石德智，馬彩靈，張涵博，劉嘉宇，蔡樺伊，童海航，羅 丹，呂夢瑩

（重慶大學環(huán)境與生態(tài)學院，三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶 400045）

目前生物法是應用最廣泛的生活污水處理技術，應用過程中會產(chǎn)生大量剩余污泥，稱為城市污泥〔1?2〕，工業(yè)廢水生物處理以及石油化工等工業(yè)生產(chǎn)中也不可避免地產(chǎn)生各種污泥，稱為工業(yè)污泥〔2〕。污泥是一種富含有機化合物、微生物的生物質(zhì)廢棄物，由于含水率高、脫水困難、成分復雜且處理成本高，污泥的處理處置一直是亟待解決的難題〔3〕，迫切需要找到一種綠色、高效的處理技術途徑。超臨界水技術處理污泥不僅無需對污泥干燥，反應速率也非?？?，可在短時間內(nèi)完成反應〔4〕。在超臨界條件下，水的氣相和液相的特征差別消失〔2〕。此時超臨界水具有兩相的性質(zhì)（液體的溶解特性和氣體的傳遞特性），并表現(xiàn)出更相似于非極性有機物的性質(zhì)，根據(jù)相似相溶原理，超臨界水可以與大多數(shù)有機物和氣體完全互溶，但無機物在其中的溶解度卻很低〔5〕。由于超臨界水特殊的介電常數(shù)和溶解性，使其成為一種具有特殊優(yōu)勢的反應介質(zhì)并得到人們的廣泛關注。超臨界水氣化（Supercritical water gasifi?cation，SCWG）技術將污泥轉化分解成CO2、H2、CH4、含C2～C4的烷烴等混合氣體〔6〕，并可通過添加催化劑和能量回收進一步增強效益。與目前常用的污泥處理處置方法相比，產(chǎn)生的H2和CH4均具有較高的能量可回收利用和較低的溫室氣體排放等優(yōu)點，是當前污泥處理技術中最為理想的技術之一〔7〕。與污泥厭氧消化技術相比，SCWG能產(chǎn)生更多的H2、CH4等可燃氣體，對其進行提純后可做再生能源利用，但由于預期的超臨界產(chǎn)物和產(chǎn)量是可變的〔8〕，如何使產(chǎn)生的可利用可燃氣體含量最大化已成為目前許多學者的研究方向〔7〕。SCWG技術處理污泥已成為研究熱點，在污泥處理過程中使用了不同類型的反應器，在反應機理、影響因素等方面的研究也不斷深入，為污泥的處理處置提供了新的思路。

1 污泥SCWG技術的機理及工藝流程

SCWG技術不使用氧化劑，在水的亞臨界狀態(tài)下先以水解為主，將污泥中的有機物水解為一些水溶性大分子物質(zhì)；隨著溫度的升高到達水的超臨界狀態(tài)時，水解和熱解反應加劇，主要以熱解氣化為主〔9〕。水在超臨界水氣化過程中同時發(fā)揮多重作用，既作為反應介質(zhì)又作為反應物〔10〕。初始水解反應時，水作為溶劑，使污泥的主要成分（如多糖和脂肪酸）迅速解聚成更簡單的結構（如單糖和短鏈有機酸）；隨后的熱解氣化反應時，水作為反應物，與單糖和有機產(chǎn)物轉化為富含H2的燃料氣體和碳氧化物。

M. OSADA等〔11〕將SCWG分為兩個區(qū)域：（1）在溫度為374～500 ℃、水的密度為0.2～0.6 g/cm3下生物質(zhì)水解，加入金屬催化劑可促進氣化，在此條件下主要為離子轉換機理；（2）在溫度為500～700 ℃、水的密度＜0.2 g/cm3下有機物分解，若使用活性炭催化劑可避免焦炭的形成或使用堿催化劑促進水氣轉化過程，在此高溫低密度條件下主要為自由基轉化機理〔12〕?？蓪CWG反應大致分為蒸汽重整、水煤氣變換和甲烷化等3個主要反應〔13〕，在蒸汽重整反應〔式（1）〕中，污泥中有機物（CHxOy）與超臨界水反應生成H2和CO的混合氣；CO生成后與超臨界水發(fā)生水氣轉化反應〔式（2）〕生成H2和CO2；在甲烷化反應過程中，CO、CO2會與H2反應生成CH4〔式（3）、式（4）〕。

