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近年来，随着经济的飞速发展与人口数量的持续增加，我国水体富营养化现象日趋严重，其根本原因是氮、磷等营养物质过量排放。2013年底，我国共有城镇污水处理厂3515座，日处理能力达1.49亿m3/d，其中90%以上采用活性污泥法处理工艺，但该工艺普遍存在操作稳定性差、生物脱氮除磷能力差，尤其低温条件下硝化能力差等问题。因而开发高效、经济的污水脱氮除磷新技术迫在眉睫。复合铁酶促活性污泥技术以强化微生物活性为切入点，通过铁介入微生物生化反应物质及能量代谢过程，强化铁参与电子传递作用及激活酶促反应，以提高生物脱氮除磷效率，同时可优化活性污泥絮体结构，从而提高微生物抵抗外界环境因素变化的能力，有效地解决了生物脱氮除磷系统存在的诸多问题。本研究从微观角度分析复合铁酶促活性污泥系统中硝化细菌的生长与活性，揭示其低温强化生物脱氮的原理，主要分为三部分：一是运用Real-Time PCR与RFLP技术，研究低温条件下复合铁酶促活性污泥中AOB及NOB所占比例及群落结构多样性；二是运用微生物生长曲线分析仪及Real-Time PCR技术等，考察在各温度条件下铁对AOB与NOB生长水平及功能基因表达量的影响；三是分析在各温度条件下铁对AOB与NOB最大比增长速率的影响。研究结果表明：（1）复合铁酶促活性污泥中AOB与NOB所占比例均显著提高，从功能微生物数量角度客观反映了复合铁酶促活性污泥硝化能力提高的直接原因。在12℃～13℃低温条件下，以人工配水为处理对象的实验系统，AOB在复合铁酶促活性污泥中所占的比例为2.544%，而在普通活性污泥中所占的比例仅为1.678%。NOB的优势菌种为Nitrospira，其在复合铁酶促活性污泥中所占的比例为2.834%，而在普通活性污泥中所占的比例仅为1.693%；以实际生活污水为处理对象的实验系统，AOB在复合铁酶促活性污泥中所占的比例为0.281%，而在普通活性污泥中所占的比例仅为0.173%。NOB的优势菌种为Nitrobacter，其在复合铁酶促活性污泥中所占比例为1.968%，而在普通活性污泥中所占比例仅为1.414%；（2）在以人工配水为处理对象，强化系统与对比系统的AOB克隆文库丰富度指数分别为1.55和1.03，NOB优势菌种——Nitrospira克隆文库丰富度指数分别为3.62和3.10；以实际生活污水为处理对象的实验系统，强化系统与对比系统的AOB克隆文库富度指数分别为2.84和2.58，NOB优势菌种——Nitrobacter克隆文库丰富度指数分别为2.07和0.77，由此从AOB与NOB多样性角度客观反映了复合铁酶促活性污泥抗低温硝化功能强化的生物学原因；（3）复合铁酶促活性污泥系统硝化能力的提高与AOB优势菌群结构变化有关。分别以人工配水与实际生活污水为处理对象的实验系统，复合铁酶促活性污泥使具有较高氨氧化能力的OTUA-1代表菌种在AOB群落结构组成中所占比例分别由39.58%增至67.67%、由39.58%增至60.42%，使具有较低氨氧化能力的OTUA-2代表菌种所占比例分别由45.83%降至22.92%、由20.83%降至8.33%。同时，以人工配水与实际生活污水为处理对象，分别发现4种与8种OTUs所代表菌种仅出现在强化系统中，分别发现2种与7种仅出现在对比系统中；（4）复合铁酶促活性污泥系统硝化能力的提高与NOB优势菌群结构变化有关。以人工配水为处理对象的实验系统，复合铁酶促活性污泥使NOB优势菌种——Nitrospira中处于优势地位的OTU L-1代表菌种在Nitrospira群落结构组成中所占比例由39.58%增至58.33%，同时发现10种OTUs所代表菌种仅出现在强化系统中，发现8种仅出现在对比系统中；以实际生活污水为处理对象的实验系统，复合铁酶促活性污泥使NOB优势菌种——Nitrobacter处于优势地位的OTU G-1代表菌种在Nitrobacter群落结构组成中所占比例由48.94%增至68.09%，同时发现5种OTUs所代表菌种仅出现强化系统中；（5）铁可显著促进AOB与NOB的增殖，在100mg/L范围内，随着基质含铁量的增加，其达到稳定期时细菌增殖率逐渐增加；（6）铁对AOB与NOB硝化能力有促进作用。培养温度为21℃、18℃、15℃、12℃时，AOB与NOB在含铁培养基中比硝化速率相对于不含铁培养基分别提高了38.7%、118.5%、174.5%、186.4%与64.4%、152.6%、160.1%、181.1%；（7）铁可促进AOB功能基因amoA mRNA与NOB功能基因NxrA mRNA的表达，并且随着培养温度的降低，其相对表达量不断增大。在21℃、18℃、15℃、12℃的培养条件下，AOB在含铁培养基中相对于在不含铁培养基中的amoA mRNA表达量分别为1.647、1.765、1.803、2.014，NOB在含铁培养基中相对于在不含铁培养基中的NxrA mRNA表达量分别为2.014、2.676、2.732、2.868；（8）铁对AOB与NOB最大比增长速率提高具有显著的促进作用。培养温度为26℃、21℃、18℃、15℃、12℃时，AOB在含铁和不含铁的培养基中最大比增长速率μA值分别为0.956d-1、0.729d-1、0.555d-1、0.406d-1、0.284d-1和0.828d-1、0.626d-1、0.440d-1、0.333d-1、0.180d-1；培养温度为30℃、21℃、18℃、15℃、12℃时，NOB在含铁和不含铁的培养基中最大比增长速率分别为1.540d-1、0.835d-1、0.708d-1、0.498d-1、0.411d-1和1.392d-1、0.751d-1、0.576d-1、0.415d-1、0.348d-1。