污水生物处理(特别是活性污泥法)过程中会产生大量剩余污泥，污泥的处理是污水处理厂所面临的一个重要问题。污泥中含有大量有机物，如蛋白质、碳水化合物等。目前较常用的污泥处理方法是厌氧消化，一方面能够减少污泥的重量和体积，另一方面能以沼气(主要成分为甲烷)形式回收污泥中生物质能。污泥中的有机物大部分为细胞物质，这些有机物为细胞壁所包裹，难以为微生物所利用，微生物要利用这些物质，首先必须水解污泥微生物的细胞壁，将这些胞内物质释放出来，使之转化为溶解性物质。正是这个水解过程造成污泥消化过程停留时间长。氢气是污泥厌氧消化的一种中间产物，在厌氧初期的水解酸化阶段产生，随后会迅速被污泥中存在的嗜氢菌(如甲烷菌)所消耗，因此通常很难在污泥中的厌氧消化过程中获得氢气。如果通过适当的预处理使污泥融胞、释放有机质，并抑制耗氢菌，则可获得稳定的产氢量。氢是清洁能源，收获氢气更具有经济价值。针对目前污泥厌氧消化的不足和难以获得氢气等问题，本文研究了热处理对污泥生物产氢的强化作用及其影响因素，还探讨了热处理污泥发酵产氢的过程与机理。 本研究探讨了四种不同预处理(碱处理、酸处理、热处理和超声处理)对污泥发酵产氢的影响。研究结果表明，四种预处理均具有杀死或抑制嗜氢菌和融解污泥的微生物细胞两种作用，均能强化污泥发酵产氢。就污泥的产氢而言，碱处理效果最好，其次为热处理。但是综合考虑预处理对污泥性质的影响和产氢后污泥的处理与处置等因素，热处理是强化污泥发酵产氢的较理想方法。 本研究对热处理污泥发酵产氢的过程、机理及其影响因素进行了研究，并通过微生物的纯种分离技术、菌种鉴定等手段对热处理污泥发酵产氢过程中的优势菌群进行了分析。试验研究结果表明，热处理污泥进行发酵产氢时，其氢产率可达到16.33ml/gVS(11.77ml/gDS)。热处理污泥在厌氧发酵后，其pH值从6.81降低到6.56，SCOD有一定增加，ORP最后稳定在-530mV左右，厌氧过程中产生的挥发性脂肪酸中乙酸为主要成分。对热处理污泥发酵产氢机理分析结果表明，热处理污泥的产氢一部分来源于污泥固形物(即不溶性有机物)水解转化为溶解性有机物，然后再为产氢菌利用所产生的氢气；另一部分来源于污泥中溶解有机物降解过程的产氢，主要为溶解性碳水化合物的降解。溶解性蛋白质为微生物的生长提供氮源，并且其降解可能减缓系统pH值的降低。在热处理污泥的厌氧发酵过程中，蛋白质与碳水化合物实际上是一种协同作用。溶解性蛋白质的大量存在是热处理污泥发酵产氢过程中氢迅速消耗的主要原因。通过分离、纯化，得到了热处理污泥发酵产氢过程中的5种优势菌群—短小奇异菌属(Atopobiumparvuium)、混淆魏斯氏菌(Weissellaconfusa)、丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)、多动拟杆菌(Bacterioidespolypragmatus)、丙酸居泥杆菌(Pelobacterpropionicus)。其中，混淆魏斯氏菌、多动拟杆菌和丁酸梭菌能够发酵碳水化合物产氢。 对热处理污泥发酵产氢过程中的一些影响因素(污泥浓度、污泥的热处理时间、热处理污泥的起始pH值和反应瓶的空隙率)进行了研究。研究结果表明，污泥浓度为7.81gVS/L、起始pH值在中性范围(6.5～8.0)、热处理条件为121℃、5min、反应瓶空隙率为51.61％时，热处理污泥的氢产率最高。 在原污泥的厌氧发酵过程中，外加电场能够同时促进产氢菌和嗜氢菌的生长。由于甲烷菌的生长速度低于产氢菌，在污泥厌氧发酵的开始阶段主要表现为产氢。当外加电压高于1.84V时，污泥的产氢能稳定一段较长的时间，但在后期由于甲烷菌的大量生长，反应瓶中顶隙中的氢气会迅速被消耗。外加电压能够电解污泥发酵过程中产生的挥发性脂肪酸，减少挥发性脂肪酸的积累。在热处理污泥的厌氧发酵过程中，外加电压能够促进污泥的产氢量，缩短污泥发酵产氢的延迟期。就热处理污泥的发酵而言，1.84V的外加电压是一个转折点，电压低于1.84V时，产氢时间与不外加电压的污泥基本相同，而电压高于1.84V时，产氢时间明显延长。外加电压越高，热处理污泥的产氢量也越高。同样在发酵后期会出现耗氢现象。由于部分嗜氢菌也能产生芽孢，能耐受高温高压等不利条件，因而对污泥进行热处理也不完抑制耗氢的发生，但能够进一步提高污泥的氢产率。在外加电压下进行厌氧发酵时，由于微生物通常带负电荷，它们会向与电源正极相连的阳极移动，从而导致发酵产氢主要发生在阳极附近。污泥厌氧发酵产生的挥发性脂肪酸电离产生的H+，会向与电源负极相连的阴极移动，并在阴极上进行反应生成氢，从而导致电解产氢主要发生在阴极上。电解产氢与发酵产氢两者的关系主要取决于外加电压的高低。