楊文杰, 鄭志永,2*, 余甜甜, 張業(yè)帆, 曹啟浩, 符 波,2, 劉 和,2

1.江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院, 江蘇省厭氧生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 無(wú)錫 214122

2.江蘇省水處理技術(shù)與材料協(xié)同創(chuàng)新中心, 江蘇 蘇州 215009

藍(lán)藻水華的暴發(fā)是水體富營(yíng)養(yǎng)化的突出表現(xiàn)之一，2018年全球湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化分析結(jié)果顯示，全球有高達(dá)63%的大型湖庫(kù)已呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[1]. 太湖作為長(zhǎng)江三角洲地區(qū)最大的淡水湖，周邊城市高度密集，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，更多遠(yuǎn)超水體自?xún)裟芰Φ牡?、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排放至湖中，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化程度加快，最終導(dǎo)致藻類(lèi)物質(zhì)大量繁殖，嚴(yán)重影響城市水源安全和生態(tài)安全[2]. 現(xiàn)階段對(duì)于治理太湖藍(lán)藻水華的有效措施之一是打撈[3]，打撈的藍(lán)藻漿含水率高于99%，經(jīng)過(guò)破氣囊、絮凝和初步脫水后得到藍(lán)藻泥，其含水率仍較高，為85%～95%[4]，極高的含水率給運(yùn)輸、儲(chǔ)存及進(jìn)一步處理和資源化利用帶來(lái)很大困難. 藍(lán)藻泥無(wú)害化和資源化途徑主要有干化焚燒[5]、產(chǎn)沼氣[6]、堆肥[7]、生產(chǎn)動(dòng)物飼料[8]和提取藻藍(lán)蛋白[9]等. 受太湖周邊產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和資源化效率的影響，焚燒是相對(duì)現(xiàn)實(shí)可行的太湖藍(lán)藻無(wú)害化處理方法，但是需要將藍(lán)藻含水率降至65%以下，才能提高后續(xù)工藝的處理效率并降低成本[10]. 目前，無(wú)錫市政府聯(lián)合當(dāng)?shù)責(zé)犭姯h(huán)保企業(yè)，采用干化焚燒的路線(xiàn)作為藍(lán)藻泥的末端出路[11]，但由于藍(lán)藻泥深度脫水困難，傳統(tǒng)脫水工藝得到的泥餅無(wú)機(jī)添加劑含量高，導(dǎo)致處理成本居高不下.

藍(lán)藻是以銅綠微囊藻為優(yōu)勢(shì)的微生物種群，其含有大量蛋白質(zhì)和胞外莢膜多糖等生物聚合物[12]. 胞外聚合物將藍(lán)藻周?chē)剿?、間隙水包裹在一起，形成有機(jī)膠體[13]；同時(shí)由于藍(lán)藻細(xì)胞表面帶有負(fù)電荷，導(dǎo)致細(xì)胞之間存在排斥作用，影響絮凝效果[14]；有研究表明，藍(lán)藻胞外聚合物是影響藍(lán)藻壓濾脫水性能的關(guān)鍵因素[15-16]. 研究[17]表明，降低pH、添加陽(yáng)離子絮凝劑、中和污泥表面電荷均可降低污泥的黏度；Dentel等[18]利用流變學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)消化污泥的剪切敏感性，發(fā)現(xiàn)在描述消化污泥脫水性能方面，流變學(xué)方法比傳統(tǒng)CST試驗(yàn)更佳；Wolny等[19]對(duì)聚電解質(zhì)處理后的污泥進(jìn)行流變特性分析，發(fā)現(xiàn)聚電解質(zhì)調(diào)理后的污泥結(jié)構(gòu)與流變特性都發(fā)生了改變，并且剪切應(yīng)力與聚電解質(zhì)投加量呈正相關(guān)，說(shuō)明污泥流變性能與脫水性能之間存在一定的相關(guān)性；Wang等[20]利用流變學(xué)分析酸處理對(duì)污泥脫水性能的影響，發(fā)現(xiàn)降低pH可以改變污泥的流變特性，提高脫水率，表明流變學(xué)分析可以作為調(diào)節(jié)污泥理化特性與脫水性能之間的橋梁，有助于理解污泥脫水的機(jī)理；Hou等[21]分析了經(jīng)過(guò)絮凝劑與粉煤灰調(diào)理后污泥的流變學(xué)曲線(xiàn)與濾餅比阻、毛細(xì)吸水時(shí)間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)污泥的流變學(xué)參數(shù)能夠評(píng)估其脫水性能. 目前的研究?jī)H表明流變學(xué)與污泥脫水性能存在一定的聯(lián)系，但并未進(jìn)一步建立流變學(xué)特征參數(shù)與脫水性能參數(shù)之間的相關(guān)性方程，無(wú)法利用流變學(xué)指導(dǎo)實(shí)際脫水工作. 藍(lán)藻泥和污泥都是非牛頓流體[22]，對(duì)藍(lán)藻泥流變學(xué)性質(zhì)與壓濾脫水性能的關(guān)系進(jìn)行研究有助于更好地探究影響絮凝和脫水的因素及其工藝調(diào)控方法.

