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1、硕士专业学位论文利用污泥制备劈离砖工艺技术研究摘 要城市污水厂污泥（简称污泥）是污水处理厂排放的一种固体废弃物，含有大量水分（9599%）、毒害性有机物、致病生物、无机矿物和重金属等，具有产量大、不稳定、易腐败、有毒有害、有恶臭、难处理等特点，对生态环境和人类健康具有长期潜在的危害性。污泥的资源化利用是现阶段污泥处理与处置的主要研究方向，其中比较成熟的技术有土地利用、焚烧、热解以及制备建筑材料等。然而这些现存技术普遍存在着污泥干燥成本高、产品质量难以达标、产品附加值低等缺点和不足。劈离砖作为一种中高档类的建筑装饰用瓷质砖，其原料来源广泛、制备工艺简单、生产成本低，具有很强的实用性和潜在市场竞争
2、力。目前，劈离砖在消纳和利用各种低质原料和固体废弃物方面的优势与潜力日益凸显，相关领域的研究与应用成果日趋成熟。本文提出了利用污泥制备劈离砖的工艺技术，即：将污泥作为劈离砖的主要原料经过配料、湿法球磨、压滤脱水、真空练泥、陈腐、挤压成型、干燥以及烧成等工艺工序制备劈离砖。实验依据传统劈离砖的制备配方设计了不同污泥掺量的系列配方，并通过对各混合料球磨浆料的压滤性能测试、泥段的加工性能测试以及生坯等的干燥性能和烧成性能等实验遴选出了最佳配方（污泥掺量最高的可行配方），并在此基础上进行了详细的中火保温和高温烧结实验。最后，实验对由最佳配方在最佳工艺条件下制备的样品进行了物理化学性能测试及表征。实验结
3、果显示，本实验工艺中的最佳污泥劈离砖配方为污泥掺量高达60%、英山长石掺量为20.63%、石英砂掺量为5.2%、高岭土掺量为14.14%的配方。其混合料经醋酸改性后具有良好的压滤性能，且其泥段的加工性能和湿生坯的干燥性能较好，其最佳的实验室烧成工艺制度为：700中火保温10 min，1200高温煅烧15 min。由最佳配方在最佳工艺条件下制备的样品吸水率为1.03%，断裂模数24.8 MPa，均能满足国际标准“ISO 13006:1998”对AI级劈离砖的要求。XRD分析测试表明样品以石英为主晶相，另含莫来石和钠长石；SEM图片显示样品为多孔结构；重金属固化测试表明样品重金属固化效果较好，重金
4、属浸出量远低于标准“U.S. Code of Federal Regulation (40 CFR 261.24)”中的相应要求。本论文直接取用污泥制备劈离砖，无需干燥预处理，同时烧成时生坯中的大量有机物可作为砖坯内燃料，能够节省大量能耗。污泥劈离砖属于陶瓷类产品，对重金属具有很好的固化效应。本产品具有较高的市场附加值，工业生产时可以获得较高的经济效益。综上所述，该技术切实可行有望成为各大城市决策污泥处理处置技术的优选方案，具有较佳的成果应用和产业化前景。关键词：废物资源化 建筑材料 陶瓷 劈离砖 污泥Direct-utilization of Sewage Sludge to Prepare
5、 Split TilesABSTRACTMunicipal sewage sludge (MSS) is a kind of solid waste discharged by domestic wastewater treatment plants, and contains a great amount of pollutants such as organic contaminants, heavy metals, pathogenic microorganisms and so on, which easily lead to serious secondary environment
6、al pollutions. Therefore, much attention has been paid to the pollution controls of MSS worldwide, due to the growing social and environmental pressure. Moreover, it is more significant to develop the recycling technologies of MSS while solving its environmental pollutions. Quantities of investigati
7、ons in this field have been carried out, and the main technologies include composting, anaerobic digestion, combustion, thermolysis, producing building materials, and so on. However, these as-result resolutions are still hindered considering such problems as high cost of drying pretreatment of MSS,
8、low quality and price of the as-received target products.Split tile, a kind of medium-grade and/or top-grade ceramic tiles used for the decoration of buildings, is being more and more popular for its low requirements on raw materials, simple and feasible process technology and its low production cos
9、t. Series of Outstanding studies on the reclamation of low-grade materials and solid wastes to prepare split tiles have been carried out so far.In this paper, a novel proposal on direct-utilization of crude MSS as main raw material to prepare split tiles (i.e. MSS split tiles) was designed and teste
