胞外聚合物EPS(Extracellular polymeric substances)是一类存在于细胞外的生物大分子集成,具有吸附凝聚、防御保护及养分代谢的功能,是维持微生物聚集体的稳定并构建协同关系的基础。由于具备了絮凝性、吸附性、亲水及疏水性、生物可降解性等特征,EPS的研究对于以生物处理为主要环节的环境工程领域具有十分重要的地位和作用。论文以EPS的基本性质为出发点,分别从两个方向开展相关的研究工作:一是基于EPS的絮凝性和吸附性,以多粘类芽孢杆菌Paenibacillus polymyxa GA1所产生的具有絮凝活性的胞外聚合物MBFGA1为对象,研究其絮凝过程中对重金属的捕集行为及机制;二是基于EPS的亲水性和疏水性,以微泡扩增污泥为研究对象,研究污泥扩增行为及干化特征。为了提升微生物絮凝剂的絮凝能力,将微生物絮凝剂MBFGA1与聚合氯化铝PAC进行了复配处理3g/L的高岭土悬浊液。在获得较优絮凝效率的同时发现MBFGA1对复配后处理水样中PAC的残留铝具有明显抑制现象。MBFGA1的生物吸附主要作用于无机单核铝Ali,而这一行为对残留铝生物毒性的去除具有重要意义。通过响应面方法优化的MBFGA1复配PAC最佳絮凝条件为:MBFGA1109.37mg/L,PAC 81.87mg/L,p H 8.5,搅拌时间72.5min,环境温度24.3°C。在此条件下进行的验证实验絮凝率均达到99%以上,无机单核残留铝Ali浓度低于0.136mg/L。红外光谱及环境扫描电镜研究进一步证实了MBFGA1上的羟基、氨基和羧基等基团通过螯合或离子交换过程实现了对残留铝的生物吸附。鉴于MBFGA1对残留铝的生物吸附现象,将微生物絮凝剂MBFGA1进一步应用于重金属废水处理过程。针对Cu、Zn、Pb和Cd四种重金属的模拟废水,通过碱性药剂的重金属中和沉淀方法可以构建其相应的重金属絮凝体系。随着碱性药剂投加量的增加,四种重金属所形成的不溶性金属盐的含量都是逐渐增加的,而其所构建的悬浊体系的Zeta电位则呈现出较为一致的上升期、平台期和下降期的规律变化。通过对重金属Zeta电位不同阶段MBFGA1的处理效果比较,发现重金属悬浊体系平台期是充分发挥MBFGA1对重金属捕集效果的最佳切入点。其一方面能够促进重金属悬浮颗粒的聚集沉降并使絮体更为紧实;另一方面MBFGA1对溶解态重金属有明显的吸附作用,可以在中和沉淀基础上提升絮凝过程对重金属的捕集能力。相较于Cu、Zn、Cd的重金属废水,MBFGA1对于Pb样品具有最优的捕集去除效果。以Pb重金属废水的Zeta电位平台期为切入点,当MBFGA1投加量为5000μL时,Pb去除率达到了95.9%,生物吸附能力达到566.7mg/g。通过响应面分析方法获得的MBFGA1对Pb重金属废水最佳絮凝吸附条件为:Na OH 3957μL,MBFGA1 1518μL,搅拌时间95min。在此条件下验证Pb去除率达到98%以上,上清液TOC残留浓度低于62.6mg/L。通过红外光谱及X射线衍射进一步证实了在MBFGA1上的羟基、羧基、氨基、酰胺基团等对溶解态的Pb具有较好的吸附作用,实现了MBFGA1对重金属絮凝过程的生物吸附功能,同时发酵液中的磷酸根也在一定程度上强化了溶解态Pb的絮凝沉降过程。泡沫干燥法可以有效增大物料表面积,并通过泡沫液膜改善水分在物料中的传递能力,适用于粘度较高的难干燥物料。在向含水率在80~85%的脱水污泥投加Ca O后,增加了污泥EPS中有机质向液相中的溶出和溶解,其中就包含了大量的表面活性物质。这些表面活性物质达到一定的溶出浓度后伴随适当的机械搅拌就能使污泥体积扩增密度下降并最终形成微泡污泥。通过0~3.0wt%的Ca O投加量对比,发现2.0wt%的是较优的投加量,其一方面在搅拌过程中具有最高的污泥密度下降速率,另一方面不会对污泥后继处理处置造成过大的增容负担。在对流干燥过程中,密度为0.70g/m L的微泡污泥表现出了最优的干化性能。在30~60°C的温度条件下以20%含水率为目标,相同质量的微泡污泥较原泥缩短了35~41%的干化时间。为了进一步研究污泥微泡扩增机制,将Ca O处理污泥样品与Na OH(0~3.0wt%)及高温处理(60~120°C)的污泥样品的微泡扩增行为进行对比。同时,将其浸出液p H、表面张力、s COD、蛋白质及多糖浓度进行分析,并通过三维荧光光谱将其所包含的有机质类型进行表征。结果显示,污泥微泡扩增现象主要来源于两个方面:一是Ca O投加后污泥中表面活性物质溶出而导致的表面张力的下降;二是蛋白质类物质从TB-EPS中充分的溶出浓度及适当的存在形态也是维持微泡污泥稳定性的关键因素。微泡污泥干化研究主要通过薄层干化方法对密度为1.05~0.40g/m L的样品在30~60°C温度条件下的干燥曲线、水分蒸发速率及水分扩散系数进行研究,并通过扫描电镜对原泥及微泡污泥干化后的微观形态进行表征。结果显示,微泡污泥的干化优势主要来源于其在有限空间内更大的干化表面积,以及微泡液膜表面更加活跃的水分毛细扩散运动。这些特征使得微泡污泥较原泥获得了更宽范围的恒定蒸发速率期,以及更高效的污泥内部水分扩散过程,最终改善了污泥的干化行为,提升了污泥的干化效率。