藍(lán)藻泥的性質(zhì)隨著季節(jié)和打撈區(qū)域的不同而呈現(xiàn)很大波動(dòng)[23-24]，在實(shí)際處理過(guò)程中壓濾脫水條件無(wú)法實(shí)時(shí)確定. 建立濾餅比阻與流變學(xué)參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系，則可以通過(guò)流變學(xué)測(cè)試快速評(píng)估藍(lán)藻泥壓濾脫水性能，從而科學(xué)指導(dǎo)壓濾脫水過(guò)程，為藍(lán)藻泥減量化的工藝研究提供新方法.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

藍(lán)藻泥取自于無(wú)錫市楊灣藻水分離站，經(jīng)臥螺離心機(jī)初步分離后，其基本性質(zhì)如表1所示.

表1 藍(lán)藻泥的基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方案

選擇藍(lán)藻泥含固率、絮凝劑種類(lèi)和添加量(均以干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算)、溫度、pH為考察因素(見(jiàn)表2)，分析不同因素對(duì)藍(lán)藻泥的壓濾脫水性能及流變學(xué)性質(zhì)的影響. 流變學(xué)性質(zhì)測(cè)量使用Physica MCR301型旋轉(zhuǎn)流變儀(Anton Paar，奧地利). 選擇藍(lán)藻泥含固率、溫度、pH及PAC(聚合氯化鋁)投加量為考察因素，在剪切速率為1.0×10-2s-1下繪制藍(lán)藻泥的穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)，并使用Herschel-Bulkley模型[25]對(duì)藍(lán)藻泥的穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，探究剪切速率與剪切應(yīng)力、黏度之間的關(guān)系. 然后，固定角頻率為6.28 rad/s，通過(guò)改變振蕩應(yīng)變來(lái)觀察彈性模量(G′)、黏性模量(G″)與應(yīng)變之間的關(guān)系，控制振蕩應(yīng)變范圍為0.001%～100%進(jìn)行測(cè)試，并繪制相應(yīng)的藍(lán)藻泥動(dòng)態(tài)流變曲線(xiàn)，探究振蕩應(yīng)變與黏彈性模量的關(guān)系.

