上世纪70年代以来，水体富营养化已成为世人瞩目的水环境问题，尤其近年来我国内陆湖库水体蓝藻与沿海赤潮频繁爆发更是引起广泛关注。其根本原因是水体中氮、磷等营养性物质含量过高造成的，因此，控制氮、磷等植物性营养物质进入水体是解决富营养化问题的根本途径。然而现有污水生物脱氮除磷技术普遍存在脱氮除磷效率低的问题，特别低温硝化问题尚无较好的解决办法。复合铁酶促活性污泥技术是由青岛理工大学污水处理与资源化课题组提出的，其通过铁离子介入微生物生化反应物质与能量代谢过程，增强生物代谢反应活性，提高生物脱氮除磷效率，同时优化活性污泥絮体结构，提高微生物抵抗外界环境因素变化的能力。前期宏观实验研究结果表明，复合铁酶促活性污泥技术不仅可以显著提高污水脱氮除磷效率，而且处理系统低温硝化能力得到明显增强，污水处理运行稳定性得到大大提高，但就其微观机理研究的还很少。为此，本研究利用分子生物学方法从两个角度来探讨其具有高效硝化能力的原因，揭示复合铁酶促活性污泥强化生物脱氮除磷的原理。一是分析不同反应温度条件下普通活性污泥系统和复合铁酶促活性污泥系统内氨氧化细菌、硝化细菌群落的组成及其变化规律；二是研究铁离子对氨氧化细菌、硝化细菌增殖和功能基因表达量的影响。研究结果表明：（1）复合铁酶促活性污泥系统的氨氮去除率和比硝化速率均优于普通活性污泥系统，且5%含铁量的复合铁酶促活性污泥系统效果最佳，其次是7%、3%、1%；（2）铁离子增强了氨氧化细菌、硝化细菌群落结构稳定性。通过对比不同温度下普通活性污泥系统和复合铁酶促活性污泥系统氨氧化细菌、硝化细菌DGGE图谱可以看出，随着温度的降低，普通活性污泥系统氨氧化细菌DGGE条带5逐渐消失条带6逐渐出现，硝化细菌条带1~4在逐渐变浅，且随着系统的不断运行变化越来越明显，而该现象并未明显出现在复合铁强化系统中；（3）铁离子增加了氨氧化细菌和硝化细菌的多样性。从氨氧化细菌RFLP图谱可以看出，对比系统只有5种不同的OTU，而复合铁强化系统有7种，且两系统克隆文库的丰富度指数分别为1.03和1.55；硝化细菌DGGE图谱显示，在对比系统中硝化细菌的种类大概为5~13种，而在复合铁强化系统中大概为11~18种，尤其是低温运行的最后一个样品，对比系统中约为7种，而复合铁强化系统中约为12种；（4）铁离子改变了活性污泥系统中氨氧化细菌群落结构的组成。其改变了活性污泥系统氨氧化细菌的优势菌种，使具有较高氨氧化能力的菌种A-2的比例由40%增大到67%，而具有较低氨氧化能力的菌种A-1的比例由40%减小到23%；（5）适当的铁离子浓度有利于促进氨氧化细菌和硝化细菌的增殖，对于氨氧化细菌ATCC25196，当含铁量为138.7μg/mL时，其菌种含量比对比培养基提高了40%；对于硝化细菌ATCC14123，当含铁量为124.8μg/mL时，其菌种含量比对比培养基提高了78.5%；（6）铁离子促进了氨氧化细菌、硝化细菌功能基因的表达，使氨单加氧酶和亚硝酸盐氧化还原酶增多。对于氨氧化细菌，当含铁量为36.97μg/mL时，氨单加氧酶mRNA相对表达量达到最大值为5.73；对于硝化细菌，当含铁量为36.97μg/mL时，亚硝酸盐氧化还原酶mRNA相对表达量达到最大值2.48。