污泥的主要物相组成是粘土矿物和有机质，粘土矿物是烧制陶粒的主要矿物成分，有机质燃烧时会产生大量气体，因此能用来陶粒的烧制。 污泥陶粒前期的基础理论研究，涵盖了污泥陶粒的烧胀机理、配比实验、烧成制度、产品性能以及陶粒中的重金属固化率和浸出毒性的测试检验，污泥制备陶粒的原理及方法得出以下结论：（1）污泥的主要化学成分为SiO2、Al2O3等氧化物和有机物，其中的SiO2、Al2O3与基料共同烧结形成结构骨架提供强度，有机物在烧成过程中分解产生气体，促进陶粒膨胀，有利于降低陶粒密度。（2）陶粒的焙烧温度一般在1200℃左右，污泥中的有机质全部分解，病原菌、寄生虫等被高温杀死，有害的重金属在高温下被玻璃体包裹或者被固定在新晶相中，固熔于陶粒中，浸出毒性符合有关标准中对重金属污染物控制标准值的要求，污泥的处置彻底，对环境无害，也不可能影响陶粒产品的使用性能。
污泥制备陶粒的原理及方法主要的组成原材料：有市政污泥、造纸污泥、印染污泥、电镀污泥、酸洗污泥、皮革污泥、油基泥浆、钻井岩削、页岩、粉煤灰、一般粘土、建筑弃土、修复土、污染土、煤矸石等；热源可以用煤、天然气或者生物质燃料等，
污泥制备陶粒的原理及方法主要设备：插接式回转窑、单筒冷却机、竖式冷却器、空气冷却器、辊式破碎机、双轴搅拌机、对辊造粒机、袋式收尘器、风机、回转筛、皮带机。
陶粒是一种人造建筑材料，可用于混凝土中作为骨料使用。传统的陶粒主要取材于页岩或粘土(主要成分为偏铝硅酸盐)，此生产的全部过程对粘土有着非常大的需求，粘土资源的大量开采直接影响到农村耕地的数量和质量，威胁到我国的粮食生产，因而就地取土的方法近年来已经被逐渐禁止。
污泥陶粒最早由Nakouzi等人提出，以污泥为原料，掺加辅助原料及助熔剂经过一定的工艺流程焙烧而成。研究表明，陶粒能够烧胀的必要条件是原料的化学成分中SiO2、Al2O3、助熔剂含量必须在一定的范围内。干污泥的无机成分主要是粘土质原料，即是以SiO2、Al2O3等为主，与普通粘土的成分接近，这就为用污泥替代粘土烧制骨料提供了可能。经机械脱水后的污泥含水率仍较高，且烧失量相当大，焙烧后收缩明显，不具有烧胀性能，不能直接用来生产陶粒，必须添加一定的粘土质原料才能用来烧制陶粒。页岩属于粘土矿物，具有独特的层状结构和良好的离子交换及吸附性能。自然界中的页岩含水率一般较低，当污泥与页岩的掺加比例合适时，混合组分的含水率恰好是陶粒造粒所需的含水率范围，这就很好的解决了湿污泥含水率高的特点，为污泥的建材化利用提供了基础。这样，以污泥和页岩为主要的组成原材料，添加一些助熔剂，在适宜的烧成制度下就能焙烧出性能好的陶粒。
污泥制备陶粒方法与普通陶粒的工艺流程类似，不同的是采用污泥作为陶粒的部分原料来源，其工艺流程如图1所示。
汽车把污泥和黏土运输进厂后，存放在堆棚内进行自然晾晒一段时间后，由铲车送到各自的料仓中。黏土仓下设置一台板式喂料机，把黏土送到辊齿式破碎机进行破碎，可设为多个辊齿式破碎机，使得黏土的粒度变得更小，然后送入双轴搅拌机。污泥通过仓下的螺旋输送机也进入到双轴搅拌机。污泥和黏土一起在双轴搅拌机内进行充分的混合和搅拌，然后送到陈化堆场进行堆存。陈化后的混合料被铲车送到料仓，然后经过双轴搅拌机搅拌后，送到对辊造粒机挤压制粒。产出的颗粒料球由皮带输送机送入整形筛分机，圆整处理后，小颗粒被筛出，合格的颗粒球被送入双筒插接式回转窑进行预热和焙烧。烧制出的陶粒成品落入冷却机冷却后，再由回转筛分成5mm、15mm、25mm三种规格的成品，各自存放在堆场存放，装袋后发货。冷却机内冷却陶粒的自然空气被加热到500℃进入到回转窑内辅助燃烧，能节约大量的燃料。能够使用稻壳或其他种类的燃料，粉碎后的燃料被高压风机送入回转窑内燃烧。窑尾的含尘高温烟气进入空气冷却器降温后，进入袋收尘器净化后排空。
