污泥中所含的水可以分为自由水(70 %)、菌胶团包含水(27 %)、毛细管水(2 %)和结合水(1 %)。自由水的去除较为容易, 毛细管水和结合水虽然较难去除, 但含量很少, 可以忽略。菌胶团中心为固体颗粒, 周围吸附了大量的微生物及其代谢的产物(糖类、脂类、有机酸和蛋白质等) , 这些吸附物在菌胶团的外层形成疏水膜, 包裹在有机质疏水膜中的水分称为菌胶团包含水, 这部分水分很难去除, 且量较大。污泥通过浓缩后可以达到5 %～ 10 %的固体浓度, 再通过脱水装置可达到20 %～ 50 %的固含量。脱水工艺主要包括机械脱水和自然脱水, 一般机械脱水在实际生产中利用的较多。机械脱水的关键是要提供足够大的压力来克服过滤介质的阻力, 使固体颗粒被截留在介质上。根据过滤介质两面压力差来源的不同可将脱水设备分成四类:利用依靠污泥自身厚度产生的静压力来脱水的设备;在过滤介质的一面造成负压, 如真空吸滤脱水装置;对污泥直接加压把水分挤出的压滤脱水装置;制造离心力来达到水分的去除。近年来利用超声波来对污泥进行脱水处理的研究越来越多。
超声波具有较高的能量, 能在水中急剧放电, 产生高温和高压等极端条件, 能改变构成疏水膜物质的物理和化学性质, 破坏菌胶团结构, 提高污泥的脱水性能, 同时释放到水体中的有机质还可作为厌氧发酵的营养源。超声波对污泥的作用受超声波强度、作用时间和频率的影响。高强度、短时间的处理效果较好, 处理后污泥颗粒粒径约80μm 左右, 污泥的脱水性能提高, 沉淀性好;经高强度、长时间处理, 污泥颗粒粒径约5μm 左右, 表面积大大增加, 但周围吸附大量的自由水, 使污泥的脱水性降低, 污泥颗粒相互粘联成松散的絮状, 难沉降;高频(>1000kHz)超声波的化学效应较强, 低频(<100kHz)超声波的物理效应较强。利用超声波处理污泥主要是要破坏菌胶团的物理结构, 所以低频的处理效果较好。还有人研究发现, 在污泥的厌氧发酵过程中, 用适当强度的超声波对污泥进行适当时间的处理, 能促进微生物的生长, 提高有机物的去除能力。超声波的作用机理和效应非常复杂, 其作用条件如声波强度、作用时间、频率均影响到处理的效果, 且它们之间还相互影响, 目前对操作条件的优化还没有进行系统的研究。