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活性污泥法作为成熟的污水处理技术之一,已经在污水处理领域应用了100多年。然而,与微生物低效聚集相关的问题,如污泥膨胀、固液分离不良等,仍然经常出现在活性污泥法的应用当中。胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）作为包裹在微生物细胞表面的高分子混合聚合物,对微生物的聚集过程影响显著。对EPS在活性污泥聚集过程中的构成及功能进行研究,将有助于改善微生物的聚集性能,并为解决活性污泥法中微生物低效聚集的问题提供理论指导。本研究以活性污泥为研究对象,先期建立一种产率较高、涵盖种类丰富的EPS提取方法。基于该提取方法,对不同环境因素下污泥微生物的聚集性能及其EPS的构成变化进行探究,最终确立最佳聚集培养条件。进一步,在最佳聚集培养条件下培养由活性污泥分散而来的微生物,在此过程中,深入研究不同构成种类的EPS在活性污泥聚集过程中的作用及作用机制。通过实验与分析,获得结论如下:活性污泥中EPS的提取方法研究显示:EPS可以分为溶解型EPS（Soluble EPS,S-EPS）、松散结合型EPS（Loosely Bound EPS,LB-EPS）和紧密结合型EPS（Tightly Bound EPS,TB-EPS）;紧密结合型EPS又可进一步分为离子TB-EPS与疏水TB-EPS。EPS的提取顺序确定为:S-EPS→LB-EPS→离子TB-EPS→疏水TB-EPS。EPS的提取方法具体如下:所有EPS提取过程中用到的液相环境为含有1.5 M NaCl的磷酸缓冲盐溶液（phosphate buffer saline,PBS）;S-EPS通过5000 g、4℃离心10min获得;LB-EPS的提取采用80℃水浴加热5 min的方法;离子TB-EPS的提取则是通过先加入250 mg Na2S·9H2O/g VSS在氮气氛围下、4℃、400 rpm的条件下振荡处理1 h,然后再加入170 mg NH4F/g VSS在600 rpm、4℃下搅拌处理1 h实现;疏水TB-EPS的提取方法是加入140 mg/g VSS的十二烷基硫酸钠（SDS）在600 rpm、4℃下搅拌45 min。新方法较水浴加热、阳离子交换树脂（Cation Exchange Resin,CER）以及甲酰胺-NaOH法具有更高的产率以及合理的细胞破损程度,同时具备更丰富的EPS种类,是一种优良的EPS提取方法。不同环境条件对污泥微生物的聚集影响研究表明:最佳的聚集环境条件为:以柠檬酸三钠为碳源,有机负荷为2 kg COD/m3,氮源为氨氮,氨氮浓度为160 mg/L,钙离子浓度为8 mM,培养时间12 h。在不利的生长环境下微生物往往倾向于聚集,如生长进入指数生长末期、碳源为有毒或复杂碳源、碳或氮限制等,相比于基质的类型,基质浓度对聚集的影响更大。环境因素的变化改变了EPS的构成,而EPS的构成变化与微生物聚集性能紧密相关。EPS在污泥聚集过程中的功能分析研究发现:S-EPS与LB-EPS通过静电斥力的形式对污泥聚集产生负面影响,这种负面影响与这两种EPS中的高糖醛酸占比及其蛋白二级结构中对聚集有利的结构占比较小有关。LB-EPS具有更多的负电基团,因而对污泥聚集的抑制作用高于S-EPS。离子TB-EPS在污泥的聚集过程起到主要的促进作用,疏水TB-EPS对污泥聚集具有较弱的促进作用。离子TB-EPS作为EPS的主要构成形式,其大量存在的-OH以及部分C=OO-基团提供了丰富充足的阳离子结合位点;同时,离子TB-EPS的多糖可能分布在延伸到絮体外的丝状菌上,其蛋白二级结构相对疏松且对聚集有利的结构占比较高。离子TB-EPS的结构特点使其阳离子结合位点更多的暴露在外层,从而发挥更主要的污泥促聚作用。疏水TB-EPS对污泥聚集较弱的促聚作用主要是由于蛋白中含有较高的疏水基团,但疏水TB-EPS的含量较少且其蛋白结构相对紧密。