城市污泥管道输送减阻可行性试验研究

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。

1 实验方案

1.1 实验材料及预处理

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。

1.2 实验仪器

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。

1.3 实验方案

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。

2 结果分析

2.1 流变特性

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 滑移特性

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。

3 结论

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℃）