表2 藍(lán)藻泥壓濾脫水性能及流變學(xué)性質(zhì)的影響因素和水平

藍(lán)藻泥的濾餅比阻采用真空抽濾法進(jìn)行測(cè)定. 向抽濾裝置的漏斗內(nèi)放置一張預(yù)先干燥稱(chēng)量過(guò)質(zhì)量的快速定性濾紙，直徑10 cm. 取100 mL的待測(cè)藍(lán)藻泥樣品倒入漏斗，打開(kāi)真空泵，調(diào)節(jié)閥門(mén)使抽濾裝置的真空度維持在0.08 MPa. 記錄藍(lán)藻濾液體積(V)隨時(shí)間(t)的變化情況，當(dāng)濾液體積不再增加時(shí)，關(guān)閉真空泵. 將漏斗內(nèi)剩余藍(lán)藻藻餅烘干并稱(chēng)重. 在進(jìn)行熱抽濾試驗(yàn)時(shí)，抽濾裝置需預(yù)熱并在漏斗外壁纏繞流通熱水的硅膠軟管維持恒定溫度，藍(lán)藻樣品加熱至預(yù)定溫度后趁熱倒入抽濾裝置. 濾餅比阻計(jì)算方法見(jiàn)式(1)[26].

SRF=2bPA2/μC

(1)

式中：SRF為濾餅比阻，m/kg；b為以V為橫坐標(biāo)、t/V為縱坐標(biāo)所繪制的曲線(xiàn)的斜率，s/m6；P為抽吸真空度，Pa；A為污泥的過(guò)濾面積，m2；μ為濾液的黏度，Pa·s；C為產(chǎn)生單位體積濾液所對(duì)應(yīng)的濾餅干物質(zhì)的質(zhì)量，kg/m3.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理?xiàng)l件下藍(lán)藻泥的濾餅比阻分析

濾餅比阻在一定程度上反映了物體的過(guò)濾性能，濾餅比阻越小，過(guò)濾性能越好[27]. 常溫下投加干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的不同絮凝劑對(duì)藍(lán)藻泥濾餅比阻的影響如圖1(a)所示. 結(jié)果顯示，投加絮凝劑后藍(lán)藻泥濾餅比阻相對(duì)于未投加絮凝劑的對(duì)照組明顯降低，其中，添加PAC的絮凝效果最好，與對(duì)照組相比，濾餅比阻降低了72.1%，主要是因?yàn)镻AC中含有大量絡(luò)合離子，絡(luò)合離子與藍(lán)藻細(xì)胞表面電荷中和，靜電斥力減少，顆粒脫穩(wěn)后相互碰撞產(chǎn)生絮凝沉淀，藻團(tuán)中大量自由水得以釋放，改善了原料壓濾脫水性能，Al3+不僅能夠中和細(xì)胞表面電荷，還可以生成具有強(qiáng)吸附能力的Al(OH)3膠體，通過(guò)吸附、架橋等作用，形成大顆粒絮狀沉淀，降低濾餅比阻[28-29]. 投加3% PAC 時(shí)溫度對(duì)濾餅比阻的影響如圖1(b)所示，投加PAC后濾餅比阻隨著溫度的升高呈降低趨勢(shì)，80 ℃時(shí)濾餅比阻相對(duì)于20 ℃時(shí)降低了46.2%，達(dá)到1.43×1013m/kg，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，濾餅比阻的降幅隨溫度的升高呈增加趨勢(shì)，升溫對(duì)于藍(lán)藻泥過(guò)濾性能具有顯著影響. 80 ℃下投加3% PAC時(shí)不同pH對(duì)藍(lán)藻泥濾餅比阻的影響如圖1(c)所示，在試驗(yàn)pH范圍內(nèi)，濾餅比阻隨著pH的降低而減小，當(dāng)pH從8降至4時(shí)，濾餅比阻急劇減小. pH為4時(shí)濾餅比阻相對(duì)于pH為8時(shí)降低了58.6%，降至1.00×1013m/kg. 究其原因，主要是在酸性條件下，藍(lán)藻Zeta電位在相對(duì)堿性條件下更低，藍(lán)藻細(xì)胞之間的排斥力減弱，更容易被絮凝[30]，所以在酸性條件下藍(lán)藻泥的過(guò)濾性能相對(duì)較好. 試驗(yàn)所用原料初始pH約為6.5，加入PAC之后藍(lán)藻泥pH正好處于酸性條件，所以在生產(chǎn)使用時(shí)，考慮適用性及經(jīng)濟(jì)性因素，可以不用調(diào)節(jié)pH. 80 ℃下不同PAC投加量對(duì)濾餅比阻的影響如圖1(d)所示，隨著PAC投加量的增加，濾餅比阻呈降低趨勢(shì)，最終由2.03×1013m/kg降至5.38×1012m/kg，基本達(dá)到污泥機(jī)械脫水的要求.

