题目: 高压带式TJSD连续污泥深度脱水设备在市政污泥及城市存量污泥处理中的应用
报告人: 同济大学环境科学与工程学院教授，上海中耀环保实业有限公司 董事长 魏宏斌 博士
中国给水排水2020年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会（第十一届）征稿启事暨邀请函1021.doc
2020年中国无废城市建设及固废资源化利用可持续高质量发展大会.doc
TJSD型连续污泥深度脱水技术在污泥提标改造工程中的应用
报告人：上海中耀环保实业有限公司 魏宏斌 教授
魏宏斌：各位专家、代表，上午好！我是来自同济大学上海中耀环保实业有限公司的魏宏斌。在我演讲之前先看一段视频。
我们这个技术也是非常直接的，目前污水处理厂的提标改造，包括污泥按照“水十条”的要求都要达标改造。如果说污水处理厂污泥原来设计的是混合填埋，按照国家要求应该是达到60%进垃圾填埋场，我们国家一直做的不到位，到目前为止还有很多污泥脱水到80%左右，实际上应该是82%左右进了垃圾填埋场，因此远远没有达到要求。最近七八年我们同济大学针对国家紧迫的需求，研发了污泥深度脱水技术，主要应用于污泥提标改造。
污泥处理意义，它的量就不讲了，因为这两天专家都讲的很多了。我们的技术讲的比较简单一点就是目前污水处理厂的污泥基本都是离心、带式压滤机、板框，进行脱水以后。大部分填埋，但是现在含水率达不到60%。所以这个需求也是迫切的需求。昨天河北协会的理事长也提到河北也有这样的需求。目前一级脱水污泥含水率基本是82%左右。全国各地我们做了很多，基本上真正达到80%的很少。83%、82%的比较多一点。体积庞大、性质复杂，有机质比例差别很大，基本上30%-70%。进一步降低含水率和污泥的减量，根据国情需要是迫在眉睫的。深度处理技术的选择应该因地制宜、高效节能、投资尽量少一点。我们深度处理的目标也是按照国家的要求，减量化、稳定化、无害化和资源化。
深度处理方式，目前有混合填埋，也可以土地利用，就是作为垃圾填埋场的覆盖土或者作为建材利用，或者焚烧。包括刚刚翁老师提到的低温干化，我们也在和一些厂家合作，用于低温干化的前处理。机械脱水目前来讲是去除污泥水分，应该是最经济的方法。要通过其他的方法，热能肯定是做的很低的。机械填埋如果助一把力的话对长期运行成本的降低应该是非常有好处的。我们测算了一下低温干化联合的话，估计运行成本可以降低25%左右。
我们这个技术是采用深度脱水技术，对目前含水率82%的污泥进行进一步脱水，这期间要加一些污泥的改性剂。技术的核心是对目前使用的一级带机进行了机械方面的提高和改进，做了一些强化。工艺流程，目前一级脱水污泥，改性以后，进行脱水，脱水以后可以待用，进一步处置。这个是脱水之前80%的左右，这个是脱水以后。
核心原理和设备。主要包括改性剂投加、污泥改性混合机，连续污泥深度脱水机。这些产品都是我们自主设计和制造的，也是获得国家专利的。核心设备是连续深度污泥脱水机。它是采用封闭式的，所以对臭气的收集各方面也是非常有效。原理是来用带压机挤压进行脱水。
另外是污泥改性混合机。通过药剂和污泥的混合。污泥的混合药剂的混合要求是比较高的，一个是混合，一个是推进，包括对污泥的剪切都有相关的核心技术。还有就是改性剂投加系统。另外我们的设备是全自动运行的。人工对于药剂的投降进行监管，其他都是自动运行的，因此运行效率比较高，连续操作。
这个是整个过程。这是个是改性剂投加之前，粘稠的，颗粒是不规则的，孔隙也非常少。
这个是改性以后，变成松散的，产生了很多细小的颗粒，孔隙也增多。
这是深度脱水以后的污泥，是固态片状的，细小颗粒也很多，孔隙减少。
技术特点。一个是改性污泥脱水之后臭度低、呈固态、性质稳定、遇水不还原。
还有易粉碎，低温热值大幅度提高，可进行焚烧处理。同时改性污泥脱水处理之后可以用于垃圾填埋厂的焚烧土，烧制水泥、制砖，也可以作为堆肥的干料。
