城市污水污泥产量不断增加,对其安全经济地处置是迫在眉睫的问题。机械脱水后污泥含水率仍有80%左右,无法满足污泥后续处置的要求,通常采用热干化来进一步降低污泥的含水率,但能耗很高,研究和开发一种污泥高效低耗脱水技术具有重要的现实意义。热水解是一种有效的污泥预处理技术,可以改善剩余活性污泥(含水率99%)或者浓缩污泥(含水率96%)的脱水性能,但是由于含水率很高,加热污泥的能耗仍较高。本文研究热水解处理机械脱水污泥,和处理剩余活性污泥和浓缩污泥相比,需要加热的污泥量减少为原来的5-20%,使热水解能耗显著降低。通过热水解改变污泥中水分的结合形态,使其再次达到机械脱水的要求,水分以液态形式去除,寻找一条有别于热干化,既能有效降低能耗,又能显著降低污泥水分的技术路线,为污泥高效脱水技术的开发提供理论依据。本文主要研究内容和结论如下：1)对机械脱水污泥的热水解特性进行了研究,分析了热水解温度,反应时间,污泥初始含水率变化对污泥脱水性能影响。研究发现热水解温度150℃以上才能改善污泥的脱水性能,在180℃附近最为合适,热水解脱水后泥饼含水率可降至30%左右。添加酸/碱化学试剂辅助热水解可以在更低的温度下提升脱水效果,例如污泥添加Ca(OH)2在120℃处理后泥饼含固率接近50%。热水解处理后脱水泥饼完全满足填埋、土地利用对含水率低于60%的要求。2)热水解处理使污泥中部分有机物发生溶解和水解,使污泥中有机成分占原始污泥的比例随温度的升高而降低,而滤液的COD浓度大幅增加,添加酸／碱试剂进一步促进了污泥固相中有机物向液相的转移。热水解后污泥的干燥基发热量降低,180℃时,污泥的干燥基发热量降低了15%左右,由于处理后含水率降低,脱水泥饼的收到基发热量显著增加。3)对城市污泥热水解处理中重金属的迁移特性进行了研究,包括热水解前后污泥中重金属总量,重金属的形态分布和浸出毒性变化。经过热水解处理后,污泥中绝大部分重金属仍留在固相中,重金属以更稳定的形态存在,浸出毒性降低了35-70%。对制革污泥的研究结果表明,Cr转移至液相的比例随pH值的降低而增加,采用常温H2SO4浸取-热水解处理可使污泥中Cr的总量及浸出毒性降低90%以上。4)设计了污泥热水解焚烧系统,并利用Aspen Plus软件进行了模拟计算,模拟结果表明,180℃以上热水解-机械脱水处理后的污泥可以实现自持燃烧,产生的蒸汽除满足热水解需要外,还有20%左右可以对外供热。采用闪蒸蒸汽预热污泥,可使热水解需要的蒸汽量降低30%。与热干化的能耗比较表明,污泥热水解比干化节能65%左右,热水解焚烧为污泥的高效低耗处理提供了一条新的路线。