近年来,全球上接近80%的城镇污水处理厂使用活性污泥法的方式进行污泥处理,其最大的缺点是会生成比较多的剩余污泥,这也是我们所面临的一个困境。剩余污泥是一种富含微生物、有机污染物、菌体、胶体颗粒等的一种复合污染物,如不合理进行处理,则会对社会造成不可磨灭的危害。水力空化处理技术作为一种创新的污泥减量技术,利用水体产生高压,可以减少污泥量,破坏微生物的细胞壁和微生物的菌体结构,使胞内物质能够流出,提高细胞中有机物质的利用性。然而,传统方法通常涉及高处理成本、长处理时间、低处理能力或产生化学副产品。与其他方法相比,水力空化具有操作方便、灵活性和能够使操作参数适应所需的条件等优点,具有大规模应用的发展和应用潜力。本研究以水力空化预处理技术为例,研究了空化技术对活性污泥减量、有机物溶解和污泥特性的影响,探讨了水力空化减量活性污泥的理论机制。本文运用文献计量学和文献可视化分析软件（Cite Space）可视化工具方法,系统地阐述了近十年来污泥预处理领域相关研究,并对污泥预处理技术的现状、学术影响和研究热点进行了评价。同时还研究水力空化破解城市污泥的性能及其协同效应对活性污泥的机理影响与机制。本文得出的主要结果如下:（1）在2010-2020年内,污泥预处理技术备受各大领域的学者们重视,研究文章的发行量也逐年暴增,主要分为起步阶段（2010-2012年）,快速发展阶段（2012-2018年）,稳步发展阶段（2018-2020年）三个阶段。污泥预处理技术可以大致分为物理法、化学法和生物法,其中以生物法应用最为广泛。该研究成果已在《Bioresource Technology》、《Water Research》、《化学工程学报》等高水平期刊上发表。（2）本研究分别地研究了初始污泥浓度、污泥溶液温度、操作入口压力、污泥初始pH、运行时间以及空化原件对水力空化处理活性污泥减量的影响,从而得出水力空化处理活性污泥的最佳处理条件。结果表明:当在120 min内处理10 L浓度为1300 mg/L的污泥溶液时,选用三孔孔数孔板处理,污泥溶液温度=35℃,操作入口压力=5 bar,污泥初始pH=10时,处理效果最佳,污泥的减泥率最高可以达到42.23%。（3）结合上述最佳处理条件,本研究利用废弃活性污泥MLSS、MLVSS、DDSCOD分别用于指示污泥减量和有机物溶解。污泥减量程度随处理时间的增加而增加,但反应时间超过一定限度后,污泥质量随空化时间的增加而增加,且减量作用更多地受空化作用而非机械作用的影响。（4）本文得出水力空化可以破坏污泥絮体结构,显著减小活性污泥的粒径,增加活性污泥的崩解度,促进可溶性有机物的释放。此外,水力空化的机械作用对活性污泥的有效成分几乎没有影响。高强度空化效应可导致微生物细胞膜破裂,显著提高活性污泥的消化或焚烧性能。（5）水力空化的机械作用破坏污泥的絮体结构,造成活性污泥分散。空化作用进一步破坏活性污泥的EPS,导致微生物细胞膜破坏。污泥颗粒表面的污染物和微生物的细胞膜结构受空化作用的影响不大,污泥中的溶解性有机物随着污泥浓度的增加而增加。细胞内物质从固相进入液相,空化产生的自由基分解成小分子有机物,减少污泥的生物量。根据本实验的研究成果,可以为后续更加高效和环保的处理大规模的有机污水提供有效的理论和技术支撑。