随着经济的快速发展、城镇化不断推进,市政污泥的产量与日俱增。如何实现市政污泥的无害化、资源化、减量化、稳定化处理。已经成为环境与能源技术领域的热点问题。超临界水气化技术作为近年来新兴的能源转化与利用技术,因其反应快、气化效率高、反应过程封闭以及对环境友好等特点而备受关注。超临界水气化不仅可以使污泥中的有机质得到释放再利用,而且对污泥中的重金属有很好的固定效果,因此超临界水气化成为污泥资源化、无害化处理的最为理想的途径之一。本文以深圳市某污水处理厂的剩余污泥为研究对象,此样品具有灰分高的特点,实验中仅以干燥后的剩余污泥作为原料,通过间歇式超临界水反应装置探究了超临界水气化污泥后的气、液、固三态产物的分布规律和重金属的迁移转化规律。超临界水气化产物分析表明,水料比、压力、温度、时间四种因素对H₂、CH4气化率均有不同程度影响,研究得出污泥超临界气化的最佳工艺参数为反应水料比10:1,反应压力25MPa,反应温度400℃,停留时间20min。CaO、AlCl₃、Pd三种催化剂对污泥中有机物均有明显催化效果,其催化能力大小顺序为:Pd>CaO>AlCl₃,其中能源气体气化率达到43.73%,H₂产量高达133.99L/Kg,CH4产量也可达到35.26L/Kg。不同催化条件下,气质联用仪在油类产物中共检测到多达30余种有机化合物,主要包括烷烃、烯烃、酚类、醇类、羧酸类以及含N有机物6大类;所检测到有机物中十六碳烷酸定向催化效果最佳,催化率可达到26.72%。结合FTIR分析发现超临界水催化气化处理可使污泥有机物中-OH、-CH₃、-CH₂、-C=O等稳定性较差官能团大部分被裂解,元素分析以及粒径分析表明污泥残渣质量明显减轻,体积粒径随之减小,比表面积相应增大。ICP-AES检测到超临界水气化后水溶液、油类、固态产物中均含有重金属,其中水溶液、油类产物中重金属的含量相对偏低,Pb、Cr、Cd三种重金属在相应水溶液以及油类产物中均低于检测限。依据重金属迁移转化规律,经过超临界水气化处理后各种重金属主要富集于固态残渣中,富集率达到99%以上。重金属形态研究表明重金属主要以残渣态存在的根源在于超临界水气化可促进其由不稳定态向稳定态转化;XRD分析发现,金属Pb、Ni等容易以结晶方式形成化合物存在于残渣中,晶格矩阵对于重金属的固定是其以残渣态存在重要的机理。生物环境风险系数评估分析表明经过超临界水气化后的污泥残渣风险系数相对偏低,重金属得到有效固定。