污泥与页岩按一定的比例进行混合，添加适量助熔剂，将所有组分在混料机中进行混合，均匀分布后用造粒机造粒(成球)。然后对生料球进行干燥处理，目的是除去生料球中的水分，防止焙烧过程中开裂。为减少生料球突然进入高温环境时因温度急剧变化所引起的炸裂，同时使气体逐渐产生，焙烧前还需要对生料球预热。焙烧过程是膨胀气体逸出与适宜粘度液相生成并抑制气体逸出的动态平衡过程，直接影响着污泥陶粒的最终性能，因此必须控制好焙烧温度、焙烧时间和烧成气氛等。冷却的作用是使陶粒表面逐渐形成坚硬壳体，从而使其表面密实，内部成为闭合的空隙，以便减少吸水率、提高强度，因此适宜的冷却机制对污泥陶粒的性能有着重要的影响。
粉煤灰污泥陶粒采用粉煤灰、污泥和黏土配料。粉煤灰储存在圆库内，由仓下的刚性叶轮给料机卸出，经皮带秤计量后，送入双轴搅拌机；进厂的污泥堆在防雨棚中，存放一段时间蒸发部分水分后，被铲车送入污泥料仓，经仓下的螺旋输送机也送入双轴搅拌机；进厂的黏土经箱式喂料机送入辊式破碎机，破碎后也进入双轴搅拌机。 粉煤灰、污泥和黏土在双轴搅拌机内进行充分的搅拌，混合均匀后，送到陈化堆场。陈化时间 15 ～ 20 天，然后被铲车送到双轴搅拌机打散和搅拌，之后送入对辊造粒机，造出的颗粒状料球由皮带输送机送入整形筛分机，圆整处理后，小颗粒被筛出， 合格的颗粒球被送入双筒插接式回转窑进行预热和焙烧。烧制出的陶粒成品落入冷却机冷却后，再由回转筛分成不同粒度的成品， 各自存放在堆场存放，装袋后发货。冷却机产生的高温二次风进入到回转窑内辅助燃烧，能节约燃料。燃料经多通道燃烧器被高压风机送入回转窑内燃烧。窑尾的含尘高温烟气进入空气冷却器降温后，进入袋收尘器净化排空。
用于混凝土中的骨料，一般具有抗住压力的强度高、外形好、产量大的特性，出于建筑节能的要求，也希望骨料具有轻质保温的性质。天然的砂石原料是性能优异的混凝土骨料，但是天然砂石原料又是一种不可再生资源，随着我们国家基本的建设的进行已经被大量消耗，自然界中优质的砂石骨料总有一天会消耗殆尽，不能够满足我国快速地发展的建设进程。陶粒作为一种人造骨料，只要性能能够很好的满足有关要求，就可以取代天然砂石用于混凝土中。污泥陶粒由于其配料中污泥本身含有的有机物组分能在高温条件下完全分解释放开来，陶粒内部会产生大量的空隙，降低了陶粒的表观密度，增加了陶粒的保温隔热、抗震能力和隔音性能。
抗住压力的强度、堆积密度、吸水率是陶粒最重要的几个性质。K.J.Mun用城市脱水污泥与烘干磨细粘土混合制备出的污泥陶粒，堆积密度在700~900kg/m3，吸水率约20%~25%左右。陈伟等人用污泥辅以粘土和粉煤灰制备了污泥陶粒，其堆积密度为760kg/m3，筒压强度达到5.2MPa，主要指标达到或超过了GB/T17431.1-1998《轻集料及其实验方法第一部分：轻集料》的要求。
利用污泥陶粒来配制混凝土和制备混凝土制品是其最主要的应用途径。目前，由于生产出污泥陶粒的抗压强度难以满足高强度等级混凝土的要求，因此污泥陶粒一般不单独用于配制高强度等级混凝土。通过掺加其他优质矿物掺合料和高性能外加剂，可配制出满足C30强度要求的轻集料混凝土。除此之外，在自然砂石集料中掺入特殊的比例的污泥陶粒配制混凝土的方法也得到了大家的认可。利用碎石与污泥陶粒作混合粗集料配制了不同集料组成的次轻级混凝土，其早期强度与不掺污泥陶粒的混凝土相当，比同强度等级普通混凝土有更好的延展性，导热系数大幅度的降低，显著提升了所拌合混凝土的保温隔热性能。
