城市污水污泥产量逐年增加导致我国经济发展和人民生活环境受到严峻的挑战。迫切需要合理、有效的污泥处理处置技术以及污泥中重金属的处理方法。热解、气化和焚烧是常见的污泥资源化利用方式,热水解是一种简便、高效、低耗的污泥处理技术,碳酸化处理一方面吸收并固定CO2,另一方面可以改善重金属的稳定性,研究热化学处理对污泥中重金属的迁移转化规律的影响具有十分重要的意义。本文首先选取了三种城市污泥为研究对象,采用热水解法对其进行处理,研究不同热水解温度、处理时间对污泥中重金属(Hg,Pb,Cd,Co,Zn,Cu,Cr,Ni)的迁移规律的影响,应用水平振荡法研究热水解对污泥中重金属的浸出特性变化的影响,结果发现污泥经过热水解固体质量大幅减少,温度升高有利于Hg溶解进入液相,但不利于其它重金属的溶解,增加处理时间则对重金属溶入液相有积极作用,热水解使污泥中重金属浸出毒性明显降低,升高温度以及增加时间都会进一步降低重金属的浸出毒性。其次对污泥进行碱热水解处理,研究温度、处理时间对重金属的迁移规律的影响,分析重金属浸出毒性的变化,结果表明污泥经过碱热水解固相中重金属含量增加,温度升高有利于Hg转移至液相,但不利于其它重金属溶解,时间增加有利于大部分重金属进入液相,碱热水解使重金属更加稳定,温度升高能降低大部分重金属的浸出毒性,增加处理时间重金属的浸出毒性变化不明显。最后采用卧式管式炉对三种城市污泥进行热解、气化和焚烧处理,分析不同气氛下重金属的释放规律。利用污泥焚烧灰进行碳酸化试验,研究了碳酸化对稳定焚烧灰中的重金属及固定CO2的效果,结果表明污泥经过热解、气化和焚烧,固体残渣和气体产物、挥发物中均含有大量各种重金属,升高温度有利于重金属的释放,污泥焚烧灰进行碳酸化处理可以降低重金属的浸出毒性,温度变化对重金属的浸出毒性的变化影响较小,碳酸化温度升高,污泥焚烧灰碳酸化处理固碳的效果先增大后减小。