环

　　

境

　　

科

　　

学

　　

学

　　

报

３２

卷

的

非

线

性

模

拟

，可以获得屈服应力及塑性粘度等特

征

参

数

的

数

值

．

３　

结果与讨论

（

Ｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｄｉｓｓｃｕｓｉｏｎ

）

３．１　

污泥的典型流变特性

图

１

是

在污泥浓度

３７．５ｇ

·

Ｌ

－１

、温度

３０３Ｋ

条

件

下

的

典

型

流

变

图

．

由

图

１

可

知

，剪

切

应

力

随

着

剪

切

速

率

（

１５．５～９９６．１ｓ

－１

）从低到高

，又由高到低的变

化

，对

应

的

剪

切

应力变化曲线可分为上升路径和下

降

路

径

．

在

上

升路径中

，低于

４９．８１ｓ

－１

剪切速率下

的

剪

切

应

力

迅

速升高

，然而

，当剪切速率再增加时

，

剪

切

应

力的上升速度降低

，曲线斜率基本稳定

；在

下

降

路

径中

，随着剪切应力的逐步下降

，其下降趋

势

也

较

为稳定

．

此外

，该流变图中上升路径处于下

降

路

径

的上方

，它们之间形成一个滞后圈

，表明该

污

泥

具有触变性或剪切变稀的特点

．

从微观角度

看

，滞

后

圈表示该污泥的内部结构的松弛特征

，当

剪

切

速

率

增

加

到

一定值后

，流体内部分子链段沿流

场

方

向

取

向

排

列

，物理交联点破坏速度大于重建速

度

，粘

度开始下降

，即呈现假塑性特征（

Ｓｅｙｓｓｉｅｃｑ

ｅｔａｌ．

，

２００３

；史

铁

钧

等

，

２００９

）

．

图

１　

污泥典型流变性质

Ｆｉｇ．１　Ｔｙｐｉｃａｌｒｈｅｏｇｒａｍｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｒｅｓｉｄｕａｌｓ　

此

外

，根

据

典型流变图可以计算污泥的表观粘

度

，相

应

的

计

算

公

式

如

下

：

η

ａｐｐ

＝ τ ／ γ

（

２

）

式

中

，

τ

为

剪

切

应

力

（

ｍＰａ

），

γ

为

剪

切

速

率

（

ｓ

－１

）

．

目

前

，极

限

粘度在污泥流变性能研究中的应用

较

为

广泛（

Ｓｅｙｓｓｉｅｃｑｅｔａｌ．

，

２００３

；

Ｍｕｅｔａｌ．

，

２００６

；

Ａｂｕ－Ｊｄａｙｉｌｅｔａｌ．

，

２０１０

）

．

由图

１

可见

，在低剪切速

率

（低

于

１３８．４ｓ

－１

）下

，表

观

粘

度

随

着

剪

切

速

率

的

增

高

而

迅

速

下

降

；然后

，随着剪切速率的增加

，表观粘

度

的

变

化率逐渐降低

；在高的剪切速率下

，表观粘

度趋于稳定

，即为对应的极限粘度（

Ｔｉｘｉｅｒｅｔａｌ．

，

２００３

；

Ｙｅｎｅｔａｌ．

，

２００２

；

Ｍｕｅｔａｌ．

，

２００６

），相

应

的

数

值

为

１９．０７ｍＰａ

·

ｓ．

以下研究均采用这种方法计算污

泥

样

品

的

极

限

粘

度

．

３．２　

污泥浓度对其流变特性的影响

研

究

表

明

，污泥浓度是影响其极限粘度的重要

因

素之一（

Ｌｏｔｉｔｏｅｔａｌ．

，

１９９７

；

Ｓｌａｔｔｅｒｅｔａｌ．

，

１９９７

；

Ｔｉｘｉｅｒｅｔａｌ．

，

２００３

；

Ｙｅｎｅｔａｌ．

，

２００２

；

Ｍｕｅｔａｌ．

，

２００６

）

．

图

２

是

在

温

度

为

３０３Ｋ

条

件

下

污

泥

浓

度

对

污

泥

极

限

粘度的影响曲线

．

由图

２

可知

，污泥浓度在

２５．０～３２．１ｇ

·

Ｌ

－１

范围升高时

，极限粘度升高较为

迅

速

，此

后

，极

限

粘度变化速度降低并趋于稳定

．

通

过

非

线

性

模

拟

发

现

，极限粘度与污泥浓度的关系符

合指数规律

，对应的方程为

η

∞

＝２４．４３－

４９４ ６２ｅ

－０．１４ＴＳＳ

，

Ｒ

２

可

达

到

０．９８３６．

图

２　

污泥浓度对污泥极限粘度的影响

（

Ｔ＝３０３Ｋ

）

Ｆｉｇ．２　ＬｉｍｉｔｉｎｇｖｉｓｃｏｓｉｔｙａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＴＳＳａｔＴｏｆ３０３Ｋ

研

究

表

明

，污泥浓度与极限粘度的关系与污泥

类

型

有

关

，

Ｔｉｘｉｅｒ

等（

２００３

）指

出

，极

限

粘

度

与

活

性

污

泥

浓

度

之

间

呈指数关系

，这与

Ｍｕ

等（

２００６

）对于厌

氧

颗

粒

污泥的极限粘度与污泥浓度之间关系的研

究

结

果

类

似

，均

是在污泥浓度较小时极限粘度缓慢

增

加

，当

浓

度

到

达临界点后随即迅速升高

．

然而

，活

性

污

泥

极限粘度随浓度变化而升高的幅度小于颗

粒

污

泥

，对应指数方程中的指数也是前者高于后

者

．

在

本

研究中

，给水厂浓缩污泥样品极限粘度的

变

化

特

征

与

前

面

文献研究的结果不同

，相应的极限

粘

度

变

化

趋

势

也

与之相反

，通过计算低浓度与高浓

度

两个区段回归线的交叉点

，求得临界浓度为

３３ ９２ｇ

·

Ｌ

－１

．

０

８

６

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