张 丽
(山西水利职业技术学院,山西 太原 030027)
污泥来自污水处理流程中的许多环节。污泥的处置是城市生态环保良性循环的必然,它直接影响到城市环境卫生、人民生活健康的各个环节,是制约污水处理厂正常发展的主要问题之一。目前,倾向于将污泥处理单元建造在较远的地方,输送成为处置污泥的重要纽带,与传统的输送方式相比,管道输送污泥成为可供选择的必然方式之一。
国外使用管道输送污泥历史较长,污泥长距离管道输送始于英国伯明翰,该系统管长约6 km,管径225 mm。后来,在欧美和日本等国相继建成一些管输系统。这些系统输送污泥的浓度一般较低(如1%~2%左右),像输送清水一样进行处理,输送效率不高。
国内目前没有输送实例,但北京中矿机电工程技术研究所对三种高浓度黏稠物料煤泥(含水率30%)、造纸废渣污泥(含水率40%)和城市污泥(含水率80%)进行输送试验和测试研究,表明了高浓度污泥管道的输送是可行的。但高浓度污泥的远距离输送关键技术和影响机理尚未开展研究,其污泥在输送管道内表面滑移特征和运动规律并不清楚。
高浓度污泥的流动结构和阻力特性是污泥管道输送的核心,它由流变特性和滑移特性共同支配,直接影响污泥输送的特性。从国内外研究进展来看,目前未见污泥壁面滑移特性和流变特性机理研究成果报道,传统理论无法指导生产实践。文章通过试验研究污泥的壁面滑移特性,为研究污泥管道内流动的减阻,降低输送中的能耗提供理论基础。
试验材料污采用污水处理厂最终环节的脱水污泥,考虑浓度影响,浓度选用含水率80%和87%的污泥。试验前,对样品进行均质化处理,在以500转/min的速度旋转搅拌器中混合,然后停顿0.5 h。
试验仪器采用旋转流变仪。夹具为平行板,间距0.4~3 mm。通过循环水浴温控装置设定所需温度值,在恒温条件下进行旋转流变实验。试验前将样品在预定温度下预热5~10 min,以消除热和应变历史。
试验考虑了两种浓度(含水率80%,87%)的流变特性和滑移特性。每组试管重复至少3次,以防止扰动对结果造成的干扰。
对含水率80%的污泥进行粘度测试,随着剪切速率的增加,粘度值呈下降趋势,即剪切速率增大年度降低,有利于管道输送,如图1和图2所示。
图1 含水率80%的污泥流变特性曲线
2.2.1 滑移现象
壁面滑移检测方法多种多样,文章通过标记技术显示法观察污泥的滑移现象。借助高速摄像机记录污泥随旋转流变仪流动情况,观察到含水率80%的污泥发生滑移现象。
图2 含水率80%的污泥粘度曲线
2.2.2 浓度对壁面滑移的影响
对含水率80%和含水率87%的污泥通过依赖间距表观剪切速率法,在三种不同间距下进行稳态扫描。如图3,含水率87%的污泥在不同间距下,应力/应变曲线重合。如图4,含水率80%的污泥不同间距下,应力/应变曲线发生了分叉,相同应力下,应变发生变化,表明有滑移发生,即滑移提供了一定应变。
第一,对含水率80%的污泥进行流变扫描,观察到粘度随着剪切速率增大而降低,为管道输送提供了有力依据。第二,采用标记技术显示法借助高速摄像机观察到含水率80%的污泥发生了滑移,同时对含水率80%和含水率87%的污泥进行稳态剪切扫描,浓度大的污泥应力/应变曲线发生分叉,相同应力下,应变值发生改变,表明含水率80%的污泥发生了滑移,即滑移提供了一定的应变,为减阻提供了依据。
图3 含水率87%的污泥应力/应变曲线(25℃)
图4 含水率80%的污泥应力/应变曲线(25℃)