10、d by the authors. MSS split tiles are produced generally by such procedures as wet ball-milling, filter-pressing, vacuum pug-milling, aging, extrusion-forming, drying and sintering according to the as-designed process technology. A succession of formulations of batch mixtures with MSS incorporation
11、from 50% to 60% for MSS split tile was designed. A series of formulation experiments and physical and chemical characterizations, like filter-pressing properties of ball-milled pug, plasticity and handling characteristics of the hydrated mud and the firing properties of the green bodies were carried
12、 out. After being comprehensive evaluated on all the key properties, the best formulation (i.e. the feasible one with the highest incorporation of MSS) was determined and some further experiments on the firing procedure of it were explored and developed. In the end, the “best” MSS split tile samples
13、 came from the best formulation and prepared through the optimized procedure were characterized and examined.The results confirm that the optimal formulation with maximum MSS content composes of 60 wt.% crude MSS, 15.2 wt.% quartz, 20.6 wt.% feldspar and 14.2 wt.% kaolin and acetic acid as a modifie
14、r. The filter-pressing properties of ball-milled pug, plasticity and handling characteristics of the hydrated mud and the firing properties of the green bodies about the optimal formulation are all well with an as-determined firing system: firing the green bodies at 700 for 10 min, and sintering the
15、m at 1200 for 15 min. The “best” MSS split tile samples came from the best formulation and prepared though the optimized procedure have the bending strength of 25.5 MPa and the water absorption of 1.14 wt.% respectively, meeting the property requirement of AI-grade split tiles in ISO 13006:1998. XRD
16、 test confirms that the samples are mainly composed of quartz and mullite. TCLP test reveals that the samples have a good solidification of heavy metals, and leaching values of heavy metals are far lower than the regulatory levels required by the U.S. Code of Federal Regulation (40 CFR 261.24).In th
17、is paper, without being pretreated, the crude MSS is directly utilized to prepare split tile and the bioenergy in organic matter can be released and recycled during the firing procedure, which is favorable to save energy and cost of recycling MSS. Moreover, the as-resulted MSS split tile, a certain
18、porcelain tile, are satisfying in solidifying heavy metals. And split tile, a popular product that is greatly accept has high added value, which would give rise to a pleased industrially application in future.To sum up, direct-utilization of sewage sludge to prepare split tile proposed and tested in
19、 this paper is feasible, and maybe the best choice to dispose MSS, which reveals a beautiful prospect. Keywords: Waste recycling, Building materials, Ceramics, Split tile, Sewage sludge目 录第一章 绪论41.1 城市生活污水污泥概况41.1.1 污泥的产生与排放41.1.2 污泥的组成概况41.1.3 污泥的环境危害41.2 污泥资源化利用研究现状41.2.1 土地利用41.2.2 焚烧41.2.3 热解41.
