活性污泥法因其运行方式灵活,工作效率高,运行费用低等优点成为目前应用最广泛的废水生物处理工艺。通过重力作用进行固液分离是活性污泥工艺中重要的处理单元,其中污泥絮凝沉降性能的好坏直接影响固液分离的效果。现在对污泥絮凝沉降的控制大多根据实际工程经验利用工艺条件直接对污泥沉淀效果进行调节,而实际上工艺条件是通过影响微生物絮体的表面理化性质间接影响污泥絮凝沉降性能的,目前对污泥的表面理化性质及其作用机制的了解还不清楚,极大地限制了污泥沉淀分离效果的进一步提高。为此,本研究利用“自养、异养和混合营养反应器启动和运行—影响污泥絮凝沉降性能的表面理化特性分析—污泥絮凝沉降关键影响因素—基于XDLVO理论探索关键影响因素的影响机制”的研究主线,对试验室培养的3种不同营养类型污泥的絮凝沉降性能、表面理化性质和微观物质组成进行深入分析,找出了影响污泥絮凝沉降的关键因素。同时利用XDLVO理论,深入研究了3种营养类型污泥絮体表面性质影响絮凝沉降性能的机制,系统探讨了污泥絮体胞外聚合物(EPS)对污泥絮凝沉降的影响机制。主要研究结果如下：(1)通过试验室内培养自养污泥(R1)、异养污泥(R2)和混合营养污泥(R3),对污泥絮凝沉降性能、表面理化特性进行长期分析监测,找出影响污泥絮凝沉降的关键控制因子。结果表明,R1污泥体积指数(SVI)最低,污泥絮凝沉降性能最好；R2污泥SVI值最高,污泥絮凝沉降性能最差；R3污泥SVI值大于R1小于R2,絮凝沉降性能优于R2劣于R1。3种污泥絮体的Zeta电势和相对疏水性存在明显差异,R1污泥表面负电荷最小,相对疏水性最好；R2污泥表面负电荷最高,相对疏水性最低；R3污泥表面负电荷和相对疏水性均介于R1和R2之间；该结果表明污泥絮体表面Zeta电势和相对疏水性是造成本研究中3种污泥絮凝沉降性能差异的最重要表面理化性质。对3种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、多糖含量及腐殖酸含量与污泥表面Zeta电势及相对疏水性之间无显著关联,而污泥EPS中的蛋白含量是造成3种污泥表面Zeta电势和相对疏水性差异的微观原因,这是因为蛋白与阳离子的结合会减少污泥表面的负电荷,同时还会增强污泥表面的相对疏水性,从而降低污泥之间的排斥作用,促进絮体聚集,进而影响污泥絮凝沉降性能。(2)通过对不同Na+、Mg2+离子强度下3种污泥絮凝沉降性能的观察,发现R1污泥由于自身结构较密实,絮凝沉降性能极好,导致离子强度对其影响不明显,R2污泥和R3污泥的SVI值并不都是随着离子强度的增加而增加,而是有一极值,在超过这一极值后,由于“盐析”作用和离子交换作用,反而导致污泥絮凝沉降性能急剧恶化；同时还发现二价金属离子Mg+的加入可以有效的提高污泥絮体的絮凝沉降性能。通过耦合了表面热力学的XDLVO理论分析,发现造成R2和R3污泥在低离子强度下絮凝沉降性能差异的主要原因为：同种污泥在不同离子强度下具有不同的Zeta电势及扩散双电子层厚度,从而导致的静电排斥项(WR)的差异。对3种营养类型污泥絮凝沉降性能差异的XDLVO理论解析结果表明：R1污泥絮凝沉降性能最好的原因是具有最大的有效Hamaker常数(ABLB)、负的lewis酸碱水合作用(△GBLAB)和最小的Zeta电势绝对值；R2污泥絮凝沉降性能最差的原因是：最小的ABLB、正的△GBLAB值和最大的Zeta电势绝对值；R3污泥絮凝沉降性能居中的原因是：处于R1、R2之间的ABLB值、AGBLAB值和Zeta电势绝对值。(3)通过对3种污泥的松散结合型EPS(LB-EPS)、紧密结合型EPS(TB-EPS)提取试验,分析提取前后污泥的絮凝沉降性能的变化。结果表明：无论是LB-EPS还是TB-EPS都有利于污泥的絮凝沉降,随着EPS的不断剥离,污泥的絮凝沉降性能逐渐变差：进一步利用XDLVO理论对LB-EPS、TB-EPS对污泥絮凝沉降性能的影响机制进行深入研究。发现R1污泥和R3污泥的LB-EPS、TB-EPS在微生物距离0～20 nm范围内均表现为吸附作用；R2污泥在微生物距离0.5～3.5 nm内LB-EPS、TB-EPS表现为排斥作用,在微生物距离3.5～20 nm范围内,LB-EPS、TB-EPS表现为吸附作用。同时还发现LB-EPS对于R1污泥(微生物距离为2.5～20nm)和R3污泥(微生物距离为0-20 nm)的贡献强于TB-EPS：而LB-EPS和TB-EPS对于R2污泥的贡献相差不大。