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随着社会经济的发展，我国污泥产量与日俱增。我国污泥组成成分较为复杂，其中含有大量的病菌、重金属以及有机物，处理不当会对生态环境以及人类自身健康造成危害。目前，污泥主要通过卫生填埋、土地利用、焚烧等方式进行处理，但这些处理方式不能从根本上解决污泥对自然环境和人畜健康的危害。
将污泥作为烧培污泥陶粒的原材料是目前研究的热点问题。在制备污泥陶粒的过程中，污泥中病菌和有机物在高温中被完全杀灭，重金属物质会固结在陶粒内部，实现了无害化、资源化处理污泥，并可以取得一定的经济效益。
采用制备污泥陶粒的方法解决污泥处理同样存在问题。这种方法工艺较为繁琐，生产耗能较高，在对污泥进行烘干处理时会产生刺鼻的气味，严重影响工厂周边空气质量。这些缺点制约了这种污泥处理方法的进一步发展与应用。本试验根据目前制备污泥陶粒存在的不足之处做了以下工作：
(1)本试验采用污泥与粘土为试验原材料，通过X射线荧光光谱分析仪(XRF)分析原材料的化学组成，确定出试验原材料的配比范围。试验针对传统烧培污泥陶粒工艺的缺点与不足进行优化，提出了免烘干不预热烧培污泥陶粒的新工艺(以下简称新工艺)。采用实际生产污泥陶粒较为常用的污泥掺量，分别使用新工艺与传统工艺制备污泥陶粒，发现新工艺制备出的污泥陶粒的吸水率与单颗抗压强度与传统工艺相比性能基本一致，且新工艺制备出的污泥陶粒堆积密度更低。这证明采用新工艺制备污泥陶粒是可行的，并且能达到节约生产成本、降低生产能耗的目的。
(2)以污泥陶粒的吸水率、单颗抗压强度以及堆积密度为衡量指标，通过单因素试验以及正交试验，分析了新工艺的生产过程中各个工艺参数对污泥陶粒性能的影响。结果如下：
随着脱水污泥含水率的增加，污泥陶粒的吸水率呈现先上升、后下降的趋势，污泥陶粒的堆积密度呈现下降趋势，污泥陶粒的单颗抗压强度与脱水污泥含水率无关。
随着烧培温度的增加，污泥陶粒的吸水率呈现先上升、后下降的趋势，污泥陶粒的堆积密度呈现下降趋势，污泥陶粒的单颗抗压强度呈现下降趋势。
随着污泥陶粒烧培时间的增加，污泥陶粒的吸水率呈现下降趋势，污泥陶粒的堆积密度呈现下降趋势，污泥陶粒的单颗抗压强度呈现下降趋势。
随着污泥掺量增加，污泥陶粒的吸水率呈现下降趋势，污泥陶粒的堆积密度呈现上升趋势，污泥陶粒的单颗抗压强度呈现上升趋势。
通过正交试验的极差和方差分析可以得出，对于污泥陶粒的堆积密度，三个水平因素影响力由大到小为：烧培温度、烧培时间、脱水污泥掺量，其最优工艺为：污泥掺量30%、烧培温度1200℃、烧培时间为15min，其堆积密度为244Kg·m-3。对于污泥陶粒的吸水率，三个水平因素影响力由大到小为：烧培时间、烧培温度、脱水污泥掺量，最大吸水率的最优工艺为：污泥掺量40%、烧培温度1150℃、烧培时间为10min，其吸水率为15.62%，最小吸水率的最优工艺为：污泥掺量50%、烧培温度1200℃、烧培时间为15min，其吸水率为4.88%。对于污泥陶粒的单颗抗压强度，三个水平因素影响力由大到小为：烧培温度、烧培时间、脱水污泥掺量。最优烧培工艺为：污泥掺量50%、烧培温度1150℃、烧培时间为5min，其单颗抗压强度为1.47MPa。
(3)通过X射线衍射分析(XRD)技术和扫描电子显微镜(SEM)对采用不同工艺烧培出的污泥陶粒以及制备流程中的胚体样品可以发现，采用新工艺与传统工艺制备出的污泥陶粒的矿物组成基本一致，新工艺下的烧培过程以及传统工艺的预热、烧培流程对污泥陶粒的矿物组成影响较小。对污泥进行烘干处理后制备出的污泥陶粒生料球内部颗粒大小更加均匀，预热过程会使得污泥陶粒胚体变得更加密实，传统工艺制备出的污泥陶粒与新工艺制备出的污泥陶粒相比，传统工艺生产出的污泥陶粒内部孔隙孔径大多小于5μm，而新工艺生产出的污泥陶粒内部孔隙孔径大小较为接近，大多数孔隙的孔径大小在10μm~20μm。
(4)以重庆市合川区污泥陶粒厂为例，该厂污泥陶粒年产量为18万吨，与采用传统工艺制备污泥陶粒相比，采用新工艺制备污泥陶粒可节省干化粉碎污泥、粘土的耗能，有效地降低了污泥陶粒的生产成本。经计算该厂采用新工艺制备污泥陶粒一年可节省成本54.78万元，提前0.6年收回工厂建设成本和生产运行成本，可以提升污泥陶粒的生产效率并取得良好的经济效益。
