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碳、氮、磷是组成细胞的重要元素,在微生物的合成和代谢中起着重要的作用。活性污泥工艺以活性污泥絮体为主体,在微生物生长繁殖的同时去除废水中的污染物。但是当进水营养比例失调或进水碳源类型变化时,可能会导致反应器处理性能、活性污泥絮体聚集能力和沉降性能发生变化。污泥性能常受到其表面疏水度和zeta电位的影响,而胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,EPS）上丰富的带电性、极性和非极性官能团则直接影响了污泥表面性质。胞外多糖（Exopolysaccharides,PS）是EPS中主要的亲水性组分,其含量、亲疏水性、官能团组成会直接影响EPS的性质。因此,从EPS和PS角度研究其对污泥性能的影响机理,有着重要的理论价值和现实意义。本文以进水氮磷含量限制和不同亲水性碳源条件下的活性污泥为研究对象,考察了反应器处理性能,污泥沉降性能、聚集能力、粒径和形态等污泥性能,微生物群落多样性;结合污泥zeta电位和疏水性,基于XDLVO理论的分析,EPS含量、相对疏水性和官能团组成,以及PS形态、zeta电位、官能团组成等,对污泥沉降性能和聚集能力的影响因素进行了分析,探讨了污泥沉降性能和聚集能力下降的原因。论文研究成果可为深刻认识和理解活性污泥在不同进水基质下的污泥性能变化提供理论基础,为保障反应器正常运行提供技术支持。论文得到了以下主要结论:（1）进水氮含量对活性污泥性能的影响反应器COD、NH4+-N、TN去除率均保持稳定,分别维持在85%、99%和70%以上。对照阶段和氮限制阶段TP去除率稳定,但在氮缺乏阶段反应器除磷效果恶化至30%以下。氮缺乏阶段,污泥生物量下降至3000 mg/L以下,SVI由30 m L/g上升至约60 m L/g。随着进水氮含量的降低,污泥聚集度下降,粒径有所增大但絮体结构变得松散。氮限制阶段污泥zeta电位升高,而氮缺乏阶段,疏水度则随着进水氮含量的降低而降低。基于XDLVO理论的分析表明,氮限制和氮缺乏阶段污泥微生物聚集过程受到了能量势垒的阻碍,从而不利于聚集。氮限制阶段,EPS及其各组分含量升高,氮缺乏阶段下降,EPS及其各组分含量下降,而PN/PS、EPS及其各组分疏水性都表现出下降。相关性分析表明,EPS各组分疏水性的降低致使污泥疏水度下降,进而导致其聚集度下降。结合FTIR和XPS发现,氮限制阶段EPS疏水性官能团的降低以及蛋白质二级结构的变化是污泥聚集度降低的原因。氮缺乏阶段,PS的疏水性官能团和分子间氢键含量的降低、亲水性组分含量的上升,导致了污泥聚集度的进一步降低以及SVI的升高。（2）进水磷含量对活性污泥性能的影响反应器COD、TP去除率分别稳定在90%以上和70-80%。磷缺乏阶段,出水NH4+-N和TN浓度迅速上升,去除率降低至约60%和20%。随着进水磷含量的降低,污泥生物量维持在4000 mg/L左右,尽管SVI基本不变,但污泥聚集度逐渐降低,磷缺乏阶段污泥粒径下降并出现污泥初步解体的现象。随着进水磷含量的降低,污泥疏水度、zeta电位显著降低。基于XDLVO理论的分析表明,污泥疏水度的降低是污泥聚集能力降低的主要原因。随着进水磷含量的降低,PN含量及其疏水性基本不变,PS含量逐渐升高,而其疏水性逐渐下降。相关性分析表明,PS含量及其疏水性的变化是污泥疏水度的下降的主要原因,而与PN无关。结合XDLVO理论分析、FTIR和XPS结果发现,随着进水磷含量的降低,EPS中与蛋白质相关的酰胺I、II区、蛋白质二级结构都没有发生明显改变,而PS含量的升高,亲水性官能团含量的升高、疏水性官能团和分子间氢键含量的降低,导致了污泥疏水度的降低,从而致使污泥聚集能力下降。（3）亲水性碳源对活性污泥性能的影响反应器在运行过程中,COD、NH4+-N、TN和TP去除率分别维持在约90%、99%、70-80%和70-80%。天冬氨酸阶段出水TN浓度略有上升,但去除率基本维持在70%以上。随着进水碳源亲水性的增强,污泥生物量维持在3000-4000 mg/L,尽管SVI不变,但聚集度逐渐下降,粒径逐渐增大,结构变得松散。随着进水碳源亲水性的增强,污泥疏水度和zeta电位逐渐下降。EPS及其组分含量上升,PN/PS则逐渐下降。相关性分析表明,污泥聚集度与其疏水度、zeta电位等表面性质显著相关,其中污泥疏水度与EPS及其各组分含量、性质显著相关,zeta电位与PN/PS显著相关。结合EPS和PS含量、亲疏水性和官能团变化发现,随着进水碳源亲水性的增强,PN/PS的降低、EPS及PS的亲水性和电负性官能团含量的上升影响了污泥疏水度和zeta电位,从而降低了污泥的聚集度。综上,进水氮磷含量限制、碳源亲水性的增强都会导致污泥聚集度有所下降,前两者主要是由污泥疏水度降低所造成,而后者则受到了污泥疏水度和zeta电位的共同影响。氮限制阶段EPS官能团和蛋白质二级结构的变化不利于其疏水性的表达,降低了污泥疏水度,而氮缺乏阶段PS亲水性官能团含量的上升,疏水性官能团和分子间氢键含量的下降造成了污泥疏水度进一步降低。在进水磷限制中,由于PS含量的增加,疏水性官能团含量的下降、亲水性官能团含量的上升,污泥疏水度逐渐降低。进水碳源亲水性的增强导致EPS亲水性和电负性官能团含量升高,从而使污泥疏水度和zeta电位降低,影响了污泥的聚集能力。