活性污泥法自开创以来已经成为世界上应用最广泛的废水生物处理工艺。然而,污泥膨胀问题已经严重制约了活性污泥工艺的运用和发展,是污水领域亟待解决的重要问题。目前有关污泥膨胀机制的研究较多,但大多以工艺层面为基础,从动力学的角度揭示和模拟污泥膨胀过程,并没有从微观层面直接揭示丝状菌的膨胀机理。因此,本研究利用“SBR反应器启动和运行-污泥膨胀的诱发-不同膨胀程度污泥表面理化特性分析-污泥膨胀机制”的研究主线,深入分析不同膨胀程度的活性污泥絮体表面理化特性和微观物质组成,结合XDLVO理论耦合热力学机制揭示污泥膨胀的机制,并从微观层面探究丝状菌膨胀过程中细菌藻酸盐的变化情况,解释其对微生物聚集行为的影响。主要研究结果如下:(1)对不同膨胀程度的活性污泥絮凝沉降性能、表面理化特性进行监测,解释污泥表面理化性质对污泥膨胀的作用。结果表明活性污泥絮凝沉降性能与污泥表面Zeta电势和相对疏水性密切相关,随着SVI值逐渐增大,Zeta电势绝对值越高,相对疏水性越低,污泥絮凝沉降性能越差。同时对不同膨胀程度的污泥絮体胞外聚合物(EPS)的含量和组成分析,结果表明污泥表面EPS总量、多糖含量、蛋白含量与SVI值呈负相关。发现随着污泥膨胀程度的加剧,污泥表面EPS总量、多糖含量、蛋白含量均下降。污泥表面Zeta电位与EPS和PN呈正相关。EPS中蛋白含量是影响Zeta电位值的关键因素。(2)对不同膨胀程度的污泥絮体细菌藻酸盐含量及组分进行分析,结果发现随着膨胀程度的加剧,藻酸盐(ALE)及其不同区段(GG、MG、MM)含量在减少,导致与金属阳离子形成的藻酸盐凝胶减少,从而减弱污泥絮体结构性能。进一步利用紫外可见光谱、红外光谱证实藻酸盐提取物与海藻酸钠标样结构相似,GG区段是细菌藻酸盐的主要成分,在藻酸盐凝胶形成过程中起着重要作用。(3)进一步利用XDLVO理论耦合表面热力学对污泥膨胀的作用机制进行分析,结果发现随着活性污泥在丝状菌膨胀程度的不断加剧,WA、WR、WAB绝对值均在不断减小,即它们对体系XDLVO总位能的贡献值均在不断减小。同时污泥体系的斥力势垒却是在不断增大的,即污泥的絮凝沉降性能在不断降低。本研究对活性污泥丝状菌膨胀过程中的微生物表面特性进行检测分析,揭示了细菌藻酸盐对污泥膨胀的影响,同时从热力学角度出发,用XDLVO理论分析了污泥膨胀的机制。