1、磁热干化隔膜压滤一体化技术应用于市政污泥脱水干化的工程实践吴威，曹儒耀，吕志辉，邬锦威，李达文，袁增立（第一环保（深圳）股份有限公司，深圳518047）摘要：剩余污泥的妥善处理成为城市污水厂持续稳定运行的重要保障，污泥减量是城市污水处理系统提升运行效能的一个重要方面。因此，开发适合我国污泥泥质特征的污泥处理处置与资源化技术意义重大。磁热干化隔膜压滤一体化技术将电磁加热、板框压滤、真空强化耦合能够在一个处理过程将市政污泥含水率从 98%直接降至 40%。以南方污水处理厂为例，处理污泥 35t/d（折算到 80%含水率）的应用实践结果表明，磁热干化隔膜压滤一体化技术系统简单可靠，占地面积小；无需二
2、段式热干化，减少设备投资。相较于采用普通板框压滤机处理污泥，污水处理厂污泥项目运营节约 81.6 万元/年，而且解决了污泥出路问题，从节能环保角度实现经济效益和环境效益的双赢。关键词：市政污泥；脱水干化；板框压滤；电磁加热；真空强化；应用实践中图分类号：X52文献标志码：ADOI：10.16803/ki.issn.10046216.202307030Engineering application of integrated magnetic thermal drying and membrane pressurefiltration technology in municipal sludge
3、 dehydration and dryingWUWei，CAORuyao，LYUZhihui，WUJinwei，LIDawen，YUANZengli（FirstEnvironmentalProtection(Shenzhen)Co.,LTD.,Shenzhen518047,China）Abstract：Propertreatmentofresidualsludgetheguaranteeforsustainableandstableoperationofurbansewageplants,andsludgereductionisanimportantaspectofimprovingtheo
4、perationefficiencyofurbansewagetreatmentsystems.DevelopingsludgetreatmentandrecyclingtechnologysuitableforsludgecharacteristicsinChinaisessential.Theintegratedtechnologyofmagneticthermaldryingdiaphragmfiltrationcanreducethemoisturecontentofmunicipalsludgedirectlyfrom98%to40%inonetreatmentprocessbyel
5、ectromagneticheating,plateandframefiltration,andvacuumstrengtheningcoupling.TakingasewageplantinSouthChinaasanexample,theapplicationresultsoftreatingsludge35t/d(80%moisturecontent)showedthatthemagneticthermaldryingmembranefiltrationintegratedtechnologysystemwasreliable,andoccupiedasmallarea.Two-stag
6、eheatdryingwasnotrequired,resultinginreducedequipmentinvestment.Comparedwiththeuseofordinaryplateandframefilterpresstotreatsludge,theoperationofthesewageplantsludgeprojectsaved816,000yuan/year,solvedtheproblemofsludgeoutlet,andrealizedawin-winsituationofeconomicandenvironmentalbenefitsfromtheperspec
7、tiveofenergyconservationandenvironmentalprotection.Keywords：municipalsludge；dehydrationanddrying；plateandframepressfiltration；electromagneticheating；vacuumstrengthening；applicationpracticeCLC number：X52活性污泥法是目前城市污水处理的主流工艺，剩余污泥是活性污泥法处理污水的产物之一。剩余污泥中含有大量的水分、挥发性物质、病原体、寄生虫卵、重金属、盐类及某些难分解的有机物，体积庞大，易腐化发臭。近
8、20 年来，我国污水处理厂建设速度和覆盖率显著提高，剩余污泥产量随着城市污水处理厂的兴建和投入使用而逐年增加。2021 年年末，污水处理厂处理能力为 2.1 亿 m3/d1，按此估算产生湿污泥量约为 20 万 t/d，到 2025 年，全国新增污泥（含水率 80%的湿污泥）无害化处置收稿日期：20230414基金项目：深圳市科技计划技术攻关面上项目（JSGG20210802152541011）；深圳市可持续发展科技专项（双碳专项）（KCXST20221021111406014）作者简介：吴威（1977），硕士、工程师。研究方向：固废污染控制。E-mail：通信作者：曹儒耀（1987），工程师。
