滤池反冲洗废水的直接回流利用研究

滤池反冲洗废水的直接回流利用研究
陶 辉 ， 王 玲 ， 徐勇鹏 ， 王 毅 ， 李 星 ， 赵富旺 ， 李圭白
(1．哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090；2．安徽建筑工业学院环境工程学院，安徽合肥230601；3．北京工业大学建筑工程学院，北京100022)
摘 要： 通过小试研究了滤池反冲洗废水直接回流利用对出水水质的影响。结果表明，反冲洗废水的直接回流利用对混凝过程有较为明显的强化作用，能够降低出水浊度和残余铝含量；当回流比例<10％ 时，对出水TOC没有影响；反冲洗废水的直接回流利用会导致出水细菌总数有少量增加，但不会影响消毒效果，同时对总余氯衰减的影响也很小。UFC试验的结果表明，反冲洗废水直接回流利用仅会造成消毒副产物前质含量轻微升高，其增幅为4．5％ ～7．6％。
关键词： 滤池； 反冲洗废水； 回流利用； 消毒； 消毒副产物
中图分类号：TU991．2 文献标识码：A 文章编号：1000—4602(2008)09—0001—04
滤池反冲洗废水量一般占水厂制水量的3％ ～8％ ，其主要成分为无机矿物颗粒(如粘土)、混凝剂水解产物(氢氧化铝、氢氧化铁等)以及少量的有机物(如腐殖酸)和微生物(如细菌、藻类)等。目前，我国绝大部分水厂均将其直接排入附近水体，既浪费了水资源，又污染了水体，同时还会带来河道淤积等问题。据统计，上海市全部水厂排入江河的悬浮物约为30×104 t／a，有机物>3×104 t／a，对环境的冲击是显而易见的 。国外一般将滤池反冲洗废水经过膜过滤(一般是超滤)后回用 ，但这种方法需要新增较多设备，运行费用较高，而且存在膜污染的问题。滤池反冲洗废水的含固率较低，一般仅为0．02％ ～0．05％ ，远低于沉淀池排泥水(含固率一般为0．1％ ～2％)，因此国内研究者开展了滤池反冲洗废水直接回流利用的研究 。但这些研究多集中在对混凝沉淀过程的影响方面，而对于消毒及消毒副产物方面的研究则较少。笔者以北方地区某水厂为例，对滤池反冲洗废水的直接回流利用进行了研究，着重考察了对消毒及消毒副产物的影响。
1 试验方法
在滤池反冲洗过程中，于排水阀处按等时间间隔(30 s)取样，并按等比例均匀混合而得到反冲洗废水水样。反冲洗废水的水质如表1所示。

试验采用ZR3—6型六联混凝试验仪模拟水厂的实际混凝沉淀过程：按预定的比例向原水中加入一定量的反冲洗废水并置于经紫外线消毒的混凝试验专用烧杯中，然后在六联混凝试验仪上以300r／min快速搅拌30 S，使之混匀；向其中加入一定量的混凝剂，先以300 r／rain快速混合1 min，再以150r／min的转速搅拌2 min，然后以50 r／min慢速搅拌15 min，最后静置沉淀30 min，取上清液分析浊度、TOC、残余铝、细菌总数、消毒副产物前质等指标，并进行消毒、消毒副产物及余氯衰减等试验。试验期间原水水质如表2所示。

试验所用混凝剂取自水厂的加药间，为液体聚合氯化铝(A12 O 3的质量分数为10％)，投量按水厂实际运行时的投量确定，一般为20-25 mg／L。浊度采用Hach 2100N型台式浊度计测定；TOC采用TOC—V删型TOC仪测定；残余铝采用全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪测定；细菌总数按国家标准方法测定；消毒副产物前质采用液液萃取一气相色谱法测定 ；含固率采用重量法测定。
2 结果及讨论
2．1 对去除浊度的影响
反冲洗废水的直接回流利用对去除浊度的影响如图1所示。

由图1可以看出，反冲洗废水的回流利用对浊度的去除有明显的强化作用，这主要是由于原水浊度较低，混凝过程缺乏絮凝核心，而反冲洗废水中含有大量的微絮凝颗粒，可以作为絮凝核心从而强化了混凝。柯水洲等 的研究表明，反冲洗废水中含有大量絮凝后的粗颗粒，其较原水直接混凝形成的絮体颗粒密度更大。当反冲洗废水回流至原水后，所投加的混凝剂水解后形成的金属氢氧化物很容易被反冲洗废水中的粗颗粒吸附，形成更大更为密实的絮体，从而强化了混凝过程。
2．2 对去除TOC的影响
试验结果表明，当回流比例<10％ 时，对去除TOC几乎没有影响。这是因为反冲洗废水中的有机物主要以被吸附或结合的状态存在于絮凝颗粒中，在回流至原水后经再次混凝又进一步被包裹于絮体内，不至于释放到水中；同时，反冲洗废水沉淀后的上清液中的有机物含量较低，加之回流比例较小，因而不会造成有机物含量升高。另一方面，由于反冲洗废水对混凝过程有强化作用，因此还可以提高对原水中有机物的去除效果。但当反冲洗废水的
回流比例过大时，出水TOC浓度有一定升高，因此建议回流比例<10％ ，并应使反冲洗废水均匀回流至原水人口，以防止出水有机物含量增加。
2。3 对残余铝的影响
由于铝具有较强的慢性毒性，我国的水质标准对其含量作了严格规定，其限值为0。2 mg／L。给水处理过程中，混凝剂中的铝绝大部分被转移到沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水中，因此反冲洗废水中的铝含量较高。反冲洗废水直接回流利用时对出水铝含量的影响如图2所示。

