城市规模扩大和人口增加，促使城市污水处理厂的负荷不断加大，而污水处理产生的大量污泥也成为必须处理处置的环境难题。当前，污水厂活性污泥存在产量大、含水率高、容积大、脱水困难和有机物稳定时间长等问题，使得污泥处理处置成为污水处理工艺中的难点。为解决污泥处理中存在的问题和了解产生这些问题的原因，本研究采用超声波技术破解剩余污泥以改变污泥理化特性，并结合脱水工艺、厌氧消化工艺和生化池好氧曝气工艺，以分析超声波对这些污水污泥处理工艺的影响，为探明超声波技术对污泥处理的促进作用和影响机理提供理论基础和实践依据，主要的研究结论如下： ①通过采用从0-26000 kJ/kg TS中的7个超声能量水平进行活性污泥的破解研究。结果表明，超声波能有效改变污泥理化性质，破坏污泥絮体结构和细胞壁，使污泥中固体物向液相转变，从而改变污泥的沉降性和可生化性，主要表现在污泥中的SCOD、浊度、溶解性物质、胞外聚合物含量和无机氮含量随着超声能量的增加而增加，而沉降速度、平均颗粒大小和平均絮体族大小却着超声能量的增加而减少，这些理化指标的变化直接依赖于应用的超声能量，并与超声能量具有显著的相关性。颗粒大小和胞外聚合物是影响污泥沉降性能和上清液浊度的重要因素，最佳的颗粒大小和胞外聚合物含量使沉降性能最佳以及上清液浊度最低。 从污泥理化特性的变化规律来看，活性污泥的超声波处理包括了两个阶段。在第一阶段，在超声能量低于1000 kJ/kg TS时，超声波轻微破坏了污泥絮体结构，改善了污泥的沉降性，但这些能量不足以有效地破解污泥和将固体物转变为溶解态物质。1000 kJ/kg TS是改善污泥沉降性和降低上清液浊度的最优能量，使沉降速度在45min时较对照处理提高18.6％，而上清液浊度下降43.7％。另外，1000 kJ/kg TS也是破坏污泥絮体结构的最小能量。在第二阶段，超声能量高于5000 kJ/kg TS，污泥的破解效应和溶解效应均表现显著增强。虽然这些能量显著减少颗粒大小和增加胞外聚合物而导致了污泥的沉降性能恶化，但超声波却有利于固体物质向溶解态转化，增加了SCOD，因而减少了污泥量，而且这些效应在高能量水平下不断得到强化。从SCOD结果的分析表明，26000 kJ/kg TS使SCOD/TSCOD和DDCOD分别增加了26.8％和25.3％，而显微镜照片也显示污泥絮体结构和细胞并没有被完全破坏，因而26000 kJ/kg TS仍不是完全破解污泥的优化的能量。 ②污泥脱水是污泥减量过程中的重要步骤，超声波作为破解污泥的重要方法，对污泥的脱水性能同样有着重要的影响。本论文分析了0-35000kJ/kg TS的超声能量对污泥脱水性能的影响。通过分析污泥CST、SRF和泥饼含水率，结果表明，不同的超声能量产生不同的脱水结果。随着超声能量的增加，不论是剩余活性污泥还是消化污泥，其CST和SRF的变化反映出污泥脱水性能表现为先改善而后显著恶化的变化特点。低能量超声波改善污泥脱水性能，而高能量超声显著恶化了污泥脱水性能，800 kJ/kg TS是改善脱水性能的最佳能量，使污泥CST和SRF分别较对照处理下降11.8％和44.7％，抽滤泥饼含水率减少34％。超声波处理污泥导致EPS含量的增加和颗粒大小的降低是污泥脱水变化的主要原因，而这个最佳超声能量产生了最佳的EPS含量(400-500mg/l)和颗粒粒径分布(80-90μm)。EPS含量和颗粒大小虽不是影响污泥脱水性能的唯一因素，但却在很大程度上反映了污泥脱水变化的原因。 ③在破解污泥的厌氧消化试验中，通过设计5个超声能量水平，以分析超声波处理对污泥厌氧消化的影响。结果表明，超声波能有效促进污泥的厌氧消化性能，提高了沼气产量和缩短消化时间，并且随着超声能量的增加，污泥的消化性能改善越明显。从消化污泥的pH和ORP变化来看，超声波处理的污泥厌氧消化甲烷化过程较未处理的对照污泥缩短13d左右。从沼气产量来看，5000 kJ/kgTS、11000 kJ/kg TS、17000kJ/kg TS、26000 kJ/kg TS和35000 kJ/kg TS的超声能量使沼气总产量较对照处理分别增加了3.0％、5.5％、9.6％、24.1％和31.9％。 ④通过将经超声波处理的活性污泥以不同比例回流至生化曝气池，研究发现超声波处理的剩余污泥对活性污泥系统的处理效率和系统性能产生的影响较大。从污泥产量来看，超声波处理的剩余污泥在生化曝气处理后能有效减少污泥产量，其表观产率较对照处理减少18-28％，而且处理比例越大，污泥减量程度越高。从污泥稳定性来看，3/10的超声波处理比例对污泥有机物降解程度最大，VSS/SS较对照处理下降了5.07％，超声波处理有利于污泥有机物的降解过程。从污泥沉降性来看，不同处理比例的污泥均具有良好的沉降性能，但在1/10、2/10和3/10处理比例时，污泥SVI较对照处理均有所下降，分别下降了24.8％、22.6％和9.8％，超声波处理使污泥沉降性能降低。从出水水质来看，1/10和2/10的超声波处理比例使活性污泥系统的出水COD有所下降，但进一步增加超声波对污泥的处理比例，出水COD明显增加，COD的去除率下降，但降低幅度较小。由于所有处理的出水COD均在100mg/l的污水排放标准以内，因而COD变化并没对出水水质产生实质性影响。另外，各处理间的出水浊度去除率达了90％以上，以3/10的处理比例时出水浊度最高。虽然增加的超声波处理比例只是轻微地降低了出水浊度，但这并没有超出污水综合排放标准。 综上所述，超声波因其技术上的特点和优势，而成为污泥预处理的重要物理方法。低能量超声波有利于污泥沉降和脱水性能的改善，而高能量超声波处理更有利于污泥减量。但与当前的其它预处理技术相比而言，超声波技术在经济成本上仍不能具备主导优势。随着超声波技术的研究深入和发展，在调节参数、处理装置和能耗水平不断优化和改良，使之不再局限于实验室的研究和开发，而是成为真正具有工程意义上的高效处理技术。