9、研究方向：固废污染控制。E-mail：引用格式：吴威，曹儒耀，吕志辉，等.磁热干化隔膜压滤一体化技术应用于市政污泥脱水干化的工程实践J.环境保护科学，2023，49（4）：2125.第 49 卷第 4 期2023 年 8月EnvironmentalProtectionScienceVol.49No.4Aug.2023设施规模不少于 2 万 t/d，城市污泥无害化处置率达到 90%以上，地级及以上城市达到 95%以上23。剩余污泥的妥善处理成为城市污水厂持续稳定运行的重要保障，污泥减量也是城市污水处理系统提升运行效能的一个重要方面。协同焚烧处理因其效率高、减量率高，是我国目前污泥处理处置的主流技
10、术。协同焚烧需先对污泥进行干化预处理，降低含水率，提升热值。机械脱水和热干化是我国污泥干化的主要技术选择，通过污泥脱水和其后的热介质加热，脱除污泥中水分并进一步干化。目前，工程应用较多的市政污泥脱水及干化处理的方式为板框压滤和热泵干化，形成板框压滤+热泵干化+外运协同焚烧的技术路线。该技术路线经两步处理可以较好地实现市政污泥的脱水和干化，但由于设备结构和工作原理的限制，存在占地面积较大，能量利用效率需要进一步提高的局限。因应这一技术需求，我们将电磁加热、板框压滤、真空强化耦合，开发了“磁热干化隔膜压滤一体化技术”，并开展了应用实践。1 技术原理和工艺流程 1.1 技术原理磁热干化隔膜压滤一体化
11、技术的基本原理是将电磁加热与板框压滤结合，并辅以真空强化，可以一步实现污泥脱水和干化4，提升污泥干化效率。电磁加热的原理是利用电磁感应将电能转换成热能，实现加热。电磁加热需要在高频交变电作用下，高频电流流过线圈产生高速变化的交变磁场，磁力线作用在导磁性材料上使其表面产生无数小的电磁涡流，通过电磁涡流碰撞使材料表面本身高速发热，从而达到加热的目的，故也称电磁涡流加热5，见图 1。本项目研究团队完成了电磁涡流加热线圈布置在高分子复合材料中并压铸封装成型生产电磁加热滤板的研发，形成了型号化产品，见图 2。左图为上进料 1500 型电磁加热滤板，外形尺寸 1650mm1500mm80mm，过滤面积 3
12、.72m2，发热功率 4.8kW；右图为中进料 1250 型电磁加热滤板，外形尺寸 1250mm1250mm75mm，过滤面积 2.65m2，发热功率 3.5kW。将电磁加热滤板替换到板框压滤机中，即可实现电磁加热与板框压滤的结合。在电磁涡流加热污泥的同时对压滤室抽真空，控制真空度在8090kPa 区间，水的沸点只有 6040，促进污泥滤饼中毛细水、内部结合水6以汽水混合物方式进一步排出，达到强化脱水和干化的目的。在加热过程中，通过传感器反馈，同时采用 420mA 模拟量控制与外部信号控制与 PLC 对接；通过操作盘控制监视数据，控制频率、电流、磁场及滤室真空度从而控制型腔内温度最终达到污泥脱
13、水和干化的要求。图 1 电磁加热原理图Fig.1 Schematic diagram of electromagnetic heating图 2 加热滤板产品Fig.2 Heating filter plate products 1.2 工艺过程磁热干化隔膜压滤一体化技术的工艺过程主要分为污泥进料、隔膜压滤、吹气穿流和真空辅助磁热干化 4 个阶段。（1）污泥进料：污泥经调理后，难祛除的结合水充分释放为自由水，随后通过进料泵进入密封滤室，利用泵压使大量自由水通过滤布排出，直至污泥充满滤室。（2）隔膜压滤阶段：通过高压水产生的压榨力，使滤饼压滤，将残留在污泥颗粒间的自由水挤出，最大限度地降低滤饼水
14、分。（3）吹气穿流阶段：利用压缩空气强气流吹扫进行穿流置换，进一步驱除滤饼中的自由水。（4）真空辅助磁热干化阶段：磁热板通电后，加热腔室内的滤饼，同时开启真空系统，使腔室内形成负压，在真空环境的作用下，滤饼中难祛除的结合水不断汽化沸腾7排出，经过冷凝器实现汽水分离，液态水排至污水处理系统，尾气经净化处理后达标排放。真空辅助磁热干化是该技术的重要创新点，也是显著降低污泥含水率重要阶段，毛细水、表面吸附水、22环境保护科学第49卷内部结合水在这一阶段得到明显脱除。我们的实践表明磁热干化隔膜压滤一体化技术可将污泥含水率从 98%降至 40%，其在不同工艺阶段降低污泥含水率的进程，见图 3。图 3 不
15、同工艺阶段降低污泥含水率的进程Fig.3 The process of reducing sludge moisture contentin different process stages 2 应用案例分析 2.1 案例简介南方某城市市政污水处理站，设计处理规模5 万 t/d，最大处理水量 6.5 万 t/d，污水站执行城镇污水处理厂污染物排放标准：GB189182002一级 A 标准。污泥脱水间，原设计采用 2 台套离心机进行剩余污泥减量处理，污水站污泥特性等，见表 1。表 1 污水站污泥特性Table 1 Sludge characteristics of sewage station污
16、泥类型含水率/%有机质（占干基比例）/%状态浓缩机出泥96984555流态离心出泥7882塑态由于离心机处理后污泥运输过程中容易抛洒滴漏，污泥处置单位接收意愿低，给污水处理厂正常运行带来很大压力，并根据当地的环保要求，剩余污泥如运往电厂掺烧发电需达到污泥脱水后含水率40%8。结合现场情况，预选了市场上主要工艺路线进行对比，见表 2。综合考虑，该项目污泥处理采用“浓缩+磁热干化隔膜压滤一体化技术”的技术路线，设计处理污水站每天产生约 35t（80%含水率）污泥，处理后出泥含水率40%。项目于2021 年 11 月投入运营，实现了污泥减量化、稳定化和无害化。处理后污泥运往电厂掺烧发电，实现了污泥无害化处置。表 2 污泥减量处理主要工艺路线对比Table 2 Comparison of main process routes of sludge reduction treatment工艺进泥要求含水/%处理后出泥含水/%处理后污泥状态设备占地面积设备投资/万元t1臭气量粉尘污泥处置难度普通板框压滤机脱水959865块状较小10较小较小需二次处理；难离心机脱水+二次干化959840粉状较大25