污泥SCWG的基本工藝流程見圖1。

圖1 污泥SCWG的基本工藝流程Fig. 1 Process flow diagram of SCWG of waste sludge

污泥與水混合、加壓并加熱至反應器工作溫度，然后在SCWG反應裝置系統(tǒng)中反應。其中，Ryield反應器中污泥分解成其基本的常規(guī)組分（C、H2、O2、N2、Cl和S），RGibbs反應器中組分包括H2O、H2、CO、CO2、CH4、C2H6、N2、N2O、NO2、NO、NH3、SO2、SO3、HCl、Cl2、O2和C（s）。一 條 管 道 用 于 將 反 應 物 從Ryield反應器轉移到RGibbs反應器，而另一條熱流則為反應提供所需的熱量。RGibbs反應器中的組分流被冷卻至室溫，然后通過控制閥減壓至大氣壓，最后在氣液分離器中分離液體和氣體。SCWG氣化反應裝置系統(tǒng)分為間歇式和連續(xù)式兩種類型。間歇式反應器操作方便、結構簡單，但很難使物料混合均勻，升溫速率較慢，無法連續(xù)生產(chǎn)。連續(xù)式反應器則可以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，且實驗準確性較高。

2 污泥SCWG的影響因素研究進展

學者們對H2、CO、CH4的產(chǎn)生給予了極大關注，而在污泥SCWG過程中，這些氣體的組成和產(chǎn)率受污泥性質(zhì)、反應溫度、反應時間、體系壓力等參數(shù)以及催化劑等因素的影響〔6〕。

2.1 污泥性質(zhì)

污泥自身性質(zhì)如含水率、有機質(zhì)含量、金屬及無機物都會對SCWG產(chǎn)氣效果產(chǎn)生一定影響。Ling?hong ZHANG等〔14〕使用間歇式反應器研 究了4種不同類型的污泥在400～550 ℃、20～120 min條件下的H2和CH4產(chǎn)量，按產(chǎn)氣效果排序：二級紙漿/造紙廠污泥（SPP）＞初沉污泥（PS）＞二次污泥（SS）＞消化污泥（DS）。造成產(chǎn)氣量的差異可能與這些原料組成特征，如揮發(fā)性物質(zhì)的含量、灰分以及灰分組成（堿金屬含量）等不同有關。SPP中揮發(fā)性物質(zhì)和堿金屬含量高于污水廠污泥，SPP具有較大的產(chǎn)氣能力。在550 ℃條件下，可將質(zhì)量分數(shù)37.7%的SPP（干基）轉化成H2，每kg SPP的轉化率高達14.5 mol（以干基計）。國內(nèi)外學者在間歇式反應器/連續(xù)式反應器中開展的污泥含水率、有機質(zhì)含量對氣化產(chǎn)物中氣體組成及產(chǎn)量影響的研究結果見圖2～圖4。

圖2 污泥含水率對SCWG各氣體成分的影響Fig.2 Effect of moisture content of sludge on gas components of SCWG

圖3 污泥含水率對SCWG氣體產(chǎn)量的影響Fig. 3 Effect of moisture content of sludge on gas yield of SCWG

圖4 污泥中有機物質(zhì)量分數(shù)對SCWG氣體產(chǎn)量的影響Fig. 4 Effect of organic matter of sludge on gas yield of SCWG