圖1 不同條件下藍(lán)藻泥的濾餅比阻

為了探尋藍(lán)藻泥的最佳脫水條件，對(duì)藍(lán)藻泥壓濾脫水性能影響因素進(jìn)行了分析. 結(jié)果表明，加入絮凝劑進(jìn)行熱濾時(shí)藍(lán)藻泥的壓濾脫水性能較好，根據(jù)Kozeny-Carman方程[31]可知，壓濾的濾餅比阻主要取決于體系中顆粒的大小、形狀和可壓縮性. 當(dāng)對(duì)藍(lán)藻泥進(jìn)行加熱時(shí)，銅綠微囊藻細(xì)胞外的莢膜多糖溶解，導(dǎo)致藻細(xì)胞團(tuán)離散，顆粒變小，這是加熱對(duì)壓濾不利的一面；但由于加熱導(dǎo)致細(xì)胞壁的直接裸露而使顆粒的剛性增強(qiáng)(可壓縮性變小)；同時(shí)絮凝劑使離散的細(xì)胞重新絮凝聚合，對(duì)顆粒進(jìn)行重組而使絮凝后的顆粒變大. 在后二者的作用下，藍(lán)藻泥壓濾脫水性能得到了顯著改善.

2.2 不同處理?xiàng)l件下藍(lán)藻泥的流變學(xué)性質(zhì)分析

2.2.1Herschel-Bulkley模型下藍(lán)藻的流變學(xué)性質(zhì)分析

不同條件下藍(lán)藻泥的穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)如圖2所示，該研究中不同樣品的黏度(η)隨剪切速率(γ)的變化規(guī)律相似，符合擬塑性流體的剪切稀釋特性. 不同含固率下藍(lán)藻泥的穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)如圖2(a)所示，在剪切速率極低的區(qū)域，藍(lán)藻樣品在近似于零剪切速率的作用下，結(jié)構(gòu)密度可以保持在相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，各粒子鏈、粒子團(tuán)相互纏結(jié)，此時(shí)各粒子必須與周?chē)钠渌Ｗ訄F(tuán)協(xié)同運(yùn)動(dòng)，不能獨(dú)立流動(dòng)，因此其黏度較為穩(wěn)定且維持在很高的水平上. 剪切速率逐漸增加時(shí)，產(chǎn)生的剪切應(yīng)力可以破壞各粒子相互作用的范德華力作用點(diǎn)，而被破壞的絮體又經(jīng)過(guò)相互作用力重建；當(dāng)剪切速率繼續(xù)增加時(shí)，料液中粒子團(tuán)的重建速度無(wú)法達(dá)到高剪切速率下的破壞速度，黏度開(kāi)始下降；當(dāng)剪切速率為100～1 000 s-1時(shí)，藍(lán)藻的黏度隨剪切速率增加的變幅非常小，主要是因?yàn)樵诟呒羟兴俣鹊淖饔孟?，與破壞速度相比可以忽略重建速度，粒子團(tuán)完全解體，黏度值降至最小值，不再進(jìn)一步下降.

