＊殷琳鑫 余鋆 王智聰 段培高*

（1.西安交通大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院 陜西 710000 2.北京飛機(jī)維修工程有限公司 北京 100621）

城市污泥是污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘?jiān)?，一般根?jù)廢水處理階段，可分為初級(jí)污泥、二級(jí)、混合污泥、以及三級(jí)污泥[1]。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，城市污水處理量逐年增加，導(dǎo)致城市污泥產(chǎn)量也隨之增大。城市污泥幾乎富集了污水中的所有污染物，成分十分繁雜，其不僅含有豐富的有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)還含有一些無(wú)機(jī)顆粒、重金屬、病原微生物及其它污染物等。因此，城市污泥既是一種可被利用的資源，也是一種生態(tài)環(huán)境污染物，若不能得到及時(shí)且合理的處置，不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境甚至人類健康造成巨大威脅。

對(duì)于目前常規(guī)應(yīng)用的城市污泥處理方法，比如熱解、氣化、焚燒等，均需對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)干燥以去除污泥中的水分，導(dǎo)致能耗增加，且存在產(chǎn)生粉塵、二噁英等有害污染物的風(fēng)險(xiǎn)[2]。若將污泥進(jìn)行填埋或堆肥處置，則會(huì)占用大量土地，且存在污染土壤和地下水的風(fēng)險(xiǎn)。因此，具有對(duì)污泥含水率要求低、運(yùn)行中期短、能耗低等特點(diǎn)的水熱碳化技術(shù)是近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。目前，水熱碳化技術(shù)在污泥中的研究與應(yīng)用已取得較大進(jìn)展，本文主要綜述了不同反應(yīng)條件對(duì)污泥水熱碳化產(chǎn)物的影響，以及相關(guān)產(chǎn)物的提質(zhì)與應(yīng)用的研究進(jìn)展。

1.水熱碳化技術(shù)

水熱碳化是指生物質(zhì)或其他碳水化合物在密閉體系中，在一定溫度（180～250℃）和自產(chǎn)生壓力下，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳材料的過(guò)程[2]。由于水熱碳化不需要對(duì)原料進(jìn)行干燥，并且可將原料中的水作為溶劑以加速碳化過(guò)程、提高傳熱效率、避免局部過(guò)熱，因此，水熱碳化是處理高含水率生物質(zhì)的較為理想的手段[2]。另外，水熱碳化技術(shù)除硫和除氮效果較好，得到的水熱炭適合改善土壤的養(yǎng)分含量，改性后可作為燃料和其他功能材料使用。因此，在城市污泥資源化利用這一必然趨勢(shì)下，水熱碳化是一種處理和高效利用城市污泥的十分有效的方法。利用水熱碳化可以改善屬于低值資源的城市污泥，并得到可應(yīng)用于多領(lǐng)域的高附加值產(chǎn)品[3]。

2.城市污泥水熱碳化過(guò)程的影響因素

城市污泥水熱碳化類似于煤炭的形成過(guò)程，產(chǎn)物的性質(zhì)和產(chǎn)率取決于原料的組成、反應(yīng)介質(zhì)的性質(zhì)、催化劑的選擇和工藝條件等[4]。反應(yīng)條件不同，水熱碳化產(chǎn)物的組成、形貌大小、粒徑分布、產(chǎn)率等均存在顯著差異[5]。

(1)反應(yīng)溫度

水熱碳化的反應(yīng)溫度一般在180～250℃范圍內(nèi)。提高溫度可以增強(qiáng)污泥水熱程度。隨著溫度的升高，有機(jī)物降解更充分，受脫甲基和脫羧基的影響，氧碳比和氫碳比降低，且氮和硫的含量也明顯下降，但水熱碳化不會(huì)明顯改變污泥中官能團(tuán)的種類[6-10]。水熱碳化過(guò)程中的脫水反應(yīng)和脫羧反應(yīng)導(dǎo)致污泥中揮發(fā)分的分解以及灰分的增多，水熱炭的產(chǎn)率隨溫度的升高而降低，因此，當(dāng)反應(yīng)溫度為180℃時(shí)，水熱炭的產(chǎn)率最高[9,11]。當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)190℃時(shí)，污泥的脫水性得到明顯改善[6]。溫度為200℃的條件下的水熱碳化反應(yīng)更有利于H2的形成[11]。當(dāng)溫度為210℃時(shí)，各種大分子的分解效果最好，同時(shí)水熱炭的熱值最大，能量回收率最高[7,10]。莊修政等人[12]通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了在溫度208.65℃時(shí)，污泥水熱碳化后的熱值最高，且過(guò)程能耗更低。如果綜合考量水熱炭的制備成本與吸附效果，則220℃是城市污泥水熱碳化的最佳反應(yīng)溫度[13]。當(dāng)溫度達(dá)到240℃時(shí)，水熱炭的產(chǎn)率趨于穩(wěn)定，碳化基本完成[14,15]。而從產(chǎn)品產(chǎn)量、性能和燃燒穩(wěn)定性等方面分析，260℃下反應(yīng)得到的產(chǎn)品質(zhì)量更好[16]。

