城市污泥是污水处理厂在处理废水过程中产生的剩余物质，主要来自污水处理厂初沉池和剩余污泥的排放。城市污泥中含有丰富的有机质及氮、磷、钾等营养元素，但同时也含有大量重金属元素、病毒微生物及有机污染物等，污泥不合理的处置会给环境带来严重的污染。随着城市规模的扩大、人口的增加以及工业的发展，促使城市污水处理厂的规模不断增大，污水处理所产生的大量污泥日益成为亟待解决的环境问题。本文以山东省典型城市污泥的资源化利用为最终目标，首先选取山东省38个典型城市污水处理厂的脱水污泥，对其理化性质进行了研究，针对山东省典型城市污泥各种指标含量的现状和分析，提出了污泥处置的建议。在调查分析基础上，针对限制厌氧消化效率的瓶颈性因素-污泥细胞壁破解，选取了超声波和热水解两种厌氧消化预处理方式进行研究，并考察了影响这两种预处理方式效果的主要因素。本论文的主要研究结果如下：（1）通过对山东省38个典型城镇污水处理厂脱水污泥样品调查分析表明，与农家肥料相比，城镇污水处理厂脱水污泥是具有高有机质、高氮、高磷与低钾的特征，作为有机物料具有资源化利用的潜质；但是极个别污泥样品中存在重金属超标现象（主要为Zn、Cu超标），需要通过控制工业污染源排放解决限制污泥资源化利用问题。因此，根据山东省城镇污水处理厂污泥特征，土地利用是较为适宜的处置方式；对个别存在重金属超标现象的城镇污水处理厂污泥，可采用焚烧、建材利用等其它处置方式。（2）采用热水解、超声波工艺进行污泥的厌氧消化预处理，可高效率破解污泥微生物细胞壁，促进胞内物质溶出，增加混合液中SCOD及蛋白质的含量，为提高厌氧消化过程可利用有机物含量创造条件。以SCOD、蛋白质做为污泥破解效果指标的试验研究结果表明，热水解与超声波结合工艺处理污泥的效果优于单独热水解或单独超声处理污泥的效果；从运行能耗优化角度分析，低声能密度超声波与热水解结合方式具有较好的经济性，因此，其作为污泥预处理技术具有更好的应用前景。