微生物胞外聚合物(EPS)是活性污泥的组分之一，在活性污泥絮体的形成及净化污水的过程中起着重要作用。由于污泥絮体结构与组分的复杂性与可变性，以及对EPS的特征缺乏深入的了解，目前对于EPS吸附去除污水中污染物的机制尚不十分清楚。本研究以典型城市污水处理厂的厌氧、缺氧、好氧污泥为对象，对污泥絮体的结构特征及其吸附去除污水中污染物的能力进行了研究;运用多种方法对EPS进行了全面表征，并在此基础上构建污泥絮体的结构模型，探讨EPS吸附去除污染物和污泥絮体内部的自身吸附凝聚机制。　　 通过对北京市4座典型城市污水处理厂的6种污水处理工艺的调查，明确了城市污水中污染物的分布特征，即COD大部分以悬浮性和胶体性组分存在，而氮和磷主要分布在溶解性组分中，因此活性污泥絮体能够有效地吸附去除COD和SS，而对氮和磷的吸附去除效率较低。对比实验结果表明，好氧段污泥的吸附能力高于厌氧和缺氧段污泥。污泥的絮体结构及表面疏水性等因素对污泥的吸附能力有显著影响。　　 研究了活性污泥絮体的结构特征，其粒径分布形态可用Gamma方程进行拟合，表明活性污泥的凝聚过程是一种絮体与絮体碰撞结合的“絮团-絮团”凝聚过程。污泥絮体表面凹凸不平，有各种“孔洞”和“缝隙”，在絮体的边缘有EPS的过渡层。检测结果表明，在厌氧、缺氧和好氧段污泥中，紧密结合的胞外聚合物(TB-EPS)含量均高于松散结合的胞外聚合物(LB-EPS)的含量，而且TB-EPS中蛋白质的含量高于LB-EPS中蛋白质的含量，这些组分比例的差异导致污泥絮体吸附效果的差异。研究发现，在活性污泥吸附污染物过程中，TB-EPS发挥主要作用。　　 建立了增强拉曼光谱分析EPS方法，并结合多种分析方法对TB-EPS和LB-EPS进行了全面表征，结果显示，LB-EPS及TB-EPS均是由多糖、糖胺及蛋白质组成的复杂的聚合物，LB-EPS中分子大部分呈短链状，TB-EPS具有多支链长的长链形貌，LB-EPS及TB-EPS表面都有较多的羧基、氨基、羟基等活性基团，但TB-EPS较LB-EPS具有更多的疏水基团，TB-EPS的疏水性也比LB-EPS要强。活性污泥的吸附本质可归于这些聚合物的线性结构以及分子上的亲水和疏水基团。　　 采用在AFM探针微悬臂上粘接颗粒物质制作了七种物质（二氧化硅、高岭土、聚苯乙烯颗粒、细菌、牛血清蛋白、腐殖酸和纤维素小球）的胶体探针，在微观尺度上揭示了各种污染物质与EPS的作用过程，计算得到吸附作用力数值，发现EPS与各种污染物的吸附作用主要是分子之间的长程力作用。其中EPS与矿物质胶体探针的作用力主要是氢键与范德华力，而EPS与细菌、纤维素、牛血清蛋白和腐殖酸等有机物之间的作用力主要是氢键作用。EPS中N、O等基团可与含有-OH、-NH等极性基团的有机物和无机物有较强的亲和性，而EPS的长链多糖可以充分发挥连接桥性质，这是导致活性污泥具有吸附能力的根本原因。基于上述研究结果，建立了活性污泥絮的多级结构模型，确定了活性污泥絮体组成属于扩散限制聚集形成模式。