滤池反冲洗水直接回用技术

滤池反冲洗水直接回用技术目前，我国大多数以地表水为原水的水厂仍然采用常规水处理工艺，即“混凝—沉淀—过滤—消毒”。随着供水厂的数量不断增加，供水能力与日俱增，供水厂的排泥、排水数量越来越多；加之原水水质日益下降，原水中有机物和各种毒物的含量俱增，供水厂的排泥、排水的质量越来越差，人们越来越重视水资源的可持续利用，对于占净水厂制水规模3%～10%的沉淀池排泥水和滤池反冲洗水，若能实现回收和利用，则对节约水资源具有重要的社会意义和经济意义。而且，适当回流一定浊度的沉淀池排泥水或者滤池反冲洗水可以改善低浊水的混凝条件。笔者采用直接回收利用V型滤池反冲洗废水的办法，将滤池反冲洗废水直接与原水按一定比例混合，混合水以聚合氯化铝（PAC）为混凝剂进行混凝试验，目的在于考察滤池反冲洗废水不同回用比例对Zeta电位、浊度、CODMn、UV254以及细菌总数的影响，找出滤池反冲洗水废水回用比例的最佳范围，以期为生产实践提供参考。1试验方案1.1工艺条件与试验水水质试验在南京某水厂内进行，该厂以长江水为原水，工艺流程见图1。该厂反冲洗过程由全程表面扫洗、气冲、气水同时反冲和水冲等过程组成。其中反冲洗周期为24h，气冲强度为50～60m3/（h·m2），清水冲洗强度为13～15m3/（h·m2），表面扫洗用沉后水，一般为5～8m3/（h·m2）。试验在6月—7月进行，试验期间，水厂所用混凝剂为聚合氯化铝（PAC），投加质量浓度为10~15mg/L。水厂原水、滤池反冲洗水混合样、不同回用比下混合水样水质见表1。1.2试验方法将滤池反冲洗过程中气水混冲阶段与水冲阶段的混合废水和原水按一定比例混合，作为试验原水进行混凝搅拌实验。滤池反冲洗水一般占水厂总制水量的2%~5%，考虑水厂无法完全做到均匀回流，试验时为了研究回流比例突然增大对出水水质的影响，在试验期间，将滤池反冲洗水的回用比例最大扩大到40%。混凝试验于六联搅拌机中进行，分6个阶段运行，最后静沉3min取上清液。检测上清液浊度（HACH2100N型台式浊度仪）、CODMn（GB11892—1989）、UV254（紫外分光光度计）、Zeta电位（JS94H型微电泳仪）、细菌总数（GB5750.12—2006）。六联搅拌机的运行过程见表2。2结果分析2.1回用比对浊度的影响Zeta电位反映胶体的带电性，Zeta电位越趋于0，越有利于胶体的凝集〔2〕。当回用比分别为0、1%、3%、5%、10%、20%、40%时，测得相应的混凝后胶体的Zeta电位分别为-0.9863、-0.9852、-0.7829、-0.4421、-0.3151、-0.2512、-0.2195mV。可以看出，随着回用比的增加，Zeta电位也在下降。这是因为反冲洗水中残留了由混凝剂水解产生的正电物质，它们携带的正电荷在回用过程中被利用，与原水中胶体颗粒表面的负电荷发生电性中和，从而降低了混凝后絮体表面的Zeta电位，所以滤池反冲洗水的回用能降低混凝后絮体表面的Zeta电位。Zeta电位降低有利于胶体颗粒的凝聚下沉，从而减少沉后水浊度，滤池反冲洗水回用对沉后水浊度影响的结果见图2。由图2可以看出，沉后水浊度随着回用比的增大呈先降低后升高趋势，回用比为5%~10%是转折区间。分析认为回用比小于10%出现的浊度降低的现象是由于加入适当比例的反冲洗废水，对水的混凝沉淀起着有利作用。而当反冲洗水的比例大于10%出现的浊度变大的情况，这可能是由于反冲洗水加入过高增加了水的浊度，抵消了反冲洗水中絮体对混凝的有利作用。2.2回用比对CODMn的影响回用比对CODMn的影响见图3。由图3可以看出，CODMn整体变化趋势是随回用比的增大先降低后增加，回用比为20%是转折点。CODMn曲线与浊度曲线走势有一定的差异，可以由皮尔逊相关系数〔4〕来解释。皮尔逊相关系数描述了两个变量间联系的紧密程度，系数的取值在-1与+1之间，绝对值越大表明线性相关性越强。通过计算，浊度与CODMn两组数据的皮尔逊系数为0.85，因此从数学角度上分析可以认为CODMn与浊度有很强的线性关系，但还不是完全的线性相关。从物理生物学的角度分析如下：由于CODMn表征的还原性物质有的附着于悬浮杂质表面，一定比例的反冲洗水回用，造成了浊度的变化而影响着CODMn的改变。另外，由于水中的CODMn还有以离子态的形式存在，与水体中的颗粒没有直接的依附关系，造成二者走势有一定的差异。2.3回用比对UV254的影响通过考察UV254的变化情况，可以反映出水中具有共轭结构或芳香结构的不饱和有机物随着混凝过程的变化和去除情况。