基于紫外照射的煤化工剩余污泥減量研究

鄭蘭香　陳衛民　李功

摘要：煤化工污泥是煤化工廢水處理過程中產生的固體廢物。在分析煤化工剩余污泥基本性質的基礎上，采用紫外照射的方法對煤化工剩余污泥減量的效果進行試驗，結果表明，在經過10、30、60 min的紫外照射后，煤化工剩余污泥水中的TN、TP因為細胞破裂濃度不斷增加，而COD溶出后又被其他微生物利用，呈先增后減的趨勢；SS經紫外照射之后，濃度逐漸降低。采用紫外線照射煤化工剩余污泥可以取得一定的污泥減量效果，應進一步加強該法對煤化工剩余污泥減量的中試及應用基礎研究，為寧東煤化工剩余污泥的減量提供參考。

關鍵詞：紫外照射；煤化剩余工污泥；減量

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）18-0057-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.18.013 開放科學（資源服務）標識碼（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

煤化工廢水來源于煤化工過程，成分十分復雜，其中除含有氨鹽、硫氰化物、硫化物、氰化物等數十種無機物外，還含有酚類、單環及多環芳香族化合物，含氮、硫、氧的雜環化合物、吡啶、咔唑、聯苯等多種有機化合物，毒性大，COD值和色度高，且部分有機污染物很難降解[1，2]。煤化工污泥是煤化工廢水處理過程中產生的固體廢物。由于煤化工廢水的有毒有害特性，其處理過程中產生的煤化工污泥亦含有各種有毒有害物質。為減少環境污染，通過一定技術手段，在經濟環保的前提下實現煤化工剩余污泥減量化，既便于后續污泥的運輸和最終處置，又可降低污泥最終處理處置的成本。

污泥減量技術主要包括基于促進隱性生長的污泥減量技術、基于解偶聯作用的污泥減量技術和基于微型動物捕食作用的污泥減量技術三大類技術[3]。其中基于隱性生長的污泥減量技術是通過物理、化學、生物的方法破壞活性污泥的菌膠團結構和微生物的細胞壁、細胞膜，促使蛋白質、脂肪、多糖、核酸等從細胞中釋放出來，使得微生物死亡、溶解[3，4]。促進細胞溶解，在微生物生長數學模型中可以認為是增大了細胞衰減速率，因此可以降低剩余污泥的產生量[5]。本研究采用紫外線照射促成污泥減量的技術，是基于以下理論：當紫外線照射到微生物時，發生能量的傳遞和積累，積累結果造成微生物的滅活，從而達到減量的目的。據研究，當細菌、病毒吸收超過3 600～65 000 μW/cm2劑量時，對細菌、病毒的脫氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA）具有強大破壞力，能使細菌、病毒喪失生存力及繁殖力進而消滅細菌、病毒。紫外線一方面可使核酸突變，阻礙其復制、轉錄及蛋白質的合成；另一方面，產生的自由基可引起光電離，從而導致細胞的死亡。因此，使用紫外照射的方法殺死污泥中的菌體可以達到污泥減量的目的，而且更加經濟與環保。

本研究以寧夏寧東煤化工基地污水處理站的濃縮池污泥為試驗研究對象，在對污泥基本性質的研究基礎上，試驗研究紫外照射對煤化工污泥減量的效果，探究煤化工剩余污泥紫外照射實現污泥減量的可行性。

1 材料與方法

1.1 紫外照射裝置

紫外照射污泥減量的試驗在實驗室進行，圖1為靜態試驗的裝置。取濃縮池污泥1 L置于燒杯中，紫外燈置于燒杯之上，距離污泥表面10 cm。

1.2 測定指標及方法

COD采用快速消解法測定，懸浮固體濃度（SS）和揮發性懸浮固體濃度（VSS）采用重量法測定，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，TP采用鉬酸銨分光光度法測定。

