一、 理論研究階段(1980-1990年)
這個階段的研究集中在污泥碳化機理的研究上。這個階段一個突出特點就是大量的專利申請。Fassbender, A.G等人的STORS專利，Dickinson N.L污泥碳化專利都是在這期間申請和批準的。
早在1920年代，國外學者就發(fā)現(xiàn)，使用低溫碳化技術可以將普通的煤轉(zhuǎn)化為一種無煙燃燒的煤，并可生產(chǎn)出大量的焦炭。隨后，有大約5種工藝在美國、加拿大、歐洲和日本研發(fā)和試用，但最終，只有美國賓夕法尼亞州匹斯堡的Disco工藝最終獲得了成功。
Disco工藝使用的是一種臥式旋轉(zhuǎn)反應罐(rotating horizontal retorts)，匹斯堡工廠共有8臺反應罐，每天可生產(chǎn)800噸碳化無煙煤，工廠于1947年建成，當時的造價是300萬美元。該工藝的過程是首先將煤在有氧條件下烘烤預熱，在無氧旋轉(zhuǎn)爐中加熱，預熱的煤與部分返回的碳化顆粒一同在旋轉(zhuǎn)爐中滾動，形成小球，這樣可以防止原料粘附在爐壁。最終的產(chǎn)品小球經(jīng)過格柵過濾成為產(chǎn)品，銷售給城市居民。旋轉(zhuǎn)爐中產(chǎn)生的可燃氣和焦油被回收作為燃料使用。這種工藝就是目前日本流行的高溫污泥碳化技術的雛形。(參考文獻：Overview of Low Temperature Carbonization，ISFTA – May 2004)
1980年，加拿大曾經(jīng)建設了一個每天可處理25噸污泥的試驗工廠，該工廠的處理工藝是先通過機械方法將污泥中的大部分水和無用泥沙去掉，再將污泥 烘干，然后將干污泥放進一個450℃的蒸餾器中，在與氧隔絕的條件下進行蒸餾。結果，氣體部分變成了燃油，固體部分成為碳。每噸污泥可產(chǎn)出2桶與柴油相似的燃料和半噸燒結碳。
1986年，日本通產(chǎn)省工業(yè)技術院公害資源研究所的研究證明，干燥的污泥中含有84%的有機物，可以燃燒；有機物中含碳49%，含氧39%，含氫8%，含氮3.7%。把干燥污泥放入一個300℃的高溫反應器內(nèi)，加上1.22×106帕大氣壓，可以產(chǎn)生出重油。
美國在1978至1990年間有許多專利，并進行了許多小型的試驗。這些試驗證明，在無氧狀態(tài)下，通過給污泥加溫和加壓，可以將污泥轉(zhuǎn)化為重油和碳，當溫度較高時(例如400℃以上時)，可以產(chǎn)生重油和碳，當溫度較低時(例如250-350℃)，污泥只產(chǎn)生碳，不產(chǎn)生重油。生產(chǎn)出來的碳的燃值與污泥的原始成分有關，一般來說，污泥中有機成分越高，生產(chǎn)出來的碳的燃值越高。例如，未消化的污泥就比消化污泥生產(chǎn)出來的碳的燃值高。在美國，污泥產(chǎn)出碳的燃值通常與褐煤的燃值(4000大卡/kg)不相上下。
現(xiàn)在世界上污泥低溫碳化最成功的當屬美國亞特蘭大州的Enertech公司。該公司的創(chuàng)始人Dickinson N.L一生致力于污泥碳化技術的研究，他本人在污泥碳化方面共有13項專利。最早的5項專利于1978年至1980年申請。1984年至1991年間，Dickinson又有6項關于碳化的專利，1994，1995年Dickinson又有2項專利，是以Enertech公司名義申請的。目前，這13項專利均為Enertech公司所有。其中最關鍵的2項已經(jīng)申請了國際專利，受專利保護協(xié)約保護。其中，US5685153號專利(Dickinson的最后1項專利)1994年也在中國申請了專利，于2000年得到了批準。
美國Thermo Energy公司的創(chuàng)始人Fassbender, A.G在1986年曾經(jīng)做過一個實驗，采用碳化技術，將市政脫水污泥轉(zhuǎn)化成重油。試驗裝置的能力為30 L/h，得到的重油的燃燒值可以達到80%-90%普通柴油的發(fā)熱值。Fassbender, A.G將這個工藝命名為STORS工藝(Sludge To Oil Reactor System)。(參考文獻 STORS: The Sludge To Oil Reactor System，1986年6月)
Enersludge技術1980年由Bayer教授在德國Tubingen大學發(fā)明，后來，這個實驗室規(guī)模的技術出售給了加拿大政府環(huán)保局。1989年又轉(zhuǎn)賣給了ESI。在隨后的5年中，ESI與發(fā)明人Bayer教授緊密合作，發(fā)明了Enersludge技術。Enersludge 是一種慢分解技術，通過無氧條件下的高溫450℃，常壓(1.5kPa)，污泥中的分子重新組合，形成蒸餾氣(syngas)和炭(Char)。蒸餾氣經(jīng)冷凝，可形成油。Enersludge要求輸入污泥的含水率不超過10%，因此，污泥需要先重慶干化。
二、 小規(guī)模生產(chǎn)試驗階段(1990-2000年)