技术特点。可以充分利用原有一级污泥脱水设施，就是不拆除原有设备，不扩充占地，基本上利用原污水处理厂污泥堆棚就可以布置下来。还有不增配电容量。现在污水处理厂的电容量基本上能够满足污泥提标改造。密闭的设计也方便气体收集。装机功率。一般比较小，最大功率30千瓦。占地比较小。落地安装。就是刚刚提到的可以利用原一级脱水的污泥堆场空余空间进行布置。另外是连续运行，自动卸料，操作简单。安全性高，因为没有任何外力的高压管道。
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臭气收集 |
可全封闭设计，方便气体收集 |
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装机功率 |
成套系统装机功率数十千瓦（一般不超过40kw），一般占污水厂总装机功率2%左右 |
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占地 |
占地面积小，落地安装 一般利用原一级脱水污泥堆场空余场地布置 |
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操作 |
连续运行，泥饼自动卸料，操作简单。 |
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安全性 |
安全性高，没有任何可释放外力的高压管道、阀门等，无高压击伤危险。 |
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与原一级脱水设施衔接性 |
无缝、快速对接 “三不”：不 拆原设备 不 扩占地 不 增配电容量 能与污水厂现有污泥脱水设施无缝、快速对接 |
截至目前应用案例有40多个，主要对象是市政污泥、工业污水污泥、河道淤泥。承包形式有总包或者设备供货，还包括运营。后期运营管理我们也是可以做下来的。处理形式有的是全市集中处理，或者各个污水处理厂的就地处理。后续处置形式有混合填埋、覆盖土、焚烧、制砖等等。这是目前我们在全国各地做的一些项目，这是分布情况。这是我们主要代表性业绩。
下面我简单的讲几个典型的例子。这个是蚌埠市污泥处理处置中心，全蚌埠的污泥都拉到这里进行处理，总共是四个污水处理厂的污泥。每天是240吨。采用DBO模式、EPC总承包+运营。污泥处置方式是垃圾的覆盖土。
这个是河南永城市的污泥深度脱水处理中心。也是一个城市集中处置。100吨/天。运营模式是厂房建设+设备供货。处理方式是混合填埋。
这个是甘肃天水地下式污水处理厂，是西北地区第一座地下污水处理厂，也是现在比较流行的模式，采用深度脱水技术。这个在去年也是刚刚建好。整个设备是全部放在地下，污水处理设施也是放在地下，所以对于臭气收集处置要求还是非常高的。他们经过多方考察最终选择我们的技术。每天量是90吨。对象是80%-85%的含水污泥进行处理。
这是厌氧发酵污泥处理，是宁海兴海污水处理有限公司。厂房利旧。80吨，混合填埋。
这是上海金山枫亭污水处理有限公司。
这是山东鲁抗制药废水的深度处理，每天26吨。这是工业废水的污泥。可以看到整个设备做的还是非常考究的，因为他们要求也是非常高的。
这个是上海嘉定安亭汽车城污水处理厂，每天120吨。
这个是海南逸盛石化，化工厂污水，每天25吨，脱水以后进行焚烧。他们厂里自己有焚烧楼，自己焚烧。
这个是上海市奉贤的案例，80吨/天。可以看到汽车这里有一个接泥的槽子，直接掉到车里去。
这个是华县的污水处理厂，处理规模是15吨/天，这个完全是对污泥泥棚进行了改造，花了100多万全部建好，已运行3年多了。这是环保的验收报告。另外我们这个技术也应用在河道淤泥清淤脱水。
这是山东墨水河清淤工程。这是处理之前整个河道瘀积的情况，这个是处理后的对比情况。
清淤处理前的墨水河
清淤处理后的墨水河
我们的技术，如果大家感兴趣的话可以联系我。欢迎在座的老师和代表有机会多多合作，谢谢大家！
污水被处理后，污水中所含的有机物、无机物(包括重金属)等有害物质都被浓缩、转移形成污泥。以生活污水为主的市政污水厂的污泥产量为1～2tDS/万t污水，折合成含水量80%的污泥产量为5～10t/万t污水。生态环境部发布的《2017年中国生态环境状况公报》显示，截至2017年底，全国设市城市污水处理能力达到1.57亿m3/d，全年累积处理污水量达462.6亿m3，折合成含水率80%的污泥年产量达4000多万吨。
