目前，我國(guó)大多數(shù)以地表水為原水的水廠仍然采用常規(guī)水處理工藝，即“混凝—沉淀—過濾—消毒”。隨著供水廠的數(shù)量不斷增加，供水能力與日俱增，供水廠的排泥、排水?dāng)?shù)量越來越多；加之原水水質(zhì)日益下降，原水中有機(jī)物和各種毒物的含量俱增，供水廠的排泥、排水的質(zhì)量越來越差，人們?cè)絹碓街匾曀Y源的可持續(xù)利用，對(duì)于占凈水廠制水規(guī)模 3%～10%的沉淀池排泥水和濾池反沖洗水，若能實(shí)現(xiàn)回收和利用，則對(duì)節(jié)約水資源具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。而且，適當(dāng)回流一定濁度的沉淀池排泥水或者濾池反沖洗水可以改善低濁水的混凝條件。筆者采用直接回收利用V 型濾池反沖洗廢水的辦法，將濾池反沖洗廢水直接與原水按一定比例混合，混合水以聚合氯化鋁（PAC）為混凝劑進(jìn)行混凝試驗(yàn)，目的在于考察濾池反沖洗廢水不同回用比例對(duì)Zeta 電位、濁度、CODMn、UV254 以及細(xì)菌總數(shù)的影響，找出濾池反沖洗水廢水回用比例的最佳范圍，以期為生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。
1 試驗(yàn)方案
1.1 工藝條件與試驗(yàn)水水質(zhì)
試驗(yàn)在南京某水廠內(nèi)進(jìn)行，該廠以長(zhǎng)江水為原水，工藝流程見圖 1。
該廠反沖洗過程由全程表面掃洗、氣沖、氣水同時(shí)反沖和水沖等過程組成。其中反沖洗周期為24 h，氣沖強(qiáng)度為50～60 m3/（h·m2），清水沖洗強(qiáng)度為13～15 m3/（h·m2），表面掃洗用沉后水，一般為5～8 m3/（h·m2）。
試驗(yàn)在6 月—7 月進(jìn)行，試驗(yàn)期間，水廠所用混凝劑為聚合氯化鋁（PAC），投加質(zhì)量濃度為10~15 mg/L。水廠原水、濾池反沖洗水混合樣、不同回用比下混合水樣水質(zhì)見表 1。
1.2 試驗(yàn)方法
將濾池反沖洗過程中氣水混沖階段與水沖階段的混合廢水和原水按一定比例混合，作為試驗(yàn)原水進(jìn)行混凝攪拌實(shí)驗(yàn)。濾池反沖洗水一般占水廠總制水量的2%~5%，考慮水廠無法完全做到均勻回流，試驗(yàn)時(shí)為了研究回流比例突然增大對(duì)出水水質(zhì)的影響，在試驗(yàn)期間，將濾池反沖洗水的回用比例最大擴(kuò)大到40%。混凝試驗(yàn)于六聯(lián)攪拌機(jī)中進(jìn)行，分6 個(gè)階段運(yùn)行，最后靜沉3 min 取上清液。檢測(cè)上清液濁度（HACH2100N 型臺(tái)式濁度儀）、CODMn （GB 11892—1989）、UV254 （紫外分光光度計(jì)）、Zeta 電位（JS94H 型微電泳儀）、細(xì)菌總數(shù)（GB 5750.12— 2006）。六聯(lián)攪拌機(jī)的運(yùn)行過程見表 2。
2 結(jié)果分析
2.1 回用比對(duì)濁度的影響
Zeta 電位反映膠體的帶電性，Zeta 電位越趨于 0，越有利于膠體的凝集〔2〕。當(dāng)回用比分別為0、1%、 3%、5%、10%、20%、40%時(shí)，測(cè)得相應(yīng)的混凝后膠體的Zeta 電位分別為-0.986 3、-0.985 2、-0.782 9、 -0.442 1、-0.315 1、-0.251 2、-0.219 5 mV。可以看出，隨著回用比的增加，Zeta 電位也在下降。這是因?yàn)榉礇_洗水中殘留了由混凝劑水解產(chǎn)生的正電物質(zhì)，它們攜帶的正電荷在回用過程中被利用，與原水中膠體顆粒表面的負(fù)電荷發(fā)生電性中和，從而降低了混凝后絮體表面的Zeta 電位，所以濾池反沖洗水的回用能降低混凝后絮體表面的Zeta 電位。Zeta 電位降低有利于膠體顆粒的凝聚下沉，從而減少沉后水濁度，濾池反沖洗水回用對(duì)沉后水濁度影響的結(jié)果見圖 2。
由圖 2 可以看出，沉后水濁度隨著回用比的增大呈先降低后升高趨勢(shì)，回用比為5%~10%是轉(zhuǎn)折區(qū)間。分析認(rèn)為回用比小于10%出現(xiàn)的濁度降低的現(xiàn)象是由于加入適當(dāng)比例的反沖洗廢水，對(duì)水的混凝沉淀起著有利作用。而當(dāng)反沖洗水的比例大于 10%出現(xiàn)的濁度變大的情況，這可能是由于反沖洗水加入過高增加了水的濁度，抵消了反沖洗水中絮體對(duì)混凝的有利作用。