与不回流时相比，回流时的出水铝含量均较低。当回流比例为5％时，出水铝含量仅为0．042 mg／L，远低于不回流时的0．055 mg／L。这主要是由于反冲洗废水中的铝绝大部分是以颗粒态的形式存在于絮体颗粒中，而溶解态铝含量较低。当其回用至原
水中后，经过混凝形成了絮体并沉淀下来，通过排泥而排出水处理系统，因而不会造成铝在处理系统中的富集。同时，反冲洗废水中含有大量的微絮凝颗粒，作为絮凝核心其强化了絮体的形成，因而使出水铝含量得以降低。从另一个角度考虑，反冲洗废水的回流还可以降低混凝剂的投加量，从而近一步降低出水铝含量。
2．4 对细菌总数的影响
反冲洗废水中含有大量的细菌等微生物，其直接回流可能会对出水的微生物指标产生一定的影响。为此，选择细菌总数对出水的微生物学安全性进行了研究。结果表明，与不回流时相比，回流会造成出水细菌总数出现少量增加，例如当回流比例为5％ 时，出水细菌总数由不回流时的250 CFU／mL增加至450 CFU／mL。由于混凝、沉淀、过滤过程去除的细菌主要是附着在悬浮颗粒物上的细菌，这部分被絮体所吸附包裹的细菌在回流利用过程中被近一步包裹，不至于离散于水中，因而不会导致出水中细菌的大幅增加。
2．5 对消毒的影响
分别取回流比例为零和5％时混凝后的水样于预先无碳化的2 L棕色磨口试剂瓶中，向其中加入氯水使有效氯浓度为2.0 mg／L，然后置于磁力搅拌器上慢速搅拌以模拟消毒过程，每隔一定时间取样测定细菌总数，结果见图3。

由图3可知，虽然反冲洗废水回流后出水细菌总数有所增加，但对消毒效果基本无影响。当投氯量为2．0 mg／L时，接触5 min即可使出水细菌总数降至100 CFU／mL以下；当接触时间为40 min时，细菌总数降至20 CFU／mL以下，远低于标准所要求的。分别取回流比例为零和5％时混凝后的水样于预先无碳化的2 L棕色磨口试剂瓶中，向其中加入氯水使有效氯浓度为5．0 mg／L，然后置于磁力搅拌器上慢速搅拌以模拟消毒过程，每隔一定时间取样测定总余氯。结果表明，反冲洗废水的回流对余氯衰减过程的影响也较小，接触24 h后两者的余氯量差值仅为0．30 mg／L。考虑到一般情况下水厂的投氯量仅为2～3 mg／L，反冲洗废水的回流对余氯衰减的影响会更小。另外，反冲洗废水的回流对余氯衰减的影响随时间的延长而显著，这说明反冲洗废水中不存在短时耗氯物质(如还原性的铁、锰、亚硝酸盐等)，对余氯衰减的影响主要是由于出水中有机物的含量不同所致。
2．6 对消毒副产物前质的影响
由于通常采用的FP方法投氯量大、接触时间长，其结果与实际情况有较大差别。而恒定投氯量的方法由于没有考虑余氯的消耗，所得结果与实际的差别更大。因此，笔者采用UFC方法考察了反冲洗废水回流对出水消毒副产物前质的影响。UFC方法的试验条件如表3所示，试验结果见图4。

由图4可知，反冲洗废水的回流会导致消毒副产物前质出现少量增加。在回用比例<15％ 时，由反冲洗废水回流导致的消毒副产物前质增幅为4．5％ ～7．6％。反冲洗废水的回流虽能在一定程度上强化对TOC的去除，但却不能强化对消毒副产物前质的去除，这可能是由于反冲洗废水的回流改变了水中有机物的组成所致。反冲洗废水中含有大量的疏水性有机物，当对其进行回流后，使得水中的疏水性有机物含量有所升高。有研究指出，水中疏水性有机物所产生的卤乙酸占全部有机物氯化后生成卤乙酸的79％。因此推断，正是由于水中疏水性有机物含量的升高导致了消毒副产物前质含量的升高。由于消毒副产物前质含量升高的幅度有限，故反冲洗废水的回流对水中有机物组成的影响较小。
据报道 ，水中存在少量的溴离子就会引起溴代消毒副产物的大量生成，从而改变消毒副产物的物种分布。由图4可以看出，反冲洗废水的回流与否和回流比例对消毒副产物物种比例几乎没有影响，说明反冲洗废水的回流不会造成溴离子等的积累。
3 结论
① 在一定的回流比例范围内，滤池反冲洗废水的回流对混凝过程有较为明显的强化作用，可使出水浊度由不回流时的1．66 NTU降至约1．2 NTU。
② 当回流比例<10％时，反冲洗废水的回流对出水中的有机物含量基本无影响，但当回流比例>10％时会导致出水有机物含量增加。
③ 反冲洗废水的回流能够降低出水中残余铝的含量。
④ 反冲洗废水的回流会造成出水细菌总数的少量增加，但不至于产生数量级上的变化，因而对消毒效果无显著影响，同时对余氯衰减的影响也很小。
⑤ 反冲洗废水的回流会引起消毒副产物前质的少量增加，这主要是由于疏水性有机物含量轻微升高所致。
⑥ 当滤池反冲洗废水的回流比例<10％时，不会对水处理工艺造成明显影响。但为避免对水处理过程造成冲击，建议经调节后均匀回流利用。