圖2 不同條件下藍(lán)藻泥的穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)

使用Herschel-Bulkley模型[25]對(duì)藍(lán)藻穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)進(jìn)行擬合：

τ=Kγn

(2)

式中：τ為剪切應(yīng)力，Pa；K為稠度系數(shù)，Pa·sn；γ為剪切速率，s-1；n為流變指數(shù). 在試驗(yàn)總固體濃度范圍內(nèi)n的變化不大，約為0.15. 由表3可見(jiàn)，隨著測(cè)試中藍(lán)藻含固率的升高，K不斷升高. 藍(lán)藻泥中大量的顆粒物質(zhì)與有機(jī)質(zhì)相互作用，使藍(lán)藻泥形成凝膠狀態(tài)，含固率升高時(shí)，分子碰撞頻率增大，流動(dòng)阻力增大，K升高.

表3 不同處理?xiàng)l件下藍(lán)藻泥的Herschel-Bulkley模型擬合參數(shù)

含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同溫度下的穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)如圖2(b)所示，同一剪切速率下，當(dāng)藍(lán)藻溫度升高時(shí)，物體的黏度呈下降趨勢(shì). 究其原因：一方面是由于加熱使藍(lán)藻的胞外多糖溶解[32]，使其由凝膠態(tài)向溶膠態(tài)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致黏度減小[33]；另一方面是因?yàn)闇囟壬撸{(lán)藻泥中的藻團(tuán)結(jié)構(gòu)變得松散，顆粒間的相互作用力比低溫時(shí)小，其流動(dòng)阻力減小，黏度下降，由表3可見(jiàn)，當(dāng)溫度升高時(shí)，K也隨之減小.

含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同pH下的穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)如圖2(c)所示，當(dāng)pH逐漸降低時(shí)，黏度逐漸減小. 相對(duì)于其他組而言，pH=8時(shí)黏度顯著增加，達(dá)到1×105MPa·s. pH為4～6時(shí)，藍(lán)藻的黏度沒(méi)有顯著差別，說(shuō)明在此范圍內(nèi)，pH對(duì)于藍(lán)藻穩(wěn)態(tài)流變特性沒(méi)有顯著影響. 究其原因，主要是藍(lán)藻在酸性條件下，細(xì)胞Zeta電位較低，藍(lán)藻細(xì)胞之間的靜電斥力較弱；在堿性條件下，細(xì)胞易釋放出大量帶有負(fù)電荷的胞外聚合物，導(dǎo)致絮體之間的靜電斥力增強(qiáng)，黏度增加，過(guò)濾阻力增大[34]. 由表3可見(jiàn)，K隨著pH的升高而逐步增加，說(shuō)明pH的升高會(huì)使藍(lán)藻泥中各顆粒間的黏性變大，流動(dòng)阻力增強(qiáng).

含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同PAC投加量下的穩(wěn)態(tài)流變曲線(xiàn)如圖2(d)所示，隨著PAC投加量的增加，同一剪切速率下的黏度呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)榧尤胄跄齽┖螅?jīng)過(guò)絮凝作用束縛水的釋放，提高了藍(lán)藻泥的沉降性能，流動(dòng)性增強(qiáng)，黏度降低. 由表3可見(jiàn)，K隨著PAC投加量的增加而逐步減小，說(shuō)明絮凝劑改善了藍(lán)藻泥的沉降性能，降低了藍(lán)藻泥的流動(dòng)阻力.

