随着污泥产量的增加,加快减量化、资源化、无害化处理技术研发与应用迫在眉睫,污泥处理中能量问题也备受关注。通过改变低强度超声波能量和时间、微细气泡时间条件,研究了污泥物化性质的变化,发现预处理提高了脱水率、脂肪酶活性以及三磷酸腺苷（ATP）含量及污泥溶胞效果,25 k Hz超声波处理30 s时脂肪酶活性达到最高0.67 U/m L;60s时氧化性最强,ATP含量达到最高值为0.00368μmol/10~6Cell;120 s时上清液中的溶解性化学需氧量（SCOD）最高为5438 mg/L。微细气泡处理后60 s时脂肪酶活性达到最高3.67 U/m L,ATP含量达到最大值为0.289μmol/10~6Cell;120 s时氧化性最强,SCOD为5658 mg/L。利用三维荧光法分析预处理对污泥中胞外聚合物的影响并创新的表征了类腐殖质酸含量,联合预处理的响应曲面法实验结果表明,影响类腐殖质酸含量的因素依次为微细气泡时间、超声波时间、超声波能量,最优类腐殖质酸含量为634522 au·nm~2。通过高通量测序衡量预处理对微生物多样性的影响,实验结果表明预处理后对微生物群落无显著性影响,多样性指数（Shannon、Chao1和Sobs）略有降低。超声波处理后抑制了Saprospiraceae、Competibacter相对丰度,但促进了Vicina mibacteraceae相对丰度。微细气泡处理抑制了Vicinamibacteraceae、Caldilineac eae、Microthrix相对丰度,但促进了Saprospiraceae相对丰度。功能预测发现预处理后阻碍了生物膜的形成,而超声波进一步降低了群落的氧化耐受性及胞外聚合物分泌,具有明显的EPS降解作用。通过金属铝箔腐蚀实验和COMSOL数值模拟来表征反应器内的声压强度分布,对比发现两者的规律基本一致。首次模拟了超声场下微细气泡对污泥颗粒的作用效果,在0.003 s时两个气泡接触、破裂并加快介质的流动产生两个涡流,到0.8 s时产生尖端效应。同时,在20 k Hz～68 k Hz内超声频率越大声压分布越均匀,污泥颗粒体积分数在微细气泡作用前0.5 s内体积剧烈减小。基于生命周期评价对污泥预处理与后续处置技术进行环境影响分析。基于公开数据库,对超声波、微细气泡及其组合进行能效评估以确定其优先级。微气泡预处理后能量利用效率较高,预处理会耗费一定的电能和热能,但在能源回收及环境成本上均带来效益,对五项环境影响指标表现突出,重要性排序为淡水生态毒性、富营养化、酸化、陆地生态毒性、臭氧层耗竭。研究结果为实现污泥的减量化与资源化提供理论与实验基础。