基于紫外照射的煤化工剩余污泥减量研究

郑兰香　陈卫民　李功

摘要：煤化工污泥是煤化工废水处理过程中产生的固体废物。在分析煤化工剩余污泥基本性质的基础上，采用紫外照射的方法对煤化工剩余污泥减量的效果进行试验，结果表明，在经过10、30、60 min的紫外照射后，煤化工剩余污泥水中的TN、TP因为细胞破裂浓度不断增加，而COD溶出后又被其他微生物利用，呈先增后减的趋势；SS经紫外照射之后，浓度逐渐降低。采用紫外线照射煤化工剩余污泥可以取得一定的污泥减量效果，应进一步加强该法对煤化工剩余污泥减量的中试及应用基础研究，为宁东煤化工剩余污泥的减量提供参考。

关键词：紫外照射；煤化剩余工污泥；减量

中图分类号：X5 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）18-0057-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.18.013 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Experiment Research on Coal Chemical Industry Excess Sludge Reduction Based on Ultraviolet Irradiation

ZHENG Lan-xiang1a，2，CHEN Wei-min1b，2，LI Gong1a，2

（1a. School of Resources and Environment；1b.Institution of Environmental Engineering，Ningxia University，Yinchuan 750021，China；

2.Ningxia（China-Arab） Key Laboratory of Resource Assessment and Environment Regulation in Arid Region，Yinchuan 750021，China）

Abstract： The coal chemical industry sludge is solid waste which produced in the process of coal chemical industry wastewater treatment. On the basis of analyzing the basic characteristics of coal chemical industry sludge， the effects of coal chemical industry sludge reduction with ultraviolet irradiation was carried out. The experimental results showed that after 0 min，10 min，30 min，60 min after UV irradiation， the concentration of TN， TP in coal chemical excess sludge increased because of cell rupture. And due to available to other microorganisms， the concentration of COD showed a trend of increase after decreases first. And the concentration of SS gradually reduced after UV irradiation. So， it can obtain certain coal chemical industry excess sludge reduction using ultraviolet radiation. To provide reference for Ningdong coal chemical excess sludge reduction， it need to further strengthen the experimental and applied basic research on the sludge reduction.

Key words： ultraviolet radiation； coal chemical excess sludge； reduction

煤化工廢水来源于煤化工过程，成分十分复杂，其中除含有氨盐、硫氰化物、硫化物、氰化物等数十种无机物外，还含有酚类、单环及多环芳香族化合物，含氮、硫、氧的杂环化合物、吡啶、咔唑、联苯等多种有机化合物，毒性大，COD值和色度高，且部分有机污染物很难降解[1，2]。煤化工污泥是煤化工废水处理过程中产生的固体废物。由于煤化工废水的有毒有害特性，其处理过程中产生的煤化工污泥亦含有各种有毒有害物质。为减少环境污染，通过一定技术手段，在经济环保的前提下实现煤化工剩余污泥减量化，既便于后续污泥的运输和最终处置，又可降低污泥最终处理处置的成本。

污泥减量技术主要包括基于促进隐性生长的污泥减量技术、基于解偶联作用的污泥减量技术和基于微型动物捕食作用的污泥减量技术三大类技术[3]。其中基于隐性生长的污泥减量技术是通过物理、化学、生物的方法破坏活性污泥的菌胶团结构和微生物的细胞壁、细胞膜，促使蛋白质、脂肪、多糖、核酸等从细胞中释放出来，使得微生物死亡、溶解[3，4]。促进细胞溶解，在微生物生长数学模型中可以认为是增大了细胞衰减速率，因此可以降低剩余污泥的产生量[5]。本研究采用紫外线照射促成污泥减量的技术，是基于以下理论：当紫外线照射到微生物时，发生能量的传递和积累，积累结果造成微生物的灭活，从而达到减量的目的。据研究，当细菌、病毒吸收超过3 600～65 000 μW/cm2剂量时，对细菌、病毒的脱氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA）具有强大破坏力，能使细菌、病毒丧失生存力及繁殖力进而消灭细菌、病毒。紫外线一方面可使核酸突变，阻碍其复制、转录及蛋白质的合成；另一方面，产生的自由基可引起光电离，从而导致细胞的死亡。因此，使用紫外照射的方法杀死污泥中的菌体可以达到污泥减量的目的，而且更加经济与环保。

本研究以宁夏宁东煤化工基地污水处理站的浓缩池污泥为试验研究对象，在对污泥基本性质的研究基础上，试验研究紫外照射对煤化工污泥减量的效果，探究煤化工剩余污泥紫外照射实现污泥减量的可行性。

