磁热干化隔膜压滤一体化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1 650 mm×1 500 mm×80 mm，过滤面积3.72 m²，发热功率4.8 kW；右图为中进料1250型电磁加热滤板，外形尺寸1 250 mm×1 250 mm×75 mm，过滤面积2.65 m²，发热功率3.5 kW。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−80～−90 kPa区间，水的沸点只有60°～40°，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4～20 mA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水和干化的要求。

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、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。

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：GB 18918—2002》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。

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35 t（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。

实施过程中，采用两台FST-1250/200型号磁热干化隔膜压滤设备及配套系统。设计参数，见表3，配套设备参数，见表4，系统工艺流程，见图4。

磁热干化隔膜压滤一体化技术在项目运营过程中根据现场工况做了运行条件的优化。（1）在管道输送过程中添加PAM药剂，加快污泥颗粒浓缩沉淀^[9]，并且连续运行。（2）采用高低压泵进料，压滤机空腔采用低压快速进料填充滤腔，达到一定压力后低压泵效率降低，切换至高压泵进料即进一步填充滤腔，同时施加压力加快污泥过滤脱水。（3）滤布边框增加密封条，加大板框之间密封，在加热真空过程中保持滤腔真空度，减低泥饼加热稳定，加快泥饼水分排出。（4）在滤腔内设置温度传感器、真空管道上设置负压传感器，监控内部温度及滤腔真空度，利用PLC控制电磁控制器与真空泵匹配运行，节约了污泥干化所消耗电能。

在运行的项目上，与传统直接板框压滤脱水、热干化等工艺技术相比，磁热干化隔膜压滤一体化技术在占地、能耗、投资等多方面皆有显著优势。（1）污泥进料、压滤、电磁加热干化耦合融为一体，系统简单可靠，占地面积小。污泥含水率一次性从92%～98%脱水干化至40%以下，体积减量超过97%，大幅降低了运输成本。外运协同焚烧发电，实现了污泥资源化利用。（2）采用电磁涡流加热污泥和辅助真空干化耦合，直接加热泥饼，无需外来热源。工作过程结合传感器、PLC控制，污泥干化消耗能量是直接干化蒸发的60%。（3）污泥脱水干化一段式完成，无需二段式热干化，减少设备投资。

项目处理污泥35 t/d（折算到80%含水率），脱水后污泥稳定在40%以下，运行成本费用，见表5。

在南方区域，污泥处置费用与其含水相关，对应电厂收取处置费40%含水率污泥280元/t，60%含水污泥处置费用380元/t^[10]。基于本项目污泥脱水干化的运行费用，与同等规模的普通板框压滤机脱水和脱水+二次干化技术路线作了对比分析，见表6。对比分析表明，项目采用磁热干化隔膜压滤干化相比较采用普通板框压滤机处理污泥，不仅每天成本支出减少2 235.9元，按年365 d计算，污泥项目运营节约81.6万元，而且解决污泥出路问题，实现了污泥减量化、稳定化和无害化。

市政污泥的妥善处理是城市污水厂持续稳定运行的重要保障。项目以南方某市政污水处理站为例，经过项目稳定运行，验证了磁热干化隔膜压滤一体化技术在工艺配套、技术指标各方面可行，能够实现一步将污泥从92%～98%脱水干化至40%以下。有效解决污泥脱水难，无法资源化利用等环节，助推我国污泥处理领域新的技术发展。

目前，研究团队的工作集中在对已进行生产性应用的“磁热干化隔膜压滤一体化技术”进行技术迭代和升级。主要进行:（1）电磁加热隔膜压滤设备滤板和滤布的进一步优化设计和材料替代；（2）电磁加热隔膜压滤设备的自动化智能化控制技术研究；（3）现有压滤设备增加电磁加热干化功能的升级改造技术研究。力争通过污泥处理，打通污水处理最后一环——污泥无害化、减量化、资源化利用，助力“双碳”背景下的低碳用能技术发展。