城市水体污染一直是全世界都关注的环境问题,城市水环境受到工业生产、居民生活影响,存在多种致病菌、耐药基因、毒性因子等生物污染物,携带大量生物污染物的废水汇集于污水处理厂或被直接排入环境水体,未经彻底处理而进入受纳河流,易扩散至水源水,进入饮用水处理与管网系统,影响公众健康与生态安全。本文通过定期采集污水处理厂及其出水排放的受纳河流、饮用水处理及输配系统中的水(泥)样,应用定性PCR、实时定量PCR(qPCR)、16S rRNA基因的454焦磷酸测序、宏基因组的Illumina测序等技术方法,研究城市给排水系统中关键节点的微生物群落结构演替规律,阐明了污水处理过程中人类致病菌及毒性因子的变化规律,探究污水处理厂出水对受纳水体中微生物菌群结构和生物污染物分布的影响,解析饮用水处理系统中微生物群落结构变化和毒性因子的去除能力及其去除机理。主要研究结果如下:(1)16S rRNA基因的454焦磷酸测序结果表明城市生活废水是人类致病菌重要的环境库,存在多种人类致病菌,其中弓形杆菌属致病菌丰度最高,占致病菌总丰度的43.42%;布氏弓形杆菌、嗜水气单胞菌、克雷伯氏肺炎菌是污水处理厂中主要的人类致病菌种,qPCR实验进一步证实了该结果。(2)氧化沟、砂滤-混凝、A2/O等处理工艺均可去除污水中的大部分人类致病菌和毒性因子,总致病菌去除率可分别达到98.38%、98.52%、74.17%,但处理出水中依然存在布氏弓形杆菌等人类致病菌,值得持续关注。(3)通过调查江苏某污水处理厂外排污水进入受纳河流中菌群结构和生物污染物空间变化特征发现,污水处理工艺能够有效地去除废水中的人类致病菌和耐药基因;从门和OTU(可操作分类单元)分类水平上,污水处理厂污水排放未显著影响河流中微生物群落结构;排放口下游的人类致病菌和耐药基因丰度与多样性较高于出水口上游,表明污水排放可影响生物污染物在受纳河流中的分布与传播。(4)16S rRNA基因的454焦磷酸测序结果表明,饮用水源中微生物多样性比较高(441-586 OTUs),经过氯化消毒后多样性降低,但是经过管道运输后却有所增加;饮用水处理系统中存在多种人类致病菌,其中铜绿假单胞菌丰度最高(相对总菌群丰度>1.1%),氯化消毒过程可以完全去除维氏气单胞菌和肾脏钩端螺旋体菌,但自来水中依然存在铜绿假单胞菌和肾脏钩端螺旋体菌。(5)宏基因组的Illumina测序结果表明,饮用水中存在多种毒性因子,其中转位酶、转座子、Clp蛋白酶、鞭毛驱动的转化蛋白是主要的毒性因子;氯化消毒后饮用水中毒性因子的多样性和丰度均上升,但是经管道运输后毒性因子的的多样性和丰度却降低。本研究结合发展迅速的高通量DNA测序技术、宏基因组学技术等方法手段,系统地揭示了城市给排水系统中关键节点(污水-污水处理厂-受纳水体-饮用水处理厂-饮用水)中微生物群落结构更替规律,深入解析了城市给排水系统中致病菌、毒性因子、耐药基因等生物污染物的多样性及丰度的变化特征,为城市水环境中生物污染物控制提供理论依据。