城市污水污泥水热碳化技术是一种新型污泥处理技术,被认为是处置高含水率有机废物的一种非常有应用前景的热化学技术,它可以实现污水污泥的减量化、无害化、资源化。近年来,水热碳化技术因在污水污泥脱水与资源化利用方面的优势而受到更多关注。但污水污泥水热碳化过程受反应温度、停留时间、脱水调理剂和外源添加剂等因素影响显著。鉴于此,本论文首先对污水污泥进行不同反应温度、停留时间下的水热碳化反应,获得水热碳化反应的工艺参数;然后以活性污泥为原料,对聚丙烯酰胺（PAM）、聚氯化铝（PAC）和三氯化铁（FeCl3）三种典型絮凝剂处理的活性污泥进行水热碳化,研究絮凝剂对水热碳化的影响机制;最后,采用粉煤灰和H2O2辅助污水污泥水热碳化反应,以制备高品位燃料固体燃料生物炭,并阐明其对污泥水热碳化过程中C、N、S的分布和转化的影响机理。所得到的主要结论如下:探究了120℃到240℃范围内五个温度梯度,0 min到120 min范围内五个时间维持对固相产物水热炭产率、理化特性和官能团变化的影响,以及液相产物的水质特征变化。结果表明:相比停留时间,反应温度对污水污泥水热碳化的影响更为显著。随着温度的升高,水热炭煤化程度提高,产率逐渐下降,N和S去除率和灰分明显升高。在120℃时污泥中N和S去除率仅分别为23.74%和31.02%,而240℃时污泥中N和S的去除率分别迅速上升至74.34%和56.6%。但当温度高于210℃时,N和S的去除率升高并不显著。因此,本论文研究中所选污水污泥水热碳化反应条件为210℃下维持60 min。研究了典型絮凝剂对污水污泥水热碳化固液两相产物的理化特性的影响。结果表明:在水热碳化处理过程中,三种典型絮凝剂（PAM、PAC和FeCl3）可以从液相转移到水热炭中。PAM热降解产生的单体可以在水热炭上被吸附,而Al3+和Fe3+则是以氧化物、氢氧化物或盐等形式存在。此外,絮凝剂还会影响污水污泥中N、S和P的转化,所得到的水热炭的热化学性质表现出明显的差异,其作用影响机制可以归结为金属离子对磷酸根的沉淀作用、絮凝剂水解引起的p H变化以及离子的催化作用。为获得高品位的污泥水热炭固体燃料,采用粉煤灰/H2O2辅助水热碳化以提高污水污泥中N、S的去除率,并评估了水热炭中N、S去除率和分布,分析了液相产物的水质特性。研究结果表明:粉煤灰/H2O2辅助的水热碳化过程中,粉煤灰/H2O2对N、S的去除表现出积极的协同作用。在粉煤灰（污泥干重10%）和H2O2（48g/L）辅助水热碳化条件下,污水污泥中N和S去除率分别从对照组的69.53%和49.92%提高到81.71%和62.83%。其作用机理可归结为H2O2分解产生的·OH自由基对污泥中多糖和蛋白质等大分子的破坏促进了固相中N和S释放,以及粉煤灰作为催化剂降低了含N和S化合物分解所需的能量。因此,粉煤灰/H2O2辅助污水污泥水热碳化,得到了N、S含量很低的水热炭,使其更适合作为固体生物燃料。