污泥减量化是污泥处理处置的三大目标(无害化、减量化、资源化)之一,脱水是污泥减量化的关键因素。数十年来,人们提出了多种提高污泥脱水效果的方法,均或多或少存在着脱水效率低或者应用难度大等问题。水热碳化技术是一种新型污泥处理技术,由于其能显着改善污泥的脱水性能且主要固体产物生物炭可以作为资源回收的优良燃料,因此得到了越来越多人的关注。本文首先对市政污泥在130℃、160℃、190℃、220℃和250℃反应温度下水热碳化不同时间(15min、30min、1h、1.5h和2h)的污泥脱水性能进行了初步探究,通过测定污泥比阻、污泥体积指数和泥饼含水率来表征污泥的脱水性能。结果表明,比起反应停留时间,反应温度对水热污泥的脱水性能有着更大的影响。随着反应温度的上升,污泥脱水性能呈现先变差后逐渐变好的趋势。当反应温度为190℃时,水热碳化处理开始显着改善污泥的脱水性能,比阻值从原泥的1.01×10~9s~2/g降低为3.39×10~8s~2/g,泥饼含水率从原泥的80.62%降低为70.13%,而污泥体积指数从35.40mL/g降低为14.51mL/g。当反应温度超过190℃时,脱水性能进一步改善,但改善的幅度不大,逐渐趋于平缓。综合各项指标以及对高温下能耗的考虑,得出反应温度为190℃、反应停留时间为1.5h的反应条件是一个合适的水热反应条件。通过分析水热污泥、固体产物以及滤液等的各项物理化学指标,探讨水热污泥的理化性质与其脱水性能的关系并揭示了污泥在水热过程中的脱水机理。悬浮性固体有机物对污泥的脱水性能有较大的影响,VSS/SS值的下降说明有机物的降解有利于改善污泥的稳定性和脱水性能。利用场发射电子显微镜能够观察水热污泥颗粒表面的微观结构,当反应温度超过190℃时,污泥表面呈破碎状,污泥细胞内部水的释放是水热污泥的脱水性能在190℃时显着改善的重要原因。滤液中COD和氨氮含量的升高是由于高温下难溶物质降解成溶解性小分子有机物,水热过程发生的美拉德反应是滤液色度增大的主要原因。水热污泥EPS与其脱水性能之间具有较强的相关性,高温下EPS发生降解,改变了污泥颗粒的表面特性,降低了污泥的粘滞性,因此改善了污泥的脱水性能。同时,本研究还考察了水热碳化过程对污泥重金属(Ni、Cu、Pb、Cd和Zn)含量以及形态分布的影响,研究显示,水热碳化过程使重金属逐渐向水热炭富集,并向更稳定的形态转移。水热污泥基本符合国家农用标准(CJT 309-2009)和园林绿化用泥标准(GBT 23486-2009)。生态危害风险程度用RAC表征,结果显示水热碳化处理有利于提高重金属稳定性,降低污泥重金属对环境的危害程度。在上述实验的基础上,本研究还进行了污泥水热碳化的中试应用分析。对佛山镇安污水厂含水率为97.5%的浓缩池污泥进行低温水热碳化处理,处理温度为160℃~190℃,利用板框压滤机进行脱水处理,对压滤后的泥饼和滤液进行分析。研究显示,水热处理可以实现污泥的深度脱水,机械压滤后泥饼含水率降低至65.46%。另外,对中试试验进行了经济性分析,结果显示低温水热碳化处理的综合成本为311.62元/吨污泥,外运污泥体积可减量67.78%。总的来说,低温水热碳化工艺在污泥的无害化和减量化方面表现出色,在能耗成本方面可进一步改善。综上所述,污泥水热碳化技术不仅表现出良好的污泥脱水减量化特性,而且对于污泥的稳定性也有较好的效果,该技术有望将来在污水处理厂的污泥处理方向得到进一步的推广和应用。