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活性污泥法是20世纪环境工程领域的重大发明之一,在污水处理过程中发挥着不可替代的作用。污水活性污泥法处理过程中伴随着大量的剩余污泥,其含水率高、有机质含量高,同时含有各种微量的污染物和病原体,因而传统的生化工艺已经将污水处理问题转化为固废处理问题。污泥是一种高度亲水且异质化的类胶体体系,通常表面带有高密度的负电荷,在静电斥力的作用下在水中具有相对的动态稳定性。污泥中的胞外聚合物（EPS）可以形成一种稳定的类凝胶结构,通过空间位阻的作用与水分子相结合,导致污泥具有粘弹性,机械脱水难度大。化学调理是污泥深度脱水过程中不可或缺的环节,其实质上是通过调理剂与污泥絮体在固液界面上发生一系列物理化学反应,对类凝胶网络结构（尤其是EPS）进行调控,促使水分子从中得以分离。由于不同来源的污泥性质存在显著的差异性,传统化学调理并未充分考虑此差异性,因而在技术方面存在一定盲目性。因此,基于污泥的类凝结构特征和絮凝剂的形态匹配机制,有针对性地开发化学调理技术,实现其个性化设计和系统优化控制是保证污泥脱水系统高效、稳定运行的前提和保障。本文旨在通过深入解析典型工艺产生污泥（剩余污泥、厌氧消化污泥、高级厌氧消化污泥）的理化性质,提出适用于不同泥质特性污泥的调理技术,优化调理反应参数,探究污泥调理过程中絮体形态特征和EPS的演变行为,揭示污泥调理作用机理,主要研究结果如下:（1）明确了污泥处理过程中泥质特性的变化特征,揭示了污泥中有害重金属的迁移行为。研究表明,热水解处理后污泥固相有机质由64.25%降低至40.20%,EPS中蛋白质和多糖被高温破坏,含量分别从31.73 mg/gTSS和15.02 mg/gTSS降低至10.23 mg/gTSS和5.54 mg/gTSS。污泥Zeta电位也随之降低。经过热水解厌氧消化后,污泥中蛋白质和多糖被进一步降解,碱度和氨氮分别从305 mg/L和31 mg/L上升6952 mg/L和1811 mg/L。与此同时,污泥经过热水解后,金属Pb、As、Cd和Zn的迁移性提高,而金属Ni的迁移性降低。进一步进行厌氧消化稳定化后,金属Cd、Cu和Ni的迁移性提高,而金属Pb和As迁移性降低;（2）针对高有机质剩余污泥,传统的絮凝调理难以实现污泥中结合水的释放,需采用氧化等手段破坏EPS形成的网络结构,促使结合水的释放。同时,为了解决传统Fenton氧化、过硫酸盐等调理的安全性问题,开发了螯合亚铁催化次氯酸钠同步氧化絮凝调理新技术,优化了调理反应参数,同时探究了污泥调理的作用机理。研究发现,酸性条件下有助于提升亚铁对次氯酸钠的催化效能,pH>2时产生的自由基主要以氯自由基（·Cl）为主,pH=2时,亚铁催化次氯酸钠产生羟基自由基（·OH）。因此,在pH≤2时,亚铁活化次氯酸盐的氧化效能较好,有效提升了胞外聚合物的裂解效率,同时EPS中分子量大于2000 Da的均被裂解成1350 Da以下的有机物。反应结束后三价铁的原位水解生成的羟基铁具有重絮凝污泥颗粒的作用,充分发挥了氧化和混凝的协同调理效果。中性条件下,采用不同有机酸（草酸（OA）、酒石酸（TA）、柠檬酸（CA））和EDDS络合亚铁-次氯酸钠也可以有效破解污泥的EPS,其氧化能力为:EDDS>OA>CA>TA,OA、TA、CA和EDDS与亚铁的最优摩尔比例分别为1:1、2:1、1:1和1:2。OA络合亚铁催化次氯酸钠的调理效果最佳,这是由于OA会与三价铁形成沉淀,发挥絮凝和骨架作用,而其它有机酸会抑制铁盐的水解沉淀,从而削弱了絮凝作用;（3）污泥的溶液化学性质复杂多变,尤其在厌氧处理过程中污泥的碱度会大幅上升,而碱度会显著影响羟基铝的水解反应和絮凝行为。因而,针对高碱度的厌氧消化污泥,研究了碱度对羟基铝絮凝调理污泥的影响,从分子层面揭示不同形态羟基铝与EPS的相互作用机制。研究发现,随着碱度上升,羟基铝的调理效能逐渐降低。高碱度条件下中度聚合态羟基铝会发生快速水解转化为无定形的氢氧化铝,从而絮凝调理的机理由电中和和络合吸附转变为网捕卷扫,削弱了羟基铝的絮凝能力。研究进一步解析了不同形态的羟基铝与EPS的相互作用机制,结果表明中聚态羟基铝(Al13)和高聚态羟基铝(Al30)与EPS中蛋白质和多糖的结合能力最强,单体态铝（AlCl3）次之,而Al（OH）3最弱。Al13和Al30通过络合和静电作用与EPS结合,而胶体态铝（Al（OH）3）主要以弱连接（氢键）作用与EPS结合;（4）针对于高级厌氧消化污泥低有机质、高碱度、高氨氮和高磷酸盐等特点,采用镁盐与污泥液相中的氨氮和磷酸盐反应,形成磷酸铵镁骨架,提高污泥的絮体结构强度,进一步采用有机高分子絮凝促使颗粒物团聚。研究发现原位结晶形成的磷酸铵镁结晶（MAP）可以通过吸附EPS促使絮体的致密化,降低污泥的可压缩系数。此外,有机聚合物的分子结构对其调理效能有着重要的影响,具有丰富枝杈结构的阳离子有机聚合物调理形成的污泥絮体粒径大、结构强度高。进一步研究发现该技术对于不同来源的厌氧消化污泥具有普适性。通过Mg-CPAM凝胶进行的结晶耦合絮凝过程比单独结晶和絮凝组合表现出更好的污泥脱水效能。该技术实现了污泥强化脱水和营养回收相耦合,避免了污泥中碱度的损失,有利于厌氧氨氧化的稳定运行,同时提高污泥土地利用的效能。