城市污泥产生于污水的生物处理过程。目前,我国的污泥多数是进行填埋,具有二次污染隐患。厌氧消化是污泥的最佳处理技术之一,且它在对污泥进行处理的过程中还能够产生能源,如甲烷。但由于难破壁的微生物细胞、复杂的絮状物结构、难降解的有机物等导致有机固体降解率和厌氧消化速率还处于较低水平。已有研究表明,对污泥进行热碱预处理以及在污泥厌氧系统中加入外源物可以提高厌氧消化效率。因此,本研究先对污泥进行热碱处理,接着将处理后的污泥进行固液分离,液态部分用于厌氧产甲烷,固态部分烧制成生物炭,作为炭材料与零价铁联合加入液体部分进行厌氧产甲烷,实现污泥的分质资源化利用。此外,烧制过程中产生的热能还可用于水厂部分设施的正常运作,以期实现水厂的“能源中和”。主要的研究内容与结果如下:（1）采用响应曲面法得到热碱破解污泥的最佳工艺参数:温度为100℃,p H为12,时间为9.5h。在此最佳工艺参数下污泥破解度为34.69%,且采用最佳参数处理后的污泥进行厌氧消化后的累计甲烷产量较未预处理污泥增加了51.13%。（2）投加零价铁可以促进污泥水解液水解酸化及厌氧消化产甲烷效能,两者均在零价铁投加量为4g/L时效果最佳,此时VFAs（挥发性脂肪酸）浓度为7624.25mg/L,累计产甲烷量较对照组提高了16.22%。研究发现,零价铁的加入使得厌氧消化系统维持在较低的ORP（氧化还原电位）水平,且提高了系统内蛋白酶、脱氢酶等关键酶活性。微生物群落结构分析结果表明,零价铁的投加提高了微生物群落多样性,改变了厌氧消化系统内某些功能菌的相对丰度,使得厌氧消化反应向有利于产甲烷的方向进行。（3）铁与炭材料联合投加能够促进污泥水解液水解酸化以及厌氧消化产甲烷效能。其中铁与污泥基生物炭以1:0.5的比例联合投加时产酸及产甲烷效果最佳,此时VFAs浓度为10267.12mg/L,累计产甲烷量较空白组增多了32.86%,较单独投加零价铁组提高了14.19%。研究表明,铁炭联合投加使得厌氧消化系统维持在较低的ORP水平,且促进了系统内蛋白酶、脱氢酶等关键酶活性。微生物测序分析结果表明,铁炭联合投加显著改变了厌氧消化系统内微生物群落结构。在单独投加零价铁的基础上加入炭材料可进一步提高微生物多样性,促进某些功能菌的富集,使得厌氧消化反应向更有利于产甲烷的方向进行。