市政污泥是污水处理的副产物,由于其胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substances,简称EPS）中含有大量的亲水性有机物,导致其难以脱水,给后续的处理处置带来了困难。很多研究发现混凝剂、絮凝剂、高级氧化等化学调理方法能有效提高污泥脱水性能。然而,不同污泥调理过程会改变污泥颗粒间相互吸引和排斥力,同时,对污泥絮体结构造成影响。针对上述问题,本文主要研究内容包括:1、不同价态阳离子、高分子聚合物及Fenton试剂调理对污泥脱水性能的影响选用不同价态的金属盐(Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺)、高分子聚合物絮凝剂（聚合氯化铝:Polyaluminium Chloride,缩写PAC）及高级氧化方法（Fenton试剂）对污泥进行化学调理。以CST（Capillary Suction Time,简称CST）、SRF（Specific Resistance to Filtration,简称SRF）为污泥脱水性能评价指标,同时测定调理污泥的粒径分布、Zeta电位及沉降性能。结果表明:Fe³⁺、Al³⁺、Fenton试剂能够大幅提高污泥脱水性能,在投加量分别为1.2 mmol Fe³⁺/g VS、1.2 mmol Al³⁺/g VS、2 mmol Fe²⁺/g VS与2.5 mmol H₂O₂/g VS时,调理污泥CST分别由原泥的220.0 s降至33.5、54.1、24.4 s,SRF分别由原泥的2.0×10¹33 m/kg降至0.4×10¹³、0.5×10¹³、0.4×10¹³ m/kg。2、基于表面热力学分析的拓展DLVO（Derjaguin-Landan-Venvey-Overbeek）理论解析方法探讨污泥脱水性能的变化对不同价态阳离子、高分子聚合物及Fenton试剂调理剂在最优投加量下调理污泥接触角进行了测定,通过表面热力学分析得到不同调理污泥的拓展DLVO曲线。结果表明,经Fe³⁺、Al³⁺、Fenton试剂调理后,污泥的界面吸附自由能△G_adh从原泥的9.5 mJ/m²分别降低为-33.4、-10.8、-38.0 mJ/m²,说明污泥絮体表面由亲水性转变为疏水性(△G_adh<0);调理污泥的能垒从原泥的7.7×10⁵ KT(K为玻尔兹曼常数,其值为1.38×10^-23 J/K,T为绝对温度,其值为298 K)降低至小于0 KT,说明调理污泥絮体颗粒间的能垒消失,污泥颗粒可以自发进行碰撞挤压,大幅减小污泥的间隙水,从而提高污泥的脱水性能。作为对比,单独投加Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、PAC调理污泥的能垒分别为7.6×10⁵ KT、6.6×10⁵ KT、7.2×10⁵ KT、1.1×10⁵ KT、1.1×10⁵ KT,均在0 KT以上,表明上述化学调理剂并不能改变污泥絮体的亲水特性,该结果与脱水性能的结果一致。3、不同化学调理方式对污泥絮体结构变化影响机理的探讨对不同调理污泥中金属元素在固液相分布、调理污泥的EPS含量分布、结合水含量、分形维数、动态形貌等进行表征,结果表明:外加的一价金属元素、二价Ca2+大部分分布在污泥液相中;而二价Mn元素、三价金属元素与Fenton试剂调理污泥中外加的Fe大部分分布在固相中,对污泥起到了压缩双电层与混凝的作用。分形维数（fractal dimension,简称D_f）的结果进一步表明单独投加Fe³⁺、Al³⁺与Fenton试剂调理污泥的污泥絮体更加密实,D_f值分别为2.67、2.61与2.63,明显大于原泥（2.45）以及Na⁺（2.46）、K⁺（2.47）、Ca²⁺（2.46）等调理污泥。EPS与结合水含量的实验结果表明:Fe³⁺、Al³⁺、Fenton试剂调理污泥后Bound-EPS中蛋白质和多糖含量明显降低,结合水含量也由原泥的2.92 g/g DS降低至2.13、2.22与2.22 g/g DS。因此,密实化的污泥絮体可以有效减少污泥Bound-EPS含量,释放污泥Bound-EPS所束缚的结合水。污泥絮体结构变化观测的结果表明Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Al³⁺试剂调理污泥过程中在前15 s内污泥粒径无显著变化,Fe³⁺调理污泥粒径在第15 s明显变大,Fenton试剂调理污泥在前15 s内粒径呈现波动式变化,可能存在污泥有机絮体解离-重构的现象。相关性分析的结果表明不同调理污泥中结合水含量与污泥絮体吸附自由能△G_adh（r=0.81,p<0.01）和能垒（r=0.9,p<0.01）存在显著的正相关性,进一步说明污泥絮体亲水特性会使污泥絮体间的排斥力增加,增加污泥结合水含量。通过主成分分析,发现影响污泥主成分得分结果最大的是其第一公因子（F₁）,在主成分中所占比例为68.3%。而第一公因子（F₁）主要是表征污泥表面热力学特性（界面自由能、Lewis酸-碱水合作用自由能、粒径）,说明改变污泥絮体的亲水特性是提高污泥脱水性能的关键因素。