根据《城镇污水处理厂污泥处置分类》(GBT23484-2009)，污泥的最终消纳过程，一般分为土地利用、填埋、建筑材料利用和焚烧等，但无论是污泥填埋，还是焚烧或资源化利用，污泥的最终处置对污泥的含水率等指标都有严格的要求。其中，《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(GBT 23485-2009)要求污泥含水率<60%;《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)要求污泥含水率<40%;《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》(GB/T24602-2009)要求自持焚烧的污泥含水率<50%，低温热值>5000kJ/kg;《城镇污水处理厂污泥处置 制砖用泥质》(GB/T25031-2010)要求污泥含水率≤40%。因此，污泥的脱水干化是重要的第一步。污泥干化可使污泥显著减容，一般可将污泥含水率降至30%左右，满足污泥填埋、焚烧、园林利用、制砖等处置方式及资源化利用的需要，是目前污泥处理处置的主要应用技术之一。但由于其投资及运行成本较高，制约了其大规模推广应用。作为最经济的污泥处理技术，机械深度脱水不但能将污泥处理至符合填埋要求，也可作为其他技术的减量预处理，以提高整体污泥处理处置技术路线的经济性。本文介绍了“高压带式TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化”污泥深度脱水联用工艺及其工程案例。
工艺介绍
1.1 高压带式TJSD连续污泥深度脱水技术
“高压带式TJSD连续污泥深度脱水技术”先将固化剂、改性剂与一次脱水后的污泥(含水率为80%左右)混合改性，再采用连续深度脱水机进行二次压榨深度脱水，处理后污泥的含水率可从80%左右降低至60%以下。不需要将常规污泥稀释后再进行高压脱水，更不需要拆除污水厂原有的污泥脱水设施，能与污水厂原有污泥脱水系统实现快速对接，具有可连续运行、能耗低、成本低、适用范围广等显著优点。
高压带式TJSD连续污泥深度脱水技术不但能将污泥深度脱水处理至符合混合填埋的泥质要求，也可作为干化、焚烧、水泥窑协同处置、制砖等处理或处置技术的的预处理工艺，以提高污泥整体处理处置工艺路线的经济性。高压带式TJSD连续污泥深度脱水技术已有30多个工程案例，包括污水处理厂污泥的提标改造工程或新建工程，地下污水处理厂，环境存量污泥减量、河道淤泥脱水处理等领域。
高压带式TJSD连续污泥深度脱水技术原理主要包括混合改性和高压带式脱水两部分。
高压带式TJSD连续污泥深度脱水技术工艺流程图
(1)混合改性
将一次脱水后的污泥(含水率80%左右)输送至污泥改性混合机，同时投加污泥固化剂和改性剂。投加的上述药剂和一次脱水后的污泥(含水率80%左右)在污泥改性混合机内快速、均匀的混合。一方面，破解活性污泥结构，释放结合水和胞内水;另一方面，构建微型骨架体增加污泥絮粒强度，提高脱水性能。
(2)连续深度脱水
经改性后的一次脱水污泥进入高压带式TJSD连续污泥脱水设备进行机械深度脱水。先经布料装置将污泥均布在滤布上，随着滤布的行进，污泥经由多组压力递增的压榨机构对污泥产生高压、密集压榨，污泥中的大量水分被进一步压出，压榨后污泥在出泥端由刮刀自动刮落，上下滤布分离后分别被冲洗干净循环投入使用。经高压带式连续深度脱水机脱水后泥饼仅为5～10mm多孔隙薄片状，其含水率降低到60%以下。
1.2 热泵低温干化技术
污泥干化利用热能通过蒸发作用从污泥中去除大部分水分，可使污泥显著减容，一般可将污泥含水率降至30%左右，是能量净支出的过程。目前常用的污泥干化技术有热干化、自然干化、热泵干化等。传统的热干化干燥温度一般在100℃以上，通过直接或间接的方式进行“水-热”交换，能耗费用在系统运行成本中的比例大于80%。