另外，高溫可以緩解銅對(duì)生物炭還原NO的抑制作用，因此提高制備溫度可以增強(qiáng)生物炭對(duì)NO的還原效果[16]。升高溫度能夠促使污泥中的重金屬?gòu)慕粨Q態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅埩魬B(tài)，降低產(chǎn)物的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)[10,17]。而對(duì)污泥中磷的分布影響有限，大部分磷存在于生成的水熱炭中[18]。提高溫度得到的水熱炭含有較高的凝聚碳，能量密度升高[4,19]，且產(chǎn)物粘滯性降低，穩(wěn)定性、脫水性和吸附性能明顯提高[5,13]。

(2)反應(yīng)時(shí)間

影響熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的最重要的兩個(gè)參數(shù)，除了反應(yīng)溫度，還有反應(yīng)時(shí)間[3]。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間與提高反應(yīng)溫度對(duì)水熱碳化反應(yīng)造成的影響相似，但效果稍差。城市污泥水熱碳化反應(yīng)時(shí)間不僅對(duì)產(chǎn)物分布、化學(xué)組成和特性有影響，還與系統(tǒng)的能量平衡和運(yùn)行費(fèi)用等有關(guān)，較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間會(huì)加重碳化程度[2]。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間也可提升固體產(chǎn)物的穩(wěn)定性、提高能量密度、增加能量含量，但會(huì)降低水熱炭的產(chǎn)率[19]。將延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間后得到的生物炭應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中，還可以促進(jìn)土壤含水量的增加和土壤容重的降低[8]。目前關(guān)于反應(yīng)時(shí)間對(duì)加氫水熱炭產(chǎn)率影響的系統(tǒng)研究較少[2]。

城市污泥水熱碳化的反應(yīng)時(shí)間從30min延長(zhǎng)到60min，可得到熱值更高的加氫裂化產(chǎn)物[2]。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30min時(shí)表現(xiàn)出更好的H2生成能力且能耗較低[11]。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為60min時(shí)，得到的產(chǎn)物在產(chǎn)率和燃燒穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)更好。綜合考慮吸附效果與成本之間的關(guān)系，選擇反應(yīng)時(shí)間為60min更合適[13,16]。繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，有利于提高固體產(chǎn)物生物炭的吸附性能。例如當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為180min時(shí)，生物炭對(duì)染料廢水的吸附效果相對(duì)更好[20]。另外，反應(yīng)時(shí)間的選擇受反應(yīng)溫度的影響。E.Danso-Boateng等人[19]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為城市污泥在180℃下反應(yīng)60min和在200℃下反應(yīng)30min的水熱碳化效果較好，而趙志敏等人[15]則認(rèn)為水熱碳化的最佳條件為在240℃溫度下反應(yīng)180min。根據(jù)目前已發(fā)表的研究結(jié)果，在有限的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室普遍采用的反應(yīng)時(shí)間為30min，在此過(guò)程中，生物聚合物發(fā)生顯著溶解與分解，污泥性質(zhì)發(fā)生顯著轉(zhuǎn)化[2]。另外不同種類的污泥的水熱碳化最佳反應(yīng)時(shí)間也不同，例如糞便污泥比城市污泥的最佳反應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)[21]。

