针对冬季污水处理厂生物脱氮效率低、出水水质差的问题,本研究从活性污泥中富集驯化出了耐冷好氧反硝化和异养硝化-好氧反硝化功能菌群,并从中筛选出1株高效脱氮菌株。具体研究结果如下:以活性污泥作为菌种来源,利用好氧反硝化培养基于15℃富集好氧反硝化功能菌群,连续驯化60 d后,功能菌群的脱氮效能达到稳定状态,对硝态氮和总氮的平均去除率分别为98.66%和83.42%。利用高通量测序技术对富集驯化阶段微生物群落的演替过程及群落结构进行分析,可知功能菌群结构较为单一,优势菌门主要为变形菌门,优势菌属是假单胞菌属。采用荧光定量PCR技术检测出脱氮功能基因nap A、nir S和nos Z的绝对丰度显著增加。热图分析表明,优势菌属Pseudomonas与nap A、nir S、nir K和nos Z基因呈正相关。利用含硝态氮的人工合成废水验证功能菌群在15℃的好氧反硝化特性,结果表明60 h后其对硝态氮的去除率达到100%,最大去除速率为1.76 mg/L/h。在15℃条件下,以活性污泥为微生物来源,采用相应培养基富集驯化异养硝化-好氧反硝化功能菌群,经过60 d的连续驯化,功能菌群实现稳定脱氮,对氨氮、硝态氮和总氮的平均去除率分别为94.50%、99.09%和93.34%。采用高通量测序技术探究富集驯化过程中功能菌群的群落组成,结果表明功能菌群中的优势菌门是变形菌门,优势菌属是假单胞菌属。荧光定量PCR技术检测出脱氮功能基因nap A和nos Z的绝对丰度有所增加。相关性热图表明,优势菌属Pseudomonas与nap A和nos Z基因呈正相关。采用含氨氮的人工合成废水验证功能菌群的异养硝化-好氧反硝化能力,在15℃培养60 h后,其对氨氮的去除率为99.68%,最大去除速率为1.64 mg/L/h。从功能菌群中筛选出1株耐冷异养硝化-好氧反硝化菌株,鉴定其为根瘤菌,并命名为Rhizobium sp.WS7。菌株WS7在15℃能有效去除氨氮、硝态氮、亚硝态氮和混合氮（氨氮和硝态氮）,相应的氮去除率分别为98.73%、99.98%、100%和100%。菌株的最佳反硝化条件为:琥珀酸钠为碳源,C/N 10,p H 7,溶解氧4.6～6.7 mg/L,温度15～30℃。从菌株中扩增出了amo A、nap A、nir K、nor B和nos Z基因,并检测到硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶活性分别为0.006 U/mg和0.002 U/mg。基于实验结果,推测菌株对氨氮的代谢路径为NH4+-N→NH2OH→NO→N2O→N2,对硝态氮/亚硝态氮的代谢路径为NO3–-N→NO2–-N→NO→N2O→N2。