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生物处理技术作为一种行之有效、安全可靠的方法，在环境污染的治理中起到重要作用。目前生物处理技术的热点之一是微生物胞外多聚物(EPS)的研究。EPS安全无毒，可生物降解，降解产物对环境无害，是环境友好的生物功能材料，在日常生活、工农业生产及环境保护等诸多领域中具有广阔的应用前景。EPS是微生物分泌的高分子聚合物，由粘多糖、蛋白质、核酸等生物大分子组成，具有长链分子，其上含有大量官能团，与壳聚糖的分子结构相似。基于壳聚糖吸附重金属离子的性能以及絮凝性能的报道，本文提出了利用具有类似结构的EPS作为含重金属废水、低浊度废水净化剂的思路。
本文主要的研究内容包括：从活性污泥和土壤样本中筛选高产EPS的菌株，通过生理生化实验以及16S rDNA系统学研究进行鉴定；分析培养条件对生产EPS的影响，确定产EPS的最佳环境条件和营养条件；提纯EPS，研究其物理性质及结构；通过EPS吸附Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的特性及机理研究，考察EPS净化含重金属废水的能力；考察EPS对高岭土、活性炭和粉煤灰等悬浊液的去浊度能力。主要的研究结果如下：
(1)从活性污泥中筛选得到一株具有高产EPS能力、且该性能传代稳定的细菌F19。通过生理生化实验以及16S rDNA分析，鉴定菌株F19为芽胞杆菌，并命名为Bacillus sp.F19。生长曲线与产EPS能力研究表明，菌株Bacillus sp.F19具有稳定的产EPS能力，在培养的第86小时，发酵液中的EPS浓度可以达到1.47g/l。该菌株生产的EPS绝大多数分布在上清液内，容易分离提取，适合于工程应用。
(2)研究了各种培养条件对菌株Bacillus sp.F19生产EPS的影响，确定了最佳环境条件和营养条件，建立EPS生产模型。单因子试验结果表明，半乳糖、蔗糖、果糖、葡萄糖均是适合F19生产EPS的碳源，有机氮源有利于EPS的生产，碱性环境、高通气量、15％的接种率有利于EPS的合成与分泌。运用Plackett-Burman试验与中心组合试验设计，通过响应曲面法建立EPS的生产模型。结果表明，葡萄糖、酵母粉和K2HPO4对EPS的产量有显著影响。当葡萄糖、酵母粉、K2HPO4的浓度分别为30.26 g l-1、6.41 g l-1和6.65 g l-1时，模型预测的EPS产量最高，达到2.21 g l-1，是未优化时的3倍。验证实验得到的多糖浓度与预测值的误差在10％以内。
(3)利用乙醇沉淀，可以从F19的发酵液中提纯到EPS。EPS呈乳白色，含水率高，干燥后的粉末密度非常小，表面多孔，特性粘度为27.57。EPS从270℃开始热解，最后剩下10.33％的灰分。EPS中总糖和蛋白含量分别占了总量的66.4％和16.4％，多糖中糖醛酸是主要成份，占EPS总量的37％；中性糖其次，占总量的3.6％，由葡萄糖和甘露糖组成，两者比例为1:1.2；EPS中另含有0.5％的氨基糖。
(4)研究EPS吸附Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的特性及机理，探讨EPS净化重金属废水的能力。结果发现，EPS是高效的Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附剂，对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别达到244 mg/g和148 mg/g，对Cu(Ⅱ)的吸附能力大于Cd(Ⅱ)。EPS对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附速度很快，10分钟内可以达到吸附平衡。Cu(Ⅱ)在EPS上的吸附量随着溶液pH值的升高而增加，pH4.8时吸附量达到最大。Cd(Ⅱ)在EPS上的吸附量先随溶液pH值的升高而增加，pH6.2时吸附量达到最大，之后随着pH的继续增加而降低。两种离子的吸附过程与Langmuir以及Freundlich等温线拟合良好，二级动力学反应模型可以描述吸附过程。EPS吸附金属离子的机理研究表明，吸附Cu(Ⅱ)过程中存在离子交换与氧化还原反应，吸附Cd(Ⅱ)的过程中，络合机理起到了关键作用。
(6)EPS对高岭土、活性炭和粉煤灰悬浊液具有良好的、独立的絮凝能力，无需金属离子作为助凝剂就能够有效去除浊度。絮凝活性随着pH的增加而降低。随着絮凝剂量的增加，絮凝率先提高，到一定阶段后保持稳定，再降低。金属离子的加入对EPS的絮凝能力没有明显影响。EPS在pH4-8或90℃处理后，仍具有絮凝性。