聚丙烯酰胺（PAM）作为污水处理中应用最广泛的絮凝剂，在污泥处理过程中会经历复杂的化学转化。尽管其使用量通常低于总固体的20mg/g，但在絮凝浓缩后，PAM在污泥中的浓度显著升高。当污泥进入厌氧消化或热化学处理阶段时，PAM不仅可能部分水解被微生物利用，更会在高温下分解产生丙烯酰胺单体等神经毒素，或转化为溶解性含氮化合物及含氮废气，从而带来潜在的环境风险。目前，关于PAM在污泥热化学处理中的具体转化机制，学术界尚缺乏系统性研究。
本研究针对水热碳化（HTC）和热解两种主流污泥热化学处理工艺，深入探究了PAM的转化行为。在水热碳化实验中，当反应温度处于150至240°C区间时，通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术对液相产物进行了详尽分析。结果显示，共鉴定出81种化合物，其中包含35种碳质化合物和46种含氮化合物。当温度低于150°C时，PAM侧链与主链的分解较为温和；然而，一旦温度超过180°C，脱氨基反应显著增强，同时液相pH值下降，这归因于高分子多元酸分解为低分子量有机酸。计算表明，在180-240°C条件下，PAM对液相中铵态氮和总氮的贡献率分别高达53.9-61.1 mg/g和65.3-94.2 mg/g。
针对热解过程，利用热重-傅里叶变换红外光谱（TG-FTIR）技术，将PAM在30至1000°C范围内的质量损失划分为五个阶段。第一阶段主要对应吸附水和有机溶剂的去除；第二阶段推测为分子内分解，伴随CHx和C=C基团的消除；随后的第三、四、五阶段则主要由酰胺基团和CO2的释放主导。此外，研究还发现固体残渣中的碳会将部分CO2还原为一氧化碳（CO）。对于污泥与PAM的混合物，由于两者分解峰的重叠，其热解过程主要呈现为三个阶段，且释放的气体产物（如NH3、HCN、CO2等）随温度变化呈现出独特的演化规律。
从环境 implications 来看，这些发现对污水处理厂优化污泥处置工艺具有重要指导意义。通过精确控制水热碳化温度，可以有效调控PAM的降解路径和产物特性，从而减少有害物质的生成。同时，对热解过程中碳质和含氮气体排放温度区间的精准掌握，有助于设计更高效的废气捕获与处理系统，降低空气污染及温室效应风险。LC-MS鉴定出的81种化合物清单，也为开发针对性的水质评估方法和制定更严格的环境标准提供了数据支撑。
对于中国污水处理行业而言，随着污泥无害化与资源化处置要求的日益严格，深入理解PAM等化学药剂在热化学处理中的转化机制，是规避二次污染风险、提升污泥炭化产品安全性的关键。中国企业在引进或升级污泥热解、水热碳化技术时，应重点关注反应温度对含氮气体排放及液相毒性的影响，建立基于产物谱系的工艺优化模型，以确保处置过程的环境友好性与合规性。
