5.5%。通过KEGG数据库预测功能基因,反应器R2中参与信号转导、细胞运动性和膜运输的功能基因表达较高。此外,基于COG数据库预测的功能基因丰度显示,与R1相比,反应器R2含有更高含量的氨单加氧酶。通过宏基因组测序显示,基于NR数据库,从非冗余蛋白质的氨基酸序列入手,通过Fisher’s精确检验,同时对置信区间进行双尾检验,对R1和R2两个样本间的物种的丰度差异进行比较,亚硝化单胞菌Nitrosomonas为优势菌群,且在反应器R2中丰度显著高于R1(P<0.01)。基于CAZy数据库,糖苷水解酶、碳水化合物酯酶、多糖裂合酶、碳水化合物结合模块在对应电磁波照射下的反应器R2中得到显著的提升。从基因水平上发现,在低频电磁波照射下可以激发次生代谢物的生物合成。④厌氧氨氧化批式试验结果显示,施加0.09 μT强度的低频电磁场,可以明显缩短成熟颗粒污泥厌氧氨氧化工艺的启动时间,并表现出最佳的脱氮性能,尤其是比厌氧氨氧化活性提升了 32.44%。0.20和0.25 μT电磁波抑制了厌氧氨氧化菌的活性。(5)采用0.09 μT强度的低频电磁场可以显著缩短厌氧氨氧化工艺的启动时间。脱氮性能得到极大提升,尤其是总氮去除率达到88.87%以上,与理论最佳值一致。待反应器运行第1 1天后,两个反应器的脱氮速率分别达到了 2370.73 mg-N/m3/d,和2733.21 mg-N/m3/d。脱氮性能提升了 15.3%。在整个实验过程,反应器R2的氨氮去除率和亚硝氮去除率始终高于对照组。(6)在第120天,通过高通量测序结果显示,施加0.09μT强度的低频电磁波可以增加主要厌氧氨氧化菌属的相对丰度。尤其是反应器R2中Candidatus Brocadia所占比例为21.3%,而在反应器R1中所占的比例分别为7.8%。