实验表明：与不回用相比，回用比为3%时UV254由0.031cm-1降低到了0.03cm-1，下降3%；回用比为10%时UV254为0.028cm-1，与不回用相比降低了0.003cm-1。这说明了反冲洗水的回用不仅不会导致沉后水UV254的大幅升高，甚至能降低沉后水的UV254，这一结果与A.Gottfried等〔5〕的研究相符。出现以上现象的原因是由于常规工艺对水中溶解性的具有共轭结构或芳香结构的不饱和有机物的去除十分有限，不会导致反冲洗废水中的不饱和有机物含量远高于原水，另一方面，反冲洗水对混凝过程的强化作用能提高对原水中有机物的去除效果。所以滤池反冲洗废水的适量回用不会引起沉后水UV254的升高，反而能小幅降低沉后水的UV254。2.4回用比对细菌总数的影响反冲洗水的回用会导致沉后水细菌总数的大幅度上升，并且细菌总数的增幅是一个变大的过程。实验表明：与不回用相比，回用比为3%时细菌总数增幅仅为3%左右，提高到5%时细菌增幅也只有5%左右，但是当回用比为10%时，沉后水的细菌总数急剧上升，增加了近1倍。产生这种现象的主要原因是，由于在反冲洗水少量回用过程中细菌被胶体层层包裹，不会大量离散到水中，因而反冲洗水回用比例较小时，不会导致沉后水中细菌总数的大幅升高。然而随着回用比例的扩大，附着在颗粒物上的细菌被释放到水中的几率也大大增加，导致水样中悬浮菌数量大幅上升。据报道〔6〕，我国某城市反冲洗废水中发现存在较高的贾第鞭毛虫和隐孢子虫密度就是因为这个原因，因此直接回收利用滤池反冲洗废水时不能盲目进行，要特别关注直接回收利用时水质的生物安全性。2.5回用比对综合指标的影响沉后水浊度、CODMn、UV254及细菌总数等指标越小说明相对应的回用比越合理。为了找出最佳回用比，在此引入综合指标这一概念。综合指标是将上述几项指标综合一起考虑，计算原理如下：先将沉后水浊度、CODMn、UV254及细菌总数采用均值法去量纲；然后将对应相同回用比下的各无量纲指标值相乘。由于现有的实验数据不足以精确得出综合指标，在此拟将沉后水浊度、CODMn、UV254及细菌总数与回用比关系进行拟合，然后将一组新的回用比数值代入拟合函数中，得到足够多的数据。具体拟合方法为：先对数据进行趋势插值，再利用拉格朗日插值法对于数据进行函数拟合；再利用拉格朗日插值法对以上数据进行拟合得出F（x）与回用比x的关系式，见式（1）。最后得出的拟合曲线见图4。将一组范围在1.0%~40%的回用比数值，共97个数值，代入式（1）中，得出新的回用比与浊度的数据。按照以上对浊度的处理方法可以得出CODMn、UV254及细菌总数与回用比的关系式，将上述新的回用比数值分别代入各自的关系式中可以得出新的回用比与相应参数的数据。然后将四组新数据按式（2）处理。式中：ai———沉后水浊度新的指标值；bi———沉后水CODMn新的指标值；ci———沉后水UV254新的指标值；di———沉后水细菌总数新的指标值。最终得出综合指标与滤池反冲洗回用比的关系如图5所示。由图5可以看出，随着回用比的增大，综合指标数值增大，与图4相比，它与细菌总数的变化趋势走向大致相同，所以可以认为细菌学指标很大程度上决定着回用比例。为了更好地分析说明综合指标数值与回用比之间关系，得出最佳回用比范围，在此对综合指标与回用比关系进行拟合，拟合函数见表3。分析认为综合性指标的值越小，对应的回用比例越合理。图5可以看出，当滤池反洗水回用比在2%~17%区间段时，综合指标数值较小。然而，在表3中，回用区间为10%~17%时，拟合函数导数值远大于回用比在区间段3%~10%对应的导数值，而导数值是反应函数值变化快慢的指数，由此可以认为在区间段10%~17%，随着回用比增大，综合指标值较区间段3%~10%变化剧烈。因此基于以上考虑，最佳回用比可以定为3%~10%。3结论与建议（1）对于该水厂的V型滤池的反冲洗水的直接回用来说，反冲洗水的直接回用不但可行，而且水厂滤池反冲洗废水回收利用具有节约水资源和保护水环境的双重意义。反冲洗废水与原水混合后在一定程度上有利于水处理的混凝沉淀，直接回用反冲洗废水可以提高水处理效果，并且还节约混凝剂〔7〕。（2）实验结果表明：反冲洗废水回用比小于10%可以有利于浊度的去除，回用比大于10%，水的浊度呈上升的趋势；同样反冲洗废水回用有利于CODMn去除，并且可以小幅降低沉后水的UV254，与不回用相比，回用比为10%时，UV254降低了0.003cm-1；但是回收滤池反冲洗水明显提高了沉后水细菌总数，与不回用相比，回用比为10%时细菌总数增长了大约1倍左右，回用比例大于10%时细菌总数急剧增长。（3）滤池反冲洗水最佳回用比为3%～10%。