随着社会进步和经济发展，人类正面临能源危机和环境污染的双重挑战。生物质能是可再生能源中最具发展前景的新型清洁能源之一，包括工业废水废渣、城市生活垃圾和农林废弃物在内的有机废弃物是重要的生物质能源，将生物质有机废弃物转化成有用的能源或原料，对于解决能源问题和环境问题都有重大的意义。水热解转化生物质有机废弃物技术是近年来研究较热的一种新兴技术，由于超临界水作为一种环境友好的反应介质，具有与有机物互溶、反应速度快、效率高等特点，通过水热解反应可将生物质有机废弃物转化为能源或原料，尤其是对于高含水量的生物质有机废弃物有独特的技术优势。通过水热解转化技术，达到“变废为宝”的目的，该技术受到国内外的普遍关注。本文在查阅大量国内外文献资料的基础上，分析总结了水热解反应过程的机理和主要影响因素，讨论了水热解技术在工程应用中存在的主要问题。在此基础上，对于目前缺乏对水热解反应过程建模和优化的问题，建立了葡萄糖和橄榄油废水生物质模型化合物的水热气化过程模型。计算验证表明，无论是模型化合物还是真实有机废弃物，所建模型均能较好地模拟水热气化过程。基于所建模型，设计拟合了两种反应物料水热气化过程多目标优化函数模型，对水热气化过程进行了优化计算，得到Pareto最优解集。根据实际情况，进一步从Pareto最优解集中选取了满足实际要求的有效解优化子集，优化计算结果表明，气化气中有效气体CH4和H2含量及TOC转化率都接近实验数据最大值，验证了本文方法的可行性和有效性。针对水热解技术在工程应用中存在的主要问题，本文分析总结了相关的解决构想。对反应器腐蚀和盐沉积问题，总结了几种典型的改进的反应器形式；对催化剂选用问题，在分析各类催化剂催化特性的基础上，提出了解决初步构想，即选用催化效果良好、廉价且易于制备和使用的CaO与Ca(OH)2作为工程应用中水热解处理生物质有机废弃物的催化剂，并初步提出了CaO-Ca(OH)2联合催化水热气化工艺路线。