20、2.4 制备建筑材料41.3 污泥资源化利用技术发展趋势41.3.1 现有技术存在的问题41.3.2 污泥资源化技术发展趋势41.4 劈离砖概况41.4.1 劈离砖的定义与分类41.4.2 劈离砖的生产工艺41.4.3 固体废弃物在劈离砖制备中的应用概况41.5 论文研究与意义41.4.1 研究思路41.4.2 研究总体目标41.4.3 总体研究方案和内容41.4.4 创新点4第二章 污泥劈离砖制备工艺设计42.1 利用污泥制备劈离砖工艺设计42.1.1 工艺设计和流程42.1.2 工艺步骤和内容42.2 利用污泥制备劈离砖的基本工艺设计原理42.2.1 混合料配方设计42.2.2 混合泥料脱
21、水42.2.3 混合泥料的练泥和陈腐42.2.4 劈离砖坯体的烧成42. 3 工艺技术特点、优势及研究意义42.3.1 技术特点与优势分析42.3.2 研究意义分析4第三章 利用污泥制备劈离砖工艺实验43.1 污泥物化性能分析43.1.1 污泥样品的化学组成43.1.2 污泥样品的矿物组成43.1.3 污泥样品热分析43.1.4 污泥样品可塑性指数43.2 辅助原料43.3 仪器设备43.4 实验总体方案43.4.1 实验工艺流程43.4.2 实验操作步骤43.4.3 实验研究内容43.5 物理化学性能检测与表征手段4第四章 基础实验结果与讨论44.1 配合浆料压滤性能研究44.1.1 实验方
22、案44.1.2 结果与讨论44.2 配合料泥段加工性能44.2.1 实验方案44.2.2 结果与讨论44.3 配合料坯体的烧成性能44.3.1 实验方案44.3.2 结果与讨论44.4 本章小结4第五章 优化实验结果与讨论45.1 劈离砖坯体中火保温烧成实验45.1.1 中火保温温度实验及结果分析45.1.2 中火保温时间实验及结果分析45.1.3 中火保温实验总结45.2 劈离砖坯体的高温烧结实验及结果分析45.2.1 高温烧结温度实验及其结果分析45.2.2 高温烧结时间实验及结果分析45.2.3 高温烧结实验总结45.3 劈离砖样品性能检测45.3.1 劈离砖样品的物理性能检测45.3.
23、2 劈离砖样品矿物组成分析45.3.3 劈离砖样品微观结构表征45.3.4 劈离砖样品浸出毒性鉴别45.4 本章小结4第六章 结论4致 谢错误！未定义书签。参考文献4中国地质大学全日制硕士专业学位论文55第一章 绪论1.1 城市生活污水污泥概况1.1.1 污泥的产生与排放城市污水厂污泥（简称污泥）是污水处理后的一种非均质体，主要由水分（9599%）、有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成，是一种成分极为复杂的固体和液体混合物。城市生活污水和工业污水等城市污水，经过城市污水厂处理后，其中的部分污染物转化为可沉降物质并予以排除，即为城市污水厂污泥。中国环境状况公报1显示，2009年，我国投入运营
24、的城镇污水处理厂1959座，总设计处理能力达到10441万m3/d，实际日平均处理量为7831万m3，其中新增城市污水日处理能力1330万m3。2010年我国城镇污水处理能力已达到1.22亿m3，同时城镇污水处理厂已达2600多座，新建和在建城镇污水处理厂1800多座2，城市污水处理率由2005年的52%提高到75%以上。截止到2011年底，我国投入运行的污水处理厂已达到3100多座，设计处理生活污水能力达到1.39亿m3/d，产生含水率80%的污泥2000多万t/d3。污水处理后必然排出污泥，其产量通常占污水处理量的0.30.5%（以含水率97%计）。随着城市人口规模迅猛发展、城市耗水量的急