(3)pH值

除了反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間以外，pH值也會(huì)顯著影響城市污泥水熱碳化產(chǎn)物的性質(zhì)。從產(chǎn)物產(chǎn)率與碳/氫/氧組成角度看，低酸堿度通常更有利于城市污泥水熱碳化反應(yīng)的進(jìn)行[2]。劉翔敏等人[11]采用不同的溫度與酸堿度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行對(duì)比分析，綜合考慮認(rèn)為最佳反應(yīng)溫度為270℃，最佳酸堿度為9，且當(dāng)反應(yīng)溫度上升至270℃時(shí)，pH值的變化會(huì)顯著影響產(chǎn)物的重金屬污染水平和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。酸堿度明顯影響重金屬的固定，鋅、鎘、鎳、鉛在酸性和堿性環(huán)境中的固定效果優(yōu)于中性環(huán)境，而鉻和銅的穩(wěn)定率只有在酸堿度大于7時(shí)才能達(dá)到100%[3,22]。一般來(lái)說(shuō)，在堿性條件下，產(chǎn)物重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)下降。當(dāng)反應(yīng)溫度為270℃，酸堿度為11時(shí)，產(chǎn)物重金屬污染水平最低。此外，保持pH為9不變，將溫度下降至180℃左右，可明顯提升污泥固體產(chǎn)物生物炭對(duì)染料廢水的吸附效果[20]。

有研究表明，在水熱碳化過(guò)程中，城市污泥中含有的大部分磷最終富集在固體產(chǎn)物中，pH值會(huì)影響城市污泥水熱碳化產(chǎn)物中磷的形態(tài)和含量。酸性條件促使磷酸鈣分解出磷酸根，進(jìn)而與溶液中的Fe3+、Al3+等離子絡(luò)合生成難溶性磷酸鹽，而在堿性條件下，OH-會(huì)迫使磷酸鐵、磷酸鋁釋放出磷酸根離子，與Ca2+形成表面絡(luò)合物[23]。Wang等人[24]研究了反應(yīng)溫度在200～260℃范圍內(nèi)，給水酸堿度pH為3-11時(shí)對(duì)城市污泥水熱碳化過(guò)程中磷轉(zhuǎn)化的影響，結(jié)果顯示酸性條件可以促進(jìn)磷灰石磷向非磷灰石磷轉(zhuǎn)化，也就是促進(jìn)有機(jī)磷向無(wú)機(jī)磷的轉(zhuǎn)化，且金屬陽(yáng)離子（Al3+、Ca2+）也對(duì)城市污泥水熱碳化過(guò)程中不同形態(tài)的磷的轉(zhuǎn)化起重要作用。

(4)其他影響因素

在水熱碳化過(guò)程中摻雜一些金屬離子，比如鈷或者鐵，可以增大水熱炭的比表面積，同時(shí)提高固體產(chǎn)物的吸附能力[20]。將不同的金屬鹽、酸或堿作為催化劑加入到水熱碳化過(guò)程中，可以促進(jìn)城市污泥脫氧和脫氮，提高水熱炭的產(chǎn)率和品質(zhì)，進(jìn)而得到性能更優(yōu)的功能性碳材料[2]。Mikko M?kel?[25]向城市污泥中分別加入鹽酸和氫氧化鈉，發(fā)現(xiàn)鹽酸更能明顯提高產(chǎn)物產(chǎn)率。Thammarat Koottatep等人[26]研究了不同催化劑（乙酸、氯化鋰、硼砂和沸石）對(duì)污泥水熱碳化的影響，結(jié)果顯示乙酸的催化效果最好，且有研究表明添加乙酸鹽也能有效脫除氮[27]。而添加金屬催化劑，例如FeCl3或Al(OH)3，可顯著降低Zn、Pb、Cr、Cd等重金屬的含量[17]。城市污泥中含有大量的重金屬和鹽類，了解它們?cè)谒疅崽蓟^(guò)程中潛在的催化作用機(jī)理十分重要，但由于城市污泥組成的復(fù)雜性，目前這方面的研究有限[2]。

城市污泥的含水量也會(huì)影響其水熱碳化結(jié)果。高含水率有助于脫羧反應(yīng)，但會(huì)降低H2和CH4的產(chǎn)率[27]。而當(dāng)水分含量降低時(shí)，碳化反應(yīng)在亞臨界水中顯著發(fā)生，水熱炭產(chǎn)率明顯提高[2]。然而，目前還沒(méi)有文章系統(tǒng)地闡明城市含水率對(duì)水熱碳化的具體影響機(jī)制，還需進(jìn)一步的研究。

預(yù)處理脫水可以增加水熱碳化反應(yīng)器中污泥的固體含量，可顯著提高城市污泥水熱碳化的熱利用效率[28]。加熱速度及冷卻速度對(duì)中間體的形成和產(chǎn)物分布有非常顯著的影響[2]。降低加熱速度可以使固體產(chǎn)物具有更高的熱值和更低的氧碳比和氫碳比，但目前對(duì)加熱速率在城市污泥水熱碳化過(guò)程中的具體作用機(jī)理的研究還比較少。

