好氧颗粒污泥作为一种新型生物吸附剂,因其具有吸附能力强、易于解吸等优势而在重金属废水处理领域受到高度关注。已有研究表明,成熟稳定的好氧颗粒污泥对于某些重金属离子具有很好的去除效果。然而,好氧颗粒污泥的形成和稳定条件较为苛刻。从应用角度考虑,好氧颗粒污泥在何种状态下能够达到优异的重金属去除效果为本研究关注的焦点,而非好氧颗粒污泥自身特征。　　本文提出了利用“完全成熟好氧颗粒污泥”形成的过程产物--“不完全成熟好氧颗粒污泥”吸附水溶液中的重金属Pb2+、Cd2+、Zn2+,并取得了与“完全成熟好氧颗粒污泥”相接近的重金属去除效果。实验结果表明,“完全成熟好氧颗粒污泥”对Pb2+、Cd2+、Zn2+的去除能力分别为90mg/g、72mg/g、40mg/g,“不完全好氧颗粒污泥”对其去除能力分别是88mg/g、70mg/g、36mg/g。然而,“不完全好氧颗粒污泥”较“完全成熟好氧颗粒污泥”的形成条件大大简化,在一定程度上克服了后者形成和稳定的多种限制。　　本文重点探讨了“不完全好氧颗粒污泥”对重金属Pb2+、Cd2+、Zn2+的去除机理。从“不完全成熟好氧颗粒污泥”和成熟好氧颗粒污泥表面附着的胞外聚合物(EPS)着手,深入研究了EPS对重金属Pb2+、Cd2+、Zn2+的吸附行为。EPS对重金属的吸附动力学研究,结果表明,三种重金属在EPS上的吸附动力学模型均符合准二级吸附动力学方程(R2>0.99)。等温吸附实验结果表明,EPS对重金属Pb2+、Cd2+、Zn2+有很好的吸附效果,最大吸附量分别达534.76mg/g、478.47mg/g和364.96mg/g,(好氧颗粒污泥的EPS相应的最大吸附量分别为584.72mg/g、500.00mg/g和360.85mg/g),远大于常规生物吸附剂。Ph对EPS吸附重金属的影响研究以及Minteq模型模拟溶液中离子存在型态,结果表明EPS对Pb2+的吸附能力随着Ph的增长迅速上升,而对Cd2+和Zn2+的吸附能力在Ph为5以后才缓慢上升。重金属在EPS上的单一及二元体系下的竞争吸附实验,结果表明,EPS对Pb2+有更强的吸附选择性;当Pb2+和Cd2+或Zn2+同时存在时,EPS对Pb2+的吸附能力稍有降低(下降约50％),但其对Cd2+和Zn2+的吸附受到显著抑制(下降约99％)。　　通过三维分子荧光扫描(EEM)对吸附重金属前后的EPS进行分析,以深入探讨“不完全成熟好氧颗粒污泥”和好氧颗粒污泥的EPS表现出的强吸附能力和竞争吸附的特点。结果表明,EPS的主要组分均为类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸、部分大分子碎片以及少量的多糖和核酸;然而,好氧颗粒污泥胞外聚合物(AGS-EPS)中的类酪氨酸含量(约70a.u)却明显低于不完全成熟好氧颗粒污泥EPS中的类酪氨酸含量(约170a.u),而类色氨酸的含量(100a.u)却高于不完全成熟好氧颗粒污泥(60a.u)。自动电位滴定分析得知,不完全成熟好氧颗粒污泥EPS中的主要官能团包含羧基(O.615±0.002mmol/g)、磷酸基(0.126±0.002mmol/g)、氨基(0.308±0.002mmol/g)和羟基(0.525±0.002 mmol/g)。这些官能团可与金属阳离子发生离子交换、络合等多种作用,因而EPS对重金属有很强的吸附能力。　　通过傅立叶红外扫描仪(FT-IR)和X射线光电子光谱衍射仪(XPS)研究EPS中对重金属起结合作用的官能团。经分析得知,EPS是兼具有亲水性和疏水性的两性分子,因而可以和重金属Pb2+、Cd2+、Zn2+发生静电吸引、离子交换、络合及螯合等作用。分析得知EPS吸附重金属Pb2+和Zn2+的官能团主要有两类,一类是-COOH、-CH、C-O-C,可与金属阳离子发生了离子交换作用,另一类为-CN和-OH,可与重金属发生络合作用;对于Cd2+主要是通过C=O/C-N、C=C、O-CO-N和-OH的络合作用来吸附的。　　应用环境扫描电镜(ESEM)和透射电镜(TEM)观察分析了EPS吸附重金属前后表面及内部形貌的变化。结果表明,EPS吸附重金属Pb2+、Cd2+、Zn2+后其表面形貌及内部结构发生了明显的改变;原来光滑的纤维丝状的及其片层的边缘结构均发生不同程度的改变,ESEM显示吸附了Pb2+之后片层边缘呈微微翘起状,且表面不再光滑;而TEM显示其内部也聚集了大量的黑色细小斑点。吸附Cd2+之后TEM结果显示,有许多黑色的小斑点附着在EPS上。吸附Zn2+之后,EPS表面产生了许多明显的突起结构。　　关于EPS的提取方法现有研究多根据研究方向或课题实验所需,而采取特定提取方法,因此EPS的提取方法多样却未形成共性方法。本文以好氧颗粒污泥和不完全成熟好氧颗粒污泥为原材料提取EPS,优化了EPS的提取方法,为后续研究提供了一种详尽可靠的提取好氧颗粒污泥和不完全成熟好氧颗粒污泥EPS的方法。