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胞外聚合物是活性污泥中重要的组成部分，是活性污泥发挥生化功能的重要载体。金属离子在污水处理厂的进水中占有一定的比例，其价态和浓度不同，对活性污泥胞外聚合物作用也不同，进而对污水处理厂的稳定运行、剩余污泥的稳定化和资源化造成影响。目前在常见金属离子对胞外聚合物的作用方面研究不足，并且，对金属离子种类、存在形式及其功能定位的研究较少，金属离子对胞外聚合物组分和结构的影响和作用机制仍需进一步研究。
本课题探究典型金属离子对胞外聚合物的作用，培养活性污泥提取胞外聚合物作为实验材料，选择钠、钙、铝三种金属离子作为典型金属离子，考察金属离子的价态和浓度对活性污泥胞外聚合物成分组成、组分结构、物化性质的影响，结合理论分析实验现象产生原因和机理。
钠离子的加入会使EPS结构松散，导致TB更易提取，LB进入溶液相。钠离子浓度的增加导致溶液相中渗透压增加EPS物质组分溶出。两个因素叠加，使得随钠离子浓度增加，培养的活性污泥LB中组分含量急剧减少后保持稳定，TB中组分含量急剧增加后缓慢减少，EPS总量减少。当钠离子浓度增加时，VSS总量在3720.90-3856.97mg/L范围内波动，这种现象可以通过钠离子对活性污泥细胞增殖促进作用有限来解释。ICP检测发现钠离子在EPS中赋存量很大且更多的聚集在TB中，最高达到158.49mg/g?VSS。三维荧光和红外光谱不随钠离子浓度的变化而发生改变。由于钠离子电中和作用很弱，且不具有架桥作用，活性污泥ζ电位、粒径和粒径分布变化不大。
钙离子浓度的增加也会导致溶液相中渗透压增大，这使得LB、TB和EPS总量随浓度增大而不断减少，其中EPS总量最少为109.85mg/g?VSS。不同的是，钙离子能够促进细胞增殖，使VSS含量增加至3920.00mg/L。并且，钙离子等二价金属离子具有架桥作用，能够促进絮体聚集成更大颗粒。在这个因素的影响下，活性污泥结构更加致密，TB提取变得困难，但同时LB也在向TB转化，因此加入钙离子后TB含量会急剧增加而LB含量急剧减少。钙离子的电中和作用和架桥作用导致活性污泥ζ电位升高，粒径增大，ζ电位最高为-10.90mV，粒径最大为87.68μm。但可能由于絮体碰撞时小粒径颗粒脱落，大粒径和小粒径部分的体积分数均增加。ICP的检测结果说明钙离子主要赋存在TB中。钙离子浓度的不同会对EPS的三维荧光峰的荧光强度造成不同影响，红外光谱显示钙离子会与蛋白质内酰胺Ⅰ带中C=O相结合，且使表示羧基中C=O的吸收峰发生强度变化。
铝离子使LB内各组分含量增加，TB内物质含量变得不稳定，EPS总量逐渐增加至200.25mg/g?VSS，这可能是由铝离子的生物毒性引起的，活性污泥细胞为了削弱铝离子的抑制作用而分泌更多的EPS。DNA测定结果显示，实验浓度条件下铝离子未使细胞破裂，但此时已经对细胞正常的生存状态造成影响，因此VSS含量在2956.33-3638.10mg/L之间持续波动。ICP检测显示铝离子进入EPS中的含量很少，且绝大部分被阻隔在LB中，最大含量为0.58mg/g?VSS。铝离子会对LB和TB的三维荧光峰造成影响，使其荧光强度发生改变，但对红外光谱影响不大，可能由于此时大部分铝离子仍未进入EPS中并与其中组分发生相互作用。作为三价阳离子，铝离子有着很强的电中和效应，使ζ电位增加至-7.28mV。铝离子还有絮凝效果，通过压缩双电层、吸附电中和、网捕卷扫等作用使活性污泥粒径增大至92.17μm，并使大粒径部分的分布范围扩大。