水熱碳化反應(yīng)條件對(duì)城市污泥水熱炭性能的影響可以通過(guò)建立參數(shù)統(tǒng)計(jì)模型，利用方差分析的方法進(jìn)行模擬。有研究通過(guò)對(duì)比分析水熱炭中的氧、氮、揮發(fā)分、灰分等的含量，發(fā)現(xiàn)模擬預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致[29]。所以可采用合適的模型預(yù)測(cè)城市污泥的水熱炭的性質(zhì)。

3.水熱碳化產(chǎn)物的提質(zhì)與利用

(1)城市污泥水熱碳化產(chǎn)物的提質(zhì)

對(duì)城市污泥水熱碳化過(guò)程中的液相產(chǎn)物進(jìn)行回收并循環(huán)再利用，可提高污泥水熱炭的熱值以及碳、氮含量，同時(shí)還可以改善水熱碳化產(chǎn)物的燃燒性能，并且隨著循環(huán)次數(shù)的增加，效果更為顯著[30]。

利用酸或堿可對(duì)污泥水熱炭進(jìn)行提質(zhì)，比如利用KOH活化水熱炭，發(fā)現(xiàn)改性后的污泥水熱炭對(duì)重金屬的吸附性能有顯著提升[13]。而酸則可以去除污泥水熱炭中的磷，改善水熱炭因磷酸鹽含量高而導(dǎo)致的結(jié)渣以及熱解、燃燒、氣化等熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程效率低的問(wèn)題[31]。Reza Khoshbouy等人[32]以城市污泥為原料，分別用CO2和KOH對(duì)污泥水熱炭進(jìn)行物理活化和化學(xué)活化，以提升水熱炭的比表面積，增強(qiáng)水熱炭的吸附性能，發(fā)現(xiàn)在700℃下進(jìn)行化學(xué)活化，對(duì)固體產(chǎn)物的提質(zhì)效果較為理想。在水熱過(guò)程中添加無(wú)機(jī)氨水和有機(jī)尿素均可以提高污泥水熱炭的氮含量，改性后的水熱炭對(duì)NO的還原效果有明顯提升，其中有機(jī)尿素的效果更好[33]。

對(duì)于利用城市污泥水熱碳化制備固體燃料的研究中，目前報(bào)道較多的產(chǎn)物改性提質(zhì)方法是利用低階燃料或生物質(zhì)與城市污泥共水熱碳化。該方法可有效解決城市污泥單獨(dú)水熱碳化存在的產(chǎn)物灰分高、熱值低、資源化利用效率低、燃燒后結(jié)渣腐蝕等缺點(diǎn)。許超等人研究了云南褐煤與城市污泥的共水熱改性反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)隨著污泥摻雜量的增加，混合物的脫水、脫羧芳香化反應(yīng)均有明顯的提高，且至少有80%的碳封存在固體產(chǎn)物中，碳固定效果較好[34,35]。在協(xié)同碳化過(guò)程中，隨著褐煤添加量的增大，水熱炭的熱值和煤化程度均隨之提高，燃料性能得到改善，燃燒更為穩(wěn)定、充分[36]。當(dāng)城市污泥與褐煤的混合比例為5:5時(shí)，可獲得最大協(xié)同系數(shù)。而當(dāng)污泥與褐煤質(zhì)量添加比為1:9時(shí)，隨著水熱溫度的提高，碳含量和熱值大幅提高，脫水和脫羧效果更為顯著[37]。宋艷培等人[38]進(jìn)一步研究水熱溫度對(duì)污泥與褐煤共水熱碳化產(chǎn)物的影響，認(rèn)為相比于熱解和氣化，共水熱碳化產(chǎn)物更適合作為燃料使用，且最佳水熱溫度在240℃左右。