2.2 回用比對(duì)CODMn 的影響
回用比對(duì)CODMn 的影響見圖 3。
由圖 3 可以看出，CODMn 整體變化趨勢(shì)是隨回用比的增大先降低后增加，回用比為20%是轉(zhuǎn)折點(diǎn)。CODMn 曲線與濁度曲線走勢(shì)有一定的差異，可以由皮爾遜相關(guān)系數(shù)〔4〕來解釋。皮爾遜相關(guān)系數(shù)描述了兩個(gè)變量間聯(lián)系的緊密程度，系數(shù)的取值在-1 與+1 之間，絕對(duì)值越大表明線性相關(guān)性越強(qiáng)。通過計(jì)算，濁度與CODMn 兩組數(shù)據(jù)的皮爾遜系數(shù)為 0.85，因此從數(shù)學(xué)角度上分析可以認(rèn)為CODMn 與濁度有很強(qiáng)的線性關(guān)系，但還不是完全的線性相關(guān)。從物理生物學(xué)的角度分析如下：由于CODMn 表征的還原性物質(zhì)有的附著于懸浮雜質(zhì)表面，一定比例的反沖洗水回用，造成了濁度的變化而影響著CODMn 的改變。另外，由于水中的CODMn 還有以離子態(tài)的形式存在，與水體中的顆粒沒有直接的依附關(guān)系，造成二者走勢(shì)有一定的差異。
2.3 回用比對(duì)UV254 的影響
通過考察UV254 的變化情況，可以反映出水中具有共軛結(jié)構(gòu)或芳香結(jié)構(gòu)的不飽和有機(jī)物隨著混凝過程的變化和去除情況。實(shí)驗(yàn)表明：與不回用相比，回用比為3%時(shí)UV254 由0.031 cm-1 降低到了0.03 cm-1 ，下降3%； 回用比為10%時(shí)UV254 為 0.028 cm-1，與不回用相比降低了0.003 cm-1。這說明了反沖洗水的回用不僅不會(huì)導(dǎo)致沉后水UV254 的大幅升高，甚至能降低沉后水的UV254，這一結(jié)果與A. Gottfried 等〔5〕的研究相符。
出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因是由于常規(guī)工藝對(duì)水中溶解性的具有共軛結(jié)構(gòu)或芳香結(jié)構(gòu)的不飽和有機(jī)物的去除十分有限，不會(huì)導(dǎo)致反沖洗廢水中的不飽和有機(jī)物含量遠(yuǎn)高于原水，另一方面，反沖洗水對(duì)混凝過程的強(qiáng)化作用能提高對(duì)原水中有機(jī)物的去除效果。所以濾池反沖洗廢水的適量回用不會(huì)引起沉后水UV254 的升高，反而能小幅降低沉后水的 UV254。
2.4 回用比對(duì)細(xì)菌總數(shù)的影響
反沖洗水的回用會(huì)導(dǎo)致沉后水細(xì)菌總數(shù)的大幅度上升，并且細(xì)菌總數(shù)的增幅是一個(gè)變大的過程。實(shí)驗(yàn)表明：與不回用相比，回用比為3%時(shí)細(xì)菌總數(shù)增幅僅為3%左右，提高到5%時(shí)細(xì)菌增幅也只有5% 左右，但是當(dāng)回用比為10%時(shí)，沉后水的細(xì)菌總數(shù)急劇上升，增加了近1 倍。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是，由于在反沖洗水少量回用過程中細(xì)菌被膠體層層包裹，不會(huì)大量離散到水中，因而反沖洗水回用比例較小時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致沉后水中細(xì)菌總數(shù)的大幅升高。然而隨著回用比例的擴(kuò)大，附著在顆粒物上的細(xì)菌被釋放到水中的幾率也大大增加，導(dǎo)致水樣中懸浮菌數(shù)量大幅上升。據(jù)報(bào)道〔6〕，我國(guó)某城市反沖洗廢水中發(fā)現(xiàn)存在較高的賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲密度就是因?yàn)檫@個(gè)原因，因此直接回收利用濾池反沖洗廢水時(shí)不能盲目進(jìn)行，要特別關(guān)注直接回收利用時(shí)水質(zhì)的生物安全性。
2.5 回用比對(duì)綜合指標(biāo)的影響
沉后水濁度、CODMn、UV254 及細(xì)菌總數(shù)等指標(biāo)越小說明相對(duì)應(yīng)的回用比越合理。為了找出最佳回用比，在此引入綜合指標(biāo)這一概念。綜合指標(biāo)是將上述幾項(xiàng)指標(biāo)綜合一起考慮，計(jì)算原理如下：先將沉后水濁度、CODMn、UV254 及細(xì)菌總數(shù)采用均值法去量綱；然后將對(duì)應(yīng)相同回用比下的各無量綱指標(biāo)值相乘。
