微生物聚集体的功能决定了废水生物处理单元的效果,在废水生物处理过程中至关重要。研究表明,微生物能够动态调节自身胞外聚合物(EPS, Extracellular Polymeric Substances)的分泌以及聚集的方式来应对环境条件变化。尽管微生物分泌胞外聚合物的行为对于水处理系统的研究来说极为重要,但是对于其作用机理以及微生物聚集体在早期阶段的形成过程,包括微生物群形成的动力学和驱动力仍有待研究。本文从环境条件的角度出发,研究在溶解氧、碳氮比、氮磷比等营养条件变化以及消毒剂存在等情形下活性污泥和单细胞藻类的聚集情况,分析环境条件对微生物早期聚集形成过程的影响以及微生物EPS的分泌与营养条件之间的联系,建立基于个体微生物的数学模型模拟微生物在环境条件变化时的运动情况,探讨了水环境体系中微生物的早期聚集机理。研究结果表明活性污泥微生物会根据环境压力改变自身运动速度,当环境中营养供给有限时,污泥中的微生物会加快觅食速度,增加细胞-细胞和细胞-细胞聚集体之间的有效碰撞,从而有利于较大规模的微生物聚集行为的发生。微生物EPS的分泌量和微生物聚集体的尺寸大小呈负相关；微生物聚集体的表面电荷的定量估算显示微生物EPS分泌量的降低与其表面负电荷量的减少完全相关；微生物分泌EPS是应对环境变化的一种调控手段。类似的,单细胞藻类会根据环境压力变化调节运动速度以及EPS的分泌,且其运动性在聚集过程中占主导地位。本文研究结果对水环境体系中微生物聚集体的早期形成过程提供了新的见解,在污水生物处理的高效运转方面具有重要的现实指导意义。