传统生物脱氮工艺存在曝气能耗高、需投加有机碳源等问题,基于短程硝化的脱氮工艺具有氧气消耗量小、有机碳源消耗量小、污泥产量少等优点,但稳定的亚硝态氮积累是制约该项技术应用的重要瓶颈。本文通过引入磁场来构建新型短程硝化反应器,研究磁场对短程硝化效能的影响规律,探究了磁环境下的短程硝化的关键影响因子与作用规律,并采用高通量测序手段解析了其分子生物学机理,研究成果如下:串联通电线圈方式外加磁场,可成功构建磁场强度分布较均匀的反应器。4台SBR反应器成功启动短程硝化进程,在运行的第23 d氨氮去除率达到97%以上,磁场的加入使得氨氮去除率保持在更高的水平。磁场强度为15.59 m T的反应器氨氮去除率达到99.01%,出水氨氮浓度波动最小;启动期间4台反应器亚硝态氮累积率均维持在85%以上,15.59 m T磁场的反应器出水氨氮、亚硝态氮相比不加磁场反应器更稳定。磁场环境下,SRT与温度是短程硝化进程的关键影响因子,SRT从40 d逐步减少到15 d的过程中,会对反应器内的污泥浓度与优势菌群结构的演替产生影响,0 m T、5.29 m T、10.49 m T磁场的反应器的氨氮去除效能基本维持稳定,亚硝态氮积累率略有下降,15.59 m T磁场的反应器在SRT较短,污泥浓度较低时,其氨氮去除率与亚硝态氮积累率均出现下降。0 m T、10.49 m T、15.59 m T磁场的反应器逐渐表现出TIN去除效果,15.59 m T磁场的反应器TIN去除效果最强。当温度由35℃逐步降至25℃过程中,0 m T、5.29 m T、10.49 m T磁场的反应器的氨氮去除效能维持在较高水平,略有下降,15.59 m T磁场的反应器氨氮去除效能有所提升,总体上,5.29 m T磁场反应器的NAR效果最佳,15.59 m T磁场的反应器NAR随温度的降低而有所提升。磁性反应器周期内反应过程分析发现,15.59 m T磁场的反应器会对氨氮的短程硝化、全程硝化过程均产生一定的抑制作用,5.29、10.49 m T磁场的反应器在PH=7.5、FA=1～3 mg/L的条件下具有较高的氨氮去除效果。磁场可以不同程度提高活性污泥胞外聚合物多糖与蛋白质含量,其中10.49 m T磁场的提高效果最明显。磁场对胞外聚合物中炔烃C-H、烯烃类C=C、取代苯类、醇类、酚类、C-O-C、酚类OH含量有较明显影响。15.59 m T磁场有利于污泥粒径的增长,污泥内部溶解氧含量低,利于反硝化反应,从而提高亚硝态氮比基质利用速率、TIN去除率。根据环境因子影响分析,磁场强度对群落变化的贡献为21.38%,温度对群落变化的贡献为42.09%。35℃条件下,随磁场增长物种总数不断增加。25℃条件下,群落物种均匀程度随磁场的增强呈下降趋势。磁场使得生物群落在温度变化下种类更加稳定。35℃时,短程硝化主要功能菌AOB Nitrosomonas的相对丰度随磁场增强而不断下降。25℃时,加磁反应器内Nitrosomonas随磁场增强相对丰度不断上升,10.49 m T磁场对NOB Nitrospira产生抑制。在不同磁场变化影响下NAR与Chloroplast呈显著正相关,与Haliangium、AKYH767、Limnobacter、Dokdonella呈显著负相关,TIN去除量与Haliangium、AKYH767、Limnobacter、Dokdonella呈显著正相关,与Chloroplast呈显著负相关。亚硝态氮比基质利用速率与OLB8、OLB17呈显著正相关。磁场对氮代谢途径基因产生显著影响,35℃时,5.29 m T、10.49 m T磁场降低了Nxr AB相对丰度,控制了亚硝态氮的进一步硝化,提高了NAR。5.29 m T磁场下Nir KS相对丰度低于10.49 m T磁场,减弱了亚硝态氮为底物的自养反硝化,提高了NAR。15.59m T磁场提升了nir K与Nar GHI的相对丰度,增强了反应器的自养反硝化能力,进而提高了TIN去除率。25℃时,5.29 m T磁场下Nar GHI相对丰度较高,自养短程反硝化反应活跃,出水硝态氮降低,使NAR提高。10.49、15.59 m T磁场提高了Nar GHI＿Nap AB、Nir KS相对丰度,促进了自养反硝化过程,提高了TIN去除率。