萬(wàn)若-羅迪格流化床微觀混合反應(yīng)工藝技術(shù)與設(shè)備

一、污泥石灰處理

石灰處理是污泥通過(guò)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，是最早應(yīng)用于污泥處理的一個(gè)殺菌、無(wú)害化、穩(wěn)定化、土質(zhì)化/顆粒化的污泥處理技術(shù)手段。由于其具有工藝簡(jiǎn)單、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、決策風(fēng)險(xiǎn)小、實(shí)施快等優(yōu)勢(shì)，在歐洲、北美至今仍是污泥處理處置中一個(gè)常用的手段。國(guó)外從上世紀(jì)七、八十年代以來(lái)對(duì)該方法的工程應(yīng)用基礎(chǔ)進(jìn)行過(guò)較多研究，近年來(lái)國(guó)際上又有大量新的研究，如石灰處理污泥和有機(jī)垃圾的殺菌和穩(wěn)定化，石灰處理污泥的微觀形態(tài)學(xué)、核心技術(shù)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(gè)中間環(huán)節(jié)。針對(duì)中國(guó)具體情況，處理后的污泥優(yōu)先解決了衛(wèi)生安全性問(wèn)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(fù)、安全處置或作為污泥干化焚燒設(shè)備在維護(hù)檢修中的臨時(shí)處理手段，以節(jié)省備用設(shè)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(shí)過(guò)渡措施，不免失之偏頗，但本文無(wú)意就此作更多探討，讀者可參閱文后所列相關(guān)文獻(xiàn)。

二、污泥石灰處理的核心問(wèn)題

脫水污泥是一個(gè)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(yīng)，是污泥石灰處理中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。

美國(guó)華盛頓污水處理廠日產(chǎn)污泥一千多噸，通過(guò)石灰處理后全部用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)。2004-2005該廠對(duì)石灰處理進(jìn)行了升級(jí)改造，在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上選擇德國(guó)Loedige羅迪格機(jī)械驅(qū)動(dòng)流化床混合反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備。

在此背景下，馬里蘭大學(xué)、華盛頓排水公司組成的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)同樣的污泥來(lái)源（華盛頓污水處理廠）以原有和升級(jí)改造后所采用的不同混合反應(yīng)工藝進(jìn)行了廣泛深入的比較、研究，并寫(xiě)出兩篇論文共計(jì)20頁(yè)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(xué)分析上，不同處理技術(shù)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(yīng)，直接影響處理效果與處理費(fèi)用。華盛頓給排水管理局（DC WASA）官方網(wǎng)站公開(kāi)發(fā)表的2005年生物質(zhì)年報(bào)（Biosolids Annual Report）報(bào)道，采用Loedige羅迪格污泥石灰處理技術(shù)后，石灰消耗量從25%降到15%，處理質(zhì)量提升到美國(guó)環(huán)保局A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

三、 關(guān)鍵技術(shù)--以犁鏵為基本攪拌元件的流化床技術(shù)實(shí)現(xiàn)低能耗、柔和均勻微觀混合反應(yīng)

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

混合反應(yīng)器專業(yè)制造商德國(guó)羅迪格Loedige于上世紀(jì)四十年代在全球首次將耕地的犁刀、特殊的曲面變更和組合、機(jī)械驅(qū)動(dòng)流化床工藝極其巧妙地組合在一起，從而開(kāi)創(chuàng)了特殊粘稠物料的混合反應(yīng)技術(shù)先河，破解了工業(yè)界一系列難題，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，不斷創(chuàng)新，成為國(guó)際特殊物料混合反應(yīng)技術(shù)的持久標(biāo)桿。

歐洲污泥石灰處理最早的工業(yè)化、技術(shù)化也是由Loedige來(lái)推動(dòng)的。

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

幾十年來(lái)Loedige羅迪格已經(jīng)成為污泥石灰處理的代名詞，應(yīng)用工程遍及全球，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…），并一直引領(lǐng)該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展，在全球各地建立了千余業(yè)績(jī)。

在密閉的混合反應(yīng)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(gè)流化床的效果，在疏松的狀態(tài)下與氧化鈣或其他物料進(jìn)行微觀混合。不斷地優(yōu)化創(chuàng)新，以及其簡(jiǎn)單、可靠、快捷的方式和形式使污泥混合反應(yīng)技術(shù)達(dá)到極致，主要體現(xiàn)在：

√ 以機(jī)械力驅(qū)動(dòng)，低能耗、柔和地在保持污泥原有微觀結(jié)構(gòu)的同時(shí)，撕裂污泥，使其具有最大的比表面積與其它組份混合反應(yīng)。徹底解決泥包灰或灰包泥的問(wèn)題

√ 為避免部分物料短流行進(jìn)到物料出口，攪拌元件始終將向反應(yīng)器出口移動(dòng)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(kāi)始放熱的物料與新進(jìn)來(lái)的冷物料接觸，周而復(fù)始，強(qiáng)化反應(yīng)效果，物料在混合反應(yīng)器與石灰混合反應(yīng)處理后物料中鈣含量的波動(dòng)控制在+/-5%以內(nèi)。

√最高的傳質(zhì)、傳熱速度。該技術(shù)將污泥這種粘稠物料的比表面積增加到了最大的程度。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(gè)細(xì)節(jié)的優(yōu)化，如

- 優(yōu)化的實(shí)際，使鏵犁的鏟面覆蓋整個(gè)反應(yīng)器，不留死角；

- 所有維護(hù)不需要人進(jìn)入設(shè)備中，通過(guò)檢修口就可完成；

- 調(diào)節(jié)犁鏵的轉(zhuǎn)速及機(jī)械力施加的強(qiáng)度，以適應(yīng)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(yù)物料平均停留時(shí)間；

- 直接在線監(jiān)測(cè)反應(yīng)器中物料的溫度，與石灰計(jì)量投加聯(lián)合控制，有效控制反應(yīng)條件；

- 水蒸氣以最短的路徑被引出，優(yōu)化的引風(fēng)進(jìn)風(fēng)設(shè)計(jì)；

- 犁鏵與主軸連接采用螺栓固定，檢修、更換簡(jiǎn)單；

- 混合反應(yīng)器上方配置有氣體出口，可將反應(yīng)中產(chǎn)生的水蒸氣引出。