采用常规生物处理工艺的城市污水处理厂排水中含有一定浓度的营养物质和微量污染物，在受纳水体的长时间积累会导致其生态系统的生物多样性减少与功能失调。据此，一些国家（如中国与瑞士）已经着手对污水处理厂常规工艺进行升级，以改善受纳水体的水质及保护水生生物的多样性与功能。由此衍生的一个关键科学问题是“污水处理厂升级是如何影响受纳水体生物群落与功能的？”。由于河流生态系统非常复杂，很难对全部生物群落进行分析，故本研究选择了相对简单且同时对环境变化非常敏感的微生物群落，探讨污水处理厂升级导致的受纳水体的微生态效应。
      研究选择了北京4 条污水处理厂纳污河流作为研究对象，进行了5 年的实地调查采样及实验室分析。其中通惠河和凉水河在采样期间正在进行污水处理厂的升级改造，而清河和北小河则已完成升级改造。结合污染物分析、16S rRNA 高通量测序及宏基因组测序，探讨了污水处理厂升级改造对受纳河流水质和微生物群落结构与功能（氮循环）的影响。此外，采用新的微生物健康风险评价方法，揭示了污水处理厂升级对受纳河流的健康风险的降低作用。主要结果和结论如下：
     （1）污水处理厂升级后，受纳河流中的总氮（TN）浓度显著降低，由20~30mg/L 下降至10mg/L，TN 浓度的降低反映在总有机氮的明显减少和硝氮的略微下降上。TN 的减少显著影响受纳河流微生物群落组成，同时导致群落间的相互作用更为紧密。
     （2）16S rRNA 和宏基因组测序结果表明，污水处理厂的升级降低了受纳河流中硝化细菌的丰度，但增加了反硝化和硝酸盐异化还原细菌的丰度。硝酸盐异化还原细菌与反硝化细菌的比值在污水处理厂升级后显著上升，参与NH4+-N 生成的细菌相对丰度明显增加，推测氮转化细菌的这种变化是为水生态系统提供足够的生物利用氮从而保证浮游生物的生长。
     （3）探讨了污水处理厂升级对受纳河流耐药致病菌（携带抗性基因和毒力因子基因）的影响。结果表明，污水处理厂升级在短期内没有明显改变受纳河流中耐药致病菌的丰度，但长期会导致其丰度显著下降。升级后假单胞菌属（Pseudomonasa）和不动杆菌属（Acinetobacter）是受纳河流中具有较高风险的耐药致病菌，对人类健康具有潜在的威胁。