Z. R. XU等〔16〕使用間歇式反應器研究發(fā)現(xiàn)，污泥含水率從94.4%降到76.2%時，SCWG產(chǎn)氣總量隨著含水率的降低而增加，氣化率呈下降的趨勢；此外，CO2的氣化率隨含水率的降低幾乎呈線性降低，從6.19 mol/kg降到2.41 mol/kg。而含水率的降低對CH4、H2氣化率的影響并不顯著。這主要是由于污泥的高含水率使反應時形成富蒸汽的氣氛，在高溫和長停留時間下，這種氣氛影響到蒸汽重整和水煤氣變換反應，導致蒸汽和中間產(chǎn)物之間發(fā)生反應；此外，由于在這兩個反應中水作為反應物〔15〕，降低含水率即減少了反應物（水）的比例，反應受到限制，從而使污泥的氣體產(chǎn)率顯著降低，并且含水量的降低會導致固體殘渣中焦炭的量增加，導致碳化反應，抑制氣化反應〔19〕。王嘗〔17〕則認為在間歇式反應器中，較低含水率時氣體產(chǎn)率低，但對H2、CH4的產(chǎn)率并無太大影響。但當含水率低于75%時，污泥的氣化率和碳化率趨近于0，污泥幾乎不會被氣化〔19〕。污泥的有機質(zhì)含量和氣體產(chǎn)量之間的關系與含水率和氣體產(chǎn)量之間的關系一致。提高生物質(zhì)能轉化率的關鍵因素是污泥中碳與水的質(zhì)量之比〔m（C）∶m（H2O）〕〔20〕。J. LOUW等〔21〕報道，污泥中碳有機物含量隨其碳含量的增加而增加，因此污泥若具有較高的m（C）∶m（H2O）可以獲得較高的總氣體產(chǎn)量，且碳與氫元素之比（C/H）越高、氧含量越低時，總氣體產(chǎn) 量 越 高。Linghong ZHANG等〔14〕、Z. R. XU等〔16，18〕研究發(fā)現(xiàn)，在間歇式反應器中，污泥中超過80%的有機質(zhì)可以轉化為氣體和液體，有機質(zhì)含量越高，在給定同等的干污泥時可以產(chǎn)生更多的氣體和更高的重油含量（主要是苯酚），在反應過程中可以通過添加含碳、氫、氧的物質(zhì)來提升目標氣體的產(chǎn)量。

污泥中本身存在的無機鹽和金屬等組分對目標氣體的產(chǎn)量有影響，某種程度上可被定義為具有自身催化作用〔22〕。無機化合物通過催化蒸汽中的次級反應而促進氣化裂解。金屬濃度越高，與有機化合物之間的接觸越充分，越有利于有機化合物的開裂，從而影響氣體的產(chǎn)生。Guoxin HU等〔23〕發(fā)現(xiàn)氧化鈣既可催化重整焦油和碳氫化合物，也可用作二氧化碳吸附劑。實驗結果表明，在管式反應器中，當n（Ca）∶n（C）=0.5時，H2產(chǎn) 量 增 加 了4倍 以 上（從75 mL/g增加至395 mL/g）。

2.2 反應溫度

溫度是污泥SCWG反應最重要的影響因素之一，但相較于常規(guī)生物質(zhì)氣化的典型溫度（約775 ℃），SCWG需要的溫度要低很多〔24〕。筆者對反應溫度與產(chǎn)氣量之間的關系規(guī)律進行匯總，結果見圖5。

圖5 反應溫度對污泥SCWG氣體產(chǎn)量的影響Fig. 5 Effect of reaction temperature on gas yield of SCWG for sludge

氣化產(chǎn)氫的主要原因是蒸汽重整和水煤氣變換反應的進行〔32〕，而高溫有利于水蒸氣重整和水煤氣變換反應，因而提高了H2產(chǎn)量〔30〕。在400 ℃以下時，反應生成的CH4分子與水分子發(fā)生反應，生成CO2和H2，隨著溫度的升高，有利于反應釜中的CO2和H2的生成〔17〕。CH4產(chǎn)量的變化規(guī)律與H2產(chǎn)量的變化規(guī)律類似，Yunan CHEN等〔15〕發(fā)現(xiàn)流化床反應器中CH4產(chǎn)量在480～500 ℃時變化不大，但在500～540 ℃時急劇增加。而CO2產(chǎn)量的變化剛好相反，洪淵等〔19〕發(fā)現(xiàn)不銹鋼序批式反應器中溫度從360 ℃升至400 ℃時，氣體中H2和CH4的比例明顯增加，而CO2比例明顯降低。

M. OSADA等〔11〕發(fā) 現(xiàn) 隨 著 超 臨 界 水 溫 度 的 增加、密度的降低，超臨界的反應機理由離子轉化變?yōu)樽杂苫D化，說明高溫可以促進自由基反應從而促進污泥SCWG。除此之外，Yunbo ZHAI等〔25〕對間歇式反應器中溫度為350～425 ℃時進行了研究后發(fā)現(xiàn)，液相產(chǎn)物呈黃色并可以觀察到一個暗褐色重油的薄層，隨著溫度的升高，重油產(chǎn)物裂解并隨著氣體一起排放。SCWG溫度在600 ℃以上時可以得到高的H2產(chǎn)率〔15〕，但高溫會造成反應器的腐蝕和更高的成本。

