厌氧消化是污水处理厂剩余污泥常见的处理方法之一，而传统污泥厌氧消化存在着消化速率低、污泥停留时间长和有机物去除率低等不足。另一方面，污泥厌氧消化处理虽能回收甲烷等能源气体，但仍面临着处理消化污泥的问题，污泥热解制备生物炭技术可进一步将消化污泥减量化和资源化。因此本研究采用热、热碱处理方法对污泥进行预处理，分析其对污泥溶胞和厌氧消化的影响，并探讨了2种预处理对消化污泥生物炭吸附染料-阳离子红（X-GRL）的影响及吸附机理。

       首先对污泥进行热、热碱处理，结果发现，热、热碱处理均能大量释放溶解性有机物，SCOD可分别增加21.9倍（热处理）和47.8倍（热碱处理）。2种预处理均会改变污泥溶解性有机物的分子量分布，使含量最多的有机物分子量减小。2种预处理均对污泥溶解性有机物中的主要组分-蛋白质有水解作用，其中热碱处理效果更显著。三维荧光光谱分析表明2种预处理溶出的有机物中溶解性微生物副产物类物质和胡敏酸类物质难以被2种预处理进一步水解。另外，2种预处理不仅使污泥溶解性物质中出现新的有机结构，还会使原有的有机结构发生变化，甚至消失。

      进行了3种污泥（对照、热处理和热碱处理污泥）的批量中温厌氧消化研究。研究发现热、热碱处理均能提高污泥的沼气产量与甲烷产量，分别为对照组的1.23、1.33（热处理）和1.58、1.62倍（热碱处理）。采用产气动力学模型对产气过程进行拟合，发现3种污泥水解速率常数k和代谢平衡常数k/Rm分别为0.2228 d-1、0.2329 d-1、0.2813 d-1和0.0280、0.0203、0.0169，2种预处理可有效提高厌氧消化的水解速率和运行效率，其中热碱处理效果更好。3种污泥经20 d厌氧消化后污泥溶解性有机物相对分子量分布均发生不同程度的改变，小分子蛋白质（<35 kDa）完全被降解，同时在厌氧消化过程中会出现新分子量的蛋白质。

        进一步进行3种污泥的中温半连续厌氧消化研究，发现2种预处理对污泥半连续厌氧消化的沼气产量、产甲烷速率、甲烷含量和有机物去除率等均有明显的提高作用。在SRT=25 d时热、热碱处理污泥的沼气产量、甲烷产率、甲烷含量和有机物去除率分别为0.216 L/L/d、209.7 ml/g VS、69.2%、34.76%（热处理）和0.253 L/L/d、0.260 L/g VS、73.2%、49.64%（热碱处理），分别比对照组提高了1.9、2.0、1.0、2.0倍和2.2、2.4、1.1、2.9倍，其中热碱处理效果明显高于热处理。2种预处理均强化了污泥厌氧消化过程中固态和溶解态有机物向甲烷的转化效率。

        最后将对照、热处理和热碱处理的厌氧消化污泥热解制备成生物炭，发现2种预处理可有效提高消化污泥生物炭比表面积，改善其孔结构。3种消化污泥生物炭在pH=11下对X-GRL的去除效果最好。在酸性条件下2种预处理对生物炭吸附X-GRL效果的提升更为显著。吸附动力学拟合模型表明，X-GRL在3种消化污泥生物炭上的吸附主要为物理吸附和化学吸附，且化学吸附为吸附限速步骤，同时热碱处理可以有效地提高初始吸附速率。X-GRL在3种生物炭上的吸附主要通过单分子或单层吸附发生，热碱处理消化污泥生物炭在平衡状态下的吸附能力最高。