随着污水处理的迅猛发展，污水处理的副产物污泥的产量也急剧增加，污泥的处置和资源化利用越来越受到人们的重视。污泥热解制油技术不但有助于解决污水污泥处理所带来的环境问题，而且可以获得高附加值的油，实现资源的有效循环利用。 本文首先分析了几种典型城市污水处理厂污泥的基本特性，采用热重-差热分析（TG-DTA）和热重-差热-红外联用分析（TG-DTA-FTIR），研究了污泥失重规律和热解动力学特性，对污泥热解析出产物进行了初步分析。结果表明：污泥的挥发分较高而固定碳含量较低，不同污泥的发热量、元素组成和灰分含量差别较大：污泥的热解分为三个阶段，第一阶段是水分析出阶段，第二阶段是污泥失重的主要阶段，热解失重是由有机物的分解引起，在第三阶段中，失重是由于无机物和残余有机物引起；热解的第二阶段可以用一个二级反应来描述；污泥热解产生的不凝结气体（NCG）有CO2、CH4、CO和NH3；污泥热解油（OFS）主要组分包括脂肪烃、芳香烃及其化合物、酯类、醛、酮、羧酸、含氮化合物、酚、醇和水。 在热分析的基础上，自行设计了污泥固定床热解制油装置，并进行了热解试验，分析了热解终温对热解产物产率分布和产物特性的影响，采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析了热解油的成分。研究表明：在250℃-600℃试验温度范围内，热解油产率存在最大值；在250℃-500℃范围内，热解油产率随着热解终温的升高而增加，在500℃时达到最大值，当温度继续升高时，由于热解气中的大分子发生二次反应的速度加快，热解油的产率逐渐下降；在整个试验温度范围内，残炭（Char）的产率和H/C摩尔比随着热解终温的升高而减小；不凝结气体的产率在整个温度范围内随着热解终温的升高而增加；通过GC-MS联用分析，发现热解油的成分非常复杂，含有多种化合物，热解油分为两相，水相中的芳香族化合物、酯类、酸类、酮类、含氮化合物和类固醇类含量较高，其中酯类含量最高；油相中饱和烃、含氮化合物、酮类、醇类、类固醇类以及酯类化合物含量较高，其中含氮化合物含量最高；热解油中含有大量有提取价值的化学组分。 为研究不同型式反应器对污泥热解特性的影响，自行设计了污泥流化床热解制油试验系统，并进行了热解试验，分析了反应条件对热解产物产率分布、不凝结气体（NCG）组分组成、残炭（Char）特性和热解油（OFS）的影响。研究结果表明：在300℃-600℃温度范围内，随着热解温度的升高，不凝结气体的产率逐渐增加，残炭的产率减少，在500℃以下，残炭产率减少较快，在500℃-600℃之间，残炭产率减少缓慢：热解油的产率在300℃-500℃范围内，随着热解温度的升高而逐渐增加，在500℃时产率达最大值，热解温度超过500℃以后，热解油产率逐渐减少；污泥热解产生的不凝结气体主要由CO2、 CO、H2、CH4、C2H4、 C2H6、C3H6和C3H8等组成，此外，还含有少量的甲醇、氯代甲烷、乙酸、氨气等物质；热解温度对不凝结气体主要组分体积百分含量有显著影响，在低温段，不凝结气体以CO2为主，在400℃以上，随着温度的升高，其它气体的百分含量逐渐增加，而CO2的含量减少，在600℃时，CO的含量超过CO2；不凝结气体热值随着热解温度的升高先减小，随后增加，600℃时达到最大值：较小的粒径对热解油的生成有利，随着粒径的增加，不凝结气体和残炭的产率增加；在相同的热解温度下，随着气相停留时间的增加，不凝结气体的产率增加，热解油产率减少，而残炭的产率基本不变。 采用多种分析方法，系统分析了不同反应条件下获得的流化床热解油的理化特性。结果表明：热解油具有高粘度，在20℃时呈现非牛顿流体特性，表观粘度大于250mPa·s；热解油密度大于1×103kg/m3：热解油呈明显的酸性，pH值在3左右，并随热解温度的升高而增加；随着热解温度的升高，热解油干燥基C含量增加，O含量减少，H含量变化趋势不明显，N含量呈现增加的趋势，H/C比减小；热解油中的O含量较多：污泥热解油的燃烧过程可分为两个阶段，第一阶段为轻质有机物挥发后与氧发生均相燃烧，第二阶段为难挥发有机物与氧发生非均相燃烧，说明污泥热解油的热稳定性明显好于农林生物质热解油；污泥热解油中含有大量易挥发成分，易于着火燃烧，且热值较高，燃烧生成的灰分极少，可直接作为燃料油在锅炉和加热器等设备中燃烧；根据热解油的特性分析，污泥热解油虽然具有作为柴油的基本条件，但是需要进行一定的改良；根据红外光谱分析（FTIR），热解油中含有水、烷烃、烯烃、炔烃、羧酸、芳香族化合物、醇、酯、醛、酮、含氮化合物和含氯化合物；根据气相色谱-质谱联用分析（GC-MS），确定了热解油中35种主要化合物的成分和分子结构，在每个试样中，这35种化合物的峰面积都占总面积70％以上；这些化合物可分为：苯类化合物、烯烃、羧酸、多环芳烃、含氮化合物、含氯化合物和酯类；热解温度对热解油组分的含量分布具有重要影响，在400℃-600℃之间，烯烃的含量随着反应温度的升高而增加，酯类的含量随反应温度的升高而迅速减少，羧酸的含量随着反应温度的上升有少量的减少，含氮化合物随着反应温度的升高，先增加然后减少；苯类化合物在400℃的时候含量较少，在500℃以上时含量较多；在550℃以上时热解油中有较多的多环芳烃（PAHs），而当温度小于500℃时，没有检测到多环芳烃（PAHs）：从对热解油的组分随温度的变化可知，污泥热解时，400℃时热解油中酯类的含量占绝对优势，而在600℃时，各种组分的分布较400℃时均匀，其中烯烃的含量最多；随着热解温度的增加，轻油和重油的含量比呈增加的趋势；物料颗粒较小时，羧酸和酯类的含量较高，其它组分都低于大颗粒污泥热解油。 根据固定床和流化床热解制油的试验研究，对比了固定床和流化床热解制油对热解产物分布和热解油的影响，结合国内外在污泥热解机理方面的研究成果，对污泥热解制油的机理进行了探讨。在固定床热解终温与流化床热解温度相同时，流化床热解油产率高于固定床；固定床热解油成分复杂且分散，分为水相和油相两相，而流化床热解油成分相对较少且集中，为均匀的单相：固定床在较低热解终温下产生的热解油中含有PAHs，而流化床只有在热解温度达到500℃以上时，才检测到PAHs。