2.3 反應壓力

較少學者研究反應壓力對氣態(tài)產(chǎn)物的組成及產(chǎn)量影響，基本選擇與溫度相對應的反應器自生壓力。洪淵〔19〕發(fā)現(xiàn)不銹鋼序批式反應器中當壓力由22 MPa升高至23 MPa時，即從亞臨界狀態(tài)到超臨界狀態(tài)時，超臨界水的密度和介電常數(shù)增大，溶解能力增強使得有機物更易溶解分散，有利于H2和CH4的生成，H2產(chǎn)率由1.6%增大至26.7%，CH4產(chǎn)率由1.2%增大至9.8%?？梢姡岣叻磻獕毫δ軌蛞欢ǔ潭壬洗龠MH2的生成，這與污泥中有機物在超臨界氣化中的分解有關。但當壓力由23 MPa升高至26 MPa時，氫氣產(chǎn)率由26.7%減少至14.8%，氫氣的比例下降，這也符合勒夏特列原理。

Yunbo ZHAI等〔25〕和王嘗〔17〕研究發(fā)現(xiàn)，固定床反應器中在25～35 MPa的壓力范圍內(nèi)，壓力對氣體氣化率和各氣體組成的影響并不明顯。更高的壓強有利于水煤氣變換反應，但又會降低有機物的分解速率。一方面，大多數(shù)有機物在超臨界狀態(tài)下會發(fā)生不同程度的水解反應（對氣化反應有著重要的作用），而水解反應的發(fā)生離不開H+與OH?的參與，且它們的離子濃度影響著水解反應的進行程度。水在臨界點附近的H+與OH?濃度各約4×10?9mol/L，說明超臨界水本身就具有一定的酸堿性，可代替一些酸堿催化劑參與反應〔17，33〕。隨著壓強的增大，溶液中的離子濃度增大，水解程度提高，有利于氣化反應。另外，水分子可以作為反應物參與反應，隨著壓力的增加，水的介電常數(shù)增大，導致超臨界水溶解性能的改變，造成溶解于超臨界體系中的有機質(zhì)含量增大，有利于氣化反應；另一方面，水分子具有高效傳遞能量的性質(zhì)，隨著壓強的增大，水的密度降低，不利于能量的傳遞從而不利于氣化反應；此外，污泥的化學性質(zhì)如產(chǎn)生的離子密度隨著壓強的增加而增加，故壓強增大會促進離子反應而限制自由基反應，但自由基反應在超臨界水氣化有機物的轉化中占主導地位，因此會降低有機物的反應速率，不利于氣化反應。綜合作用下，壓強對氣體產(chǎn)量的影響不大〔17，33〕。

2.4 反應時間

污泥中有機物的SCWG反應需要一定的時間。隨著反應時間的延長，H2和CH4的產(chǎn)量增大，重油物質(zhì)的產(chǎn)量減少，這可能是由于氣化反應中，一些類似重油的中間產(chǎn)物也被氣化成為氣相產(chǎn)物〔17〕。一些學者對于反應時間與氣體產(chǎn)量之間關系的研究匯總見圖6。

圖6 反應時間對污泥SCWG氣體產(chǎn)量的影響Fig. 6 Effect of reaction time on gas yield of SCWG for sludge

Y. ACELAS等〔30〕認為相較于反應溫度，反應時間對產(chǎn)氣率和氣體組成的影響較小。間歇式反應器中溫度為500 ℃時，停留時間從15 min增加到60 min，氣體組成變化不大，總的氣體產(chǎn)率只有不到2 mol/kg的 增 加。與Y. ACELAS等〔30〕研 究 類 似，Linghong ZHANG等〔14〕研 究 發(fā)現(xiàn)，在 間 歇 式 反 應 器中，在20～120 min的反應時間內(nèi)各氣相產(chǎn)物的變化不大，但總體呈上升趨勢。洪淵等〔19〕研究發(fā)現(xiàn)，不銹鋼序批式反應器中當停留時間由10 min延長到30 min，氣體產(chǎn)率增加了15%左右，而大于30 min后，氣體產(chǎn)率在2%以內(nèi)變化，相差不大。Yunbo ZHAI等〔25〕發(fā)現(xiàn)間歇式反應器中氣化時間在40 min時CH4的產(chǎn)量可以達到最大值，說明了增加反應時間雖可適當提高產(chǎn)氣量，但隨著反應時間的繼續(xù)增加，CH4的產(chǎn)量卻逐漸減少，且長的停留時間會產(chǎn)生更多的能量消耗。因此綜合考慮后，一般建議污泥SCWG選取反應時間為30～40 min左右〔17〕。

