低溫下磁性載體強化MBBR硝化性能及微生物群落分析

敬雙怡，劉超，蔡怡婷，李衛平，于玲紅，侯娜

（內蒙古科技大學能源與環境學院，內蒙 古包頭 014010）

目前，我國污水處理廠的核心工藝普遍為生物處理工藝，冬季低溫（≤15℃）將抑制生物反應器內硝化菌的活性，影響硝化過程并限制系統的脫氮量。硝化細菌屬于自養菌，世代周期較長，對溫度變化較為敏感，其適宜的生長溫度在20～35℃之間。已有研究表明，傳統活性污泥法在低于10℃時其硝化速率急劇下降，在低于2～5℃時其硝化作用基本停止。而移動床生物膜反應器（MBBR）中的生物膜附著生長在載體表面，可滿足世代周期較長微生物的生長，從而提高系統內硝化菌的含量。故MBBR工藝相對于活性污泥工藝在低溫下具有更強的硝化性能，被廣泛應用于強化低溫污水處理中。但是，低溫仍是影響MBBR工藝硝化性能的重要環境因子。李韌等研究了硝化生物膜對低溫的適應特性，發現MBBR生物膜在10℃的氨氧化活性和亞硝酸鹽氧化活性分別為20℃時的55%和56%。因此，研究低溫下如何提高MBBR工藝的硝化性能具有非常重要的意義。

近年來有研究表明，一定強度的磁場可以強化生物處理工藝的污染物去除效果。在合適的強度范圍內，磁場能促進微生物對氧的利用率、增強細胞膜的通透性、提高微生物的生長代謝及其酶活性。Niu 等研究發現低溫下20～40mT 的靜態磁場可以增強活性污泥的活性，提高活性污泥的耐寒性。此外，適當的磁場可以提高生物處理系統內硝化菌的豐度和活性，增強系統的硝化能力。然而，現有研究多采用外加磁鐵或投加磁粉來進行強化，難以實現工業化規模應用。懸浮載體是MBBR工藝的核心，其性能（親水性、親電性等）直接影響生物膜的生長代謝。市場上的懸浮載體通常由聚乙烯或聚氨酯泡沫等高分子材料制成。許多研究者通過對商用載體進行功能型設計，制備出性能更優的新型懸浮載體。例如，Jing 等制備了一種斜發沸石復合型載體，相較于普通載體，該載體生物膜中豐度提高了4.51%，強化了系統的硝化性能。將一定量磁粉混摻入懸浮載體中可以克服其他磁場強化技術的不足，但目前有關磁性載體在MBBR中的性能研究相對較少，且缺乏有關低溫下磁性載體強化MBBR處理效果的深入研究。

鑒于此，本研究通過在常溫（22℃±1℃）下啟動MBBR 并逐漸降溫至9℃±1℃穩定運行，對比分析了投加商用載體和磁性載體的兩個反應器在低溫下的污染物去除性能、生物膜生長特性，同時利用高通量測序對兩種載體上微生物群落結構及硝化菌屬進行了分析，從而探究低溫下磁性載體強化MBBR硝化性能的作用機理，為其在低溫污水處理中的應用提供理論依據和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置和載體

本試驗設置了2個相同的MBBR反應器并列運行。反應器材質由有機玻璃制成，反應器主體為直徑30cm、高度70cm 的圓柱體，有效容積為46L。R1反應器投加商用載體，R2反應器投加磁性載體，載體填充率均為25%。反應器底部安裝曝氣盤，采用空氣壓縮機進行曝氣，由閥門控制曝氣量進而調節反應器中溶解氧（DO）。進水流量由蠕動泵控制。

R1 采用的商用載體，其形狀為白色柱體，直徑2.5cm，高度1.0cm；R2 采用的自制磁性載體，是由聚乙烯、釹鐵硼磁粉（NdFeB）和聚季銨鹽-10（PQAS-10）等共混制成，其形狀為黑色柱體，直徑2.5cm，高度1.0cm。兩種載體的外觀如圖1所示。兩種懸浮載體的表面性能如表1所示。