25、剧增加以及污水处理设施的普及、污水处理量的增加，污泥的产生量也必将大幅增长。相关资料表明，我国城市生活污水污泥产量以每年约10%的速率增长。与此同时，我国污泥中只有约10%经过堆肥处理后回用到土地，20%被卫生填埋，约70%的污泥都只是简单外运、随意填埋或堆放，“重水轻泥”现象比较严重3-9。1.1.2 污泥的组成概况污泥是一类含水率极高的半固体胶状废弃物，常呈灰黑色，具有不稳定、易腐败、有毒有害、有恶臭等特点。其成分组成非常复杂10,11，主要含有如图1-1所示的各种体系成分12。（1）有机质污泥中含有大量的N、P等有机生物质，占污泥干重的3065%13-15，主要为：木质素、蛋白质、脂肪、
26、纤维素、糖类以及一些醇、酸、醚、酯等化合物。这些有机物一方面与水具有很强的亲和性，导致污泥压滤脱水极其困难16-19；另一方面极易腐化变质，滋生寄生虫、细菌、病毒等并产生恶臭，对生态环境造成持续性的毒害和污染。（2）无机物从矿物组成的角度来看，污泥中的无机物主要为高岭石、伊利石、蒙脱石等粘土矿物和较少的石英、长石、方解石、白云石等瘠性矿物；从化学元素组成来看，污泥中含有较多的Si、Al、Ca、Mg以及相对较少的Na、K等12,20-24。（3）污染物与毒害物作为城市生活污水经过浓缩等处理后产生的副产物，污泥富集了城市生活污水中的各种污染物与毒害物，其中有AOX、PCBs、滴滴涕、二噁英等高达4
27、00多种的有机毒害物10,11,24-27，、占污泥干重0.52%的砷、镉、铬、汞、铅、铜、锌以及镍等难处理重金属28-32；以及种类繁杂的各种寄生虫卵、有害昆虫卵、病毒、致病细菌等生物毒害物10,11,25,33-38。图1-1 城市污泥的基本组成描述体系1.1.3 污泥的环境危害污泥作为城市污水处理后的固体废弃物，若随意弃置，将会造成严重的污染事故。2009年，北京环兴园环保科技有限公司将6000余吨污泥直接倾倒在砂石坑中，所造成的污染损失和治理费用经评估超过1亿元，造成了严重的环境污染。污泥污染主要表现在对土壤、水体、大气等社会环境和自然生态造成各种直接和间接的危害10,11,25,39
28、-43。（1）污泥对土壤的危害污泥的堆放搁置会侵占大量的土地资源，同时污泥中的各种可溶性有机污染物、病原体、高毒性有机物以及一些盐分等极易随雨水进入土壤，杀死土壤中微生物，破坏土壤生态环境并改变土壤的性质和结构。污泥中难迁移、易富集、危害大的重金属成分亦会渗透入土壤环境中，并在土壤生态系统中富集；同时污泥中有机质腐烂后极易滋生各种致病微生物，从而对生态系统造成长期、潜在的危害。（2）污泥对水体的危害污泥含有大量的N、P、K等营养元素，极易导致水体富营养化；同时污泥中的大量有机腐败物、毒性有机物以及致病微生物极易在水体中扩散，污染并破坏径流、湖泊、地下水等水体环境致使水生动物死亡，水体发臭。重金
29、属成分亦会在水体中扩散并经生物食物链系统富集。可见，一旦污泥进入水体，将会产生极为严重的后果。（3）污泥对大气的危害污泥中的大量有机物极易腐败产生甲烷、二氧化碳等温室气体以及各种刺激性毒害物：气体方面，如臭鸡蛋味的硫化氢，烂洋葱味的硫醇类，鱼腥味的胺类，以及酰胺、吲哚、氮氧化物、硫氧化物、二噁英；液体方面，如酚、醇、醛、酮以及有机酸等。同时污泥中的卤代烷烃类、多环芳烃、多氯联苯、致病菌以及重金属等各种毒害物也极易以气溶胶形式随空气漂浮并扩散从而造成危害。1.2 污泥资源化利用研究现状污泥处置技术中最为传统、最为经典的就是填埋处置技术，然而该技术既浪费了污泥中可资源化利用的成分，又无法从根本上消
