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活性污泥是废水生物处理中不可避免的副产物,成分复杂、含水率高,污泥处理处置已成为污水处理厂的主要挑战之一。本论文针对污泥脱水和减量化,研究了超声-酸化(acidificationand ultrasound,A/US)、水力空化-Fenton(hydrodynamic cavitation and Fenton,HC/Fenton)以及电-异相 Fenton(zero-valent iron activated Fenton oxidation and electrolysis,ZVI/H2O2/E)三种预处理方法的脱水效果、参数影响及过程机制。以污泥含水率、CST值和SRF为指标,评价了工艺参数对污泥脱水的影响。通过加热法提取污泥胞外聚合物(EPS),并结合三维荧光光谱(3D-EEM)分析法检测污泥有机物组分和含量变化。在此基础上,通过分析污泥颗粒粒径、Ztea电位以及污泥形貌,揭示了三种方法对污泥脱水机理的影响。结果如下:①A/US工艺预处理(pH=3,PD=2.5 W mL-1,2min)后,含水率、CST和固含量分别下降9.0%、18.2 s和54.2%。污泥上清液UV254和DOC分别增加61.3%和29.2%。S-EPS含量上升52.8%,LB-EPS和TB-EPS含量则分别下降24.9%和49.5%;②进一步通过荧光区域积分(FRI)法对污泥3D-EEM光谱分析,发现处理后污泥荧光强度显著下降;③通过比较单独超声、单独酸化和超声-酸化对于污泥脱水的作用效果,结果表明超声和酸化有明显协同作用,主要因为:超声(包括诱导产热、机械剪切力以及自由基效应)破坏污泥絮体细胞,加速EPS分解,促进有机质酸化水解,并释放结合水;同时,酸化使得污泥絮体变脆弱,有助于降低污泥超声破解功率,酸化还使得污泥Ztea电位趋于中性,促进超声后散乱污泥重絮凝,提高过滤性能。①HC/Fenton工艺预处理优化条件为:pH=3,[Fe2+]=0.14 g L-1,[H2O2]=0.5 g L-1,流量为0.45 Ls-1。处理 15 min后,含水率、CST和SRF分别下降 10.9%、30.2 s和2.71－1011m kg-1,S-EPS,LB-EPS和TB-EPS含量则分别下降107、68和343 mg L-1;②水力空化作用后,污泥中类蛋白和类腐殖质酸等有机物释放到溶液中,污泥颗粒粒径从44.67μm下降到8.02 μxm。Fenton反应产生·OH能有效降解污泥中各类有机物,使得各层EPS中的ΦT,n分别下降34.3,37.4和 14.9(×106A.U.nm2)。HC/Fenton处理后污泥Zeta电位和颗粒粒径增大,污泥微观结构更加紧密,孔隙增多;③HC/Fenton处理污泥脱水机制为:水力空化可有效破解污泥,使得污泥EPS中蛋白质、腐殖酸及富里酸等有机物溶出,并经Fenton氧化降解,污泥中结合水随之转化为自由水释放出来,最后Fenton反应产生的Fe(III)促使小颗粒污泥再絮凝改善污泥过滤性能。①ZVI/IH202/E工艺预处理优化条件为:pH=3,[Fe0]=0.14 g L-1,[H2O2]=0.42 ml L-1,电流密度为15 mA cm-2。处理20 min后,污泥含水率和CST分别下降17.3%和38.1 s。污泥S-EPS,LB-EPS和TB-EPS三层中的荧光有机物含量大幅减少,ΦT,n分别下降82.3,90.2以及119.6(×106 A.U.nm2);②通过分别添加碘化钾(KI)、异丙醇(i-PrOH)以及叔丁醇(t-BuOH)三种自由基捕获剂,证实游离态羟基自由基(·OHfree)和吸附态自由基(·OHads)均有利于改善污泥脱水性能;③通过测定实验过程中溶解性铁含量以及价态变化,说明增加电流密度和ZVI投加量均可提高零价铁的溶解量,并且增加电流密度有利于高价铁的还原,提高Fe2+的比例,实现铁循环(Fe2+→Fe3+→Fe2+)。并通过红外光谱分析和显微镜观察充分证明剩余ZVI在污泥中起到骨架构建体的作用,将小颗粒污泥絮体重新絮凝,提高污泥脱水和过滤性能。