傳統生物脫氮技術(shù)處理高氨氮廢水時(shí)存在著(zhù)工藝復雜、耗能較大以及需要外加大量碳源等不足，部分亞硝化(partial nitrification，PN)-厭氧氨氧化(anammox)組合工藝為處理高氨氮廢水提供了新的選擇，該工藝利用氨氧化細菌(ammonium oxidizing bacteria，AOB)的亞硝化作用，將高氨氮污水中一半的氨氮氧化成為亞硝態(tài)氮，然后用氨氮和亞硝氮比例為1：1的混合污水為厭氧氨氧化反應器提供進(jìn)水，最終達到脫氮目的。氧化亞氮(N2O)是一種重要的溫室氣體，污水生物脫氮是溫室氣體氧化亞氮的重要人為源，其釋放的氧化亞氮量最高可達全球氧化亞氮釋放總量的25%。

在PN過(guò)程中，亞硝酸鹽的積累和低溶解氧環(huán)境使得溫室氣體氧化亞氮大量生成。對PN過(guò)程的氧化亞氮產(chǎn)生、釋放研究對指導高氨氮污水的生物處理過(guò)程具有重要意義。本研究以續批式生物反應器(Sequencing Batch Reactor，SBR)啟動(dòng)PN反應，基于生物磁效應原理假設外源磁場(chǎng)對于PN啟動(dòng)過(guò)程具有促進(jìn)作用，采用批次試驗方案探究了磁場(chǎng)對PN過(guò)程的促進(jìn)效應，運用高通量測序分析方法在微生物水平及基因水平上解釋了磁場(chǎng)對PN過(guò)程的促進(jìn)原理。

在成功啟動(dòng)PN過(guò)程后，對PN反應過(guò)程溫室氣體氧化亞氮釋放做了系統研究，系統檢測了氨氮、亞硝氮、硝態(tài)氮、溶解氧、pH及氧化亞氮等水質(zhì)指標的周期變化規律，探究了影響氧化亞氮產(chǎn)生的影響因素，對氧化亞氮的減量化提供理論依據。

本文主要研究成果如下：

(1)采用批次試驗的方法探究了磁場(chǎng)對PN的影響，明確了5 mT弱磁場(chǎng)強度對PN有顯著(zhù)的增強效果。無(wú)外加磁場(chǎng)強度下PN在第35天實(shí)現出水亞硝氮高于氨氮，而5 mT磁場(chǎng)強度下PN在第25天啟動(dòng)完成，比無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)縮短28.6%。但如果磁場(chǎng)強度過(guò)高，則會(huì )抑制PN反應的啟動(dòng)，在25 mT磁場(chǎng)強度下，氨氧化細菌活性減弱，出水亞硝氮與出水氨氮的比值在0.3到0.5之間，并且無(wú)法通過(guò)延長(cháng)水力停留時(shí)間增加這一比例，PN無(wú)法實(shí)現。

(2)對PN反應過(guò)程溫室氣體氧化亞氮釋放做了系統研究。所運行PN反應器可以在4小時(shí)以?xún)葘?shí)現出水亞硝氮高于出水氨氮，此時(shí)氧化亞氮積累釋放量為15.05 mg，轉化率為1.915%。若繼續延長(cháng)反應時(shí)間到6小時(shí)，氧化亞氮積累量會(huì )增加28.88%。磁場(chǎng)在促進(jìn)PN反應速率的同時(shí)增加了氧化亞氮的產(chǎn)生量，在4小時(shí)周期反應內，氧化亞氮在5 mT磁場(chǎng)強度下轉化率為2.80%，比無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)提高40%。和外加磁場(chǎng)相似，一定范圍內鹽度可以促進(jìn)PN反應，但是鹽度對于PN過(guò)程氧化亞氮產(chǎn)生的促進(jìn)作用比磁場(chǎng)更強，8 mg/L氯化鈉添加后氧化亞氮四小時(shí)積累量高達84.49 mg，比對照組相比提高四倍。35℃至25℃溫度條件下，隨溫度的下降PN速率隨之下降，相應的氧化亞氮釋放量也下降，25℃條件下PN過(guò)程氧化亞氮轉化率為1.31%，與35℃時(shí)相比下降31.41%。

(3)運用高通量測序方法對PN相關(guān)微生物機理進(jìn)行了探究。磁場(chǎng)對PN的促進(jìn)不是增加氨氧化細菌的比例而是對氨氧化細菌的活性的增強。氨氧化細菌含量在5 mT磁場(chǎng)強度下甚至有所下降，在科這一分類(lèi)水平上，亞硝化單胞菌科(Nitrosomonadaceae)在無(wú)外加磁場(chǎng)條件下占總細菌數量的13.9%，而在5 mT磁場(chǎng)強度下Nitrosomonadaceae的比例為12.9%。氨氧化細菌耗氧速率在5 mT磁場(chǎng)強度下為0.936 mg(O2)/g(MLSS).min，是無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)的2.39倍。在進(jìn)水pH一定的情況下磁場(chǎng)存在并不能改變PN的終點(diǎn)，只是縮短了PN終點(diǎn)的時(shí)間，這是由于磁場(chǎng)并不能改變溶液中的氨態(tài)氮存在形式。PN污泥微生物中與膜轉運、信號轉導及細胞流動(dòng)相關(guān)的功能基因在5mT磁場(chǎng)強度下表達量比無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)分別提高12.3%，9.3%和11.1%，磁場(chǎng)對氨氧化細菌的促進(jìn)作用可能是增強了游離氨進(jìn)入氨氧化細菌內部的速度。PN過(guò)程氧化亞氮的產(chǎn)生主要由Nitrosomonadaceae造成，理化因子的改變通過(guò)影響亞硝化單胞菌相關(guān)代謝酶活性造成氧化亞氮產(chǎn)生量增多或減少。