寒冷地区低温污水难于处理是目前水处理工程界和科学界的难点问题之一。由于寒冷地区冬季漫长、水温过低，致使处理单元中微生物的代谢能力下降，有机物和营养物质去除效果差。尤其是面临我国北方地区水资源短缺的现状，使得污水回用成为必然，这就需要开发一种简易、高效的适宜于中小水量的污水回用设备。围绕这一目的，以活性污泥-生物膜复合工艺（简称泥膜复合工艺）为核心生物处理工艺进行了这方面的研究。　　以生活污水为处理对象，研究了耐冷活性污泥在半软性纤维填料上的附着特性和净化效能，并系统地考查了投加了耐冷菌群的泥膜复合工艺的在低温条件下的启动状况和在稳定运行条件下对生活污水的净化效能，讨论了泥膜复合工艺对有机底物的净化机理。这些研究对于有助于解决水体环境的污染问题，有利于促进中水回用技术在北方城镇污水处理中的应用和推广。　　采用接种培驯法获得含有耐冷菌的活性污泥，然后应用平板涂布法与平板划线分离法相结合的方法从活性污泥中提取分离出17株耐冷菌，最后经筛选、鉴定得到6株分别属于动胶菌属、产碱杆菌属、假单胞菌属、黄杆菌属、微球菌属和芽孢杆菌属的耐冷菌，最后对这些耐冷菌进行组合、富集、驯化，得到含有耐冷菌群的活性污泥——耐冷活性污泥。以工程中常用的半软性纤维填料为附着载体，考察了耐冷活性污泥在载体填料上的可逆附着情况，通过动力学实验方程得到了耐冷菌群的最大可逆附着量和附着常数快速求解的方法。由于和数值大小表征了了载体、填料的物理吸附性能的高低，它们的快速确定可为实际工程中载体、填料的选择提供依据。　　在对实际生活污水进行了长期试验研究，考察了投加耐冷菌群的泥膜复合工艺（耐冷泥膜复合工艺）在启动阶段及稳定运行阶段的净化效能。在冬季低温条件下，投加耐冷活性污泥的泥膜复合工艺具有启动快，挂膜迅速，处理效果稳定等优点。启动期结束时，泥膜复合工艺对有机污染物和营养物质有着良好的净化效能。适宜的工况条件和耐冷菌群的冷适应机制使得反应器在低温条件下能够快速启动。在低温状况下，仍能够保持一定活性，具有较高的净化效能。在好氧水力停留时间为8 h，溶解氧浓度为2～4 mg/L，pH值为7～8的条件下，耐冷微生物菌群具有良好的净化效能。　　依据试验研究，本文着重分析了投加耐冷菌群的泥膜复合工艺的有机污染物的去除机理。泥膜复合工艺中悬浮和附着两相微生物的共存使系统微生物种群更为多样化，基本涵盖了污水处理系统中各个结构的各个营养级水平，这有助于提高反应器内污染物的去除，提高了工艺内生态系统的稳定性，并保证了系统具有较高的能量流动和物质转化效率，从而表现出更强的污染物去除能力。与此同时，理论分析和实验数据表明：通过加强固（载体）液（污水）相间的接触可用来强化可逆附着的传质过程从而提高水中污染物的去除率。　　利用理论公式和试验数据，通过计算和曲线拟合，建立了泥膜复合工艺有机底物去除动力学模型公式。对于固定容积、污泥浓度一定的反应器，其出水水质是进水水质、反应时间和曝气量的半经验半理论模型。试验验证该模型模拟结果与试验实测结果有较好的相似性，可以有效的指导相似反应系统的的设计和预测其运行状况。　　为了安全回用生活污水，在泥膜复合式工艺后增加混凝沉淀-过滤-消毒强化处理工艺，该工艺出水达到市政杂用水水质标准。初步研究表明，短期利用回用系统出水用于市政杂用水时不会对土壤环境产生危害。以泥膜复合工艺为核心的污水处理及深度处理工艺将有效的解决北方寒冷地区水资源短缺的问题，必将带来显著的环境效益、社会效益和经济效益。