本研究通过实验研究和理论分析相结合，探究了不同浓度、不同价态典型金属离子对活性污泥胞外聚合物组分及性质的影响效果及作用机理，推进了对常见金属离子在EPS中存在、作用和功能的认识，为工程实际应用中污水厂的稳定运行、剩余污泥的金属离子调理、减量化和资源化等提供理论依据。
本课题探究典型金属离子对胞外聚合物的作用，培养活性污泥提取胞外聚合物作为实验材料，选择钠、钙、铝三种金属离子作为典型金属离子，考察金属离子的价态和浓度对活性污泥胞外聚合物成分组成、组分结构、物化性质的影响，结合理论分析实验现象产生原因和机理。
钠离子的加入会使EPS结构松散，导致TB更易提取，LB进入溶液相。钠离子浓度的增加导致溶液相中渗透压增加EPS物质组分溶出。两个因素叠加，使得随钠离子浓度增加，培养的活性污泥LB中组分含量急剧减少后保持稳定，TB中组分含量急剧增加后缓慢减少，EPS总量减少。当钠离子浓度增加时，VSS总量在3720.90-3856.97mg/L范围内波动，这种现象可以通过钠离子对活性污泥细胞增殖促进作用有限来解释。ICP检测发现钠离子在EPS中赋存量很大且更多的聚集在TB中，最高达到158.49mg/g?VSS。三维荧光和红外光谱不随钠离子浓度的变化而发生改变。由于钠离子电中和作用很弱，且不具有架桥作用，活性污泥ζ电位、粒径和粒径分布变化不大。
钙离子浓度的增加也会导致溶液相中渗透压增大，这使得LB、TB和EPS总量随浓度增大而不断减少，其中EPS总量最少为109.85mg/g?VSS。不同的是，钙离子能够促进细胞增殖，使VSS含量增加至3920.00mg/L。并且，钙离子等二价金属离子具有架桥作用，能够促进絮体聚集成更大颗粒。在这个因素的影响下，活性污泥结构更加致密，TB提取变得困难，但同时LB也在向TB转化，因此加入钙离子后TB含量会急剧增加而LB含量急剧减少。钙离子的电中和作用和架桥作用导致活性污泥ζ电位升高，粒径增大，ζ电位最高为-10.90mV，粒径最大为87.68μm。但可能由于絮体碰撞时小粒径颗粒脱落，大粒径和小粒径部分的体积分数均增加。ICP的检测结果说明钙离子主要赋存在TB中。钙离子浓度的不同会对EPS的三维荧光峰的荧光强度造成不同影响，红外光谱显示钙离子会与蛋白质内酰胺Ⅰ带中C=O相结合，且使表示羧基中C=O的吸收峰发生强度变化。
铝离子使LB内各组分含量增加，TB内物质含量变得不稳定，EPS总量逐渐增加至200.25mg/g?VSS，这可能是由铝离子的生物毒性引起的，活性污泥细胞为了削弱铝离子的抑制作用而分泌更多的EPS。DNA测定结果显示，实验浓度条件下铝离子未使细胞破裂，但此时已经对细胞正常的生存状态造成影响，因此VSS含量在2956.33-3638.10mg/L之间持续波动。ICP检测显示铝离子进入EPS中的含量很少，且绝大部分被阻隔在LB中，最大含量为0.58mg/g?VSS。铝离子会对LB和TB的三维荧光峰造成影响，使其荧光强度发生改变，但对红外光谱影响不大，可能由于此时大部分铝离子仍未进入EPS中并与其中组分发生相互作用。作为三价阳离子，铝离子有着很强的电中和效应，使ζ电位增加至-7.28mV。铝离子还有絮凝效果，通过压缩双电层、吸附电中和、网捕卷扫等作用使活性污泥粒径增大至92.17μm，并使大粒径部分的分布范围扩大。
本研究通过实验研究和理论分析相结合，探究了不同浓度、不同价态典型金属离子对活性污泥胞外聚合物组分及性质的影响效果及作用机理，推进了对常见金属离子在EPS中存在、作用和功能的认识，为工程实际应用中污水厂的稳定运行、剩余污泥的金属离子调理、减量化和资源化等提供理论依据。