近年来,国内污水污泥的产量持续增长,当前环境保护与节能减排的政策越来越严格,污泥的合理有效的处置已成为一项亟待解决的关键任务。在污泥资源化处理过程中,污泥干燥是至关重要的环节,而相比于传统的干燥手段,热泵污泥干燥系统具有明显的优势。但目前关于热泵污泥干燥系统的研究还较少,缺乏深入的理论分析和实验研究,制约了这一领域的发展,因此开展对热泵污泥干燥系统的相关研究有着十分重要的意义。本文采用理论分析与实验研究相结合的手段,对热泵污泥干燥系统的工作流程优化、系统设计方法、污泥低温干燥特性以及系统性能进行了研究。首先,结合热泵干燥的原理和特性,针对污泥干燥进行了干燥空气工作流程的优化设计,提出了热泵污泥干燥系统的有利构型。其次,提出了热泵污泥干燥系统的理论设计方法。设计思想是基于压缩机容量和干燥能力两方面匹配来展开,主要涉及系统运行状态点的选取确定、干燥箱的设计计算、热泵设备的选型与计算等内容。再次,针对污泥的低温干燥特性开展了实验研究。探究了污泥形态、干燥温度、干燥湿度以及干燥风速对污泥干燥特性的影响,并对干燥规律进行了分析和总结。结果表明,柱状污泥干燥形态是较佳的污泥干燥形态,在实验工况范围内干燥风速对污泥干燥速率的影响最大,其次为干燥温度,干燥湿度的变化对干燥速率的影响最小,Page模型对污泥的低温干燥变化过程拟合最好。最后,针对热泵污泥干燥系统建立了稳态数学模型,并对该系统的运行情况进行了模拟研究。通过研究得到了不同运行工况下系统除湿量、污泥干燥时间、热泵能效比以及系统电耗数据,模拟结果表明,衡量热泵污泥干燥系统性能的关键参数为污泥干燥时长和除湿耗电比,结合以上参数给出热泵污泥干燥系统较为理想的运行区间为干燥出风温度为65℃~75℃。