柯水洲，袁輝洲，袁韌，李寧，曾富益?
（湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410082） 摘要：以湘江原水為研究對象，對濾池反沖洗廢水回用進行了小試及生產性試驗研究。結果表明，采用濾池反沖洗廢水直接回用至反應池，不僅可以回收水量，而且還改善了混凝性能，提高了反應沉淀效果，具有較好的經濟效益和環境效益。
關鍵詞：濾池反沖洗廢水；回用；混凝；絮體；電子顯微鏡
中圖分類號：TU991.24
文獻標識碼：A
文章編號：1000-4602(2000)06-0009-04 Reuse of Filter Backwash Water and Improvement of Coagulation? Properties< KE Shui?zhou，YUAN Hui?zhou，YUAN Ren，LI Ning，ZENG Fu?yi
(School of Civil Eng., Hunan Univ., Changsha 410082, China) Abstract：a bench and full scale tests were carried out to investigate the reuse of filterbackwash water in a waterworks taking raw water from Xiangjiang River. The results showed that direct recycling of backwash water to the reaction tank not onlysaved water resource, but also improved the efficiency of coagulation and sedimentation with good economical and environmental benefits.?
Keywords:filter backwash water;reuse;coagulation;flocs;electronic microscope 基金項目：湖南省建委資助項目(9601-004) 我國自來水廠在常規的水處理運行中，濾池反沖洗廢水約占總產水量的3%～8%。目前多數水廠將反沖洗廢水直接排放，既浪費水資源，又造成環境污染。本試驗采用直接回收利用濾池反沖洗廢水的辦法，將其直接回送至反應池起端，利用反沖洗廢水中已形成的礬花顆粒(成形絮體)對混凝的有利作用，改善混凝沉淀性能。通過對比試驗，考察了投加反沖洗廢水后對混凝沉淀的影響。試驗工作從1996年7月開始，歷時近3年，進行了多種水溫條件下具有典型濁度原水的小試和生產性試驗。 1 試驗裝置與方法 試驗采用原水為湘江水，湘江長沙段水源水質基本情況見表1，作為地面水源，具有一定的代表性。 表1 湘江長沙段水源典型水質情況| 項目 | 指標 | | 濁度（NTU） | 10-300 | | 色度（倍） | 15-25 | | PH | 7.4-7.6 | | 總硬度（CaCO3)(mg/L) | 65-110 | | 總溶解固體（mg/L) | 150-200 | | 氨氮（mg/L) | 0.1-0.9 | | 亞硝酸鹽氮（mg/L) | 0.02-0.1 | | 硝酸鹽氮（mg/L) | 1-2 | | 耗氧量（mg/L) | 2-6 | | 溶解量（mg/L) | 4-7 | | 鉛（μg/L) | 變化較大 | | 錳（mg/L) | ＜0.4（變化較大） | | 細菌（個/mL） | 900-1700 | 小試采用燒杯試驗法，試驗裝置采用DBJ—621型定時變速六桿攪拌機，模擬水廠混合、反應及沉淀過程：?
混合階段：?n=350 r/min，t=60 s,?G=897.5/s,?GT=53 850。?
反應階段：?n=60 r/min，t=727 s,?G=?2.52?/s,?GT=18 320.4。?
小試沉淀出水所測濁度為靜沉5 min、1/2燒杯高度處水樣的濁度。?
