《Applied Clay Science》：Enhancing waste sludge reactivity through pre-treatment for sustainable construction materials: A review
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污泥处理与资源化利用研究进展。针对高产量低活性污泥，机械、热及复合预处理可提升其胶凝性能。重点分析机械、热、化学及复合预处理对污水厂、海水养殖、河道疏浚等不同来源污泥活性的影响，以及预处理后建材的力学性能、耐久性及微观结构演变。研究表明，机械-热联合处理（200目研磨+600-800℃煅烧1-2h）能有效转化黏土矿物相，显著提高活性，但需平衡能耗与环保效益。建议未来研究聚焦多技术协同优化及全生命周期环境影响评估。
王斌|向宇|方国豪|董碧琴|钟辉
深圳大学土木与交通工程学院，广东省海洋土木工程耐久性重点实验室，深圳市低碳建筑材料与技术重点实验室，中国深圳518060
摘要
为了解决不同类型含粘土污泥年产量高但反应性低的问题，采用预处理技术提高污泥的反应性以有效利用其作为建筑材料是一种有前景的可持续方法。鉴于污泥来源和成分的复杂性（例如粘土矿物），应用针对污泥反应性定制的预处理策略至关重要。本文全面回顾了不同预处理方法（机械、热处理、化学处理、机械热处理和化学热处理）对污水处理厂、饮用水厂和疏浚项目产生的原始污泥的反应性及物理化学性质的影响。同时，也重点评估了加入处理后的污泥后胶凝材料和碱/酸活化材料的新鲜性能、力学行为、耐久性和微观结构。无论污泥来源如何，通常采用机械热处理来提高污泥的反应性，具体步骤包括将原始污泥研磨通过200目筛网，然后在600–800°C下煅烧1–2小时。这一过程将污泥中的粘土矿物相（如高岭石、云母）转化为非晶相。本文总结了适用于各种类型污泥的预处理方法的最新进展，并指出了在实际应用中开发高性能污泥衍生材料时仍存在的挑战。
引言
污泥的管理和处置已成为全球性的环境问题。随着全球城市化的加速，污泥的产生量逐年增加。仅在中国，2023年的污水污泥（SS）产量就超过了1400万吨，而海洋疏浚污泥（MDS）的处置量超过了3亿立方米（图1）。疏浚污泥也可称为疏浚沉积物或粘土（Meng等人，2025年）。传统上，污泥被视为废物，通常通过直接倾倒或填埋处理（Angelini等人，2025年）。这些方法不仅占用大量土地，还会带来严重的环境风险，因为污泥中的残留重金属和有机化合物可能导致二次污染。当前的污泥增值策略主要涉及土壤施肥（Uddin等人，2025年）和能源回收（Zhang等人，2022b年）。尽管这些方法能够提取有价值的元素用于二次生产，但仍有大量污泥未被利用。虽然这些剩余污泥通常不适合传统的生物或化学应用，但其无机矿物成分可能具有潜在的反应性，可以作为替代建筑材料。然而，现有研究表明污泥中的无机相相对稳定，无法直接用于建筑应用。这意味着需要系统地研究提高污泥反应性的策略，以使其适用于建筑用途（Lv等人，2024a年）。
污泥来源主要可以分为四类：污水处理厂、饮用水处理厂、陆地疏浚项目和海洋疏浚项目。污水处理厂通常采用厌氧消化法处理污水污泥（Mahata等人，2023年）。这种方法无法有效去除有机微污染物（Lu等人，2021年），因此污水污泥的有机含量较高。饮用水处理污泥（DWTS）是通过混凝-絮凝过程产生的，其体积占处理后水量的1–3%（Turner等人，2019年）。需要注意的是，污泥的化学成分主要由所使用的混凝剂决定（Zhao等人，2011年）。此外，疏浚污泥来自河流、湖泊、港口和海洋的大规模疏浚活动，其特征是含水量高、可压缩性强、粘土含量高。海洋疏浚污泥可能含有较高的钙含量（Yoobanpot等人，2020年）。总之，污泥来源和处理过程的不同导致不同类型污泥具有不同的物理和化学性质。这突显了根据不同类型的污泥定制活化方法的重要性，以确保其作为建筑材料的可行性。
