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厌氧消化是污泥减量化、无害化、稳定化和资源化处理的最经济有效的方法之一。而污泥中有机物的水解过程是厌氧消化的限速步骤,使得污泥厌氧消化存在消化时间长、池体庞大、甲烷产率低等缺陷。为解决这些问题,在污泥厌氧消化处理前进行预处理,破坏污泥絮体结构,破裂细胞结构,使细胞内含物溶出,加速有机物的水解过程,从而达到提高厌氧消化效果的目的。在各种预处理方法中,热水解被认为是一种高效的预处理方法。针对北京城市污泥,在170℃条件下对不同污泥热水解预处理30min,考察热水解技术对污泥内部物质结构的影响,并对多个污水厂的不同污泥,分别进行了生物产甲烷潜能(Biochemical methane potential,BMP)试验;采用传统污泥厌氧消化工艺和热水解-厌氧消化组合工艺,在不同水力停留时间(HRT)和进泥含固率(以TS计)条件下分别进行试验,并建立反应动力学模型,探讨了污泥热水解技术对于污泥厌氧消化的影响及应用于工程实践的可行性。试验结果表明:热水解能够破坏污泥絮体以及微生物的细胞结构,使胞内物质不断溶出并水解,由固相转移到液相,悬浮固体(SS)、挥发性悬浮固体(VSS)和溶解性化学需氧量(SCOD)等可溶性有机物质比例提高。挥发性脂肪酸(VFA)的总量提高了2.5倍,其主要成分为乙酸。在污泥产甲烷潜能试验中,热水解对不同污泥的产甲烷能力均有不同程度的提升作用,对剩余污泥的提升效果显著,产甲烷量最高增加65%,甲烷产率达到0.388m3CH4/kgVSadded,与其他文献比较,北京城市污泥的产甲烷能力较强。在半连续的厌氧消化过程中,随着HRT的缩短,传统厌氧消化工艺产气能力和有机物的降解能力不断下降,VFA含量不断积累,产甲烷菌的活性受到一定程度的抑制;而在热水解-厌氧消化工艺中,甲烷产率和有机物去除率分别提高了30%~40%和25%左右,在HRT=13d时仍能保持较高的甲烷产率和有机物降解率,两项指标分别达到0.292 m3CH4/kgVSadded和33.8%;系统运行中pH值平稳,碱度偏高,VFA维持在较低水平,表现出更好的稳定性能和较强的抗冲击负荷能力。传统厌氧消化和热水解-厌氧消化工艺均在进泥含固率为8%时产气效果最佳,热水解后污泥的投加单位有机物的甲烷产率和分解单位有机物的甲烷产率达到0.391 m3CH4/kgVSadded和1.113 m3CH4/kgVSrem,比TS为6%时提高了26.9%和43.7%,比TS为9%时提高了15.0%和17.8%;同时其有机物去除率保持在35%以上,在进泥TS含量为6%、8%和9%的条件下,比传统厌氧消化分别提高了34%、26%和24%。对厌氧消化系统进行模型拟合发现,热水解-厌氧消化工艺的一级反应动力学常数、甲烷产率和最大基质利用率均远高于传统厌氧消化。因此对于北京市城市污泥厌氧消化的最佳条件为:在热水解预处理的基础上,按HRT=13d,进泥TS=8%来运行。