生物膜(Biofilm)是微生物的聚集体,是一个复杂的微生态系统,生物膜特殊的结构使其对不利环境有较强的耐受性和抗冲击性。胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)作为生物膜的主要组成部分,对保持生物膜微观结构和功能的完整性起着重要作用,是影响生物膜稳定的关键因素。镁离子为环境中普遍存在的金属离子,是影响水体硬度的主要因素,镁离子在岩溶水和地下水中含量较高,也常被用作化学沉淀法的药剂用于去除废水中的氮磷。铝则是地壳中含量最高的金属元素,铝盐类絮凝剂则是水处理过程中最常用的絮凝剂之一,这使得镁、铝离子在天然水体和工业废水中普遍存在。镁、铝离子对微生物的多种生理活动均有显著的影响,它们对生物膜及其EPS有潜在影响,但由于它们并非水污染物,在废水生化处理中的影响常被忽略。目前关于镁、铝离子对废水生化处理的微生物体系影响研究还是主要集中在污泥系统,已经有许多学者做了研究,并取得了很多成果,相较之下对生物膜系统的影响研究不够充分和系统。本文以镁、铝离子为研究对象,结合扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电能谱(XPS)等研究手段,系统探讨了镁、铝离子与生物膜及其EPS的相互作用规律,揭示了镁、铝离子对生物膜的活性、微观形态、生物膜重量及其EPS组分、含量和官能团的影响,结果表明：(1)镁离子对生物膜挂膜期的影响显著：反应器中镁离子浓度在0-24mg/L范围时,可以增加丝状菌和细菌菌落的数量,使生物膜生长紧密,促进生物膜形成,进而使生物膜重量增加,提高生物膜对CODcr的降解活性。而36mg/L的镁离子则抑制了生物膜的生长,降低了挂膜期生物膜的降解性能；(2)对于挂膜期生物膜,反应器中镁离子浓度在0-24mg/L范围时,镁离子利于生物膜TB-EPS中多糖含量的增加,促进微生物聚集,对TB-EPS中的蛋白质含量则无影响,说明镁离子对生物膜没有毒性胁迫,不会刺激生物膜分泌胞外蛋白保护来自身;镁离子对TB-EPS中蛋白质的-CONH-中的C=O,多糖中的O-C-O以及核酸中的磷酸基团产生影响,镁离子可能是和TB-EPS中各基团的碳原子和氧原子发生架桥作用。在0-24 mg/L的浓度范围内,镁离子在TB-EPS中的积累随着反应器中镁离子浓度的增加而增加,36mg/L的镁离子则因抑制生物膜生长,影响EPS分泌,进而降低了其在TB-EPS中的富集量。(3)铝离子的毒性作用使挂膜期生物膜中的丝状菌数量减少,刺激EPS的分泌保护微生物细胞,生物膜对有机物的降解能力降低,生物膜生长受到抑制。随着生物膜的成熟,这种抑制作用逐渐减弱,对于成熟期的生物膜,铝离子能够促进了微生物生长,使其形成较大的细菌菌落,生物膜的形貌更加密实,生物膜的有机物降解活性提高。(4)在生物膜挂膜期,铝离子的毒性作用抑制了生物膜的生长,刺激生物膜分泌更多的TB-EPS(主要增加的是其中蛋白质含量)以缓解金属毒性；铝离子对蛋白质中的N-O、C=O基团,多糖中的O-H、O-C-O基团以及核酸中的磷酸基团产生影响,铝离子可能与TB-EPS各基团中的氧原子发生架桥作用。在铝离子的作用下,挂膜期的生物膜TB-EPS中的C-(O,N)与C-(C,H)产生键合反应并形成C=O,O-C-O,而在成熟期,生物膜TB-EPS中的C-(O,N)分解并形成C-(C,H)和C=O,O-C-O。