污泥热泵低温干化系统由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀、循环风机和干燥室等组成，根据逆卡诺循环原理，消耗少量的电能驱动循环进行，通过流动工质的气液两相热力循环完成空气与污泥的热质交换。该技术利用热泵除湿回收干燥过程产生的低品位热源的热焓能量，升温后作为热源进行污泥干燥和脱水。
根据国内外的研究及应用，污泥热泵低温干化技术可获得最高含固率90%的干化污泥，能满足污泥填埋、焚烧、园林利用、制砖及其他资源化利用的含水率要求;相比热干化100℃以上的干燥温度，污泥热泵低温干化的干燥温度为40～80℃相对低温，在低温环境下可有效避免污泥中有机物的大量挥发，最大程度的保留污泥热值，实现污泥的自持焚烧，低温的干化环境能减少氨气、硫化氢等恶臭气体的释放;热泵除湿的干化方式能耗仅为传统干化方式的1/3，具有节能低碳、环境友好等特点。
“TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化”联用工艺的特点
联用工艺技术优势和特点
联用工艺工程案例介绍
3.1 工程概况
某市政污水处理厂设计污水处理规模为5万m3/d，污泥产量约为30吨/天(以含水率80%计)，原采用浓缩带式一体机将污泥处理到含水率82～85%。由于污泥处理处置要求的提高，现该厂要求将部分污泥含水率降低至40%后与垃圾掺烧，急需对污泥处理设施进行提标改造。为最大程度的降低污泥处理处置工艺的运行费用，节约投资，实现与现有污泥浓缩带式脱水一体机的快速对接，并将污泥含水率降低至40%后与垃圾掺烧。污泥脱水提标改造拟采用“高压带式TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化”联用技术对含水率82～85%的一次脱水污泥进行脱水干化处理。污泥经TJSD高压带式连续污泥深度脱水后，污泥含水率由82～85%降低至60%以下，再经低温干化设备处理后，污泥含水率降低至40%以下，污泥经深度脱水并干化处理后最终与垃圾掺烧处置。本项目充分按照“处置决定处理，处理满足处置”的要求，采用“混合改性+高压带式连续脱水+热泵低温干化+垃圾掺烧”的污泥处理处置技术路线，最大程度的降低项目整体投资与运行费用，取得了令人满意的效果。
3.2 工艺流程
该项目设置2套高压带式TJSD连续污泥深度脱水设备，成套设备包含TJDM污泥改性混合机、TJSD连续污泥深度脱水机、TJPT改性剂定量投加装置、污泥分配装置、污泥输送机、自控系统等;热泵低温干化采用网带式连续干化设备。其基本工艺流程见图2。
“高压带式TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化”联用工艺流程图
(1)湿污泥输送
经浓缩带式一体机脱水后含水率为82～85%的一次脱水污泥，通过无轴螺旋输送机输送至TJDM混合机入料口。
(2)混合改性
一次脱水后含水率82～85%的污泥与固化剂、改性剂在TJDM混合机内充分混合均匀，一方面，破解活性污泥结构，释放结合水和胞内水;另一方面，构建微型骨架体增加污泥絮粒强度，提高脱水性能。固化剂的投加质量比(占含水率80%污泥总量，下同)为0.5～1%，改性剂投加的质量比为4～6%，整个过程连续进料均匀出料。
(3)TJSD高压带式连续深度脱水
经改性后的一次脱水污泥进入TJSD连续带式深度脱水机进行机械深度脱水。先经布料装置将污泥均布在滤布上，随着滤布的行进，污泥经由多组压力递增的压榨机构对污泥产生高压、密集压榨，污泥中的大量水分被进一步压出，压榨后污泥在出泥端由刮刀自动刮落，上下滤布分离后分别被冲洗干净循环投入使用。
经高压带式连续深度脱水机脱水后泥饼仅为5～10mm多孔隙薄片状，其含水率降低到60%左右。深度脱水后的污泥经破碎机破碎后由无轴螺旋输送机输送至污泥热泵低温干化设备。
TJSD连续带式深度脱水设备及深度脱水后的污泥
(4)污泥热泵低温干化
