城镇污水处理厂污泥经机械脱水后含水率仍有80%左右,无法满足污泥后续处置的要求,含水率过高已成为污泥处置的瓶颈。热水解是一种有效的污泥预处理技术,可以改善污泥的脱水性能,实现污泥的减容减量,且与常规的热干化比,避免了汽化潜热的损失,具有很明显的节能优势,因此开展机械脱水后污泥的热水解试验研究具有重要的现实意义。本文以研究和开发污泥深度脱水技术为目的,在原有的污泥热水解基础研究之后继续开展热水解的试验研究,建立了小型热水解深度脱水试验台,并采用高压蒸汽直接加热,为进一步的工业推广和应用做好基础。实验以杭州七格、嘉兴联合和上海石洞口三地的机械脱水污泥为研究对象,研究内容包括热水解预处理前后污泥脱水性能的变化,污泥中固体成分的热水解特性,以及热水解预处理对污泥中重金属的迁移和形态分布的影响。不同种类污泥的热水解实验表明,最佳热水解温度范围为170-190℃,反应时间为30min。热水解后污泥的脱水方式宜选用板框压滤,压滤后泥饼的含水率可降至50%左右,而且压滤泥饼具有较好的自然干化效果；离心法对热水解后污泥的脱水效果不明显,离心后泥饼含水率都在70%-80%之间,不宜选作热水解后污泥的脱水方法。实验结果与小型电加热的实验结果比较相似,反映的热水解规律一致,可为进一步的热水解深度脱水中试和工业应用提供支持。污泥热水解预处理过程中,污泥中部分固体溶解、水解,热水解后污泥的粒径变小,固体中有机组分含量减少,滤液中有机物浓度增加。随着热水解过程中有机物的水解,污泥的干基热值减少,杭州、嘉兴、上海污泥在各自热水解最佳工况下干基低位热值损失率分别为38.4%、18.8%和22.4%,大于热干化的热值损失。热水解处理之后,污泥中绝大部分重金属仍留在固相中,且以更稳定的形态存在。水解液中的重金属浓度很低,重金属转移至固相的比例绝大部分都大于99.5%。由于污泥固体的溶解,污泥中的重金属浓度会有不同程度的上升,但热水解预处理促进重金属向稳定态转化,降低其潜在迁移性,有利于污泥的进一步处理处置。在实验研究的基础上,结合现有工业应用和热水解试验台的运行情况,设计了一种可连续运行的热水解深度脱水系统,该系统热水解部分采用两个预热罐、六个反应罐以及一个闪蒸罐,通过阀门控制实现系统的连续运行。最后还以处理30t/d机械脱水污泥为例,对该系统进行质量能量平衡分析,结果表明处理每吨污泥能耗为611MJ,仅为热干化能耗的40%左右；处理成本不到60元/吨,具有较高的经济性。