寒冷地区低温期长,水源水水质随季节变化大,部分水源水质在低温期具有氨氮浓度超标及有机物可生化性较差的特征。低温严重抑制了普通生物活性炭（BAC）工艺中自然富集的自养硝化菌对水中氨氮的去除。异养硝化菌能利用有机碳源进行硝化作用,与自养硝化菌相比,其具有生长速率高、耐受温度变化能力强的特点,因此更适应寒冷地区冬季低温水质特征。生物增强活性炭（BEAC）工艺能够发挥活性炭吸附与优势功能菌群生物降解作用的功能,开展异养硝化菌适冷机制及其构建的低温功能菌群去除低温水源水中氨氮的研究对保障供水安全具有重要的理论意义与工程应用价值。本文从基因特征、基因表达以及生理生化特征等角度,研究了低温异养硝化菌HITLi 7^T的适冷机制,研究结果表明,菌株中细胞途径和代谢途径、细胞和细胞部分以及结合和催化活性的基因在基因功能分类中占有主要优势,这有助于菌株HITLi 7^T在低温下维持较高的代谢底物结合能力与催化活性;菌株HITLi 7^T基因组中含有9种适冷酶和10个冷休克蛋白基因模块,在温度降低时可通过冷休克蛋白表达以及酶催化生物代谢来适应低温环境。菌株HITLi7^T中与细菌呼吸链的电子转移相关的琥珀酸脱氢酶、ATP合成酶和S-腺苷甲硫胺酸合成酶可在2°C下过量表达;同时,其可在2°C下诱导产生一些具有生物蛋白合成功能的蛋白,包括与转录有关的DNA导向RNA聚合酶、与翻译有关的延伸因子-Tu和延伸因子-G,以及与蛋白质折叠相关的伴侣蛋白。此外,菌株HITLi 7^T在2°C下可通过不饱和脂肪酸比例和脂肪酸链长度的调节以维持细胞膜的流动性和稳定性。因此,菌株HITLi 7^T主要通过适冷酶浓度的增加、冷休克蛋白的诱导表达、代谢途径的调控以及生物膜上不饱和脂肪酸比例和脂肪酸链长度的调节等方式来适应低温。针对松花江水质特征,以异养硝化菌HITLi 7^T为主（占总菌数比例为80%）构建了低温功能菌群,并通过BEAC工艺小试、中试试验平台,研究了功能菌群对低温水源水中氨氮的去除效能及HITLi 7^T的生物稳定性。研究结果表明,在水温2°C、进水氨氮浓度0.55 mg/L¹.74 mg/L条件下,BEAC小试工艺对氨氮的去除量是普通活性炭（GAC）工艺的2.3³.3倍,对DOC的去除率较GAC工艺提高了18.0±7.8%,且没有出现亚硝态氮累积现象,说明低温功能菌群构建的BEAC工艺在低温下对氨氮、有机物的去除以及对亚硝酸盐的控制效果较普通GAC工艺具有明显优势。低温功能菌群构建的BEAC中试工艺在水温不断变化（0.9°C²6.1°C）条件下运行了506 d,其对氨氮和DOC的去除率分别达到了42.0±28.5%和29.0±19.1%,在进水C/N比大于菌株HITLi 7^T的最适C/N比（10）时,BEAC工艺对氨氮的去除率较高（71.8±11.4%）。尽管BEAC中试工艺中微生物的多样性随着运行时间增加而更丰富,但菌株HITLi 7^T在水温波动条件下仍可以在长期运行时（500 d内）维持稳定状态,并与其他土著菌属共存,形成了较为稳定的微生物群落结构。因此,从菌株对氨氮去除特性和微生物动态变化特征两个方面,证明了菌株HITLi 7^T在BEAC工艺去除低温（0°C²°C）水源水中氨氮的过程中发挥了关键作用,并能保持长期稳定。实际水体水质可生化性差的特征限制了异养硝化菌HITLi 7^T在低温下去除氨氮的能力。此外,有机碳源可参与细菌内蛋白的合成以及代谢途径的调控,符合菌株HITLi 7^T的适冷机制。因此,适当增加系统中生物可降解溶解性有机碳（BDOC）浓度是可行的促进菌株HITLi 7^T在低温下高效去除氨氮的调控方式。通过活性炭预负载碳源、进水外加碳源和臭氧氧化工艺三种调控方式对低温功能菌群构建的BEAC工艺低温下去除水源水中氨氮效能进行强化,研究结果表明,活性炭预负载葡萄糖（负载量为9.9 mg C/g-干重活性炭）时,BEAC上初始微生物量提高了2.4倍、微生物活性提高了2.0倍,从而强化了BEAC在低温下对氨氮的去除效能,使其对氨氮的去除量（0.99 mg/L）较未预负载碳源时（0.18 mg/L）提高了4.5倍。另外,当进水外加葡萄糖(最佳投量C_外加/N=0.5)时,BEAC中试工艺对氨氮的去除量较未投加碳源时提高了95%,对天然有机物的去除效果也有所提高。启动臭氧氧化工艺,当臭氧投量为1.3mg/L时,BEAC中试工艺对氨氮的去除效能较未投加臭氧时提高了82%。三种调控方式均通过增加水中的BDOC提高了微生物活性和生物量,进而提高了工艺系统在低温期对氨氮的去除效能。