圖1 兩種懸浮載體

表1 不同懸浮載體的表面性能

1.2 試驗用水和接種污泥

試驗用水采用人工配制的模擬生活污水，通過分別添加葡萄糖（CHO）、氯化銨（NHCl）、磷酸二氫鉀（KHPO）維持進水化學需氧量（COD）為300～388mg/L、NH-N 為20～30mg/L、TP 為4.0～4.5mg/L。添加NaHCO提供足夠的堿度，保證反應器內硝化反應不受pH 抑制作用的影響。并加入微量元素營養液，1L配水加入1mL微量元素。接種污泥為包頭市某污水廠曝氣池中的活性污泥，其混合液懸浮固體濃度（MLSS）約為6800mg/L。

1.3 運行方案

兩個反應器除了投加不同載體外，其他運行條件完全相同，即采用連續流運行方式，試驗期間控制反應器DO 濃度為4.5～5.0mg/L，pH 為7.5～8.0。試驗階段分為三個階段：第一階段為常溫啟動階段，此階段水溫為22℃±1℃，水力停留時間（HRT）為6h，采用快速排泥法進行掛膜啟動，先將接種污泥和載體在污水中悶曝48h，隨后連續進出水培養生物膜，懸浮污泥隨水流排出后不再添加接種污泥，直至污染物去除率穩定；第二階段為低溫調試階段，此階段水溫為14℃±1℃，HRT 為6h；第三階段為低溫運行階段（0～60 天），此階段水溫為14℃±1℃（0～19天）、9℃±1℃（20～60天），對應的HRT 分別為8h、10.5h。其中，第二、第三階段在秋冬季進行，通過控制室溫保證水溫能夠滿足試驗要求。本文主要對第三階段進行分析，定期對進水、出水水樣進行水質檢測，取52 天后反應器中載體進行生物膜硝化活性、胞外聚合物（EPS）成分和含量的測定以及16S rDNA高通量測序。

1.4 分析方法

1.4.1 常規指標

本試驗中COD、NH-N、NO-N根據國標法進行測定，其中COD采用重鉻酸鉀法測定，NH-N采用納氏試劑分光光度法測定，NO-N采用-(1-萘基)-乙二胺分光光度法測定。MLSS 采用重量法測定，測定前通過超聲振蕩脫落生物膜。溫度、DO和pH采用Multy 8330便攜式水質分析儀（法國PONSEL公司）檢測。通過控制曝氣量調節反應器內的DO，使其穩定在4.5～5.0 mg/L。生物膜形貌采用掃描電鏡（SEM）（GAIA 3 XMN，捷克TESCAN公司）觀察，樣品預處理步驟見文獻[17]。

1.4.2 硝化活性

硝化活性采用比氨氧化活性（SAUR）和比亞硝酸鹽氧化活性（SNUR）表征，測定方法為：在反應器中取若干個載體，投加到內置曝氣頭的錐形瓶中，再分別加入初始濃度為30mg/L 的NH-N 溶液或NO-N 溶液。溫度控制在10℃，充分曝氣并每隔10min取樣，測定水樣中的氨氮或亞硝態氮濃度，最后測定MLSS。根據氨氮或亞硝態氮濃度隨時間變化曲線的斜率和MLSS，分別計算出SAUR和SNUR。

1.4.3 胞外聚合物含量

EPS 采用文獻[18]提供的方法進行分層提取，其中TB-EPS采用加熱法提取。多糖含量采用蒽酮法測定，蛋白質含量采用Folin-酚法測定，并將兩者之和作為EPS總量。

1.5 高通量測序

取若干個載體放入燒杯中，加入50mL 去離子水，利用超聲振蕩將載體上生物膜脫落后，將樣品置于-80℃的干冰中送至上海美吉生物科技公司。采用OMEGA 的Soil DNA Isolation Kit 試劑盒提取生物膜樣品總DNA，利用NanoDrop2000 檢測DNA 純度和濃度，同時利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA 的完整性。以DNA 樣品作為模板，選用細菌 16S rDNA V3-V4 區引物 338F（5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'） 和 806R（5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'） 進 行PCR擴增。PCR 反應參數為：95℃預變性3min；95℃變性30s，55℃退火30s，72℃延伸45s，27 個循環；72℃延伸10min，10℃至反應結束。PCR 擴增產物用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，使用凝膠回收試劑盒切膠回收擴增產物，TE 緩沖劑洗脫。參照電泳初步檢測結果，利用QuantiFluor-ST 藍色熒光定量系統對擴增產物進行檢測定量，混樣。以擴增產物為模板建庫，利用Illumina MiSeq 平臺進行測序分析。

