萬若-羅迪格流化床微觀混合反應工藝技術與設備

一、污泥石灰處理

石灰處理是污泥通過與石灰及其它適宜輔料（如鍋爐飛灰、水泥、礦化垃圾等）混合的處理方法，是應用于污泥處理的一個殺菌、無害化、穩(wěn)定化、土質(zhì)化/顆粒化的污泥處理技術手段。由于其具有工藝簡單、投資和運行費用低、決策風險小、實施快等優(yōu)勢，在歐洲、北美至今仍是污泥處理處置中一個常用的手段。國外從上世紀七、八十年代以來對該方法的工程應用基礎進行過較多研究，近年來國際上又有大量新的研究，如石灰處理污泥和有機垃圾的殺菌和穩(wěn)定化，石灰處理污泥的微觀形態(tài)學、核心技術要求、工藝優(yōu)化的研究等。

污泥石灰處理是污泥處置、利用之前的一個中間環(huán)節(jié)。針對中國具體情況，處理后的污泥優(yōu)先解決了衛(wèi)生安全性問題，其次重金屬等物質(zhì)也得到有效地鈍化，具有較大的綜合利用空間，如路基、建材利用、異地焚燒、異地堆肥、酸性土壤施肥、土地修復、安全處置或作為污泥干化焚燒設備在維護檢修中的臨時處理手段，以節(jié)省備用設備的投資等。

污泥石灰處理被部分業(yè)內(nèi)人士解讀為臨時過渡措施，不免失之偏頗，但本文無意就此作更多探討，讀者可參閱文后所列相關文獻。

二、污泥石灰處理的核心問題

脫水污泥是一個粘稠、致密及具有觸變性的物料，在既定的污泥和石灰（氧化鈣）原料下，氧化鈣粉料如何在工程上均勻的與污泥混合反應，是污泥石灰處理中一個非常重要的環(huán)節(jié)。

美國華盛頓污水處理廠日產(chǎn)污泥一千多噸，通過石灰處理后全部用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)。2004-2005該廠對石灰處理進行了升級改造，在大量實驗基礎上選擇德國Loedige羅迪格機械驅(qū)動流化床混合反應技術和設備。

在此背景下，馬里蘭大學、華盛頓排水公司組成的研究團隊對同樣的污泥來源（華盛頓污水處理廠）以原有和升級改造后所采用的不同混合反應工藝進行了廣泛深入的比較、研究，并寫出兩篇論文共計20頁在Environmental Engineering（2008年9月刊）雜志連載。結(jié)果顯示，處理后的污泥在微觀形態(tài)學分析上，不同處理技術氧化鈣與污泥的結(jié)合程度有明顯的差別（圖1），指出氧化鈣在污泥中的分散度越低，越不利于反應，直接影響處理效果與處理費用。華盛頓給排水管理局（DC WASA）網(wǎng)站公開發(fā)表的2005年生物質(zhì)年報（Biosolids Annual Report）報道，采用Loedige羅迪格污泥石灰處理技術后，石灰消耗量從25%降到15%，處理質(zhì)量提升到美國*標準。

三、 關鍵技術--以犁鏵為基本攪拌元件的流化床技術實現(xiàn)低能耗、柔和均勻微觀混合反應

污泥石灰干化工藝是基于生石灰與水的放熱反應，因此工藝的關鍵核心應是如何使生石灰與粘稠密實的污泥物料實現(xiàn)微觀均勻混合。混合過程中氧化鈣在微觀上與污泥的混合程度及分散度對反應至關重要，石灰在污泥中的分散度和反應速度與氧化鈣的節(jié)省量呈密切的正相關。

混合反應器專業(yè)制造商德國羅迪格Loedige于上世紀四十年代在次將耕地的犁刀、特殊的曲面變更和組合、機械驅(qū)動流化床工藝極其巧妙地組合在一起，從而開創(chuàng)了特殊粘稠物料的混合反應技術先河，破解了工業(yè)界一系列難題，歷經(jīng)半個多世紀，不斷創(chuàng)新，成為國際特殊物料混合反應技術的持久。

歐洲污泥石灰處理的工業(yè)化、技術化也是由Loedige來推動的。

上世紀70年代大量的污泥石灰處理基礎研究均以Loedige技術為依托，如文獻《污泥石灰處理工藝分析》中所引用的上世紀70年代經(jīng)典文獻指出的Loedige技術在12秒內(nèi)完成污泥石灰的柔和高效微觀混合。

幾十年來Loedige羅迪格已經(jīng)成為污泥石灰處理的代名詞，應用工程遍及，如歐洲（都柏林、漢堡、卡塞爾、羅馬、雅典…），北美（華盛頓、底特律…）, 亞洲（首爾、北京…），并一直該領域技術發(fā)展，在各地建立了千余業(yè)績。

在密閉的混合反應器中特殊的犁鏵元件柔和地將粘稠污泥撕裂、并以不同的方向拋起，形成一個流化床的效果，在疏松的狀態(tài)下與氧化鈣或其他物料進行微觀混合。不斷地優(yōu)化創(chuàng)新，以及其簡單、可靠、快捷的方式和形式使污泥混合反應技術達到，主要體現(xiàn)在：

√ 以機械力驅(qū)動，低能耗、柔和地在保持污泥原有微觀結(jié)構(gòu)的同時，撕裂污泥，使其具有的比表面積與其它組份混合反應。*解決泥包灰或灰包泥的問題

√ 為避免部分物料短流行進到物料出口，攪拌元件始終將向反應器出口移動物料的一部分逆拋回，形成走三步退兩步的效果，以此，已經(jīng)開始放熱的物料與新進來的冷物料接觸，周而復始，強化反應效果，物料在混合反應器與石灰混合反應處理后物料中鈣含量的波動控制在+/-5%以內(nèi)。

√的傳質(zhì)、傳熱速度。該技術將污泥這種粘稠物料的比表面積增加到了的程度。傳質(zhì)（石灰與污泥的微觀接觸）、傳熱（水分的蒸發(fā)）速率是諸如螺旋輸送混合及轉(zhuǎn)窯輸送混合的數(shù)十倍、上百倍。考慮到了每一個細節(jié)的優(yōu)化，如

- 優(yōu)化的實際，使鏵犁的鏟面覆蓋整個反應器，不留死角；

- 所有維護不需要人進入設備中，通過檢修口就可完成；

- 調(diào)節(jié)犁鏵的轉(zhuǎn)速及機械力施加的強度，以適應污泥特性在季節(jié)上的變化；

- 調(diào)節(jié)物料出口的堰板以干預物料平均停留時間；

- 直接在線監(jiān)測反應器中物料的溫度，與石灰計量投加聯(lián)合控制，有效控制反應條件；

- 水蒸氣以最短的路徑被引出，優(yōu)化的引風進風設計；

- 犁鏵與主軸連接采用螺栓固定，檢修、更換簡單；

- 混合反應器上方配置有氣體出口，可將反應中產(chǎn)生的水蒸氣引出。