城市污水处理厂剩余活性污泥的厌氧消化，是实现污泥减量化和能源化的核心技术。然而，污泥微生物细胞被坚固的细胞壁和粘性的胞外聚合物所包裹，传统厌氧消化的水解阶段极为缓慢，通常需要20至30天的漫长停留时间，且甲烷转化率仅为30%至50%。研发高效的预处理技术，在污泥进入消化罐前对其进行“破壁”，是打破水解限速瓶颈、提升厌氧消化效率的关键。传统高温热水解（>160℃）虽然效果显著，但能耗和投资巨大。低温水热与酶解联合，是一条节能增效的新途径。

  本研究提出了“低温水热-酶解”两级预处理方案。第一级为温和的低温水热处理（80-120℃），在此温度区间，污泥絮体结构开始解体，部分EPS溶解，细胞壁的渗透性增加，但并未完全破裂。这个步骤的能耗远低于传统高温水热。第二级为特异性酶解，向经过水热处理的污泥浆中投加碱性蛋白酶。蛋白酶能够精准地攻击已被水热作用削弱和变性的细胞壁蛋白质及胞内蛋白质，将其高效水解为溶解性的多肽和氨基酸。这种物理-生物的联合破解，比单独使用任何一种方法都更为彻底和节能。实验结果显示，经过最优条件联合预处理的污泥，其溶解性化学需氧量（SCOD）是未处理污泥的8倍以上，污泥的粘度大幅下降。

  将预处理后的污泥接入中温厌氧消化罐，其产甲烷潜力和最大产甲烷速率均比未处理污泥提高了80%以上，消化停留时间可从25天缩短至15天。这意味着现有消化罐的处理能力可近乎翻倍。同时，消化后脱水污泥的含固率和病原菌灭活率也都显著提高，达到A类生物固体的标准。全过程的能量平衡分析表明，该联合预处理消耗的热能和化学品能量，远低于其带来的额外甲烷产能的能量增益，系统净能量产出为正。该研究为已建污水厂的污泥厌氧消化设施在不进行大规模改造的前提下，实现提容增效，提供了经济、高效的升级方案。

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