生產性試驗在長沙市五水廠進行，生產性試驗流程見圖1，對1＃、2＃運行系統作平行對比試驗。 
試驗所用混凝劑為PAC(聚合氯化鋁)。試驗采用的儀器有美國Micro Flow90型超聲波流量計、美國Zeta plus型Zeta Potential Analyzer、YZD [KG-*5]—1A型液體濁度儀、PSH—10A型數字酸度/離子計、各項水質檢測設備及相應儀器等。 2 試驗結果 2.1 投加反沖洗廢水后顆粒的沉速加快
小試測得靜沉沉降曲線見圖2，試驗原水濁度16.2 NTU，pH＝7.54，水溫20 ℃，試驗所加混凝劑PAC量均為4 mg/L。 
從圖2可以看出，投加反沖洗廢水后，在同一沉速時，濁度去除率高；在同一濁度去除率時，顆粒沉速加快。
生產性試驗測得平流式沉淀池的沉降曲線見圖3，試驗原水濁度40 NTU，pH＝7.58，水溫15 ℃，投加PAC量均為6 mg/L。 
從圖3可以看出，投加反沖洗廢水后，在相同位置的濁度去除率提高，或在同一濁度去除率條件下，沉降距離縮短。
2.2 最佳反沖洗廢水投加量
試驗表明，反沖洗廢水若加入過少作用不明顯，加入過多則會增加混凝劑的用量，存在一個最佳的反沖洗廢水投加比例(投加的反沖洗廢水量占本組反應沉淀池處理原水量的百分數)。
小試在原水濁度為51 NTU時，不加反沖洗廢水與加入不同比例反沖洗廢水的出水效果比較見圖4，反沖洗廢水最佳投加比例在10%左右。同時對原水濁度分別為58 NTU、106 NTU、336 NTU、590 NTU等多種濁度進行試驗，都得到與圖4相近的結果，試驗時水溫為25～28℃。 
根據小試的結果，在水廠現場進行不同水溫不同原水濁度下的生產性試驗，試驗結果見圖5～7。從圖5～7中可看出，最佳廢水投加比例為10%～15%。  
2.3 投加反沖洗廢水后沉淀池出水水質
生產性試驗中，對1＃、2＃兩組完全相同的反應沉淀池進行平行對比試驗的結果表明，投加反沖洗廢水后的2＃池出水水質變好，有關試驗數據見表2～4。 表2 水溫2-3℃的試驗數據| 編號 | 原水濁度（NTU） | 投加反沖洗廢水比例（%） | PH值 | 投礬量
（mg/L) | 沉淀池出水水質 | 濁度
（NTU） | 耗氧量
（mg/L) | 細菌
（個/mL) | | 1 | 1#
2# | 99
99 | 0
7 | 7.54
7.56 | 18.8
18.8 | 5.1
3.8 | 2.08
1.90 | 70
68 | | 2 | 1#
2# | 163
163 | 0
8 | 7.48
7.52 | 18.6
18.6 | 6.6
3.7 | 1.80
1.56 | 74
76 | | 3 | 1#
2# | 178
178 | 0
10 | 7.50
7.51 | 19.3
19.3 | 5.3
4.5 | 1.57
1.10 | 100
110 | | 4 | 1#
2# | 180
180 | 0
16 | 7.53
7.51 | 19.2
19.2 | 5.2
4.8 | 1.02
1.03 | 80
74 | | 5 | 1#
2# | 179
179 | 0
20 | 7.49
7.50 | 19.6
19.6 | 8.3
6.6 | 1.40
1.27 | 85
78 | 表3 水溫10-15℃的試驗數據| 編號 | 原水濁度（NTU） | 投加反沖洗廢水比例（%） | PH值 | 投礬量
（mg/L) | 沉淀池出水水質 | 濁度
（NTU） | 耗氧量
（mg/L) | 細菌
（個/mL) | | 1 | 1#
2# | 41
41 | 0
5 | 7.54
7.53 | 13.6
11.2 | 7.0
5.2 | 1.53
1.52 | 76
86 | | 2 | 1#
2# | 40
40 | 0
11 | 7.52
7.54 | 14.9
11.8 | 6.2
4.6 | 1.48
1.46 | 120
100 | | 3 | 1#
2# | 16
16 | 0
15 | 7.46
7.45 | 14.9
11.2 | 6.2
4.5 | 1.47
1.45 | 66
60 | | 4 | 1#
2# | 16
16 | 0
20 | 7.56
7.55 | 11.2
10.7 | 5.3
3.3 | 1.54
1.38 | 72
64 | | 5 | 1#
2# | 27
27 | 0
30 | 7.53
7.54 | 14.9
12.4 | 6.8
4.2 | 1.62
