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近年来,随着污水厂处理规模的增大,剩余污泥的产量逐渐增加,剩余污泥的处理处置成为污水厂急需解决的问题之一。污泥的机械脱水是污泥处理处置过程中最重要的一个步骤,但目前对于机械脱水的研究多停留在不同脱水设备的比较以及运行参数的优化,而对于脱水过程中污泥形态及微观结构的变化关注较少。故本试验以朝阳水质净化厂的剩余污泥为研究对象,研究污泥脱水过程中泥饼形态及结构的变化情况,在此基础上,提出深度脱水的方法并建立污泥脱水的回归方程。试验考察了剩余污泥形态及初级调控中水分的迁移,分析发现,污泥的理化性质在不同季节波动较小,可以作为稳定的试验材料。污泥的理化指标与脱水性能显著相关,其中污泥浓度、粘度和EPS含量与污泥的脱水性能呈正相关,pH和Zeta电位与污泥脱水性能呈负相关。在污泥的沉降过程中,污泥絮体形态不断变化,在絮凝沉降阶段,污泥絮体大小不断增加,沉降速度达到最大值0.16cm/min,此时由于污泥絮体较为紧实且有一定数量的空隙,在沉降性能增强的同时也有利于水分的转移,污泥脱水性能最佳,CST值为20.5s。PAC、FeCl3和阳离子型PAM调理过程中污泥水分分布及其迁移转化规律基本相似,调理后由膨胀法测得自由水含量增加,束缚水的含量减少,由热干燥法测得内部结合水含量基本不变,表面结合水含量减少,自由水和间隙水含量有所增加。对比膨胀法和热干燥法测得的水分含量差异得知,污泥调理过程中,药剂的投加降低了水分和污泥的结合能,使一部分表面结合水转化为间隙水和自由水,而原有的间隙水多转化为自由水,从而增强了污泥的脱水性能。试验通过压滤试验来考察压滤过程中泥饼阻力特性、微观结构、均化程度和束缚水含量的变化情况,在试验中发现,压滤过程中过滤阻力不断增大,但是不同压滤压力下阻力的增长速率有较大差异,由于过滤压力增大后,污泥絮体更容易破碎成细小颗粒堵塞滤布,且形成孔隙较小的滤饼而不易于水分排出,在0.9Mpa压力下过滤阻力的增长速率远大于0.7Mpa压力过滤阻力的增长速率。在0.9Mpa下,FeCl3调理后污泥有着最好的脱水效果,泥饼含水率为60.1%,但是无论是PAC还是FeCl3调理后污泥经鼓膜压滤后泥饼含水率均为55%。对0.9Mpa下FeCl3调理后污泥在脱水完成后泥饼均化程度进行分析,横向含水率最大差值为4.08%,纵向最大差值为1.8%,外层含水率要低于内层含水率,泥饼含水率分布不均,阻碍了脱水过程中含水率的进一步降低。因此试验中对压滤后泥饼打碎后混匀再次进行鼓膜压滤以进一步降低污泥的含水率,试验中,深度脱水后泥饼的含水率降到50%以下。在PAC的调理下,平均含水率达到48.8%,在FeCl3的调理下,平均含水率达到48.38%。随着泥饼含水率的下降,泥饼不同位置的含水率相差不超过0.7%,不同层含水率相差不超过0.5%,泥饼的均化程度得到了很大的提升。在压滤试验的基础上,通过相关分析找出影响泥饼含水率的关键因素,通过回归分析建立以含水率为目标函数,以剩余污泥理化性质和压滤条件为自变量的回归方程。在相关分析中,Zeta电位、EPS含量及各成分的比例、压滤压力和压滤时间与泥饼含水率显著相关。在回归方程的建立中,针对常压和变压两种条件分别建立了回归方程,可以根据压滤参数和污泥性质来预测脱水后泥饼的含水率。研究成果在一定程度上完善压滤过程污泥形态及微观结构研究,阐明了影响污泥脱水性能进一步提高的原因,提出解决办法,对于污水厂进一步提高脱水效率有一定的指导意义。不同条件下回归方程的建立,有助于快速建立调理过程的投药量和脱水过程的运行参数,大大减少试验时间和成本,对于污水处理厂社会效益和经济效益的提高有一定的促进作用。该研究成果应用于实际工程,污泥机械脱水处理成本191.13万/年,较带式压滤节约7%,效果显著。