安全、可靠、廉价的污泥处置技术是当今世界的一大难题。一般污泥处理/处置的思路是将污泥无害化、减量化和资源化。本文考虑其有机物含量较高,可以将其作为生物质能源原材料,经液化等热化学转化技术制备生物油(液化油),这不仅可以处置污泥,且可以回收能源。但液化制备的污泥液化油存在粘度高、含重金属污染物等缺点,需经过提质后方可能被用作燃油。本文采用浸出金属的方式对污泥进行了预处理,从而生产出重金属浓度、风险均低的生物油和副产物液化残渣生物炭(液化渣)。研究应用微乳提质技术将生物油与柴油微乳形成稳定的可供发动机使用的微乳燃油;最后还将液化渣生物炭用作染料废水处理吸附剂,实现了液化污泥产品的提质与应用,为污泥的资源化利用提供了一套可行的方案。具体而言本文主要开展了如下几方面得到研究:污泥在不同液化条件(温度280-360 ℃,溶剂为丙酮或乙醇)反应的结果显示,生物油、生物炭的产率因液化温度、液化溶剂差异而各不相同。液化温度升高,生物油的产率渐渐升高,而生物炭的产率逐渐降低。溶剂对生物油产率影响较大,丙酮系列的生物油产率普遍高于乙醇系列。当液化温度为360 ℃,以丙酮为液化溶剂时,其液化生物油产率可达到44.12%。液化溶剂和温度对金属在生物炭和生物油间的分配也产生了不一样的影响。液化溶剂和液化温度对污泥液化过程中重金属的分配、迁移、转化具有调控作用。污泥液化反应后,重金属主要富集于生物炭中。但是液化温度升高促进了重金属分配至生物油,其中Cu、Cr、Hg、Cd、V、Co和Sn等金属更易于在生物油中富集。生物炭中F1(可交换态/碳酸盐结合态)和F2(Fe-Mn氧化物结合态)形态的重金属(F1和F2形态都属于活性较高的重金属形态)含量占比与污泥相比,大大减小。但生物油中F1形态的重金属含量较高,如乙醇溶剂、360 ℃条件下生产的生物油中Zn的F1态含量高达60.5%,说明其环境风险水平高。另外,乙醇系列生物炭、生物油中重金属风险普遍高于丙酮系列。采用溶液浸出法去除原污泥中的重金属有利于生产低重金属含量的生物炭、生物油。重金属浸出后的污泥有机物损失并不大,因此其液化后的相对生物油产率(即利用原始污泥消耗量计算得到的生物油产率)变化较小。但去重金属后制备的生物油中重组分生物油含量及F1形态重金属含量均有较大程度的降低,生物油的可用性提高,相应的环境风险也大大降低。考虑到生物油产率及去重金属过程中的溶剂、能量、资源消耗,去除原污泥中的F1、F2形态重金属有利于生产高产率、低重金属毒性的生物炭、生物油。微乳体系相较于乳液体系具有更好的保存稳定性、热稳定性和更低的激发能(利于燃烧),因此微乳化可作为一种有前途的燃油提质技术。基于司班80构建的水/柴油微乳体系对生物油进行增溶时,水/柴油/甲醇溶剂制备的生物油混合微乳体系是消耗表面活性剂最少的体系。水/柴油/生物油微乳体系的稳定机理可采用“相似相溶”理论和球壳增溶理论进行解释。污泥液化产生的副产物生物炭颗粒具有表面积小、体积小等特点,但其表面具有丰富的含氧官能团,如羧基、酚羟基、内酯基、羰基等。这些生物炭对阳离子型染料亚甲基蓝和孔雀石绿的去除效果明显,其吸附能力可分别达到40 mg/g、45 mg/g,很有潜力应用为阳离子染料或金属离子吸附剂。生物炭吸附孔雀石绿的吸附机理可能是离子交换和官能团作用。考虑到液化生产生物炭的产率和生物炭对染料的吸附效果,丙酮为液化溶剂、低温液化条件下所生产的生物炭吸附效果比较突出。本文进行了污泥液化生产生物油、生物油微乳提质、生物炭吸附应用的系列研究,为污泥处理及资源化提供了一套完整的技术体系,有望在实际应用中实施。今后的研究可以进一步研究同步生产高品质生物油及高效生物炭,并不断优化微乳提质技术,推动该技术体系的发展。