張 麗

（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

污泥來(lái)自污水處理流程中的許多環(huán)節(jié)。污泥的處置是城市生態(tài)環(huán)保良性循環(huán)的必然，它直接影響到城市環(huán)境衛(wèi)生、人民生活健康的各個(gè)環(huán)節(jié)，是制約污水處理廠正常發(fā)展的主要問(wèn)題之一。目前，傾向于將污泥處理單元建造在較遠(yuǎn)的地方，輸送成為處置污泥的重要紐帶，與傳統(tǒng)的輸送方式相比，管道輸送污泥成為可供選擇的必然方式之一。

國(guó)外使用管道輸送污泥歷史較長(zhǎng)，污泥長(zhǎng)距離管道輸送始于英國(guó)伯明翰，該系統(tǒng)管長(zhǎng)約6 km，管徑225 mm。后來(lái)，在歐美和日本等國(guó)相繼建成一些管輸系統(tǒng)。這些系統(tǒng)輸送污泥的濃度一般較低（如1%～2%左右），像輸送清水一樣進(jìn)行處理，輸送效率不高。

國(guó)內(nèi)目前沒(méi)有輸送實(shí)例，但北京中礦機(jī)電工程技術(shù)研究所對(duì)三種高濃度黏稠物料煤泥（含水率30%）、造紙廢渣污泥（含水率40%）和城市污泥（含水率80%）進(jìn)行輸送試驗(yàn)和測(cè)試研究，表明了高濃度污泥管道的輸送是可行的。但高濃度污泥的遠(yuǎn)距離輸送關(guān)鍵技術(shù)和影響機(jī)理尚未開(kāi)展研究，其污泥在輸送管道內(nèi)表面滑移特征和運(yùn)動(dòng)規(guī)律并不清楚。

高濃度污泥的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和阻力特性是污泥管道輸送的核心，它由流變特性和滑移特性共同支配，直接影響污泥輸送的特性。從國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展來(lái)看，目前未見(jiàn)污泥壁面滑移特性和流變特性機(jī)理研究成果報(bào)道，傳統(tǒng)理論無(wú)法指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。文章通過(guò)試驗(yàn)研究污泥的壁面滑移特性，為研究污泥管道內(nèi)流動(dòng)的減阻，降低輸送中的能耗提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及預(yù)處理

試驗(yàn)材料污采用污水處理廠最終環(huán)節(jié)的脫水污泥，考慮濃度影響，濃度選用含水率80%和87%的污泥。試驗(yàn)前，對(duì)樣品進(jìn)行均質(zhì)化處理，在以500轉(zhuǎn)/min的速度旋轉(zhuǎn)攪拌器中混合，然后停頓0.5 h。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器采用旋轉(zhuǎn)流變儀。夾具為平行板，間距0.4~3 mm。通過(guò)循環(huán)水浴溫控裝置設(shè)定所需溫度值，在恒溫條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流變實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)前將樣品在預(yù)定溫度下預(yù)熱5～10 min，以消除熱和應(yīng)變歷史。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

試驗(yàn)考慮了兩種濃度（含水率80%，87%）的流變特性和滑移特性。每組試管重復(fù)至少3次，以防止擾動(dòng)對(duì)結(jié)果造成的干擾。

2 結(jié)果分析

2.1 流變特性

對(duì)含水率80%的污泥進(jìn)行粘度測(cè)試，隨著剪切速率的增加，粘度值呈下降趨勢(shì)，即剪切速率增大年度降低，有利于管道輸送，如圖1和圖2所示。

圖1 含水率80%的污泥流變特性曲線

2.2 滑移特性

2.2.1 滑移現(xiàn)象

壁面滑移檢測(cè)方法多種多樣，文章通過(guò)標(biāo)記技術(shù)顯示法觀察污泥的滑移現(xiàn)象。借助高速攝像機(jī)記錄污泥隨旋轉(zhuǎn)流變儀流動(dòng)情況，觀察到含水率80%的污泥發(fā)生滑移現(xiàn)象。

圖2 含水率80%的污泥粘度曲線

2.2.2 濃度對(duì)壁面滑移的影響

對(duì)含水率80%和含水率87%的污泥通過(guò)依賴間距表觀剪切速率法，在三種不同間距下進(jìn)行穩(wěn)態(tài)掃描。如圖3，含水率87%的污泥在不同間距下，應(yīng)力/應(yīng)變曲線重合。如圖4，含水率80%的污泥不同間距下，應(yīng)力/應(yīng)變曲線發(fā)生了分叉，相同應(yīng)力下，應(yīng)變發(fā)生變化，表明有滑移發(fā)生，即滑移提供了一定應(yīng)變。

3 結(jié)論

第一，對(duì)含水率80%的污泥進(jìn)行流變掃描，觀察到粘度隨著剪切速率增大而降低，為管道輸送提供了有力依據(jù)。第二，采用標(biāo)記技術(shù)顯示法借助高速攝像機(jī)觀察到含水率80%的污泥發(fā)生了滑移，同時(shí)對(duì)含水率80%和含水率87%的污泥進(jìn)行穩(wěn)態(tài)剪切掃描，濃度大的污泥應(yīng)力/應(yīng)變曲線發(fā)生分叉，相同應(yīng)力下，應(yīng)變值發(fā)生改變，表明含水率80%的污泥發(fā)生了滑移，即滑移提供了一定的應(yīng)變，為減阻提供了依據(jù)。

圖3 含水率87%的污泥應(yīng)力/應(yīng)變曲線（25℃）

圖4 含水率80%的污泥應(yīng)力/應(yīng)變曲線（25℃）