活性污泥系统应用广泛，涉及较多的生物过程，但目前尚无从基质、代谢产物、呼吸图谱多个角度进行系统分析。本研究利用Biolog微平板、傅里叶红外、三维荧光和呼吸图谱四种常用污泥测试方法表征污泥生物代谢产物特性，试图研究四者之间的联系，在此基础上建立污水处理厂生物学状态的在线监测方法。为此，从西安周边六个不同污水厂曝气池采集活性污泥，采用上述四种方法分别表征了以下生化信息：利用Biolog ECO微平板获得微生物群落活性、多样性和代谢指纹信息。根据不同的碳源代谢特点，城市污水厂可以分为低碳型、多碳型和高碳型3种类型；利用傅里叶红外光谱获得六个污水厂污泥官能团信息，JCG污水厂活性污泥与其余五个污泥有共同的频谱分布但在波数为1080位置处污泥吸光度低，表明其酸氨基酸、糖原含量低；利用三维荧光获得污泥荧光物质环境敏感信息，研究了紧密的胞外聚合物TB-EPS、疏松的胞外聚合物LB-EPS、胞内有机物质IOM、溶解性有机物DOM等四类物质对外界环境温度变化敏感性，由强到弱依次为TB-EPS>IOM>LB-EPS>DOM；此外研究了六个污水厂DOM，发现腐殖酸荧光强弱与污水处理废水的生物降解难易程度有关，其顺序依次：含有垃圾渗滤液高浓度有机废水的污水厂（JCG）＞含难降解工业废水的市政污水厂（SAW）＞县城污水厂（HY）＞城市污水厂（SIW、WW、SY）；由荧光和Biolog综合来看TB-EPS代谢产物区荧光强度与微生物的多样性指数McIntosh-U和平均吸光度AWCD显著相关，相关系数分别为0.719、0.717；呼吸图谱能够表征污泥降解有机物的能力是一种快捷可靠的测试方法，以呼吸图谱内源呼吸为基础，通过Biolog、呼吸图谱气泡图发现随着污泥的内源呼吸速率升高，其多样性与活性有变差的趋势；最后，对四种方法进行比较，呼吸图谱具有监测时间短、灵敏度高、监测成本低、检测范围广等特点，更适合于污水处理厂在线监测。