30、除污泥的危害，是一种短浅并且有着许多不足的处置方法44,45。在建立资源节约型社会背景下，随着环保理念的普及和对污泥可资源化利用的深入认识，污泥的资源化综合利用才是符合解决污泥环境污染和合理利用资源等理念的最佳处置方式。目前，国内外污泥资源化利用技术主要有：土地利用、焚烧、热解以及制备建筑材料等。1.2.1 土地利用污泥的土地利用包括农业利用、绿地利用、森林利用和土地恢复等。污泥土地利用一般需经过堆肥发酵进行稳定化处理。何泽坚、刘慧慧、丁文川、何品晶等12,46-49对污泥堆肥发酵进行了深入的研究：污泥堆肥可以有效降解污泥中各种有机质，消除其毒害性，杀死其中的大部分病原菌、寄生虫卵、病毒以及植
31、物种子，同时可优化真菌、铵化细菌及硝化细菌等菌种菌落等，从而可以很好地消除污泥臭味、大大降低其毒害性。另外，堆肥熟化后的污泥含有丰富的氮、磷、钾和腐殖质等成分能够很好地促进植物生长，并改善土壤的孔隙度，团粒体结构，水力学性质（如持水性、水分稳定性），化学性质（如吸附性、代换性、缓冲性）等，是一种优良、廉价的有机土壤改良剂与增肥剂。宋凤敏50利用堆肥后的污泥进行培植菠菜实验，发现空白土壤试样与堆肥污泥混合比为3:1时，菠菜产量显著提高，且维生素C以及叶绿素含量均有所提高，硝酸盐含量反而有所减低，提高了菠菜产品的产量和质量。赵晓莉等51进行了利用污泥培育生菜的实验，证实当利用堆肥污泥培育生菜时，施
32、用量为610gkg-1的污泥可促进生菜中类黄酮、水分、可溶性蛋白、抗血酸等含量的增加以及硝酸盐含量的降低，最终提高生菜的品质和产量。曹春梅49设计了利用污泥培育莴笋实验，对比实验发现堆肥污泥培育出的莴笋的株高、茎秆半径、蛋白质含量以及氮磷钾等营养成分的含量都显著增加。Warman等52在加拿大的新斯科舍地区进行了利用堆肥污泥培育饲料用青草与谷物类（corn）的实验，并对作物中Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn和B的含量进行了评估。他指出厌氧堆肥的污泥所培育的作物Fe、Cu和Zn的含量较高，并且堆肥污泥的施用量必须考虑到土壤中一些重金属的累积程度。随着大量研究工作在污泥堆肥和农用领域的开展与
33、完善53-60，污泥堆肥与农用技术以其在改良土质和增强土壤肥效等方面的显著效果必将在土地资源较多，经济状况较为落后的国家和地区大放异彩。1.2.2 焚烧焚烧是利用污泥中有机成分含量较高、具有一定热值的特点来处置污泥，该技术能迅速和最大程度地完成污泥减量化(1t干污泥焚烧后仅产出约0.36吨灰渣)和无害化、资源化。由于焚烧后污泥中的各种病原菌、寄生虫卵、病毒等以及毒害性有机物都能彻底灭杀，毒害性有机物也能够被充分氧化分解，所以焚烧是处置污泥的一项较为安全的污泥资源化技术。陈晓平、贠小银、秦翠娟、肖汉敏等61-64对利用流化床焚烧炉焚烧污泥进行了研究，当采取了适当的焚烧工艺和烟气净化系统后，污泥处