測序得到的數據通過過濾和去除低質量堿基處理后，得到有效序列。使用Uparse 軟件按97%的相似性將有效序列進行OTU 聚類，得到OTU 代表序列。采用RDP classifier 貝葉斯算法對OTU 代表序列進行分類學分析，并分別在各個分類水平統計樣本的群落物種組成，比對數據庫為Silva數據庫。同時使用Mothur軟件進行Alpha多樣性分析。

2 結果與討論

2.1 污染物去除性能

當反應器掛膜啟動成功后，開始進入第二階段。在此階段，R1和R2反應器對COD的去除率為60%左右，對氨氮的平均去除率分別為35.75%和39.32%，兩個反應器對污染物的去除效果均處于較低水平。這是因為隨著水溫的降低，微生物的活性逐漸變弱。為了保證良好的出水水質而延長了水力停留時間，即進入第三階段（0～60 天），在此過程中不同溫度下不同反應器對污染物的去除效果存在差異。

2.1.1 COD的去除效果

由圖2(a)、(c)可得，進水COD 平均濃度為330mg/L。當水溫為14℃±1℃時，HRT 為8h，反應器穩定運行后，R1和R2反應器出水COD平均濃度分別為55mg/L、32mg/L，平均去除率分別83.3%和90.3%。兩個反應器的COD去除負荷分別為(0.819±0.039)kg/(m·d)、(0.889±0.040)kg/(m·d)。當水溫為9℃±1℃時，HRT 延長至10.5h，反應器穩定運行后，R1 和R2 反應器出水COD 平均濃度分別為49mg/L、 37mg/L， 平 均 去 除 率 分 別85.2% 和88.8%。兩個反應器的COD 去除負荷分別下降到(0.684±0.014)kg/(m·d)、(0.714±0.011)kg/(m·d)。

隨著溫度的降低，采用延長HRT 的方式，保證了兩個反應器COD 去除率均在80%以上。而兩個反應器的COD去除負荷均隨溫度的降低而降低，說明低溫抑制了微生物活性。在14℃±1℃和9℃±1℃時，相比于R1，R2 的COD 平均去除率分別提高了7.0%和3.6%，表明低溫下磁性載體可以提高MBBR 對COD 的去除率，但效果不明顯?？傮w來看，在低溫下選擇了合適去除負荷后，載體的類型對MBBR的COD去除并沒有太大影響。

2.1.2 氨氮的去除效果

由圖2(b)、(c)可得，當水溫為14℃±1℃時，在8～12 天，進水氨氮平均濃度為24.82mg/L，R1 和R2 反應器出水氨氮平均濃度分別為9.25mg/L、7.39mg/L，平均去除率分別62.7%和70.2%。在14～16 天，由于進水氨氮負荷增加，兩個反應器出水氨氮濃度有所增加，但相比于R1，R2具有較強的抗氨氮沖擊負荷能力。從第19 天開始，水溫降低至9℃±1℃，HRT 由8h 提高至10.5h。運行至52 天時，R2 氨氮去除率保持穩定，而R1 氨氮去除率略有波動。在此期間（52～60 天），進水氨氮濃度26.92mg/L，R1 和R2 反應器出水氨氮平均濃度分別為11.94mg/L、7.60mg/L，平均去除率分別55.6%和71.8%。此外，R1 和R2 反應器出水亞硝態氮平均濃度分別為0.36mg/L、0.34mg/L，沒有出現亞硝態氮積累，說明兩個反應器內硝化作用均進行得比較完全。R1 和R2 反應器出水硝態氮平均濃度分別為9.81mg/L、13.98mg/L。當水溫由14℃±1℃降低至9℃±1℃時，兩個反應器的氨氮平均去除負荷分別由(0.047±0.0004)kg/(m·d)、(0.052±0.0003)kg/(m·d) 下 降 至(0.034±0.0028)kg/(m·d)、(0.044±0.0031)kg/(m·d)。

圖2 不同溫度下進出水COD、氨氮的濃度變化及其去除率

硝化菌屬于自養菌，低溫會嚴重抑制其活性，導致出水氨氮濃度難以達標。隨著溫度的降低，R2 對氨氮的去除效果始終高于R1。在9℃±1℃時，R2 的氨氮去除率比R1 提高了16.2%，能夠實現出水水質達標。艾勝書等的研究發現在10℃時，與本試驗相同的商用載體對氨氮的去除率僅為25.29%，難以保證出水水質達標。由此可說明，相比商用載體，磁性載體可以增強生物膜對低溫的適應性，提高反應器的硝化性能。為了進一步探究磁性載體對硝化性能的強化作用，本試驗對比分析了兩種載體上生物膜生長特性及微生物群落結構。

