随着城市污水处理量的迅速增加，对污水处理的副产物——污泥的处理处置越来越受到人们重视。污泥低温热解在实现污泥的减量化、稳定化的同时还可获得油、炭和气等形式的资源化产品，被认为具有良好的发展和应用前景。本文围绕所提出的双床交互循环式污泥低温热解工艺进行一系列相关的冷态和热态试验研究，并据此设计了工业示范装置。　　鉴于双床工艺中利用热载体提供污泥热解所需能量，而热载体与污泥的直接接触将影响其热解特性，首次对污泥(SS)和热载体（复合高铝矾土，CA）在400-600℃条件下共热解特性进行了管式炉试验研究。结果表明:与纯污泥热解相比，随着复合高铝矾土添加比例的增多，残炭产率降低，不凝结气产率增加，热解油产率变化不大但其中有机相比例明显提高;在CA/SS=1/5和500℃条件下，热解油的可利用能量(UEL)达到最大值3871kJ/kg;从有机相的成分看，温度和复合高铝矾土添加比例的增加都会促进脂肪族化合物向芳香族化合物转化。　　针对双床工艺中热解气和热载体接触过程中会发生二次裂解的特点，首次以高铝矾土及负载生物质中碱金属盐为对象，利用污泥热解气二次裂解试验装置研究其对污泥热解气的影响，结果表明:高铝矾土促进了热解气的二次裂解，使含氧有机物更容易脱羧、脱羰基生成脂肪烃，并进一步环化及芳构化。对负载KCl的高铝矾土而言，催化反应温度和料层高度的增加可以促进污泥热解气的二次裂解，强化其脱氧作用，使有机相热值增加，但同时会导致有机相产率和UEL值的降低。KCl负载量的增多会中和部分酸中心，抑制其催化能力，使热解油有机相的热值降低，但UEL值更大。　　以高铝矾土为床料，在自建的鼓泡流化床和循环流化床试验装置上进行了污泥热解试验，获得了流化床热态装置连续稳定运行的热工参数和热解反应条件。研究结果还表明，与鼓泡流化床相比，循环流化床可以采用较高的流化速度，以缩短气体停留时间，减少二次裂解反应，提高产物中热解油比例;同时，细颗粒的反复循环可以有效增加污泥中有机物的析出率;因此，双床工艺中热解反应器宜采用循环流化床。此外，采用分级冷凝装置获得了具有不同应用价值的液体产品。　　根据双床交互循环的特点，搭建了采用“机械阀+非机械阀”的双返料器结构的双床冷态试验装置，进行了交互循环条件下的气固流动特性试验。结果表明:采用此种双返料器结构，能够顺利实现两个流化床反应器间的颗粒交互循环，并且可以准确控制循环量大小。试验结果还表明，对于相同的颗粒粒径，提高表观气速可以使颗粒浓度沿高度分布趋于均匀，但是过高的表观气速将使底部密相区消失，影响流化床稳定运行;提高固体循环通量，可以在较高的表观气速下维持底部密相区;因此，表观气速、固体循环通量与颗粒粒径之间存在匹配关系。　　利用欧拉双流体模型对流化床上升管中的气固流动特性进行了数值模拟，通过与试验值的对比，验证了所用模型能够较为真实地反映上升管中的气固流动情况。在此基础上，研究了操作参数和颗粒粒径对气固流动特性的影响，补充试验难以得到的部分参数，供放大设计使用。结果表明:随固体循环通量的增加，颗粒浓度与速度的轴向分布和径向分布的不均匀性都有所增大;随表观气速的增加，上升管轴向压力梯度和颗粒浓度减小，颗粒浓度径向分布趋于均匀;表观气速增大对上升管中心区域颗粒速度的影响大于壁面。粒径变大时，上升管底部具有更大的颗粒浓度和压力梯度，上部稀相区的变化则正好相反。　　根据上述研究结果，进行了50t/d交互循环式污泥低温热解系统设计，制定了系统的工艺流程，建立了系统的质量和能量平衡，明确了系统的物质转化和能量分配路径，对污泥干燥、污泥热解以及生物质燃烧三大单元的核心设备及主要配套设备进行了设计说明，绘制了系统设备的平、立面布置图，提出了系统主要设备的建议运行参数。