污泥減量化是通過物理、化學、生物等手段使整個污水處理系統向外排放的生物固體量達到最少。以前常用的污泥減量技術有隱性生長、解偶聯代謝、維持代謝、生物捕食等。20世紀90年代，人們發現超聲空化更有利于污泥減量。

        超聲空化，簡言之，指液體中的微小氣泡核在超聲波作用下被激化，表現為泡核的振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學過程。在很高的聲強下，液體中將產生大量空化氣泡，它們隨著聲波改變大小并最終在瞬間破滅，氣泡破滅時，將產生極短暫的強壓力脈沖，并在氣泡及其周圍微小空間形成局部熱點，產生高溫高壓(3000^oC、1000個大氣壓)和具有強烈沖擊力的微射流。空化發生時，液體的局部瞬間產生高溫、高壓、高剪切力和聲化學反應。污泥中有機體的細胞壁必須在500個大氣壓的作用下才能破裂，或者在微生物的分解中破裂，微生物分解是個漫長的過程，而超聲波的空化效應是瞬間完成的。聲化學反應是由于高溫熱解和高活性的自由基引起的，是污泥中難生物降解有機物分解的原因。

        1991年，Harrison發現分子量超過40000的高分子物質可以被由超聲空化引起的強大的水力剪切力所分解。德國Portenlanger(1999)進一步發現這種水力剪切力在頻率100kHz以下最為有效。德國UweNeis(2000)則發現最佳分解的頻率為41kHz。德國Tiehm和Nickle等(2001)對超聲空化引起的兩種現象即水力剪切和聲化學反應進行了試驗與理論分析，認為水力剪切比聲化學反應對污泥分解更為重要，也發現低頻時對污泥分解最為有效。

        眾多文獻表明，超聲波作用使細胞壁粉碎，釋放出胞內物質，而胞內物質作為自產底物供微生物生長，提高其對有機物的分解吸收能力，加快有機質進入細胞和代謝產物排出細胞的進程，從而使污泥沼氣產率上升。污泥發酵時間與超聲波處理時間對沼氣產率也有很大影響，Clark和Nujjoo(2000)研究表明在15d的發酵時間下，超聲波預處理2d可以提高沼氣產量61%，而在12d發酵時，幾乎沒有變化，Wang和Kuninobu(1997)發現超聲波處理40min比10min的處理提高沼氣產量59%。Lafitte和Trouque等(2002)發現有機物釋放通常滯后于菌膠團的破壞，23kHz下處理96S，即使是0.47w/cm。的高強度仍然不能改善污泥發酵。由上可知，超聲波促進污泥脫水所需時間很短，而促進污泥發酵通常需要較高的超聲波強度和較長的處理時間。

        超聲波能夠明顯改善污泥絮凝脫水性能更是污泥減量化的重要原因。要達到污泥減量之目的，必須盡可能地降低其含水率，而改善污泥的絮凝和脫水性能則是最大程度實現污泥脫水之途徑。研究表明，超聲波處理對污泥的絮凝和脫水性能具有顯著的影響。超聲波使污泥中的流態介質顆粒沉降性提高，同時改變了污泥的粘性和帶電狀況，破壞了污泥的膠體絮體結構，使污泥黏滯性及顆粒的邊界層效應降低，使污泥顆粒的有效碰撞增強，有效降低污泥中的結合水，從而改善了污泥的過濾性，使污泥比阻降低，上述作用均使污泥更易于脫水。另外，超聲處理還使絮凝劑對污泥顆粒的吸附總量增加，為絮凝過程創造了有利條件。

        此外，德國Sinisterra(1992)研究表明：低強度超聲波可產生細胞原漿微流，提高細胞膜和細胞壁的穿透性，并刺激生物體合成蛋白復合體。我國重慶大學曾曉嵐和龍騰銳等(2006)通過試驗發現，低強度超聲波輻射對污泥活性有顯著提高，采用50w/L的功率密度輻射10min后，污泥的OUR值較作用前提高了129%，蛋白酶活性提高了23.7%，脫氫酶活性提高了24.6%。重慶大學丁文川(2006)的試驗研究則發現，低強度超聲波對污泥作用分為兩個階段：第一個階段發生在0-4min，主要是作用在污泥絮體層面，表現為污泥絮體中SCOD、TN和TP溶出，第二個階段對污泥生物體產生影響，微生物活性加強，OUR、TN和TP都有較大增長。由此可見，超聲波還能加快微生物生長，提高其對有機物的分解吸收能力，從而在整體上減少污泥量。據報道，德國弗朗霍大陶瓷技術與燒結材料研究所利用超聲波將污泥體積和質量減少了約20%。

        一套超聲波裝置在德國代特莫爾德市污水廢水處理廠運行，污泥連續送入超聲波反應器，反應器有7個超聲發射極，每一發射極產生12kHz至20kHz頻率的超聲波。超聲波殺死污泥中的細菌并分解固體物，從而使污泥較易脫水和釋放出酶，分解有機物，而且使降低污泥含水量所需的絮凝劑減少25%。
 

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