1.54 | 84
68 | 表4 水溫30-32℃的試驗數據| 編號 | 原水濁度（NTU） | 投加反沖洗廢水比例（%） | PH值 | 投礬量（mg/L) | 沉淀池出水水質 | | 濁度（NTU） | 耗氧量（mg/L) | 細菌（個/mL) | | 1 | 1#
2# | 3.8
3.8 | 0
8 | 7.35
7.34 | 18.0
18.0 | 1.7
0.7 | 2.45
2.21 | 150
76 | | 2 | 1#
2# | 4.5
4.5 | 0
10 | 7.33
7.34 | 15.5
14.5 | 1.7
1.4 | 3.02
2.64 | 128
106 | | 3 | 1#
2# | 3.8
3.8 | 0
12 | 7.48
7.50 | 12.2
12.2 | 1.8
1.2 | 3.08
2.45 | 132
102 | | 4 | 1#
2# | 3.0
2.0 | 0
13 | 7.36
7.33 | 14.9
14.9 | 3.1
1.0 | 2.65
2.36 | 148
78 | | 5 | 1#
2# | 2.8
2.8 | 0
15 | 7.35
7.36 | 9.4
9.4 | 3.2
2.8 | 2.96
2.46 | 142
136 | | 6 | 1#
2# | 1.5
1.5 | 0
21 | 7.40
7.44 | 16.7
16.7 | 2.4
1.4 | 2.74
2.46 | 124
112 | 2.4 投加反沖洗廢水后的絮體結構性能
圖8為反沖洗廢水中絮體顆粒的局部放大圖。從圖上可以清楚地看出濾池反沖洗廢水中存在大大小小各種粒徑的顆粒，一部分較大顆粒仍呈絮體集體形態，另有部分較大顆粒呈整體晶體結構。 
圖9為未投加濾池反沖洗廢水時反應池形成絮體的結構圖，此時絮體結構不規則且松散，存在著聯結較薄弱的部位。圖10為投加濾池反沖洗廢水后反應池中所形成絮體的結構圖。可觀察到絮體中各大小粒徑顆粒緊密結合，呈球狀規則且有序排列，游離于周圍液體中的小顆粒較少。通過對許多樣品的觀察，均發現其絮體顆粒的均勻性好，且粒徑一般比未回流反沖洗廢水時絮體粒徑大。  
3 結論與分析 ① 直接回收利用濾池反沖洗廢水投加至反應池，投加廢水量占該反應池處理原水量的最佳比例為10%～15%。
② 經對投加與不投加濾池反沖洗廢水的兩組池進行平行對比試驗，在其他條件相同時，投加反沖洗廢水后，可節省混凝劑20%～30%。
③ 直接回流適量的濾池反沖洗廢水至反應池后，改善了其混凝性能，所形成的絮體顆粒大，結構緊密，抗剪能力強，沉降速度快，沉降效果好，改善了沉淀的出水水質，可增加沉淀池的負荷。
④ 加入適當比例的反沖洗廢水后，對水的混凝沉淀起著有利作用，分述如下：?
a.反沖洗廢水中含有大量的較粗顆粒，當與原水混合一起處理時，這些顆粒較易形成絮體結絨的核心。同時，由于細顆粒粘附在粗顆粒上的速度較快，是細顆粒相互混凝結絮速度的數倍，這就加快了混凝反應的速度。?
b.由絮凝動力學可知，絮凝速度主要取決于水中顆粒的碰撞頻率。由于反沖洗廢水的加入，處理水中顆粒的個數大大增加，使顆粒間的碰撞次數也大大增加。另外，由于所加入的反沖洗水中的顆粒較大，粒徑是原水中顆粒的數十倍甚至數百上千倍，而碰撞次數與粒徑的三次方成正比，所以顆粒粒徑的增大所引起的碰撞次數的增加會更大，并且由于處理水流量的增大，使G值也增大，這樣為水中顆粒的碰撞創造了有利條件。?
c.由混凝的微過程研究成果可知，向水中加入的鋁鹽混凝劑一般在水解時形成多核的金屬氫氧化物，是它被吸附到水中擴散的膠體粒子上而形成礬花的核或細小的礬花。在原水與反沖洗廢水混合一并處理時，當加入混凝劑后，水解所形成的金屬氫氧化物很容易被反沖洗廢水中粗顆粒吸附，形成較大的礬花顆粒，這樣它們更易在水中發生與原水中膠體顆粒的有效碰撞，形成更大的礬花，從而使沉速加快。同時，反沖洗廢水中的顆粒較原水中混凝反應直接形成的礬花顆粒的間隙水和結合水都少，也就是反沖洗廢水中顆粒的密度更大，這也是增加其顆粒沉降效果的一個重要原因。 參考文獻：
［1］許保玖.給水處理理論與設計［M］.北京：中國建筑工業出版社，1992.?
［2］柯水洲，袁輝洲.濾池反沖洗廢水回用的小試研究［J］.湖南大學學報，1999，26(1)：76～80.
作者簡介：柯水洲(1964- )，男，湖北鄂州人，湖南大學副教授，碩士，主要研究方向：水處理工程。
電話：(0731)8822610(O)
收稿日期：2000-02-24 | 
