我国城镇污水产量逐年上升,2021城镇污水总量达599.6亿立方米,污水资源化亟待解决。活性污泥法由于其工艺的稳定性、灵活性等得到广泛应用,而污泥是其不可避免的副产物。活性污泥具有体积大、含水率高、有机质含量高等特点,对污泥进行减量化、无害化、资源化处理尤为重要,其中污泥脱水是减量化处理的关键环节。目前污泥脱水领域面临的主要问题是其脱水机制尚不十分明确。例如,目前普遍认为离子引起的渗透压是影响污泥脱水的关键因素。因此有必要开展更深入的研究。本文以活性污泥为对象,探究其脱水性的热力学机制以及相关调理方法的作用机制。开展以下几方面研究:1、对污泥的脱水热力学机制进行研究。选取不同来源产生的好氧污泥和厌氧污泥进行实验,分析各理化性质对污泥脱水性的影响。结果表明,与好氧污泥相比,厌氧污泥具有较高的CST（Capillary Suction Time）和SFR（Specific Filtration Resistance）。一系列表征表明,厌氧污泥具有较低的Zeta电位,较小的粒径,易于结合水。同时,其EPS（Extracellular Polymeric Substances）具有更高的蛋白质含量、更高的C=O含量和更丰富的高分子量物质。热力学分析表明,厌氧污泥具有较高的亲水性和较高的变形或混合能力。此外,发现污泥过滤脱水过程中会形成凝胶层。基于以上实验结果,根据Flory-Huggins晶格理论提出,污泥的脱水过程并不是简单的过滤过程,而是一个涉及凝胶体系化学势变化的过程。从化学势角度,可以将脱水过程看作凝胶形成的逆过程,需要额外的压力克服凝胶形成的化学势差。根据这一思想,推导建立了污泥脱水性的热力学机制模型。这一模型能够较好解释两种污泥的脱水性差异:厌氧污泥过滤时倾向于形成具有更高水平交联和/或聚合物缠结的凝胶层,对应更高的化学势差和更差的脱水性。因而推断,如果降低污泥表层有机质的交联度将可有效地提高污泥脱水性。本研究提出的热力学机制将加深对污泥脱水过程的理解和优化。2、对聚合氯化铝（PAC）的调控污泥脱水机制进行研究。选取PAC高分子聚合物作为化学调理剂改善污泥脱水性。对调理污泥的物化特性及形貌特征进行表征,以探究调理剂的作用机制。结果表明,除了电中和作用外,PAC形成的絮凝体具有吸附、沉淀作用,同时PAC水解作用产生水合离子。调理后污泥表面原本结合紧密且光滑的结构变为疏松且粗糙的多孔结构,释放了污泥部分内部水,促进污泥絮体的团聚。PAC主要通过影响污泥生物质尤其是其中蛋白质的含量,改变污泥脱水性。但是过量加入PAC会触发污泥絮体间的水合斥力,阻碍污泥絮体的团聚絮凝,污泥解体,污泥粘度增大,污泥的脱水性能恶化。3、对聚合硫酸铁（PFS）的调控污泥脱水机制进行研究。经表征发现,PFS的加入对污泥粒径、分形维数等影响较小,主要影响EPS中多糖的含量。过量的PFS导致EPS中多糖含量增加,污泥粘度升高,脱水性恶化。此外PFS的加入还会改变污泥颗粒间的相互作用力,影响污泥絮体结构,改变污泥脱水性。原始污泥的ΔG（污泥颗粒与水的界面自由能）为正值,污泥表面呈亲水性。污泥颗粒与水分子自发吸附。添加化学调理剂后,改变污泥颗粒的亲水表面特性,转化为疏水表面。然而,进一步添加混凝剂后,污泥颗粒的ΔG恢复正值,呈现出亲水性,污泥结合水含量上升,污泥脱水性恶化。