深度脱水后含水率60%左右的污泥在带式热泵低温干化设备的入口经面条机挤压成约4～6mm直径的圆柱条状，再进入网带连续低温除湿干燥箱。在网带运转污泥缓缓转运过程中，圆柱条状的深度脱水污泥均匀摊铺在网带输送机上。60～70℃的热空气从网带下方经网眼向上通过，使污泥与热空气产生热质交换，从而将污泥中水分蒸发带出。吸收了污泥中水分的40～50℃湿热空气再进入除湿热泵中进行除湿与加热处理，处理后热干空气循环对网带上污泥进行干化，干化后污泥外观如图4呈直径4mm左右的细颗粒状，干化后污泥含水率降低至40%以下，最后与垃圾掺烧处置。
(5)废水、废气的处理
高压带式连续污泥深度脱水过程中产生的滤液经设备底部的接液盘收集后回流至污水厂浓缩池处理。污泥热泵低温干化设备对污泥除湿干燥过程中产生的冷凝水经测试后达到了《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962-2015)。
高压带式连续污泥深度脱水过程中产生的臭气由设备本体加罩的臭气收集口收集至除臭系统。污泥热泵低温干化过程为全密闭低温运行，无臭气产生，无需做臭气收集。
3.3 调试及运行效果
该联用工艺投入运行后，根据改性后污泥耐压性调整高压带式连续污泥深度脱水机的气缸压强(0.3-0.4MPa)、固化剂和改性剂投加量。热泵低温干化设备由于功率一定，根据能量守恒定律每小时出水量为定值，因此热泵低温干化设备出泥含水率由进泥含水率及进泥量决定。
该项目联合投加0.7%的固化剂及不同质量比的改性剂，“高压带式TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化”污泥深度脱水联用工艺的调试及运行情况见表2。
由表可见，一次脱水污泥含水率在82%～85%之间，含水率平均值为83%。深度脱水后污泥含水率随着改性剂投加量的升高而降低。当改性剂投加量为一次脱水污泥质量的4%时，污泥含水率可降低至60%以下。
根据运行结果，热泵低温干化设备每排出1kg的水耗电量约为0.32kW·h。由于热泵低温干化设备的脱水量一定，当进泥含水率较高时，出泥含水率要达到目标值时，处理量会相应的减少;当处理量较大且出泥含水率要达到目标值时，进泥含水率需要更低。
工程长期运行结果表明：“高压带式TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化”污泥深度脱水联用工艺处理后污泥pH小于9且含水率低于40%，完全满足后续与垃圾掺烧处置的要求。
联用工艺的效益分析
以污泥处理量30t/d(污泥平均含水率83%)的工程为例，工程连续运行效果表明：(1)“改性剂改性+深度脱水+低温热泵干化”后的污泥完全满足污泥与垃圾掺烧的处置要求。(2)在0.5～1%质量比的固化剂，及4～6%质量比的改性剂经济投加量条件下，高压带式TJSD连续深度脱水后污泥含水率降低至60%以下，药剂、耗材及动力费总计为64.6元/吨泥(按污泥平均含水率83%计，下同)。再通过热泵低温干化将含水率降至40%以下，该部分处理费为41.07元/吨泥，高压带式连续深度脱水结合热泵低温干化技术总处理费用为105.67元/吨泥。(3)若直接采用热泵低温干化技术将平均含水率83%的污泥干化至含水率40%以下，单位处理费用为160.53元/吨泥。采用高压带式连续深度脱水结合热泵低温干化技术比单独使用热泵低温干化技术年运行成本可节省59.26万元。
工艺运行条件如下图
“TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化”联用工艺与
单独热泵低温干化运行费用对比
结论
“高压带式TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化”污泥深度脱水联用工艺是一种新型的污泥处理联用工艺，处理后的污泥可满足填埋、焚烧、园林利用、制砖等处置方式及资源化利用的要求，并最大程度的降低运行费用，社会效益及经济效益显著。
原标题:“高压带式TJSD连续污泥机械脱水+热泵低温干化” 污泥深度脱水联用工艺