现有的综述论文主要集中在特定类型污泥的价值提升（Angelini等人，2025年；Hasan等人，2025年）和利用（Panchal等人，2025年；Zhou等人，2025年）方面，只有少数论文研究了其中一种或两种污泥类型作为辅助胶凝材料对水泥基材料性能及其相关重金属含量的影响（De Carvalho Gomes等人，2019年；He等人，2024年）。值得注意的是，污泥的反应性显著影响胶凝材料的性能。图2总结了2000年至2025年间土木工程领域关于污泥基材料各种预处理方法的出版物数量。2015年至2025年间，出版物数量逐年增加，其中热处理和机械处理占据了很大比例。然而，各种预处理方法对不同类型污泥反应性的影响尚未进行系统回顾。因此，报告当前污泥反应性增强方法的最新进展及其对污泥基材料工程性能的影响至关重要。
本文旨在全面回顾四种污泥类型在经过不同预处理过程后的反应性和物理化学性质的变化。首先介绍来自不同来源的原始污泥的物理和化学性质，然后概述常用的污泥反应性评估方法。接着，重点评估预处理对污泥基胶凝材料和碱/酸活化材料的新鲜性能、力学性能、耐久性和微观结构的影响。最后，讨论了使用不同预处理方法的能耗和环境影响。最后，提出了未来研究的方向，以推进可持续高性能污泥衍生材料在建筑建设和海洋基础设施中的应用。
部分摘录
原始污泥的物理和化学性质
污泥由有机和无机物质组成，其物理性质、化学成分和矿物组成取决于人为因素和其他自然因素（如温度、降雨量）。
污泥反应性测试方法
污泥的反应性对其作为粘结材料的有效性至关重要。当污泥分别用作辅助胶凝材料和碱活化前体时，用于检测其反应性的测试方法并不完全相同。
未经处理的污泥
由于反应性较低，未经处理的污泥通常用作水泥基材料中的填充剂和骨料替代品。用污水处理厂的污泥替代10%的水泥会延长凝固时间，并使28天抗压强度和抗弯强度分别降低1.5%和30%（De Carvalho Gomes等人，2019年）。值得注意的是，污水污泥中的高有机含量会抑制水化作用，用污水污泥替代10%的水泥会导致混凝土抗压强度降低50%（Chang等人，2020年）。机械处理
机械处理可以减小污泥的颗粒大小，从而增加其比表面积，激活表面官能团，并加速活性离子的释放。与热处理相比，机械活化消耗的能量较少，且可以直接在原材料收集现场实施，具有显著的实际和经济优势。由于原始污泥的反应性较低，在水泥水化的早期阶段，
机械热活化方法
机械热活化方法可分为两种形式：(i) 研磨和筛分后煅烧；(ii) 研磨和筛分后煅烧再研磨。与单纯的煅烧相比，预研磨可以增加污泥的比表面积，从而促进更完全的煅烧。此外，研磨和筛分有助于去除原始污泥中的杂质，减少它们对能耗和二氧化碳排放
将不同来源的污泥回收用作建筑材料可以减少温室气体排放，并有助于保护不可再生自然资源。此外，它还惠及混凝土行业和废水处理领域，因为可以大大减少填埋废物。表3和表4分别展示了热活化处理和机械球磨处理所需的电能（Lv等人，2024b）。讨论
由于长期埋藏和原水来源的多样性，污泥的成分非常复杂且难以预测。虽然热活化本身可以增强污泥的火山灰活性，但用污泥替代水泥的比例达到30%时，仅使浆体的28天抗压强度增加了24.47%（Ren等人，2024年）。相对于环境和经济负担而言，这种性能提升微不足道。此外，加入污泥
结论
本文全面回顾了不同预处理方法（机械、热处理、化学处理、机械热处理和化学热处理）对来自不同来源（污水处理厂、饮用水处理厂、陆地疏浚项目和海洋疏浚项目）的污泥的反应性及物理化学性质的影响，以及污泥基材料的工程性能。基于此，可以得出以下结论和展望：
作者贡献声明
王斌：撰写——初稿，调查，正式分析，数据管理。向宇：撰写——审阅与编辑，正式分析，数据管理。方国豪：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理。董碧琴：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理。钟辉：撰写——审阅与编辑，监督，调查，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
作者感谢中国广东省海洋土木工程耐久性重点实验室（SZU）（编号：2020B1212060074）和深圳市低碳建筑材料与技术重点实验室（编号：ZDSYS20220606100406016）的支持。
