物理調理泛指通過外加能量或應力以改變污泥性質的方法。傳統物理調理主要包括熱處理調理法、冷凍熔融調理法和污泥淘洗法。此外，對污泥超聲波調理技術、微波調理技術、磁場調理技術以及電離輻射調理技術的研究也在進行中，但目前正處于實驗室研究階段，尚未發展成熟。

進行污泥熱處理調理的原理是污泥中的固體顆粒由親水性膠體粒子組成，其內部含有大量的水分，通過對污泥加熱可加速粒子的熱運動，提高污泥膠體粒子之間的碰撞和結合頻率，增加了膠體粒子間相互凝聚概率，而且，加熱破壞了污泥膠體結構，進而失穩，釋放出大量內部結合水，同時實現污泥粒子的凝聚沉淀，改善污泥脫水性能，提高污泥可脫水程度。
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另外，污泥中的糖類和脂類等有機物在通常情況下較容易降解，而受到細胞壁保護的蛋白質卻不能參與酶水解。但是，熱處理會使污泥細胞體在受熱的條件下膨脹而破裂，形成細胞膜碎片，同時釋放出胞內蛋白質、膠質和礦物質。熱處理對于脫水性能很差的活性污泥效果尤其顯著。對熱處理污泥進行機械脫水后，泥餅含水率可降到30%～45%，泥餅體積減小為單純施以濃縮和機械脫水得到泥餅的1/4。Haug等的研究表明，相對于無前處理過程的常規消化法，預先經過熱處理的污泥再經消化作用，其能量能夠減少25%。

在污泥的焚燒與堆肥處置中，熱處理比加藥處理更為適合。該法適用于初沉池污泥、消化污泥、活性污泥、腐殖污泥及它們的混合污泥。污泥熱處理法的主要缺點是污泥分離液濃度很高，回流處理將大大增加污水處理構筑物的負荷，有臭氣，設備易腐蝕，需要增加高溫高壓設備、熱交換設備及氣味控制設備等，費用很高，這些條件通常限制了熱處理法優點的充分發揮，因此難以普及。

污泥熱處理法主要分為高溫法和低溫法兩種。其中，高溫熱處理是指污泥在1.8~2.0MPa的壓力條件和180～200℃的高溫條件下加熱1～2h，使其膠體結構遭到破壞，細胞內水分釋放，從而達到改善污泥脫水效果的目的。對預先經過高溫熱處理的污泥進行濃縮，其含水率可降低至90%以下，如果再通過機械脫水方法進一步處理，含水率可降低到45%～55%范圍內。但高溫能耗較高，加熱處理會導致臭氣問題的加劇，增加了尾氣處理的技術難度。會使污泥中的有機物質溶出，進而導致分離液COD、BOD濃度升高，色度大，使后續的分離液處理過程提高了復雜程度和處理費用。

而低溫熱處理對溫度的要求較低，一般控制在135~165℃之間，不得高于175℃。采用低溫熱處理方法時，有機物含量在50%～70%效果較好。較之高溫熱處理法，污泥采用低溫熱處理時，能耗較低，且分離液中BOD濃度較低，一般約低40%~50%。鍋爐容量可減少30%~40%。污泥經熱處理后，不僅脫水性能得以有效改善，臭味和色度明顯降低，污泥中可溶性物質的含量也有所提高，有利于污泥消化過程的進行。但當溫度升至175℃以上時，將會引起熱處理設備的結垢，導致傳熱效率降低。

高溫法和低溫法熱調質脫水工藝流程如圖所示。