2.2.2藍(lán)藻振蕩應(yīng)變掃描流變學(xué)性質(zhì)分析

不同含固率下藍(lán)藻泥的振蕩應(yīng)變測(cè)試曲線(xiàn)如圖3(a)所示，G′與G″分別表示彈性模量和黏性模量. 在振蕩應(yīng)變較低的區(qū)域，小振幅的應(yīng)變不會(huì)破壞料液中原本粒子的分子鏈與膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，此時(shí)表現(xiàn)出線(xiàn)性的黏性行為，G′與G″幾乎不發(fā)生變化；當(dāng)振蕩應(yīng)變繼續(xù)增加時(shí)，G′與G″開(kāi)始發(fā)生變化，均隨著振蕩應(yīng)變的增加而下降，G′仍然高于G″，說(shuō)明此時(shí)彈性模量仍然占主導(dǎo)作用，藍(lán)藻表現(xiàn)出彈性行為；但是，G′的降幅比G″更為明顯，G′與G″的差值減小，當(dāng)振蕩應(yīng)變?cè)鲋聊骋恢禃r(shí)，G′與G″值相等，在交點(diǎn)處樣品呈現(xiàn)出“半固態(tài)”；該交點(diǎn)后，在G′與G″整體下降的趨勢(shì)下G″開(kāi)始超過(guò)G′，此時(shí)藍(lán)藻進(jìn)入了由黏性主導(dǎo)的非線(xiàn)性黏彈區(qū)域. 由圖3(a)可見(jiàn)，隨著藍(lán)藻泥含固率的增加，G′逐步升高. 這是因?yàn)椋搪试龃?，?dǎo)致藍(lán)藻顆粒之間相互作用力增強(qiáng)，形成更加堅(jiān)固穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)存于藍(lán)藻內(nèi)部的能量變大，需要施加更多應(yīng)力，才能使藍(lán)藻產(chǎn)生應(yīng)變. 不同含固率下藍(lán)藻動(dòng)態(tài)流變掃描時(shí)的|G*|如圖4(a)所示，|G*|取振蕩應(yīng)變?yōu)?.1%～1%區(qū)間的平均值，因?yàn)樵诖藚^(qū)間的流體更能反映藍(lán)藻泥過(guò)濾脫水的形態(tài)變化，含固率為3%時(shí)，|G*|為117 Pa，當(dāng)含固率逐漸增加時(shí)，|G*|隨之增加，含固率為15%時(shí)達(dá)到最大，為5 716 Pa. 這說(shuō)明含固率的增加會(huì)使藍(lán)藻泥的剛性增強(qiáng)，料液傾向于呈現(xiàn)“固體”的性質(zhì)[35].

圖3 不同條件下藍(lán)藻泥的動(dòng)態(tài)流變曲線(xiàn)

圖4 不同條件下藍(lán)藻泥的|G*|

含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同溫度下的振蕩應(yīng)變測(cè)試曲線(xiàn)如圖3(b)所示，在振蕩應(yīng)變較低的區(qū)域，G′與G″未發(fā)生明顯變化，此時(shí)各溫度條件下G′均大于G″. 隨著溫度逐步升高，初始G′與初始G″整體下降，說(shuō)明當(dāng)溫度升高時(shí)，藍(lán)藻泥中的部分高分子物質(zhì)由凝膠態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z態(tài)，G′逐漸減??；藍(lán)藻的粒子團(tuán)運(yùn)動(dòng)阻力減小，應(yīng)變產(chǎn)生的內(nèi)摩擦損耗掉的能量減少，G″出現(xiàn)下降. 含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同溫度下動(dòng)態(tài)流變掃描時(shí)|G*|的變化情況如圖4(b)所示，隨著溫度升高，藍(lán)藻粒子間運(yùn)動(dòng)加劇、結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，部分不溶于水的胞外多糖由凝膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z態(tài)，黏性作用增強(qiáng)、彈性作用減弱，從而導(dǎo)致|G*|降低，在80 ℃時(shí)|G*|降至74.5 Pa.

含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同pH下的振蕩應(yīng)變測(cè)試曲線(xiàn)如圖3(c)所示，隨著pH的減小，G′與G″均呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明低pH下產(chǎn)生相同應(yīng)變時(shí)物體內(nèi)部?jī)?chǔ)存與消耗的外界能量減小. 含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同pH下高溫動(dòng)態(tài)流變掃描時(shí)|G*|的變化情況如圖4(c)所示，隨著pH的降低，|G*|由pH=8時(shí)的841 Pa逐步降至27.1 Pa(pH=4)，說(shuō)明隨著pH的降低，藍(lán)藻泥的黏彈性由彈性向黏性過(guò)渡，藍(lán)藻泥由凝膠態(tài)向溶膠態(tài)轉(zhuǎn)變.

