当前,很多污水处理工艺的实质是将污水中的污染物富集至污泥中,污水得到处理的同时也会产生大量污泥。由于污泥中含有大量水分,不能使焚烧、热解、气化等处理方法的效率达到最高,并且这些处理方法还可能会产生二噁英等有毒有害物质,造成二次污染。厌氧消化可以将污泥中的有机组分转化为甲烷,处理污泥的同时还可获得额外的能量,是一种有效的处理方法。但是,由于污泥自身的结构问题,直接进行厌氧消化效率往往不高,对污泥进行预处理可以大幅度的提高污泥的消化效率。首先对污泥受热水解影响所发生的物理化学性质变化进行了研究,通过设置 120℃、135℃、150℃、165℃、180℃、195℃和 210℃的反应温度和30 min、45 min、60 min和75 min的反应时间,确定热水解最佳的工艺参数并通过对比污泥热水解前后的物理化学性质探究了热水解对污泥造成的影响。其次通过采取多批次升温试验对污泥热水解过程的中间产物进行分析,揭示了污泥在热水解过程中的物质转化规律并对其进行非等温动力学分析。最后对经不同条件热水解处理的污泥及热水解过程的污泥进行了产甲烷潜能试验,研究其产甲烷效率。结果表明,污泥经热水解后,其脱水性能和可生化性均得到提高,大量自由水的出现使得剩余污泥流动性增强,由固态向液态转化,同时,液相中的有机物总量和种类均得到提升,COD溶解率最高可达50.05%,溶解性蛋白质和总糖浓度最高可达18.81g·L-1和10.36g·L-1,与原剩余污泥相比大幅度提升,此外,反应温度是热水解效果的决定性因素,反应时间对污泥的热水解效率影响较小。针对污泥热水解过程中物质变化的研究结果表明,污泥中有机物的溶解主要集中于中高温阶段,但当温度高于180℃时,污泥发生的美拉德反应会降低热水解的处理效果,对污泥热水解过程的非等温动力学分析的结果表明,污泥在升温过程所发生的热水解反应为一级反应,此外,热水解对污泥的影响以有机物的增溶为主,大分子有机物的水解程度较小。产甲烷潜能试验的结果表明,经180℃,45 min处理的污泥的产甲烷性能最好,累计产甲烷量可达849.2 mL,为原剩余污泥的4.89倍。本次试验的最佳热水解条件为180℃,45min,但实际上反应温度是影响热水解效果的决定性因素,较长的反应时间对热水解效率有一定提升,但提升效果很小。从能源消耗的角度来看,适当降低反应时间或者采用余热加热可以达到最大的效益。此外,本文为污泥热水解的研究提出了一个新的试验思路:通过多批次试验获取热水解污泥的中间产物,可对热水解的反应机理进行深入研究。