34、理成本较低且能够满足苛刻的环保要求。上海市的石洞口、东莞的玖龙纸业公司以及无锡的荣成纸业公司等都采取了这种方式处置污泥，取得了一定的成果。当焚烧工艺设计得当时，污泥焚烧可得到相当可观的热量。江苏省苏州工业园区进行了利用污泥燃烧发电的试点实验，综合处理污泥的费用仅约100元/t，远低于填埋处置成本，试点实验取得了较大成功65。合肥天源热电有限公司于2007年正式建成了污泥焚烧系统，将污泥焚烧并用于发电，其污泥处理能力为120t/d，设备运行状况良好66。日本神户市利用冷却水将污泥焚烧系统的余热进行回收并用于居民热水供应系统，取得了比较理想的效果67。污泥的焚烧处置已成为当下污泥资源化处置方式中的
35、研究热点42,68-73。1.2.3 热解将污泥于特定气氛，在较高的温度条件下（300900）加热并使之发生分解、缩聚等反应而生成许多气态、液态和固态产物的方法即为污泥的热解。热解过程中，污泥中的各种高毒性有机物以及致病生物均可被分解并解毒，生成特定产物。同时热解产生的CH4、CO等各种气体产物和焦油成分等液态产物均可以作为理想的气体燃料，用于发电供热等。Khiari等74采用热分析-质谱联用技术（TO-DSC-MS）对污泥热解过程进行了详尽的研究，分析得出结论，污泥热解主要分为三个阶段：（1）低沸点有机物的挥发（200300）；（2）难挥发有机物分解生成CH4、CO、CO2等小分子气态化合物
36、以及焦炭、焦油等（300450）；（3）焦油类物质二次分解，产生H2以及各种烃类和芳香族化合物（450以上）。Lutz等75利用气相色谱法等对污泥低温热解后产生的各种成分含量进行了研究，表明污泥热解后可得到数量相当客观的焦炭（50.169.4%）、液态有机成分（11.031.4%）以及气体燃料（7.711.7%）。随着1997年第一座污泥炼油厂（日消纳干污泥约25吨，可产生约50007500L类柴油燃料以及大量的焦炭76,77）在澳大利亚亚柏斯的建立，许多科研工作者对污泥热解技术进行了研究和改善。邵敬爱78进行了污泥固定床热解实验，指出600是污泥热解制油的最佳温度，而热解气的产率在低于600
37、时产率增加缓慢，高于600后热解气产率增加显著。翟云波等79利用管式电炉对污泥热解进行了研究，结果显示污泥热解最大油产率的温度区间为400500，油液成分主要为单环芳烃，脂肪族化合物，含氧有机化合物，含氮化合物，甾族化合物，卤化物，含氮的杂环化合物，多环芳烃化合物等主要由长链烃和带环的芳烃组成的有机物。1.2.4 制备建筑材料污泥中含有较多的以硅、铝、镁、钙等为主的无机矿物12,20-24,80，这与许多建筑材料常用的原料成分相近，为此许多学者对利用污泥制备生态水泥、砌砖、陶粒以及陶瓷质砖等建筑材料的资源化技术进行了研究。生态水泥生态水泥(Eco-cement)81,82是以城市垃圾焚烧灰和下
38、水道污泥为主要原料，经过处理、配料，并通过严格的生产管理而制成的工业制品。利用污泥制备生态水泥能够满足污泥处置减容、减量化特征，充分利用污泥中大量的粘土矿物，并且污泥中的难以处理的重金属成分能被较为稳定地固化。与此同时污泥中高含量的各种有机物和病菌等也能够被高温分解并提供部分热值。宝志强83对利用污泥制备生态水泥进行了研究，发现2.5%的污泥掺量最有利于降低水泥烧结温度，污泥的加入有利于产品抗压强度，然而当污泥掺量超过5.5%时，产品的后期强度会有所降低。李树霞84研究证实，当干污泥的掺量到达18%时，仍能在实验室条件下制备出的生态污泥在物理性质和矿物组分上与一般水泥产品并无明显差别，并且产品