由于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足以精確得出綜合指標(biāo)，在此擬將沉后水濁度、CODMn、UV254 及細(xì)菌總數(shù)與回用比關(guān)系進(jìn)行擬合，然后將一組新的回用比數(shù)值代入擬合函數(shù)中，得到足夠多的數(shù)據(jù)。具體擬合方法為：先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)插值，再利用拉格朗日插值法對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)擬合； 再利用拉格朗日插值法對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得出F（x）與回用比x 的關(guān)系式，見式（1）。
最后得出的擬合曲線見圖 4。
將一組范圍在1.0%~40%的回用比數(shù)值，共97 個(gè)數(shù)值，代入式（1）中，得出新的回用比與濁度的數(shù)據(jù)。按照以上對(duì)濁度的處理方法可以得出CODMn、 UV254 及細(xì)菌總數(shù)與回用比的關(guān)系式，將上述新的回用比數(shù)值分別代入各自的關(guān)系式中可以得出新的回用比與相應(yīng)參數(shù)的數(shù)據(jù)。然后將四組新數(shù)據(jù)按式（2）處理。
式中：ai———沉后水濁度新的指標(biāo)值；
bi———沉后水 CODMn 新的指標(biāo)值；
ci———沉后水 UV254 新的指標(biāo)值；
di———沉后水細(xì)菌總數(shù)新的指標(biāo)值。
最終得出綜合指標(biāo)與濾池反沖洗回用比的關(guān)系如圖 5 所示。
由圖 5 可以看出，隨著回用比的增大，綜合指標(biāo)數(shù)值增大，與圖 4 相比，它與細(xì)菌總數(shù)的變化趨勢(shì)走向大致相同，所以可以認(rèn)為細(xì)菌學(xué)指標(biāo)很大程度上決定著回用比例。為了更好地分析說明綜合指標(biāo)數(shù)值與回用比之間關(guān)系，得出最佳回用比范圍，在此對(duì)綜合指標(biāo)與回用比關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合函數(shù)見表 3。
分析認(rèn)為綜合性指標(biāo)的值越小，對(duì)應(yīng)的回用比例越合理。圖 5 可以看出，當(dāng)濾池反洗水回用比在 2%~17%區(qū)間段時(shí)，綜合指標(biāo)數(shù)值較小。然而，在表 3 中，回用區(qū)間為10%~17%時(shí)，擬合函數(shù)導(dǎo)數(shù)值遠(yuǎn)大于回用比在區(qū)間段3%~10%對(duì)應(yīng)的導(dǎo)數(shù)值，而導(dǎo)數(shù)值是反應(yīng)函數(shù)值變化快慢的指數(shù)，由此可以認(rèn)為在區(qū)間段10%~17%，隨著回用比增大，綜合指標(biāo)值較區(qū)間段3%~10%變化劇烈。因此基于以上考慮，最佳回用比可以定為3%~10%。具體參見http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論與建議
（1）對(duì)于該水廠的V 型濾池的反沖洗水的直接回用來說，反沖洗水的直接回用不但可行，而且水廠濾池反沖洗廢水回收利用具有節(jié)約水資源和保護(hù)水環(huán)境的雙重意義。反沖洗廢水與原水混合后在一定程度上有利于水處理的混凝沉淀，直接回用反沖洗廢水可以提高水處理效果，并且還節(jié)約混凝劑〔7〕。
（2） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 反沖洗廢水回用比小于 10%可以有利于濁度的去除，回用比大于10%，水的濁度呈上升的趨勢(shì)； 同樣反沖洗廢水回用有利于 CODMn 去除，并且可以小幅降低沉后水的UV254，與不回用相比，回用比為10% 時(shí)，UV254 降低了 0.003 cm-1 ；但是回收濾池反沖洗水明顯提高了沉后水細(xì)菌總數(shù)，與不回用相比，回用比為10%時(shí)細(xì)菌總數(shù)增長(zhǎng)了大約1 倍左右，回用比例大于10%時(shí)細(xì)菌總數(shù)急劇增長(zhǎng)。
（3）濾池反沖洗水最佳回用比為3%～10%。