污泥陶粒除了用于配制混凝土之外，在废污水处理方面可用作吸附剂，其吸附效果与普通商品陶粒相当;在农业上也可用作无土栽培的介质和土壤改良剂等。
利用污水污泥掺加一定量的页岩和辅助原料制备，可获得性能好的混凝土轻骨料。污泥陶粒是一种绿色建筑材料，拥有非常良好的环境协调性能，具体表现在以下几个方面：
(1)特别大程度上解决了城市污泥的处置问题。污泥具有一系列不良的特性，其处置一直是一个十分棘手的问题。在污水处理厂旁边建设一个陶粒生产线，可以很好地解决污泥的出路问题。污泥含水率较高，与页岩掺合使用可解决其含水率高的问题;经过高温条件下的焙烧，污泥中的病原体、微生物等可以被杀死，降低了其对人类的威胁;污泥中的重金属在高温条件下固化，解决污泥中重金属危害的问题。因此，利用污泥来生产混凝土轻骨料的办法能够将污泥本身的危害降到最低。
(2)某些特定的程度上解决铬渣的使用问题。铬渣是工业生产金属铬和铬盐过程中排放出的工业废渣，对人类健康有着非常大的危害。用铬渣作污泥陶粒生产中的助熔剂，不仅利用了铬渣这一工业废弃物，而且降低陶粒生产的全部过程中的能耗。
(3)节约了天然砂石骨料的使用。自然界中性能优异、可用于混凝土中的砂石的总量是有限的，利用污泥陶粒取代一部分砂石集料用于混凝土中，可减少天然砂石的使用量，节约了自然资源。
(4)污泥陶粒配制出的轻集料混凝土能降低建筑物的使用能耗。污泥陶粒内部含有较多的空隙，配制而成的混凝土不仅质量轻，而且保温隔热能力良好。污泥陶粒混凝土用于建筑物中，能降低建筑物的使用能耗，节约空调使用费用，节约了资源和能源。
利用污泥制陶粒是最近轻骨料行业发展热点，尤其是在江浙沪地区和广东省，因为当地政府大力支持，给予优惠的污泥处置政策，如上海每吨300-500元，浙江宁波每吨200-300元，台州每吨150-250元，湖州每吨150-250元，江苏南京每吨250元左右。这些地区的企业积极进行掺加污泥的生产改造。污泥主要来源于河湖清淤污泥、市政污水污泥、工业企业污泥。目前大部分江浙沪陶粒生产企业都在使用或尝试污泥生产陶粒，并取得一定的经济和社会效益。利用固体废弃物制造陶粒取得明显成效，使用建筑废弃土、城市污泥、工业污泥等为主要原料，生产陶粒。调查的企业中，13家均掺加了25%～30%左右的污泥作为原料，占企业总数的50%左右，已经成为当地处置污泥的一支生力军，据不完全统计，这些陶粒生产企业每年可以消纳污泥15～20余万吨。陶粒生产中每消纳的1吨污泥可获得相关部门200元左右的处置补贴费用，对一些电镀污泥的处置其补贴费用更高。按一条年产5万立方陶粒生产线万元的污泥补贴，即每立方米陶粒补贴30元左右。
污泥制备陶粒的原理及方法利用污水污泥掺加一定量的页岩和辅助原料制备得到的混凝土轻骨料—污泥陶粒是一种绿色建筑材料。它很大程度上解决了城市污泥的处置问题;一定程度上解决铬渣的使用问题;节约了天然砂石骨料的使用;当用于建筑物时，由于其保温隔热性能好，还能降低建筑物的使用能耗。但由于生产出污泥陶粒的抗压强度难以满足高强度等级混凝土的要求，因此污泥陶粒一般不单独用于配制高强度等级混凝土。在自然砂石集料中掺入特殊的比例的污泥陶粒配制混凝土的方法得到了大家的认可。