39、的煅烧性能和强度都有所提高。Malliou等85利用污泥制备出的生态水泥，其强度随污泥掺量的增加而降低，同时XRD物相分析和SEM电镜图片证实样品含有铝矾石成分，TCLP淋滤实验表明样品对Pb，Zn和Ni等重金属具有很强的固化效果。砌砖砌砖是以粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或者天然砂、海涂泥等作为主要原料，用水泥作凝固剂，加水搅拌，经振动成型、蒸汽养护等工序制备而成的墙体材料。制备过程无需高温煅烧，节约能源并且可以因地制宜、经济有效地就地取材、保护农田。利用污泥制备砌砖一般有以下两种工艺：（1）将适量干化污泥掺入水泥或粘土等凝固剂中直接制砌砖，同时可掺入煤渣、粉煤灰、钢渣、高炉渣等固体废
40、弃物；（2）将污泥焚烧后的灰渣加粘土调配后制砌砖。谢学报86利用水泥作为水泥胶凝材料，与干污泥进行混合，制备了砌砖。当干污泥与水泥的比例高达0.5:1时，制备的砌砖仍有高达40MPa的强度和较好的冻融性能，并对污泥中的重金属元素具有很好的固化效果；相应的工业化应用前景评估表明该技术抗风险能力强，具有较高的经济优势。徐子芳等87将污泥、建筑垃圾以及粉煤灰混合经配料、养护和陈化制备砌砖，当干污泥的掺量为2%时产品的抗折强度为1.17MPa，抗压强度为13.75MPa，导热系数为0.205W(mk)-1。梁梅88进行了利用污泥泥饼、粉煤灰、炉渣和水泥制备砌砖的系列实验，实验证实污泥与水泥的交互作用（
41、蛋白质与消石灰反应生成具有胶黏作用的树脂）可增强砖体断裂模数和抗压强度，并且污泥掺量高达50%时，产品的断裂模数、抗压强度、淋滤性和冻融性均能达到国家标准。青岛青华建筑科研所有限公司将污泥作为原料和燃料经过5年努力，生产出了达到国家应用标准的城市环保建筑砌块，既节省土地，降低污泥的处置费用，又减少污泥的二次污染；该技术一旦实现产业化，青岛市将成为我国首个污泥不外运城市，每年还可提供15万m3墙体材料。相关研究表明，由于污泥中的有机质和油类物质易对砖块质量造成不利影响，利用生污泥制备的砌砖质量远较由污泥焚烧灰渣制备的砌砖质量差。陶粒陶粒是一种人造轻质粗集料，外壳表面粗糙而坚硬，内部多孔，具有密度
42、小、强度高，保温、隔热性能好等优点，一般由页岩、黏土岩等经造粒、焙烧制成，可作路基材料、混凝土骨料或花卉覆盖材料使用89-94。利用污泥制备陶粒一方面可以利用污泥中的无机成分节约资源；另一方可以充分利用污泥中的有机物氧化燃烧释放出的热量，从而节约能耗。陈伟等95利用污泥、尾矿泥和粉煤灰经过练泥、造粒、干燥和烧成等工艺制备陶粒。实验表明，有机物含量较高的污泥的掺入可较好地促进陶粒的烧胀，低于10%的污泥掺量可明显提高陶粒的筒压强度；而高达50%的污泥掺量则会降低熔体的粘度，增加陶粒的气孔率，进而降低样品的力学性能；污泥掺量为30%的陶粒样品可达到高强轻粗集料指标（密度等级900，强度指标6.5M
43、Pa）；而污泥掺量为40%50%的样品可达到普通轻集料优等品的指标（密度等级800，强度指标5.0MPa）。Cheeseman等96利用旋转管式炉展开了以污泥焚烧灰为原料，以1%的有机试剂作为塑性剂烧制陶粒的实验，得到的陶粒产品烧结温度范围较宽（10001080），其主要矿物成分为石英、白磷钙石和赤铁矿；当于1060烧成时，陶粒的产品密度为1.35g/cm3，吸水率为8%，扫描电镜图片显示产品为多孔结构，产品的各项性能指标与市售陶粒相当。陶瓷砖利用干污泥或者污泥焚烧灰替代部分陶瓷原料生产陶瓷砖的工艺技术研究已在国内外兴起。马雯等97进行了以污泥和粘土为原料制备污泥陶质砖的实验研究，并研究了砖体