综上所述，本研究采用污泥与粘土作为制备污泥陶粒的原材料，提出了新的污泥陶粒烧培工艺，验证了该新工艺的可行性，该工艺可以在保证污泥陶粒性能的同时，达到节约能耗、降低成本、提升生产效率，以期为今后污泥陶粒的实际生产提供一定的参考价值。
将污泥作为烧培污泥陶粒的原材料是目前研究的热点问题。在制备污泥陶粒的过程中，污泥中病菌和有机物在高温中被完全杀灭，重金属物质会固结在陶粒内部，实现了无害化、资源化处理污泥，并可以取得一定的经济效益。
采用制备污泥陶粒的方法解决污泥处理同样存在问题。这种方法工艺较为繁琐，生产耗能较高，在对污泥进行烘干处理时会产生刺鼻的气味，严重影响工厂周边空气质量。这些缺点制约了这种污泥处理方法的进一步发展与应用。本试验根据目前制备污泥陶粒存在的不足之处做了以下工作：
(1)本试验采用污泥与粘土为试验原材料，通过X射线荧光光谱分析仪(XRF)分析原材料的化学组成，确定出试验原材料的配比范围。试验针对传统烧培污泥陶粒工艺的缺点与不足进行优化，提出了免烘干不预热烧培污泥陶粒的新工艺(以下简称新工艺)。采用实际生产污泥陶粒较为常用的污泥掺量，分别使用新工艺与传统工艺制备污泥陶粒，发现新工艺制备出的污泥陶粒的吸水率与单颗抗压强度与传统工艺相比性能基本一致，且新工艺制备出的污泥陶粒堆积密度更低。这证明采用新工艺制备污泥陶粒是可行的，并且能达到节约生产成本、降低生产能耗的目的。
(2)以污泥陶粒的吸水率、单颗抗压强度以及堆积密度为衡量指标，通过单因素试验以及正交试验，分析了新工艺的生产过程中各个工艺参数对污泥陶粒性能的影响。结果如下：
随着脱水污泥含水率的增加，污泥陶粒的吸水率呈现先上升、后下降的趋势，污泥陶粒的堆积密度呈现下降趋势，污泥陶粒的单颗抗压强度与脱水污泥含水率无关。
随着烧培温度的增加，污泥陶粒的吸水率呈现先上升、后下降的趋势，污泥陶粒的堆积密度呈现下降趋势，污泥陶粒的单颗抗压强度呈现下降趋势。
随着污泥陶粒烧培时间的增加，污泥陶粒的吸水率呈现下降趋势，污泥陶粒的堆积密度呈现下降趋势，污泥陶粒的单颗抗压强度呈现下降趋势。
随着污泥掺量增加，污泥陶粒的吸水率呈现下降趋势，污泥陶粒的堆积密度呈现上升趋势，污泥陶粒的单颗抗压强度呈现上升趋势。
通过正交试验的极差和方差分析可以得出，对于污泥陶粒的堆积密度，三个水平因素影响力由大到小为：烧培温度、烧培时间、脱水污泥掺量，其最优工艺为：污泥掺量30%、烧培温度1200℃、烧培时间为15min，其堆积密度为244Kg·m-3。对于污泥陶粒的吸水率，三个水平因素影响力由大到小为：烧培时间、烧培温度、脱水污泥掺量，最大吸水率的最优工艺为：污泥掺量40%、烧培温度1150℃、烧培时间为10min，其吸水率为15.62%，最小吸水率的最优工艺为：污泥掺量50%、烧培温度1200℃、烧培时间为15min，其吸水率为4.88%。对于污泥陶粒的单颗抗压强度，三个水平因素影响力由大到小为：烧培温度、烧培时间、脱水污泥掺量。最优烧培工艺为：污泥掺量50%、烧培温度1150℃、烧培时间为5min，其单颗抗压强度为1.47MPa。
(3)通过X射线衍射分析(XRD)技术和扫描电子显微镜(SEM)对采用不同工艺烧培出的污泥陶粒以及制备流程中的胚体样品可以发现，采用新工艺与传统工艺制备出的污泥陶粒的矿物组成基本一致，新工艺下的烧培过程以及传统工艺的预热、烧培流程对污泥陶粒的矿物组成影响较小。对污泥进行烘干处理后制备出的污泥陶粒生料球内部颗粒大小更加均匀，预热过程会使得污泥陶粒胚体变得更加密实，传统工艺制备出的污泥陶粒与新工艺制备出的污泥陶粒相比，传统工艺生产出的污泥陶粒内部孔隙孔径大多小于5μm，而新工艺生产出的污泥陶粒内部孔隙孔径大小较为接近，大多数孔隙的孔径大小在10μm~20μm。
(4)以重庆市合川区污泥陶粒厂为例，该厂污泥陶粒年产量为18万吨，与采用传统工艺制备污泥陶粒相比，采用新工艺制备污泥陶粒可节省干化粉碎污泥、粘土的耗能，有效地降低了污泥陶粒的生产成本。经计算该厂采用新工艺制备污泥陶粒一年可节省成本54.78万元，提前0.6年收回工厂建设成本和生产运行成本，可以提升污泥陶粒的生产效率并取得良好的经济效益。
综上所述，本研究采用污泥与粘土作为制备污泥陶粒的原材料，提出了新的污泥陶粒烧培工艺，验证了该新工艺的可行性，该工艺可以在保证污泥陶粒性能的同时，达到节约能耗、降低成本、提升生产效率，以期为今后污泥陶粒的实际生产提供一定的参考价值。