1 材料与方法

1.1 紫外照射装置

紫外照射污泥减量的试验在实验室进行，图1为静态试验的装置。取浓缩池污泥1 L置于烧杯中，紫外灯置于烧杯之上，距离污泥表面10 cm。

1.2 测定指标及方法

COD采用快速消解法测定，悬浮固体浓度（SS）和挥发性悬浮固体浓度（VSS）采用重量法测定，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，TP采用钼酸铵分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 煤化工污泥基本性质

从浓缩池取来的新鲜污泥，测定其含水率、悬浮固体浓度（SS）、挥发性悬浮固体浓度（VSS）及污泥的活性（以VSS/SS表示）等基本性质指标。结果表明，煤化工污泥颜色为黑色，pH 8.34，含水率98.325%，SS为17.248 g/L，VSS为10.321 g/L，VSS/SS为0.598。

2.2 煤化工污泥紫外照射减量试验

采用图1的试验装置，分析紫外照射时间对污泥水中TN、TP、COD含量及污泥浓度的影响（表1）。

2.2.1 COD的变化 紫外照射后，煤化工污泥水中COD的变化情况如图2所示。COD在0、10、30、60 min照射情况下浓度从416.7 mg/L增加到465.3 mg/L然后再下降到327.8 mg/L，从变化趋势可以看出28 min左右以后呈下降趋势。紫外照射使污泥中的细菌、病毒死亡，细胞破裂營养物质流出为未死亡的细菌病毒提供了生存营养物质，COD含量增加，但随着照射时长的增加大量的细菌死亡，COD含量又开始下降。

2.2.2 TN的变化 紫外照射后，煤化工污泥水中TN的变化情况如图3所示。TN含量在照射时长为0、10、30、60 min情况下，呈现增长的趋势。紫外照射使剩余污泥中的细菌、病毒丧失生存力和繁殖力进而消灭细菌，使核酸突变，阻碍了其复制、转录及蛋白质的合成。细菌和病毒死亡后细胞破裂，大量的氮元素流出使污泥中的总氮含量增加。

2.2.3 TP的变化 紫外照射后，煤化工污泥水中TP的变化情况如图4所示。TP含量在照射时长为0、10、30、60 min情况下浓度呈现增长趋势。这主要是紫外照射使细菌病毒死亡，细胞破裂，并阻止了蛋白质的合成，所以污泥中的总磷含量增加。

2.2.4 SS的变化 紫外照射后，煤化工污泥水中SS的变化情况如图5所示。SS在经过0、10、30、60 min照射情况下浓度从未照射时的17.442 g/L下降到17.060 g/L。随着污泥中的细菌和病毒的死亡，细胞破裂，从而污泥的体积减小。SS浓度从未照射的17.442 g/L下降到照射10 min的17.310 g/L，照射30 min的17.156 g/L，照射60 min的17.060 g/L，减量百分比在照射10 min后为0.7%，照射30 min后为1.6%，照射60 min后为2.2%。

3 结论

紫外线会对微生物的细胞产生破坏作用，促使细胞内物质溶解出来，形成隐性增长。通过紫外照射煤化工剩余污泥的静态试验，结果表明，在经过0、10、30、60 min的紫外照射后，煤化工剩余污泥水中的TN、TP因为细胞破裂浓度不断增加；而COD溶出后又被其他微生物利用，呈先增后减的趋势；SS在照射10 min后减量0.7%， 照射30 min后减量1.6%， 照射60 min后减量2.2%。因此，采用紫外线照射煤化工污泥可以取得一定的污泥减量效果。应进一步加强紫外照射对煤化工污泥减量的中试及应用基础研究，为宁东煤化工剩余污泥的减量提供参考。

参考文献：

[1] 吴世军.煤化工废水处理新技术研究[D].河北保定：华北电力大学，2010.

[2] 陆小泉.煤化工废水处理技术进展及发展方向[J].洁净煤技术，2016，22（4）：126-131.

[3] 王 敏，熊 娅，宋英豪，等.废水处理中污泥减量技术研究进展[J].环境工程，2012，30（S2）：171-175，186.

[4] 何 赞，王海燕，田华菡，等.污泥减量化水处理技术的研究进展[J].中国给水排水，2009，25（8）：1-7.

[5] 李伟杰，李庆涛.污泥减量化技术研究与应用[J].科技致富向导，2012（26）：226-227.