2.2 生物膜生長特性

2.2.1 硝化活性

表2為反應器運行52天后2種載體上生物膜的SAUR和SNUR。由表2可知，磁性載體的SAUR和SNUR 均高于商用載體，比商用載體分別提高了1.50 倍和2.10 倍。表明在低溫下，相較于商用載體，磁性載體可以提高生物膜的硝化活性，從而強化了反應器的硝化性能。這與低溫下R2 對氨氮具有更高去除率的結果一致。

表2 不同載體上生物膜的硝化活性

此外發現兩種載體上生物膜的SNUR 都大于SAUR，其中商用載體生物膜的SNUR 為SAUR 的1.08 倍；磁性載體生物膜的SNUR 為SAUR 的1.34倍。說明低溫下亞硝酸鹽氧化細菌（NOB）的活性高于氨氧化細菌（AOB），氨氧化反應生成的亞硝酸鹽可被NOB 快速利用，更有利于硝化反應的進行。這也解釋了上述中兩個反應器均未出現亞硝態氮積累的現象。其原因可能是在低溫環境（≤15℃），NOB 對DO 的親和力高于AOB，導致NOB的代謝活性高于AOB。

2.2.2 生物膜形貌

反應器運行結束前，取出載體進行掃描電鏡（SEM）觀察。圖3為200μm和50μm尺度下不同載體的生物膜電鏡圖。從中可以看出，兩種載體都附著生長了生物膜，且生物膜均具有一定的三維立體結構。商用載體上生物膜表面光滑平坦，附著程度較低。而磁性載體生物膜中微生物被更多的黏性物質所包裹，使生物膜表面粗糙且致密，同時生物膜內部具有豐富的孔道結構，孔徑大小分布在10～80μm，可以加快DO和營養物質的傳輸速率。由此表明磁性載體改變了生物膜的形貌，更有利于微生物的生長和污染物的去除。究其原因可能是低溫下磁性載體影響了微生物分泌EPS的過程。

圖3 載體表面生物膜SEM圖

2.2.3 EPS成分及含量

EPS是微生物細胞分泌的包圍在細胞壁外的代謝產物或自溶物，對生物膜的形成和生長起著重要作用，其主要成分多糖、蛋白質更是直接參與生物膜結構的構建和維持。根據EPS與細胞相結合的緊密程度，可將其分為黏液層（Slime）、松散結合型EPS（LB-EPS）和緊密結合型EPS（TB-EPS）。本試驗分析了反應器運行52 天后兩種載體生物膜各層EPS 的成分及含量（以生物膜中每g SS 計），結果如表3和圖4所示。

表3中反映出兩種載體生物膜各層EPS中多糖和蛋白質的含量。結合圖4(a)、(b)可知，磁性載體生物膜各層EPS中多糖和蛋白質的含量均高于商用載體。商用載體和磁性載體生物膜多糖總含量分別為(24.85±0.15)mg/g、(53.66±0.35)mg/g，而商用載體和磁性載體生物膜蛋白質總含量分別為(46.10±0.13)mg/g、(90.88±0.30)mg/g。由此說明磁性載體可以促進生物膜微生物分泌更多的多糖和蛋白質，從而維持和改善了生物膜的形貌結構。同時進一步表明磁性載體可以提高生物膜代謝活性。同時由圖4(c)可知，蛋白質為商用載體和磁性載體生物膜EPS的主要成分，分別占EPS的65%和63%，這說明磁性載體可以維持生物膜微生物生理活動的平衡，基本沒有改變EPS的成分結構。但各層EPS的成分含量存在著差異。兩種載體生物膜Slime、TB-EPS的主要成分均為蛋白質。商用載體生物膜LB-EPS中多糖含量略高于蛋白質，而磁性載體生物膜LBEPS中多糖含量則明顯高于蛋白質。這種成分差異可能與各層EPS的性能和外界環境的刺激有關。