將某些生物質(zhì)與城市污泥混合進(jìn)行水熱碳化，也可以達(dá)到改善產(chǎn)物性質(zhì)的目的。例如，將城市污泥與玉米秸稈、鋸末、玉米芯、油菜秸稈、松樹(shù)、刺槐等混合共水熱碳化，均可在一定程度上改善固體產(chǎn)物水熱炭的性能[39,40]。Thammarat Koottatep等人[26]研究了木薯漿、干葉、豬糞和稻殼與污泥混合水熱碳化對(duì)產(chǎn)物的影響，發(fā)現(xiàn)木薯漿對(duì)污泥水熱碳化產(chǎn)物的改良效果最好。城市污泥與松木鋸末的共水熱碳化也表現(xiàn)出明顯的協(xié)同增效作用[41]，研究認(rèn)為松木鋸末中的木質(zhì)素可以為小顆粒的生長(zhǎng)提供骨架，而城市污泥中的蛋白質(zhì)可以幫助碳材料功能化。將初級(jí)污泥與小球藻共混后進(jìn)行水熱碳化，可以得到理化性質(zhì)[41]、熱值、燃料比、產(chǎn)品收率和能量回收率較優(yōu)的生物炭[42]。將城市污泥與餐廚垃圾混合后進(jìn)行水熱碳化，產(chǎn)物中的氮、硫、氧含量相對(duì)較低，而含碳量和HHV值均有大幅提高，且產(chǎn)物的燃料性能和燃燒行為都得到明顯改善[43]。

(2)城市污泥水熱碳化產(chǎn)物的應(yīng)用

城市污泥水熱碳化的固體產(chǎn)物水熱炭的能量含量與天然煤相當(dāng)，可作為燃料燃燒使用。將城市污泥與低階煤混合燃燒時(shí)，污泥水熱炭中輕質(zhì)揮發(fā)分的存在可以有效降低低階煤燃燒反應(yīng)的活化能，提高煤的反應(yīng)活性并使其燃燒更徹底。當(dāng)城市污泥水熱炭與褐煤的混合比例為3:7與5:5時(shí)，混合燃料的燃燒性能較好[44]。

城市污泥水熱炭由于含有豐富的水熱炭中氮、磷、鈣、鎂等元素，因此作為可持續(xù)肥料使用[3]。但使用前應(yīng)注意污泥水熱炭中重金屬和揮發(fā)性有機(jī)化合物可能存在的污染問(wèn)題，需對(duì)污泥水熱炭對(duì)當(dāng)?shù)赝寥郎飬^(qū)和作物的影響進(jìn)行評(píng)估。另外污泥水熱炭還可用于土壤改性，比如穩(wěn)定土壤pH值，降低土壤導(dǎo)電率，改善土壤板結(jié)、養(yǎng)分流失等問(wèn)題，同時(shí)可降低植物對(duì)重金屬Cd和Cr的吸收，一定條件下可以降低植物對(duì)Zn的吸收，但可能會(huì)增強(qiáng)對(duì)Cu的吸收[8]。由于改性后的污泥水熱炭往往具有較大的比表面積和多種官能團(tuán)，從而具有較好的吸附性能，因此還可作為吸附劑去除廢水中的重金屬和微污染物。

液相是城市污泥水熱碳化的另一個(gè)主要副產(chǎn)物。目前，在城市污泥水熱碳化研究與應(yīng)用中，更多人關(guān)注于高質(zhì)量水熱炭的生產(chǎn)，而忽視了富含有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的液相副產(chǎn)物[45]。在城市污泥水熱碳化過(guò)程中，污泥發(fā)生熱水解，絮凝結(jié)構(gòu)被破壞，部分有機(jī)物從固相中釋放至污泥溶液。因此液相產(chǎn)物中含有大量有機(jī)物，若不能得到妥善處理，不僅會(huì)增加工廠的污水排放量和處理成本，還會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)[46]。而適當(dāng)?shù)奶幚韯t可以變廢為寶，降低處理成本的同時(shí)提高資源化利用效率。

一般通過(guò)過(guò)濾或離心實(shí)現(xiàn)城市污泥水熱碳化固液兩相的分離，由此得到的液體中含有較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，比如蛋白質(zhì)和揮發(fā)性脂肪酸，因此，其既可作為有機(jī)肥料加以利用，也可用作厭氧消化的底物[2]。將城市污泥水熱碳化與厭氧消化集成處理，不但可以解決廢水、回收能量，還能縮短運(yùn)行周期、降低城市污泥處理成本，因此，城市污泥水熱碳化液相產(chǎn)物的厭氧消化處理是一種高效的、可持續(xù)的處理工藝[3,47,48]。Huihui Chen等人[45]將城市污泥水熱碳化后得到的液相作為厭氧消化的原料生產(chǎn)甲烷，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水熱碳化溫度為170℃時(shí)，甲烷產(chǎn)率最高，約為320℃時(shí)甲烷產(chǎn)率的2倍[46]。溫和的溫度可以提高甲烷的產(chǎn)率，水熱碳化與厭氧消化集成工藝可回收污泥中70%的能量[49]。將城市污泥的水熱碳化與工藝水的濕式氧化相結(jié)合，得到的液相產(chǎn)物同樣適合作為厭氧消化的基質(zhì)[50]。

