微波辅助热解污泥可使污泥中的有机物发生化学裂解,生成生物油、合成气和炭基吸附剂,有利于污泥的资源化利用,并且污染物排放可有效控制。本研究构建了一套5 kg处理能力的干化污泥微波装置。基于此装置,开展了试验研究与分析,着重分析了微波辐照条件(如微波加热功率、微波加热时间以及最终加热温度)和催化剂的应用对产物产量和质量的影响,并探讨了微波辅助热解污泥的反应机理。微波辐照条件对热解污泥过程分析发现,微波加热功率和最终加热温度是影响微波升温过程的关键因素。微波辅助热解污泥制备生物油主要在150-400°C加热温度区域生成,生物油产率最高的温度范围为250-300°C。合成气产率最大化发生在250°C-320°C,产率在320°C以后开始下降。炭基吸附剂的最佳炭化温度约为600°C,当最终炭化温度达到700°C,会引起剧烈裂解反应,从而引起炭产量和质量的下降。总的来说,微波加热功率的增加有利于生物油和合成气质量的提高。催化剂对微波辅助热解污泥实验研究表明,除催化剂FeSO4和ZnCl2的添加能提高合成气的产率外,其他催化剂的添加均降低了生物油、合成气和炭基吸附剂的产率。催化剂的添加对生物油、合成气和炭基吸附剂的质量均有显著性影响。对生物油而言,依据制备的生物油的卡路里值、密度、粘度和C含量分析,催化剂KOH、H2SO4、H3BO3和FeSO4的添加显著提高了生物油的质量,催化剂ZnCl2降低了生物油的质量。对合成气而言,污泥经酸化处理(添加H3PO4和H3BO3)明显降低了CO和CO2的生成,但增加了H2的生成量。对炭基吸附剂而言,催化剂的添加可促进生成炭基吸附剂的孔结构发育。考虑到污泥热解过程及影响其过程因素的多种复杂性,分别运用三种统计推断方法(即神经网络、支持向量机、逐步聚类回归)建立基于统计的动力学预测模型,以实现在不同工况条件下分别对温度升高和产油过程的预报。研究结果表明,发现预测效果最好的为支持向量机预测模型,其预测精度的R2值达0.8以上,可以较好地用于污泥热解过程分析,从而实现对温度和产油速率变化的预报。微波辅助热解污泥产物质量分配评估得出,炭基吸附剂、生物油和合成气质量分别占污泥原质量的65.0–68.9%、10.1–15.3%和11.8–13.4%。微波辅助热解污泥产物能量分配评估显示,每公斤污泥微波辅助热解产生的炭基吸附剂、生物油和合成气的热值分别为5.21–6.71 MJ、3.70–5.34 MJ和1.35–1.60 MJ。催化剂的添加增加了炭基吸附剂的能量储存,但降低了生物油的能量贮存。