隨著污泥碳化理論研究的深入，隨著化驗室試驗的成功，人們開始思考將污泥碳化技術轉(zhuǎn)變成為真正商業(yè)化污泥處理的裝置。在大規(guī)模商業(yè)化之前，為了減少投資風險，需要對該技術進行小規(guī)模生產(chǎn)性試驗(Pilot Trial)。通過這些試驗，污泥碳化技術開始從實驗室走向工廠。這期間設計和制造了許多專用設備，解決了大量實際工廠化的技術問題。這個階段的特點如下。
(1) 規(guī)模小。
例如1997年日本三菱在宇部的污泥碳化廠規(guī)模為20噸/天，采用的是Enertech的低溫碳化工藝；
1992年，日本ORGANO公司在東京郊區(qū)建了一個污泥碳化試驗廠，采用的是Thermo Energy的STORS工藝；
1997年Thermo Energy 在加利福尼亞州Colton市建立了一個污泥碳化實驗廠規(guī)模為每天處理5噸干泥，采用是STORS工藝。
1996年，澳大利亞ESI公司與Subiaco WWTP in Perth, Western Australia 簽約，DBO建設一座25 dry tpd 能力的污泥碳化處理廠，采用的是Enersludge 工藝。合同中包括運行一年。這個合同應該是上個世紀90年代建設的生產(chǎn)規(guī)模更大的污泥碳化工廠。
(2) 試驗資金來自大公司和政府，而不是商業(yè)用戶。
例如，在日本的試驗均來自大公司，在加州的試驗資金是來自美國EPA。
(3) 試驗均取得了一定的成果，可以產(chǎn)出一部分碳化物。
但試驗也暴露了污泥碳化技術存在的一些問題。首批試驗工廠并沒有導致直接的商業(yè)訂單。至今為止，上面列舉的所有污泥碳化工廠均已關閉。
三、 大規(guī)模的商業(yè)推廣階段(2000-)
進入21世紀以后，污泥碳化技術有了較快速的發(fā)展。各種污泥碳化技術逐漸成熟，與污泥碳化配套的設備也日趨完善。污泥碳化開始了大規(guī)模的商業(yè)推廣。另外，全球環(huán)保意識的增強，也是導致污泥碳化技術大規(guī)模商業(yè)推廣的重要因素。
在日本，80%的污泥的最終處置方法是焚燒。但由于近年來發(fā)現(xiàn)焚燒存在劇毒二惡英污染的隱患，所以日本環(huán)保部門對焚燒排出的氣體提出了更加嚴格的要求，使得本來成本就很高的焚燒工藝的成本更加提高。日本人的眼光開始轉(zhuǎn)向污泥碳化。
為了取代焚燒工藝，目前，日本已經(jīng)有多家公司生產(chǎn)和銷售碳化裝置。比較的有荏原公司的碳化爐，三菱公司橫濱制作所的污泥碳化裝置，巴工業(yè)公司每天處理10噸，30噸的污泥碳化裝置。2005年日本東京下水道技術展覽會上，日本日環(huán)特殊株式會社甚至推出了標準的污泥碳化減量車。該車可以隨時到任何有污泥的場所對污泥進行碳化。這些發(fā)展表明，碳化技術已趨于成熟。
在美國，很多州的污泥過去都采用填埋。由于發(fā)現(xiàn)污泥中包含的有害物質(zhì)對地下水的污染，未處理污泥填埋后造成填埋場對環(huán)境的危害，美國EPA頒布了新的填埋標準。過去的未達標的污泥(Class B污泥)將不再允許填埋，只有達標污泥(Class A污泥)才允許填埋。這項標準的頒布，使得現(xiàn)有的污水處理廠只有投入巨大的重慶污泥處置成本，才能對其污泥進行處置。另外，美國現(xiàn)有的填埋場已經(jīng)接近飽和，開辟新的填埋場越來越困難。許多州、郡都在醞釀在本地區(qū)內(nèi)發(fā)布“禁埋令”。污泥碳化技術可以將污泥處理成為資源，可以一勞永逸地解決一個地區(qū)的污泥問題，所以受到美國許多地方政府的青睞。
經(jīng)過近6年的籌劃、談判，美國加州的Rialto市決定同意美國Enertech公司在Rialto市的污水處理廠旁，建設一座日處理能力為675噸污泥的污泥低溫碳化工廠。建廠的方式為Enertech自行籌集資金建設，Enertech以收費處理方式接受加州5個市、郡的污泥。Enertech采用自己的SlurryCabTM工藝。Enertech生產(chǎn)出的碳化物出售給臨近的三菱水泥廠。該廠于2008年10月開始試運行，至今仍在正常運行中。
日本巴工業(yè)(TOME)公司的高溫污泥碳化裝置2000年在日本試驗成功，并始終保持連續(xù)運行。2011年10月，武漢市湯遜湖污水處理廠采用巴工業(yè)高溫碳化技術的10噸/天的處理裝置正式通過當?shù)卣尿炇铡?/span>
日本東京市政府投資50億日元(4200萬美元)，處理量每天300噸，碳化后的污泥供給電廠發(fā)電。處理成本約為5000日元(42美元)/噸，與在日本焚燒-填埋的成本相等。該技術由日本三菱重工提供，采用的是日本流行的高溫碳化技術。系統(tǒng)從2007年11月開始投產(chǎn)運行。日本東京市政府的新聞報導中說，這樣的工程在日本是次。
2011年8月，中國首座采用低溫碳化技術的污泥處置系統(tǒng)在山西省晉中市第二污水廠投入使用。該套系統(tǒng)的技術所有權為太原正陽環(huán)境工程有限公司擁有，采用的絕大部分設備均為中國制造，處理能力為100噸/天。處理成本約100元/噸人民幣左右