含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同PAC投加量下的振蕩應(yīng)變測(cè)試曲線(xiàn)如圖3(d)所示. 隨著PAC投加量的增加，低應(yīng)變下G′和G″均隨之降低，說(shuō)明PAC的投加改變了藍(lán)藻泥的網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致藍(lán)藻泥的流變特性發(fā)生變化. 含固率為6%的藍(lán)藻泥在不同絮凝劑投加量下動(dòng)態(tài)流變掃描時(shí)|G*|的變化情況如圖4(d)所示，|G*|隨著PAC投加量的增加而減少.

2.3 流變學(xué)參數(shù)與濾餅比阻的相關(guān)性分析

對(duì)2.2.1節(jié)和2.2.2節(jié)得到的K、G′、G″、|G*|、G′/G″及對(duì)應(yīng)的濾餅比阻值進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示. 由表4可見(jiàn)，藍(lán)藻脫水性指標(biāo)濾餅比阻(SRF)與K值、|G*|值均呈顯著相關(guān)(P<0.01). 因此，將濾餅比阻與K和|G*|分別進(jìn)行擬合(見(jiàn)圖5)，可以得出關(guān)系式(3)(4).

圖5 濾餅比阻與流變學(xué)參數(shù)的擬合曲線(xiàn)

表4 濾餅比阻和流變學(xué)參數(shù)的Pearson相關(guān)性

SRF=9.18×1011×K+6.70×1012

(3)

SRF=8.43×1010×(|G*|)+4.99×1012

(4)

流變學(xué)參數(shù)與濾餅比阻之間的關(guān)系如圖5所示，濾餅比阻與K、|G*|均呈顯著相關(guān)，Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.811與0.753，而濾餅比阻代表了藍(lán)藻泥的過(guò)濾特性，說(shuō)明流變學(xué)參數(shù)在一定范圍內(nèi)可以反映流體的過(guò)濾性能，說(shuō)明利用流變學(xué)性質(zhì)評(píng)判藍(lán)藻泥的壓濾脫水性能具有可行性. 通過(guò)建立濾餅比阻與流變學(xué)參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系，有望對(duì)藍(lán)藻泥壓濾脫水性能進(jìn)行快速評(píng)估，實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)條件與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)同優(yōu)化.

3 結(jié)論

a) 熱濾工藝可以改善藍(lán)藻泥的脫水效率，在藍(lán)藻泥溫度升至80 ℃且在不加絮凝劑的情況下，可以使藍(lán)藻的壓濾脫水性能近似于常溫絮凝工藝中的壓濾脫水性能，為現(xiàn)階段生產(chǎn)車(chē)間藍(lán)藻泥壓濾脫水工藝的改進(jìn)提供了有效的數(shù)據(jù)支撐.

b) 從流變學(xué)角度分析，藍(lán)藻泥是一種擬塑性流體，降低含固率、降低pH、升高溫度、加入絮凝劑都可以使藍(lán)藻泥的彈性模量和黏性模量降低，從而改善其壓濾脫水性能. 實(shí)際的脫水工藝需要組合各種不同的絮凝條件，實(shí)現(xiàn)技術(shù)條件與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)同優(yōu)化.

c) 藍(lán)藻泥的濾餅比阻(SRF)與其流變學(xué)參數(shù)(K和|G*|)呈顯著相關(guān)，可通過(guò)相關(guān)性方程SRF=9.18×1011×K+6.70×1012和SRF=8.43×1010×(|G*|)+4.99×1012建立濾餅比阻與流變學(xué)參數(shù)的關(guān)系，說(shuō)明通過(guò)流變學(xué)測(cè)試可以快速評(píng)估藍(lán)藻泥壓濾脫水性能，為指導(dǎo)實(shí)際壓濾脫水過(guò)程提供依據(jù).