研究表明，利用鳥(niǎo)糞石沉淀法能回收城市污泥水熱碳化液相產(chǎn)物中的營(yíng)養(yǎng)元素，且剩余廢液可投入污水處理廠的反硝化反應(yīng)器中作為補(bǔ)充碳源，提高生物脫氮性能[15]。G.C.Becker等人[51]利用相似的原理進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)循環(huán)，同樣利用鳥(niǎo)糞石，加入硝酸作為催化劑，可提高碳化程度，并且能提高磷酸鹽的回收率。

此外，Xu等人[30]發(fā)現(xiàn)將城市污泥水熱碳化液相產(chǎn)物作為溶劑再次進(jìn)行水熱碳化，液相中的部分含氮有機(jī)物可以被回收利用。在此基礎(chǔ)上，Xu等人[52]利用城市污泥水熱碳化液相產(chǎn)物作為氮源，分別以稻殼和纖維素作為碳源進(jìn)行水熱碳化，發(fā)現(xiàn)城市污泥水熱碳化所得水相中的氮被轉(zhuǎn)移至稻殼/纖維素-水熱炭中。對(duì)所得水熱炭進(jìn)行活化，將其作為超級(jí)電容器電極材料測(cè)試其電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)功率密度為500W·kg-1時(shí)，其最大能量密度39.81Wh·kg-1。Du等人[53]將從城市污泥水熱碳化濾液中回收得到的污泥有機(jī)物作為前驅(qū)體，通過(guò)逐步合成的方法制備氮摻雜多孔碳材料，該材料在6mol/L的KOH電解質(zhì)中表現(xiàn)出高比電容（409F/g，0.25A/g）、低電阻（0.52Ω）以及優(yōu)越的循環(huán)穩(wěn)定性（10,000次循環(huán)后僅損耗9.09%），并且對(duì)甲基橙和四環(huán)素有較強(qiáng)的吸附能力。

4.結(jié)語(yǔ)與展望

本文簡(jiǎn)單綜述了近幾年有關(guān)污泥水熱碳化的研究與應(yīng)用進(jìn)展，總結(jié)了水熱碳化產(chǎn)物性質(zhì)的影響因素，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物性能的影響最大。利用污泥與低階煤或其他生物質(zhì)協(xié)同水熱碳化，可將其加工成高品質(zhì)燃料。另外，利用酸或堿對(duì)污泥水熱碳化固相產(chǎn)物進(jìn)行物理或化學(xué)活化，能夠有效改善其吸附性能，最終產(chǎn)物可作為肥料、吸附劑、土壤改良劑、功能性碳材料等使用。液相產(chǎn)物一方面可與厭氧消化技術(shù)相結(jié)合，提高工藝的能量利用率，另一方面可作為溶劑或氮源進(jìn)行循環(huán)水熱碳化，提高城市污泥有機(jī)物的利用率。因此，水熱碳化是一種節(jié)能高效、環(huán)境友好的城市污泥資源化轉(zhuǎn)化技術(shù)。但在影響城市污泥水熱碳化的諸多因素中，含水率、加熱速率與城市污泥中無(wú)機(jī)組分對(duì)水熱碳化的催化作用機(jī)理以及與產(chǎn)物性質(zhì)之間的關(guān)系尚不明確，有待進(jìn)行進(jìn)一步研究。此外，目前“一鍋法”城市污泥水熱碳化固相產(chǎn)物含有大量無(wú)機(jī)物，且這些無(wú)機(jī)組分難以分離，同時(shí)部分可溶性蛋白轉(zhuǎn)移至液相，致使污泥有機(jī)物利用效率較低。因此，在未來(lái)關(guān)于城市污泥水熱碳化的研究中，可結(jié)合其他預(yù)處理方法，以期解決城市污泥有機(jī)物與無(wú)機(jī)物無(wú)法有效分離、污泥蛋白質(zhì)易脫氮等問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)城市污泥有機(jī)物的高效轉(zhuǎn)化和產(chǎn)物的高值化利用。