餐厨垃圾处理是中国高速城市化进程中亟待解决的难题之一，而填埋、焚烧和厌氧消化等传统处理方法存在减量效果有限、资源利用率低及二次污染控制成本高等问题。水热碳化和热解是两种简单便捷的餐厨垃圾可持续处理方法，具有反应时间短、转化效率高及可产生增值产品等独特优势。水热碳化和热解产生的生物炭稳定、多孔、富含碳元素，在生物能源、固碳减排、土壤改良及环境修复等领域具有重要应用价值。目前关于水热碳化和热解的对比研究较少，而全面了解水热炭和热解炭的理化性质对餐厨垃圾的处理、碳化技术的发展、生物炭的应用及相关政策的制定都具有重要的理论与实际意义。
　　本文以餐厨垃圾为原料，通过水热碳化和热解制备餐厨基水热炭和热解炭，通过分步提取法提取溶解性有机质并进行分析，主要围绕生物炭及其衍生溶解性有机质的特性和应用开展研究，而且从宏观角度对水热炭和热解炭的应用做了生命周期评价及敏感性分析。
　　首先，对餐厨垃圾在不同温度下制备的水热炭和热解炭的元素含量、表面物理化学特征和能量特征进行分析。结果表明，水热炭和热解炭的碳含量、灰分含量、高位热值与比表面积均随温度升高而增加，而H/C、O/C原子比和炭产率的趋势则相反；水热炭和热解炭均具有较高的稳定性和疏水性；水热炭产率较高（33.27~43.00%），热解炭反应较彻底、产率较低（28.18~33.59%），但芳香性较高、具有更高的碳含量（61.18~69.08%）；水热炭和热解炭表面的酸性官能团随温度的增加而增加，碱性官能团则相反；水热炭表面含有碳微球结构、具有更多含氧官能团，而热解炭表面含有孔隙结构、比表面积更大；水热炭具有更高的高位热值、能量密度和能量产率。
　　其次，通过分步提取法提取溶解性有机质，采用总有机碳检测仪及光谱分析手段对其性质进行了差异性分析。结果表明，水热炭和热解炭衍生溶解性有机质的含量均随着碳化温度的升高而下降，且碱溶液提取溶解性有机质均高于相应热水提取物；不论是热水提取还是碱提取，水热炭溶解性有机质含量均比热解炭高两个数量级，表明水热炭稳定性低于热解炭；热水提取的水热炭衍生溶解性有机质中存在芳香环结构，而热解碳溶解性有机质中含有特征发色团；经碱提取得到的水热炭炭衍生溶解性有机质与标准天然有机物腐殖酸在结构上有一定相似性，而经碱处理的热解碳溶解性有机质含有两个双键的共轭体系；随着温度升高，餐厨垃圾中的大分子物质逐渐降解为分子量更小、荧光效率更高的类富里酸物质，水热炭和热解炭溶解性有机质中大分子蛋白发生分解转化为小分子氨基酸类物质，类腐殖酸物质逐渐分解消失；结果表明提高温度在一定程度上有助于提高生物炭衍生溶解性有机质的腐殖化程度。
　　最后，针对全球气候变暖、酸化、光化学臭氧形成、富营养化、烟尘污染和健康危害等6种环境影响类型对水热炭和热解炭的应用进行了生命周期评价。结果表明，水热碳化和热解系统在气候变暖方面都变现出了极大的温室气体减排潜力，且热解的减排效果（2.46t CO2eq）优于水热碳化（2.29t CO2eq）。这是由于热解炭的碳元素含量和稳定碳含量都高于水热炭；在其他5种环境影响类型中，水热碳化的污染物贡献均小于热解，主要是因为餐厨垃圾干燥环节污染物排放量大；水热碳化中的碳化反应、餐厨垃圾运输和工厂建设环节污染物排放占比较高，而热解中的餐厨垃圾干燥与工厂建设阶段污染物排放量最大；敏感性分析表明，餐厨垃圾含水率与生物炭产率这两个敏感性参数中，热解的环境影响变化率均高于水热碳化。且水热碳化和热解对餐厨垃圾含水率的变化的敏感性高于生物炭产量，即餐厨垃圾含水率为两者的限制因素。稳定碳含量只与气候变暖有关，且是减少温室气体最关键的因素，而其他参数对气候变暖影响十分微小。控制餐厨垃圾含水率、提高生物炭产率及提高稳定碳含量对降低两类工艺的环境影响有重要意义。
　　本文研究了水热炭和热解炭及其衍生溶解性有机质的特性，有助于深入理解两种生物炭理化性质的异同，为生物炭的应用提供了理论基础。并采用生命周期的方法对餐厨垃圾的水热碳化和热解进行对比分析，为碳化技术的大规模应用提供了基础数据。