我国北方寒冷地区,冬季低温期较长,污水处理厂进水水质水量波动不稳,严重影响污水处理系统对污染物的降解效率。因此,采用低温高效复合功能菌剂的生物强化技术可以解决城市污水处理系统低温处理效率低的问题,实现生化处理系统的的稳定运行。同时,针对石化废水成分复杂,水质水量大的特点,投加高效污染物降解菌,实现石化废水生化处理系统的稳定运行。本研究结合生物强化技术在城市污水生化系统的低温快速启动及石化废水生化系统升级改造的工程实践,从微生物生态学角度出发,探究低温运行期及冬春期生物强化处理系统中微生物群落结构变化与污染物降解效能之间的关系,对适低温生长并有较高降解能力的微生物种群进行了鉴定。同时,与生物强化技术所应用的低温菌体制剂建立功能关系,确定生化系统中优势降解功能,潜在优势降解功能,抑制功能及非抑制功能微生物的生态位,从而进一步为污水厂生化处理系统的稳定运行及升级改造提供技术支持和奠定理论基础。生物强化系统中的微生物群落结构变化和降解效能的研究表明:寒区冬春季系统处理指标COD和NH4+-N的去除率分别平均都在80%和76%以上。各生化处理系统内部的整体微生物群落随季节温度变化幅度较小,存在明显群落演替现象,但是没有影响菌群对污染物的降解效能。不同工艺间的微生物群落随温度变化浮动较大,演替现象明显,水质不同,导致微生物种类有所差别。Biolog分析显示,冬春交替季节,微生物群落的活性和多样性略有波动,不同生物强化工艺的微生物菌群能够保持较高的代谢活性,功能多样性指数均一,提高生物强化系统污染物降解率,维持生化系统稳定运行。按氨基酸、糖类、脂类三大功能底物分类,将传统培养基培养方式与现代非培养技术相结合,大量获得微生物的总DNA,经16SrDNA鉴定大部分功能菌属属于适低温的微生物种类,合并同一种属的功能项,培养与非培养所获得的功能菌属占所鉴定27种微生物种类的45%以上。与系统启动期所投加菌体制剂建立优势菌群功能生态关系,可以确定的功能微生物种属有气单胞菌属(Aeromonas sp.),希瓦氏菌属(Shewanellaceae),假单胞菌属(Pseudomonas sp.),不动杆菌属(Acinetobacter sp.),丛毛单胞菌(Comamonas sp.),硝化螺菌属(Nitrospira),从而为将来人工构建生物强化污泥提供了理论基础。