万若-罗迪格流化床微观混合反应工艺技术与设备

一、污泥石灰处理

石灰处理是污泥通过与石灰及其它适宜辅料（如锅炉飞灰、水泥、矿化垃圾等）混合的处理方法，是最早应用于污泥处理的一个杀菌、无害化、稳定化、土质化/颗粒化的污泥处理技术手段。由于其具有工艺简单、投资和运行费用低、决策风险小、实施快等优势，在欧洲、北美至今仍是污泥处理处置中一个常用的手段。国外从上世纪七、八十年代以来对该方法的工程应用基础进行过较多研究，近年来国际上又有大量新的研究，如石灰处理污泥和有机垃圾的杀菌和稳定化，石灰处理污泥的微观形态学、核心技术要求、工艺优化的研究等。

污泥石灰处理是污泥处置、利用之前的一个中间环节。针对中国具体情况，处理后的污泥优先解决了卫生安全性问题，其次重金属等物质也得到有效地钝化，具有较大的综合利用空间，如路基、建材利用、异地焚烧、异地堆肥、酸性土壤施肥、土地修复、安全处置或作为污泥干化焚烧设备在维护检修中的临时处理手段，以节省备用设备的投资等。

污泥石灰处理被部分业内人士解读为临时过渡措施，不免失之偏颇，但本文无意就此作更多探讨，读者可参阅文后所列相关文献。

二、污泥石灰处理的核心问题

脱水污泥是一个粘稠、致密及具有触变性的物料，在既定的污泥和石灰（氧化钙）原料下，氧化钙粉料如何在工程上均匀的与污泥混合反应，是污泥石灰处理中一个非常重要的环节。

美国华盛顿污水处理厂日产污泥一千多吨，通过石灰处理后全部用于农业和林业。2004-2005该厂对石灰处理进行了升级改造，在大量实验基础上选择德国Loedige罗迪格机械驱动流化床混合反应技术和设备。

在此背景下，马里兰大学、华盛顿排水公司组成的研究团队对同样的污泥来源（华盛顿污水处理厂）以原有和升级改造后所采用的不同混合反应工艺进行了广泛深入的比较、研究，并写出两篇论文共计20页在Environmental Engineering（2008年9月刊）杂志连载。结果显示，处理后的污泥在微观形态学分析上，不同处理技术氧化钙与污泥的结合程度有明显的差别（图1），指出氧化钙在污泥中的分散度越低，越不利于反应，直接影响处理效果与处理费用。华盛顿给排水管理局（DC WASA）官方网站公开发表的2005年生物质年报（Biosolids Annual Report）报道，采用Loedige罗迪格污泥石灰处理技术后，石灰消耗量从25%降到15%，处理质量提升到美国环保局A级标准。

三、 关键技术--以犁铧为基本搅拌元件的流化床技术实现低能耗、柔和均匀微观混合反应

污泥石灰干化工艺是基于生石灰与水的放热反应，因此工艺的关键核心应是如何使生石灰与粘稠密实的污泥物料实现微观均匀混合。混合过程中氧化钙在微观上与污泥的混合程度及分散度对反应至关重要，石灰在污泥中的分散度和反应速度与氧化钙的节省量呈密切的正相关。

混合反应器专业制造商德国罗迪格Loedige于上世纪四十年代在全球首次将耕地的犁刀、特殊的曲面变更和组合、机械驱动流化床工艺极其巧妙地组合在一起，从而开创了特殊粘稠物料的混合反应技术先河，破解了工业界一系列难题，历经半个多世纪，不断创新，成为国际特殊物料混合反应技术的持久标杆。

欧洲污泥石灰处理最早的工业化、技术化也是由Loedige来推动的。

上世纪70年代大量的污泥石灰处理基础研究均以Loedige技术为依托，如文献《污泥石灰处理工艺分析》中所引用的上世纪70年代经典文献指出的Loedige技术在12秒内完成污泥石灰的柔和高效微观混合。

几十年来Loedige罗迪格已经成为污泥石灰处理的代名词，应用工程遍及全球，如欧洲（都柏林、汉堡、卡塞尔、罗马、雅典…），北美（华盛顿、底特律…）, 亚洲（首尔、北京…），并一直引领该领域技术发展，在全球各地建立了千余业绩。

在密闭的混合反应器中特殊的犁铧元件柔和地将粘稠污泥撕裂、并以不同的方向抛起，形成一个流化床的效果，在疏松的状态下与氧化钙或其他物料进行微观混合。不断地优化创新，以及其简单、可靠、快捷的方式和形式使污泥混合反应技术达到极致，主要体现在：

√ 以机械力驱动，低能耗、柔和地在保持污泥原有微观结构的同时，撕裂污泥，使其具有最大的比表面积与其它组份混合反应。彻底解决泥包灰或灰包泥的问题

√ 为避免部分物料短流行进到物料出口，搅拌元件始终将向反应器出口移动物料的一部分逆抛回，形成走三步退两步的效果，以此，已经开始放热的物料与新进来的冷物料接触，周而复始，强化反应效果，物料在混合反应器与石灰混合反应处理后物料中钙含量的波动控制在+/-5%以内。

√最高的传质、传热速度。该技术将污泥这种粘稠物料的比表面积增加到了最大的程度。传质（石灰与污泥的微观接触）、传热（水分的蒸发）速率是诸如螺旋输送混合及转窑输送混合的数十倍、上百倍。考虑到了每一个细节的优化，如

- 优化的实际，使铧犁的铲面覆盖整个反应器，不留死角；

- 所有维护不需要人进入设备中，通过检修口就可完成；

- 调节犁铧的转速及机械力施加的强度，以适应污泥特性在季节上的变化；

- 调节物料出口的堰板以干预物料平均停留时间；

- 直接在线监测反应器中物料的温度，与石灰计量投加联合控制，有效控制反应条件；

- 水蒸气以最短的路径被引出，优化的引风进风设计；

- 犁铧与主轴连接采用螺栓固定，检修、更换简单；

- 混合反应器上方配置有气体出口，可将反应中产生的水蒸气引出。