44、在多种污泥掺量、成型压力、烧结温度以及保温时间下的抗压强度及吸水率，在满足国家烧结普通砖(GB5101-2003)标准前提下，总结出了污泥掺量为10%，成型压力为60MPa，烧结温度为1050，保温时间为1.5h的最佳配方和工艺。方琳等98利用污泥焚烧灰、粉煤灰以及粘土等制备陶质砖，污泥焚烧灰掺量高达30%，在1050条件下焙烧6h时所得的产品抗压强度为25.8MPa，抗折强度3.33MPa，吸水率为15.1%并且无泛霜和爆裂现象，满足国标(GB5101-2003)中中优等砖的相关要求，并且其重金属淋滤效果较好。Jordan等99利用污泥和粘土制备陶瓷砖，随着污泥掺量的增加陶瓷砖的吸水率逐渐增
45、加，断裂模数逐渐降低，当污泥的掺量达到10%时，样品的重金属淋滤性能良好，最终指出污泥在陶瓷中的掺量必须控制在一定范围内。1.3 污泥资源化利用技术发展趋势1.3.1 现有技术存在的问题表1-1 污泥资源化技术的特点和不足技术名称干燥要求难度附加值技术不足及应用限制焚烧需干燥较高低干燥能耗和尾气处理成本高，极易形成负效益热解制油气高高堆肥不需干燥低低含有重金属，有机污染质和病菌，产品应用受到限制制陶粒不需干燥较低低产品附加值低，经济效益不佳制砌砖较低低制釉面砖不需干燥中高釉面砖易鼓泡、瓷质砖有气孔、微晶玻璃色泽暗淡，产品质量难以满足市场需求，技术实际应用的可能性小制瓷质砖不需干燥中高制微晶玻璃
46、需干燥极高极高虽然大量的科学工作者对各种污泥资源化处置技术进行了研究与改进，但是现存污泥资源化处置技术在资源化利用、环境保护以及经济成本等方面仍存在着较大制约，难以有效地处置污泥。土地利用方面，污泥中含有的大量致病生物和高毒有机物等难以通过堆肥方式彻底灭杀和分解，仍具有一定危害性，需要特别指出的是污泥中的重金属成分较易在土壤中累积并极易在生物圈内通过食物链富集，对环境和人类健康具有较大的潜在危害32,37,49,60,100,101。焚烧和热解等方面，脱水污泥中约有80%水分需要干燥去除，目前采用的污泥干化系统每蒸发1t水大约需3000MJ的热能，如果按70%的热效率计算，则需要标煤约150k
47、g，成本很高12,102,103；污泥焚烧工艺的设备投资和运营成本很高，含砂量较高的污泥更会在一定程度上加快设备磨损，增加成本投入和生产风险，同时污泥中的重金属可能随着烟气的扩散而污染空气，破坏环境或增加环保投入42,63,103。在建筑材料利用方面，污泥的高含水率和较高有机物含量制约其掺入量。污泥资源化利用技术的各种不足大致如表1-1所示。可见污泥资源化技术研究及实际应用中存在的基本问题主要有：污泥含水率高，干燥处理成本过高，导致整个资源化系统效益为负，如焚烧、热解；或者产品表观质量难以达标、无法销售，如制釉面砖、抛光砖（瓷质砖）、微晶玻璃；或者产品附加值低，且应用受限制，如堆肥、制陶粒。当然，各种污泥处置方式的适用性应当充分考虑各地区所处的地理位置、环境条件以及经济发展状况等，例如：在经济高度发达的国家和地区（日本、欧洲等）由于土地紧缺，污泥中有机物含量较高（约60%），污泥焚烧仍具有较好的应用前景。1.3.2 污泥资源化技术发展趋势污泥中含有大量的有机质（organic matter）、有机能源（boienergy）和无机矿物（minera