市政污泥是污水处理的主要副产物,其含水率高且脱水困难,同时有机质含量较高,具有一定的能源化利用潜力。为了解决污泥脱水的两大症结——EPS包裹和高可压缩性,并提升污泥燃料性能,本论文提出了基于“碳基骨架辅助热水解”的污泥高效脱水同步制备衍生燃料技术,对碳基骨架辅助热水解的工艺条件、产物的脱水性能和燃料性能以及机械脱水过程的关键影响因素进行了深入研究,解决的科学问题包括:（1）碳基骨架辅助热水解对污泥脱水性能影响规律和机理尚不清楚。（2）机械脱水过程中影响污泥脱水效率的关键因素尚需明确。（3）碳基骨架热水解对污泥基础燃料特性的影响机理有待研究。针对上述问题,本论文所开展的主要研究如下:通过分析污泥的脱水性能、化学组成与结构特性,探究了碳基骨架辅助热水解污泥的脱水性能。实验证明,热水解能够破坏污泥颗粒,释放内部水,并使颗粒粒径更加均匀,从而有利于水分通道的形成。同时,热水解时污泥中的EPS和细胞内容物会溶出至滤液中。当温度进一步升高时,蛋白质和多糖会分解并发生美拉德反应。碳基骨架辅助热水解对污泥脱水性能的提升更为显著,且能使热水解有效温度从180℃降低至150℃,保温时间从20 min降低至5 min。这是因为碳基骨架中的半纤维素能够水解产生乙酸,进一步提升体系酸性,从而改变污泥颗粒表面电荷,提升蛋白质、多糖的分解进程并强化其他热水解反应,碳基骨架辅助热水解污泥zeta电位-p H值在图上始终与单独热水解时保持成倍数的矢量和关系,表明碳基骨架和污泥共热水解加深了热水解反应的进行程度。碳基骨架还能打破污泥脱水过程中形成的片层结构,起到水分流通管道作用,增加泥饼的渗透性。多种碳基骨架的对比实验表明,木质纤维素类生物质茎秆相比种子或动物甲壳对脱水性能的提升效果更明显。借助自行设计计算机控制在线压滤系统研究了不同脱水条件下污泥的脱水效果,探究了不同污泥机械脱水效率的关键影响因素。结果表明,基于达西定律推导的污泥脱水曲线数学表达式能够较好的与实际脱水曲线匹配。压力、单位压力比阻、可压缩性指数和过滤介质阻力是决定脱水过程效率的关键参数。不同预处理污泥脱水效果随压力的变化情况并不相同,单纯增加脱水压力不能提升原污泥的脱水效果。碳基骨架辅助热水解可降低污泥可压缩性和有效脱水压力。辅助热水解污泥在升压阶段脱水量与时间几乎呈线性,恒压过滤时单位压力比阻因碳基骨架的随机混合存在一定的随机性,含水率达到约70%时会开始压榨阶段,且无需长时间压榨。过滤介质阻力会随样品性质变化,且随过滤压力的增加而线性增加,其大小约为最大滤饼阻力的10%～20%,会在一定程度上影响脱水效果。通过表征污泥固相的有机和无机组分、官能团结构、热失重特性等,探究了碳基骨架辅助热水解对污泥燃烧性能和污染物形态的影响。研究显示,碳基骨架辅助热水解能够提升污泥C含量,减少热水解的C损耗。掺混木屑会引入更多C-OH和C=O,120℃热水解时,蛋白质大量溶出,并部分发生脱氨反应生成无机氨氮。C-N会转化为稳定的C-（C/H）结构,少量糖中的羟基则与脱除的氧结合形成了糖醛酸;温度进一步升高时,C=O断裂脱氧,蛋白质变性分解,胺氮被释放,羟基反应脱水,最终实现固体产物的脱氧脱氮,使污泥中有机物组成更接近煤炭。热水解污泥的热值随温度的升高而降低,碳基骨架的加入能够显著提升热水解污泥的热值,并提升产物着火温度,降低燃尽温度,增加能量密度,并使污泥固体燃料趋于均质化。碳基骨架辅助热水解可促进不溶态K、Na和离子态Ca向滤液中迁移,但温度达到180℃时Ca会与P结合生成磷灰石,增加酸溶态Ca含量。从浸出总量来看,碳基骨架辅助热水解能够在一定程度上促进AAEM的脱除。综上所述,采用碳基骨架辅助热水解技术对污泥进行预处理,能够显著提升污泥的脱水性能和燃料性能,有利于提升污泥焚烧处置效率。