2 結果與分析

2.1 煤化工污泥基本性質

從濃縮池取來的新鮮污泥，測定其含水率、懸浮固體濃度（SS）、揮發性懸浮固體濃度（VSS）及污泥的活性（以VSS/SS表示）等基本性質指標。結果表明，煤化工污泥顏色為黑色，pH 8.34，含水率98.325%，SS為17.248 g/L，VSS為10.321 g/L，VSS/SS為0.598。

2.2 煤化工污泥紫外照射減量試驗

采用圖1的試驗裝置，分析紫外照射時間對污泥水中TN、TP、COD含量及污泥濃度的影響（表1）。

2.2.1 COD的變化 紫外照射后，煤化工污泥水中COD的變化情況如圖2所示。COD在0、10、30、60 min照射情況下濃度從416.7 mg/L增加到465.3 mg/L然后再下降到327.8 mg/L，從變化趨勢可以看出28 min左右以后呈下降趨勢。紫外照射使污泥中的細菌、病毒死亡，細胞破裂營養物質流出為未死亡的細菌病毒提供了生存營養物質，COD含量增加，但隨著照射時長的增加大量的細菌死亡，COD含量又開始下降。

2.2.2 TN的變化 紫外照射后，煤化工污泥水中TN的變化情況如圖3所示。TN含量在照射時長為0、10、30、60 min情況下，呈現增長的趨勢。紫外照射使剩余污泥中的細菌、病毒喪失生存力和繁殖力進而消滅細菌，使核酸突變，阻礙了其復制、轉錄及蛋白質的合成。細菌和病毒死亡后細胞破裂，大量的氮元素流出使污泥中的總氮含量增加。

2.2.3 TP的變化 紫外照射后，煤化工污泥水中TP的變化情況如圖4所示。TP含量在照射時長為0、10、30、60 min情況下濃度呈現增長趨勢。這主要是紫外照射使細菌病毒死亡，細胞破裂，并阻止了蛋白質的合成，所以污泥中的總磷含量增加。

2.2.4 SS的變化 紫外照射后，煤化工污泥水中SS的變化情況如圖5所示。SS在經過0、10、30、60 min照射情況下濃度從未照射時的17.442 g/L下降到17.060 g/L。隨著污泥中的細菌和病毒的死亡，細胞破裂，從而污泥的體積減小。SS濃度從未照射的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，減量百分比在照射10 min后為0.7%，照射30 min后為1.6%，照射60 min后為2.2%。

3 結論

紫外線會對微生物的細胞產生破壞作用，促使細胞內物質溶解出來，形成隱性增長。通過紫外照射煤化工剩余污泥的靜態試驗，結果表明，在經過0、10、30、60 min的紫外照射后，煤化工剩余污泥水中的TN、TP因為細胞破裂濃度不斷增加；而COD溶出后又被其他微生物利用，呈先增后減的趨勢；SS在照射10 min后減量0.7%， 照射30 min后減量1.6%， 照射60 min后減量2.2%。因此，采用紫外線照射煤化工污泥可以取得一定的污泥減量效果。應進一步加強紫外照射對煤化工污泥減量的中試及應用基礎研究，為寧東煤化工剩余污泥的減量提供參考。

參考文獻：

[1] 吳世軍.煤化工廢水處理新技術研究[D].河北保定：華北電力大學，2010.

[2] 陸小泉.煤化工廢水處理技術進展及發展方向[J].潔凈煤技術，2016，22（4）：126-131.

[3] 王 敏，熊 婭，宋英豪，等.廢水處理中污泥減量技術研究進展[J].環境工程，2012，30（S2）：171-175，186.

[4] 何 贊，王海燕，田華菡，等.污泥減量化水處理技術的研究進展[J].中國給水排水，2009，25（8）：1-7.

[5] 李偉杰，李慶濤.污泥減量化技術研究與應用[J].科技致富向導，2012（26）：226-227.