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随着生物技术在各国城市污水处理厂应用的不断深入，在污水得到澄清处理的同时，不可避免地将产生大量的生物污泥。这类污泥高含水量以及疏松的颗粒结构使得污泥的处理与处置过程需耗费大量的成本。为了最终达到减量化、安定化、无害化、资源化的处置目标，通常在污泥进行机械脱水前，需要对其进行前处理以改变其特性，增加其资源价值。在现今所有前处理方法中，聚电解质调理法因其操作简单、成本低廉、效果良好等优点应用最为广泛。但是，大量实践经验证明，现今市售的聚电解质调理剂虽然都能够达到令人满意的泥水分离效果，但是，调理过程中也存在着脱水后滤饼含水率偏高、污泥絮体强度较弱容易破碎、聚电解质最佳投药量确定难、聚电解质中单体残余毒性等问题。因此，这也要求研制新型的污泥调理剂来尽可能解决污泥化学调理剂应用中存在的缺陷。
本论文综述了污泥化学调理剂的种类、合成方法和工艺，结合污泥化学调理剂的发展趋势和调理过程中出现的一些问题，设计合成了两类物质作为新型污泥化学调理剂：Gemini型阳离子表面活性剂和阳离子型疏水缔合水溶性聚合物。利用红外光谱、核磁共振谱、元素分析等表征手段对合成的物质进行结构鉴定。将这两类物质应用于活性污泥脱水实验中，不仅考察了它们对污泥絮体特征的影响，例如：胞外聚合物(EPS)、污泥絮体粒径、污泥表面电位、相对疏水值、分形维数和污泥絮体强度等；还考察了它们对脱水指标的影响，例如：毛细吸水时间(CST)、污泥比阻(SRF)、污泥结合水、污泥沉降速度、过滤后泥饼含水率、高速离心后泥饼含水量等。通过研究调理剂投加量、污泥絮体特征和脱水指标这三者之间的联系，阐述了自合成两类污泥调理剂在活性污泥调理过程中的作用机理。研究发现：
1.Gemini型阳离子表面活性剂依靠静电引力和疏水组分间缔合作用力吸附在活性污泥表面。随着投加量的不断增加，活性污泥污泥表面EPS不断脱落并溶解在溶液中，这使得污泥絮体特征发生了一系列变化，主要包括：絮体粒径变小、表面电位增加、分形维数增加等等。污泥絮体特征的变化直接导致了污泥脱水指标的变化，从实验结果来看，Gemini型阳离子表面活性剂的调理对活性污泥的过滤性能和沉淀性能并没有非常显著的提高作用，但是其对降低污泥结合水量和真空过滤后滤饼含水率的作用非常明显。当溴化-1,2-双(十二烷基二甲基)乙二铵(简称CSG12-2-12)的投加量为0.05g/g干污泥时，经过真空过滤后的污泥泥饼含水率从85.7％大幅下降至74.2％，结合水量从10.51g/g干污泥下降至6.5g/g干污泥。同时，当CSG12-2-12投加量超过0.1g/g干污泥后，分散的污泥初级颗粒表面由于相对疏水性的增加而依靠疏水组分间缔合作用力发生絮凝，使得污泥絮体粒径重新开始增加、分形维数开始转而减小、过滤后滤饼含水率略微增加。这些絮体特征变化有效地提升活性污泥过滤和沉降性能。
2.利用反相乳液聚合法将丙烯酰胺和实验室自制的两种可聚合型阳离子表面活性剂：甲基丙烯酰氧乙基二甲基十二烷基溴化铵(简称ADMDAB)和N-(2-丙烯酰氧乙基)-N-十二烷基-N,N,N，N-四甲基乙烷-1,2,-二溴化铵(简称AEDTDB)分别进行二元共聚反应，控制反应条件合成了一系列分子量在1×106，电荷密度随阳离子单体投加量变化而改变的高分子表面活性剂P(AM-ADMDAB)和P(AM-AEDTDB)。由于这类聚合物在水溶液中显示出明显的分子内和分子间疏水缔合效应，从分子结构上分析，这类聚合物同时也属于阳离子型疏水缔合水溶性聚合物。
3.从自合成的两类聚合物中分别选取电荷密度最高的两种聚合物P(AM-ADMDAB)-6和P(AM-AEDTDB)-6对活性污泥进行调理，并与市售的两种聚电解质调理剂Ciba7650和Ciba7555进行脱水实验对比后发现，P(AM-AEDTDB)-6由于阳离子单体的双正电荷结构使其分子中正电荷密度最高，此外，相对较低的分子量以及分子内疏水缔合作用使其在活性污泥表面主要采用卧式吸附构型，利用电中和作用和静电补缀作用进行絮凝。使用P(AM-AEDTDB)-6调理后的污泥絮体粒径偏小，但是其污泥絮体结构致密，污泥絮体强度最高，其调理后的污泥经过真空过滤脱水后滤饼含水率在四种聚电解质中最低，且在高速离心过程中的抗压能力最强。而使用市售的聚电解质调理剂Ciba7650虽然只需很低的投加量即可达到最快的过滤速度，但是其调理后的活性污泥滤饼的含水率最高，同时由于其调理后的污泥絮体结构疏松、开放、抗压能力差，其调理后的污泥絮体在高速离心下絮体结构容易被破坏，在3000rpm转速下的泥饼含水量也明显高于使用P(AM-AEDTDB)-6调理后的泥饼含水量。