隨著溫度的降低，微生物細胞會分泌更多的EPS，使功能菌相互聚集以抵御低溫。由圖4(d)可知，磁性載體生物膜EPS 含量為(144.54±0.65)mg/g，比商用載體增多了1.04倍。表明在低溫下磁性載體可以促進生物膜分泌較多的EPS，有利于微生物的生長和代謝。而活性較高的微生物又將進一步分泌更多的EPS。磁性載體生物膜的Slime、LB-EPS 和TB-EPS 含 量 分 別 為(70.81±0.59)mg/g、(18.11±0.23)mg/g和(55.62±0.16)mg/g，較商用載體分別提高了222%、201%和29%。由表3 可知，商用載體生物膜EPS 的主要組成部分是TB-EPS（60.54%）， 其 次 是Slime （30.98%）、 LB-EPS（8.48%）。而磁性載體生物膜EPS 的主要組成部分是Slime （48.99%），其次是TB-EPS （38.48%）、LB-EPS（12.53%）。兩種載體生物膜各層EPS所占比例存有差異，其原因為磁性載體生物膜TB-EPS增幅相對很小，導致磁性載體生物膜各層EPS所占比例發生了變化。TB-EPS與微生物細胞緊密結合，過多的TB-EPS會導致生物膜更加緊密，增大傳質阻力，而結構松散的Slime、LB-EPS不會顯著影響基質的擴散。所以磁性載體可在大量增多EPS分泌的前提下，保證了生物膜有較好的傳質效率。

表3 生物膜各層EPS的含量比例及成分

圖4 生物膜的各層EPS組分及含量

2.3 微生物群落結構

本試驗對反應器運行52 天后兩種載體生物膜進行了高通量測序，旨在從微生物群落結構水平解析磁性載體對生物膜硝化性能的影響。

2.3.1 屬水平上微生物菌群分布特征

圖5列出了兩種載體生物膜中至少在一個樣品中相對豐度超過1%的優勢屬。由圖5 可知，兩種載體生物膜的優勢屬及其豐度均存有明顯差異。商用載體生物膜中豐度最高的前五種菌屬為假單胞菌屬（，26.57%）、黃桿菌屬（， 15.55%） 、 中 村 氏 菌 屬（， 11.79%） 、 芽 殖 桿 菌 屬（，7.33%）和食酸菌屬（，4.74%）。而磁性載體生物膜中豐度最高的前五種菌屬包括球衣菌屬（，27.24%）、未標注 的 腐 螺 旋 菌 科 （，5.00%）、類節桿菌屬（r，3.84%）、黃桿菌屬（，3.48%）、動膠菌屬（，3.07%）。其中，為常見的反硝化菌，對低溫適應能力強，是商用載體生物膜的絕對優勢屬，但該菌屬在磁性載體生物膜中的豐度僅為0.74%。說明磁性載體會明顯抑制的生長。為專性好氧菌，能分泌黏液且呈絲狀生長，是生物膜形成的重要結構功能菌。該菌屬在商用載體生物膜的豐度為1.00%，而在磁性載體生物膜中成為了絕對優勢屬。有研究將歸類為鐵細菌（iron bacteria），證實其具有固定重金屬離子的能力。這可能是磁性載體促進生長的原因之一。節桿菌屬（）為反硝化聚磷菌，該菌屬只存在于磁性載體生物膜中，并成為了優勢屬（2.42%）。需要指出的是，雖然兩種載體生物膜在屬水平有著不同的微生物群落結構，但低溫下兩個反應器對COD 的去除效果沒有明顯差別。其原因可能是兩種載體生物膜中大多數優勢屬均能降解有機物，加之本試驗所使用的為簡單有機基質。

圖5 屬水平微生物群落結構

此外，對兩種載體生物膜的優勢屬進行費舍爾精確檢驗（Fisher，s exact test），來進一步驗證不同載體生物膜的微生物群落結構存有差異性，結果如圖6所示。由圖可知，在兩種載體生物膜的22個優勢屬中有20 個優勢屬存在極其顯著差異（≤0.001），僅有馬塞菌屬（）、不存在顯著差異（＞0.05）。這說明磁性載體會對不同菌屬產生不同的影響，導致微生物群落結構發生很大的變化。

圖6 優勢屬的費舍爾精確檢驗

2.3.2 硝化菌屬分布特征

圖7列出了兩種載體生物膜中主要的硝化菌屬，其中亞硝化單胞菌屬（）、6067、1 和突柄桿菌屬（）屬于AOB，硝基念珠菌屬（）和硝化螺菌屬（）屬于NOB。由圖可得，硝化菌屬種類較少，且各菌屬相對豐度很低。這也說明低溫抑制了生物膜中硝化菌群的生長和代謝活性。

