微生物在污水处理过程中承担着污染物转化降解的功能，决定着生物处理系统的稳定性和废水处理效果。然而，长期以来，人们对于污水处理过程中微生物群落的结构及其动态变化知之甚少，这在很大程度上限制了人们在优化污水处理工艺与运行条件、实现微生物功能调控以及提高工艺处理性能水平方面所做的努力。近年来分子生物学技术的迅速发展为系统研究活性污泥中微生物群落的结构、功能与动态提供了有力的支持，使人们全面认识废水生物处理过程中的微生物的作用和地位成为可能。本研究结合链式聚合酶反应和变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术、荧光原位杂交(FISH)技术和分子克隆方法，对不同运行工艺中微生物群落的结构组成以及动态变化进行了较为系统的研究，为全面阐明活性污泥体系中微生物群落的组成变化与污水处理效果之间的相互关系奠定科学基础。本研究的主要结果如下：　　 (1)探讨了几种不同的样品前处理方法，建立了重复性好、操作成本低的PCR-DGGE方法，并成功地用该方法对实际环境样品进行了分析。　　 (2)应用PCR-DGGE技术对北京市某污水处理厂内的两套不同的处理工艺--缺氧-好氧活性污泥工艺(A/O法)和缺氧-厌氧-好氧活性污泥工艺(NA/O法)中的微生物群落结构分别从细菌群落、放线菌群落、氨氧化菌群落以及酵母菌群落等4个方面进行了分析比较，发现在相同的进水和相同的HRT的条件下，A/A/O系统中细菌、放线菌及酵母菌的群落丰度明显高于A/O系统，两系统只是在氨氧化菌的菌群结构上比较相近，聚磷菌的存在可能是导致A/A/O系统菌群结构有别于A/O系统的重要原因。　　 (3)应用巢式PCR-DGGE技术对两座污水处理厂中的微生物群落从进水到出水的全过程进行了跟踪分析，发现原水中的细菌群落与曝气池活性污泥中的细菌群落差异很大，利用BIO-RAD Quantity One4.3.0软件计算出其相似性分别为27.1％和27.2％，说明原水中的许多优势菌群在活性污泥系统中并未起到主要作用。在污泥沉降性好的污水厂，曝气池与出水中微生物群落结构相似性仅为26.0％，而在污泥沉降性较差的污水厂，两者相似性高达88.3％，说明存在优势菌的流失。测序结果显示，活性污泥体系中变形菌纲占主导地位，而原水中非培养的细菌占主导地位。　　 (4)利用PCR-DGGE、FISH、克隆技术分别对采用A/O、A/O/O、氧化沟和SBR工艺、氨氮去除效果分别为21.9％、73.9％、84.5％和87.6％的四座污水处理厂的氨氧化菌进行分析比较，氧化沟和SBR的DGGE条带类型表现出与A/O、A/O/O显著的差异，DGGE测序结果表明，在23个条带中，有11个都属于亚硝化单胞菌，另外9个显示为非培养的β变形菌，两个条带为脱氯单胞菌，有一个为非培养菌，显示系统内有四种类型的氨氧化菌存在；克隆文库酶切结果显示，SRT最长(15天)的SBR工艺拥有5种酶切类型，表明系统内氨氧化菌种群最为丰富，而其他污水厂有三种类型，但4个污水厂的优势种群基本一致。用氨氧化菌特异性引物pAMOf和pAMOr构建了16S rRNA文库，序列分析结果显示，该引物特异性并不是很好，BLAST结果只能指向β变形菌，而不能指向到属或种的水平，今后需要进一步探讨克隆方法。　　 (5)探针NSO190和NSO1225荧光原位杂交结果显示，氨氧化菌所占的比例跟污泥龄密切相关，污泥龄最短(6天)的A/O/O系统中，氨氧化菌所占的比例最低(平均值为2.53％)，而污泥龄最长(15天)的SBR系统中，氨氧化菌所占的比例最高(平均值达到3.74％)。亚硝化单胞菌和亚硝化螺菌属在四种工艺中都存在，A/O、A/O/O、氧化沟和SBR系统中亚硝化单胞菌和亚硝化螺菌属的个数比例依次为：58/100、102.5/100、54/100、97.5/100。该结果与以往报道差异较大。