随着我国社会经济的飞速发展和城镇化进程的加快，大量肆意排放的废水造成水体严重污染，导致“水危机”日趋严重。废水在排入水体前，应首先由污水处理厂进行处理。较之于增加污水处理厂数量需要耗费大量资金成本，提高现有污水处理设施的废水处理效率至关重要。活性污泥法是污水处理厂应用最广泛的废水处理方式之一。由于在活性污泥系统中，微生物是去除污染物的主体。因此，深入了解活性污泥中微生物的群落结构与功能，理解其时空分布格局及受控机理，对于深化认识污水处理系统的本质，进而提高污水处理效率具有重要意义。此外，由于活性污泥中还存在着大量的重金属、病原微生物和寄生虫卵等，因此污水处理厂每年产生的巨量剩余污泥的处理和处置，也需要有一个全面的安全风险评估。本论文采用第二代高通量测序技术、生物信息分析和多元统计学方法，研究了国内两大城市（厦门和重庆）13个污水处理厂活性污泥中细菌和古菌的群落组成与结构，分析了污水处理厂中可能的核心微生物种群，初步探讨了污水处理厂中微生物群落结构与环境因子之间的关系，并构建本地致病菌16S rRNA基因数据库，鉴定了活性污泥中分布的疑似致病菌。　　 高通量测序结果表明:污水处理厂活性污泥中微生物的多样性极高。种-面积关系(Species-area relationship，SAR)这一基本岛屿生物地理学模型可能同样适用于污水处理厂这一工程生物系统。　　 群落组成分析表明:从活性污泥中得到的121268条细菌序列中，94.3％的序列被分为27个门（50个纲），其中Proteobacteria是活性污泥中细菌的最主要组成部分，其相对丰度占到总细菌群落的38％;Actinobacteria和Bacterioidetes次之，其相对丰度分别占总细菌群落的16.3％和13％;而Firmicutes、TM7和Chloroflexi约占总细菌群落的5％～10％。从活性污泥中得到的2865460条古菌序列中，有14.5％的序列无法被分类到门，35.7％的序列无法被分类到纲，其他序列被分为2个门、7个纲（12个目），85.5％的序列属于广古菌门，甲烷菌，包括Methanomicrobia及Methanobacteria等，为活性污泥中古菌的最主要组成部分，其相对丰度分别占总古菌群落的51.1％和11.5％，大量无法被明确分类的古菌序列表明对活性污泥中古菌的了解还不够充分，未来尚需更多的研究工作。调查结果表明在活性污泥中可能存在着一个重要的核心微生物种群，在不同污水处理厂微生物群落中均占据优势地位，它们可能在活性污泥的稳定及污染物的去除过程中发挥着重要作用。　　 群落结构分析表明:厦门、四川两地的污水处理厂细菌群落存在显著差异，古菌群落也同样存在着一定的差异。多元统计分析表明:环境因子（包括地理距离、污水处理方式、日平均污水处理量、进水组成、理化参数等）可能影响着活性污泥中的微生物群落结构特征。这表明由于随机分布和环境选择，每处污水处理厂活性污泥中都包含有一些独特的微生物种群，活性污泥中微生物的分布具有一定的地域性特征。　　 致病菌分析结果表明:从活性污泥中得到的389条（占总细菌序列数的0.32％）疑似具致病性的序列分属于18个属。其中Afipia分布最为广泛，在12个活性污泥样品中均有检出。Eubacterium和Brucella分布也很广泛，分别在9个和8个活性污泥样品中有检出。Aeromonas和Afipia为致病属中的最主要组成部分，其相对丰度分别占总致病菌的24.2％和22.1％。包括Clostridium，Mycobacterium，Shigella，Staphylococcus和Streptococcus等的5个属中，包含有一些可能导致全球范围内严重传染病的致病性种。此外，其他12个包含在我国卫生部公布的致病属中，除了Brucella之外大多数都有中等危险程度(risk gradeⅢ)。这表明污水处理厂的剩余污泥对公共健康存在着一定的威胁，剩余污泥的处理和处置需要有一个全面的安全风险评估。