圖7 生物膜中硝化菌的相對豐度

亞硝化單胞菌屬（）、6067和1 均 屬 于 亞 硝 化 單 胞 菌 科（），是活性污泥中常見的AOB優勢屬。、6067和1在商用載體生物膜中的相對豐度分別為0.02%、0.12%和0，而三種菌屬在磁性載體生物膜中的相對豐度分別增加 至0.12%、 0.24% 和0.01%。 突 柄 桿 菌 屬（） 屬 于 疣 微 菌 科（），具有異養硝化能力。該菌屬在商用載體和磁性載體生物膜中的相對豐度分別為0.03%和0.11%。硝化螺菌屬（）是污水處理廠中主要的NOB，同時也是本研究中兩個載體生物膜的NOB 優勢屬。該菌屬在商用載體和磁性載體生物膜中的相對豐度分別為0.19%和0.34%。硝基念珠菌屬（）是一種耐低溫型NOB，適合在低溫環境下（7～16℃）生長，可功能性地代替。在商用載體生物膜中未被發現，而在磁性載體生物膜中的相對豐度為0.05%。此外，在接種污泥中的相對豐度很低，僅為0.002%。說明磁性載體有利于該菌屬的馴化培養，并形成穩定的種群。

通過對比商用載體和磁性載體生物膜中硝化菌群分布特征發現，磁性載體生物膜中存在1和2 種特有硝化菌屬，其他硝化菌屬豐度也明顯高于商用載體。磁性載體生物膜中AOB和NOB的相對豐度分別為0.48%和0.39%，比商用載體生物膜中AOB 和NOB 的相對豐度分別提高了1.82倍和1.05倍。說明低溫下磁性載體可以提高硝化菌的生長代謝，增加生物膜中硝化菌的豐度，同時還能富集適應低溫環境的硝化菌屬。此結果與前文中低溫下R2 反應器具有更高的氨氮去除效果保持一致。

2.4 磁性載體作用機理分析

低溫將會抑制微生物的新陳代謝活動（尤其是硝化細菌），使得污水處理系統中微生物活性降低、數量減少、群落結構發生改變等，導致污水處理廠出水水質惡化。在低溫環境中可通過生物載體來富集更多的微生物，從而在一定程度上緩解微生物活性的降低。為了應對低溫環境，微生物機體也會產生某些響應，如分泌更多的EPS來抵御寒冷。根據本文的試驗結果和數據分析，低溫下磁性載體強化MBBR硝化性能的作用機理主要有三個方面：①磁性載體可以為硝化細菌提供良好的生長環境。磁性載體表面呈正電性、親水性好，具有更高的生物親和性，有利于微生物在其表面附著生長。②磁性載體可以增強生物膜的硝化活性。磁性載體產生的磁效應不僅能提高微生物的代謝活性，還能促進生物膜分泌更多的EPS保護微生物抵御低溫。③磁性載體能夠高效富集硝化細菌。磁效應能夠提高生物膜中AOB 和NOB 的相對豐度，同時有利于馴化出和兩種硝化菌屬。

3 結論

（1）低溫下，投加磁性載體的R2 反應器對污染物具有更高的去除效果。9℃±1℃時，R2 出水COD和氨氮平均濃度分別為37mg/L、7.60mg/L。相比于投加商用載體的R1反應器，R2對COD和氨氮平均去除率分別提高了3.6%和16.2%，其對氨氮去除效果提高尤為顯著。

（2）在低溫環境中，磁性載體可以提高生物膜硝化活性，其生物膜SAUR 和SNUR 比商用載體分別提高了1.50倍和2.10倍。同時磁性載體可以促進生物膜分泌更多的EPS，維持和改善了生物膜的形貌結構。

（3）商用載體和磁性載體在低溫下的微生物群落結構存在顯著差異。兩種載體生物膜的大多數優勢屬都能降解有機物，其中商用載體的絕對優勢屬為，而磁性載體的絕對優勢屬為；磁性載體生物膜中富集了更多的硝化菌屬，其AOB 和NOB 的相對豐度比商用載體分別提高了1.82倍和1.05倍，并且馴化富集了1和兩種特有的硝化菌屬。

（4）綜上所述，磁性載體生物膜的硝化活性、EPS含量和硝化菌相對豐度均高于商用載體，從而可增強生物膜的低溫適應性，明顯提高了MBBR在低溫下的硝化性能。