随着城市化进程加快,市政污泥产量逐年增加,由于污泥含水率高、难降解有害物质多,使得在处理过程中极易造成的水体和土壤污染,并严重影响城市环境。如何提升污泥深度脱水效果已成为制约污泥高效处置的关键难题。本文以水热碳化法处理污泥,选取140-300℃为碳化温度,20-240min为水热停留时间,进行预实验,结果表明市政污泥在180℃下预处理60min,CST可降至25.7s,抽滤后污泥含水率可降至53%,脱水后污泥减量化率也达到较高水平,污泥脱水性能显著改善。将Ruyter开发的煤化模型应用于水热碳化预处理市政污泥,以碳化强度这一指标综合评价水热温度和预处理时间对污泥脱水性能及理化性质的影响。结果表明:经过碳化强度f=0.12的预处理后,抽滤、离心脱水后污泥减量化率均明显增加,污泥抽滤脱水后含水率可降至52.7%,CST可降至26s,与对照组相比分别降低了28%和54%,此时污泥中EPS大量释放,污泥脱水性能及沉降性能均显著改善。此外,碳化强度f=0.12时,水热浸出液p H降至5.7,浊度显著增加至115NTU,且SCOD和TOC含量分别达到了18210mg/L和8685mg/L,达到峰值。使用GC—MS分析水热预处理后污泥有机质的分解转化特征,发现浸出液中发生复杂缩聚和芳构化反应,生成大分子吡啶、呋喃、酮类等复杂衍生物。当碳化强度f=0.12时,通过分析水热碳表面官能团变化,发现随着碳化强度增大,水热碳表面芳构化结构显著增多,亲水性含氧官能团减少;扫描电镜表征发现水热碳表面出现了层状结构,可能是污泥中纤维素破坏所致;通过激光粒径仪表征发现,水热碳中值粒径D50随着碳化强度增大而减少,而比表面积反之。与此同时,水热过程中碳、氮、磷元素均大量释放,其中液相浸出液中各元素含量显著增加,水热碳中碳、氮元素含量明显下降,但是水热碳中磷含量与对照组相比显著增加,且水热过程中磷大部分残存在固相中。将该工艺在污水厂实际应用,运行结果较为稳定,结果显示碳化后污泥经板框压滤脱水后,含水率可降至29%左右,脱水效果显著;与此同时,对传统“加药脱水—运送焚烧”及“水热碳化—深度脱水”技术路线进行经济效益核算,发现“水热碳化—深度脱水”技术成本更低且污泥减量化程度更高,有更大实际应用价值。