2.5 催化劑

在SCWG過程中催化劑的使用也是提高氣體產(chǎn)量的一個重要研究方向〔34?36〕。沒有催化劑的情況下，污泥由于含有高含量的可冷凝揮發(fā)性物質(zhì)，分解后很容易形成大量的焦炭和可冷凝的揮發(fā)性焦油〔8，37〕，會降低碳氣化效率，這也是所有氣化技術都面臨的問題〔38〕。SCWG與常規(guī)熱力學氣化類似，添加少量催化劑時可以增強氣化效率，尤其是低溫條件下〔14〕。A. KRUSE等〔39〕根據(jù)反應條件、有無催化劑和生成產(chǎn)品的特點將SCWG分為兩個區(qū)域：（1）低溫（375～400 ℃）條件下，需加入催化劑促進氣體生成〔37〕，產(chǎn)生的氣體主要為CH4和CO2；（2）高溫（550～700 ℃）條件下，不加入催化劑就可以達到完全氣化，氣化產(chǎn)物主要為CO2和H2。

為了抑制焦油和焦炭的形成，同時降低反應溫度并增加H2產(chǎn)量，對催化劑的機理以及效果展開了大量的研究。目前用于SCWG的催化劑分為均相催化劑（主要是指堿金屬催化劑）和非均相催化劑（過渡金屬元素催化劑和活性炭催化劑）。其中，堿金屬催化劑（KOH、NaOH、K2CO3、Na2CO3等）由于成本低、氣體產(chǎn)量高，因而在污泥SCWG的批次或連續(xù)系統(tǒng)中廣泛使用，筆者研究匯總了污泥SCWG的均相催化劑效果，結果見表1。

表1 污泥SCWG的均相催化劑效果研究匯總Table 1 Research summary of homogeneous catalyst for SCWG of sludge

在SCWG的間歇式系統(tǒng)中，400 ℃添加K2CO3催化劑后，由于其可以促進水氣轉化生成H2〔25〕，從而增加H2產(chǎn)量，提高產(chǎn)氣量〔12〕，污泥的氣化率和碳化率大約是未添加催化劑時的4倍左右，且?guī)缀鯖]有焦油生成〔17，25〕；金屬催化劑通過促進蒸汽重整和甲

烷化反應來提高產(chǎn)氣〔40〕。堿催化劑催化原理如式（5）～式（7）：

洪淵〔19〕使用不銹鋼序批式反應器比較了KOH、K2CO3、NaOH、Na2CO3、NaHCO3這幾種堿催化劑對污泥SCWG的影響，結果發(fā)現(xiàn)這幾種催化劑均促進了H2和CH4的生成，且使用KOH時H2和CH4的產(chǎn)量最高，H2和CH4產(chǎn)量：KOH＞K2CO3＞NaOH＞Na2CO3＞NaHCO3。使用Na2CO3比不加催化劑的H2產(chǎn)量雖有所提高，但是氣化率和碳化率反倒有所下降〔15〕，與Donghai XU等〔43〕的結論類似，Na2CO3只對污泥中一部分的有機物有積極影響。除此之外，Z. R. XU等〔26〕研究發(fā)現(xiàn)間歇式反應器中添加Ca（OH）2使H2的產(chǎn)量反而減少，污泥濃度的改變對CH4和CO的產(chǎn)量并沒有太大影響，但對CO2的影響顯著。

堿催化劑對水氣變換反應有很大促進影響〔12〕，促使CO和H2O反應形成H2和CO2〔33〕，但對蒸汽重整的影響較小，因此為增加蒸汽重整反應的進行和降低碳在液相產(chǎn)品中的含量，研究非均相催化劑如Ni是非常必要的。Chenyu WANG等〔8〕使用不銹鋼序批式反應器對Ni催化劑的催化產(chǎn)氣能力和穩(wěn)定性進行研究發(fā)現(xiàn)，Ni能提高碳的轉化率，從而促進蒸汽重整反應的進行，且能有效地將焦油裂解成較小的揮發(fā)性餾分并促進水氣化反應，在投加質(zhì)量分數(shù)為原料質(zhì)量0～200%的區(qū)間內(nèi)，Ni的添加在一定程度上提高氣體產(chǎn)量；且H2含量極易受催化劑濃度的影響，在無添加和少量催化劑（＜原料質(zhì)量的30%）時氣體以CO2為主，之后H2成為主要氣相產(chǎn)物，但超過原料質(zhì)量的150%時H2的產(chǎn)量又開始下降；與H2不同，CH4的產(chǎn)量在整個催化劑質(zhì)量分數(shù)范圍都以直線上升，說明高質(zhì)量分數(shù)的催化劑有利于CH4的生成。在相同參數(shù)條件下，使用過渡金屬催化劑Ni/Al2O3?SiO2的產(chǎn)氣量高于K2CO3，原因是Ni/Al2O3?SiO2可以同時加強蒸汽重整和加氫反應生成CH4和H2，催化效果更好〔44〕。此外，朱偉等〔45〕通過使用5%復合催化劑〔活性Ni與固碳劑如NaOH、KOH、Ca（OH）2、CaO、CaSiO3、Na2SiO3〕在400 ℃下氣化 含水率為74%～88%的脫水污泥，可生成H2體積分數(shù)高達88%的富氫氣體。污泥SCWG中各種非均相催化劑的應用研究成果匯總見表2。

