本课题以污水污泥气化和热解两种热化学转化过程产生的残渣为研究对象,采用氮气等温吸附/脱附、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试技术,并结合分形理论对残渣物化结构演化特性进行表征分析,考察污泥含水率、反应温度、反应介质、停留时间等对残渣产率、微观孔隙结构及其它物化特性的影响规律;采用混合液震荡实验和分光光度计测试分析污泥残渣作为吸附剂净化脱除废水中染料和重金属的可行性,明确污泥残渣孔隙结构及表面化学特性对染料和重金属的吸附性能影响规律,为污泥热化学转化过程中残渣处置和再利用提供可借鉴的参考数据。本论文主要获得以下结论:(1)热解和气化转化过程使得污泥微观孔隙结构得到极大发展,残渣BET比表面积最高可达75.88m2/g,且残渣微观孔结构孔隙形态多样,以中孔为主、微孔为辅,其中直径3.75 nm的孔数量最多、2-20 nm中孔结构较发达。污泥含水率、反应温度、反应介质及停留时间均不同程度影响残渣的微观孔隙结构,其中反应温度是影响热解气化残渣孔径大小、孔数量及其BET比表面积的主要因素。基于污泥热解和气化残渣的氮气等温吸附实验,选取P/P0介于0.11-0.99区间吸附数据,拟合获得分维值Ds介于2.6至2.8,表征了残渣整体孔隙结构和粗糙度;(2)污泥热解和气化残渣主要由Si、P、K、S、Cl、Ca、Al、Fe、Mg、Na等元素组成;残渣表面化学官能团主要包括Si-O、C-O、C=O、O-H、N-H键、CH2键和芳香基团等。不同污泥热解气化条件使得残渣表面官能团结构变化显著,其中气化残渣在污泥原始官能团结构变化同时产生新的官能团,热解气化温度升高使得CO-NH、CH2等化学基团减少;(3)污泥热解和气化残渣对水溶液中亚甲基蓝及孔雀石绿两种大分子染料具有较强吸附能力,最大饱和吸附量qm达16 mg/g;残渣作为吸附剂受其自身微观孔隙结构特性和染料化学特性影响,表现出不同的吸附性能。对比分析污泥热解残渣对水溶液中重金属Cu(II)和Cr(VI)去除效果,可发现Cu(II)去除率达94.88%,约为Cr(VI)去除率的3倍;作为污泥热解和气化过程副产物,残渣具有作为净化废水中染料和部分重金属吸附剂的资源潜力。