表2 污泥SCWG的非均相催化劑效果研究匯總Table 2 Research summary of heterogeneous catalyst for SCWG of sludge

苛刻的超臨界條件會影響催化劑的反應活性和穩(wěn)定性，造成催化劑水熱燒結和水溶解等問題〔50〕。均相催化劑雖可避免結構失活等現(xiàn)象，但其可回收性差；而非均相催化劑的回收率高，但容易在超臨界條件下失活，性能下降。僅僅高溫條件并不足以引起顯著的催化劑燒結問題〔51〕，催化劑雷尼鎳在氣體氣氛中就顯示很高的耐熱性，但Ni隨著催化劑暴露時間的增加，存在失活現(xiàn)象，使氣體產(chǎn)量降低，但不影響氣體組分。失活主要是由于暴露的Ni元素被氧化物氧化以及硫元素的影響〔52〕。當Ni負載在TiO2或非氧化物陶瓷（如碳化硅、碳等）上時，可提高其因拋光和燒結導致的失活的耐受性〔37〕。如果沒有適當?shù)妮d體，雷尼鎳在短暫的時間內(nèi)就可能發(fā)生燒結〔53〕，即便通過Ru摻雜穩(wěn)定，在400 ℃時也會快速燒結〔54〕。超臨界水催化氣化過程中水熱穩(wěn)定催化劑載體的開發(fā)也是一個值得研究的方向。

3 挑戰(zhàn)與展望

SCWG技術是一種極具潛力的有機廢物處理技術，利用SCWG技術能避免污泥的脫水預處理、降低污泥二次污染的風險，能有效實現(xiàn)污泥中有機物質(zhì)的高效分解轉化，并在H2、CH4等高熱值氣體作為清潔能源的回收利用方面有獨特的優(yōu)勢。國內(nèi)外許多學者對其進行探索研究并取得了巨大進展，并已于十幾年前開始建立了中試規(guī)模的污泥SCWG處理系統(tǒng)。但值得注意的是：一方面，SCWG新型反應器的開發(fā)相對緩慢，雖然高壓釜或管式反應器的炭形成和堵塞都很常見，但大多數(shù)研究使用了這兩種反應器。流化床反應器已經(jīng)研究出了連續(xù)模式SCWG工藝以解決堵塞問題，但對連續(xù)模式SCWG工藝的研究仍處于設計階段，發(fā)展仍面臨設計復雜、高能量要求、高運營成本的挑戰(zhàn)；另一方面，高溫、高壓條件是SCWG的一大特性，而這一特性也決定了SCWG系統(tǒng)具有高的操作難度和經(jīng)濟投入，如何在保持或提高原有氣化產(chǎn)率的基礎上優(yōu)化反應操作條件也是未來值得研究的方向，這也是未來實現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模應用需要突破的瓶頸。

污泥SCWG技術不僅要面對技術難題，還要面對在規(guī)?；脑O備投資費用與運營費用下如何兼顧經(jīng)濟效益。為了迎接這些挑戰(zhàn)，未來應在以下幾個方面開展工作：（1）應用研究中強化高效新型催化劑的開發(fā)，可在不影響氣化效率的前提下降低反應溫度，并保證在連續(xù)運行過程中的穩(wěn)定性與活性。（2）通過設計開發(fā)新型反應器來防止反應器腐蝕，目的是最大限度地減少腐蝕性物質(zhì)與反應器表面的相互作用。（3）開發(fā)有效的熱回收系統(tǒng)，從反應器流出物中回收熱量并用回收來的熱量來加熱原料，從而達到清潔能源回收的目的。