柯水洲，袁辉洲，袁韧，李宁，曾富益?
（湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082） 摘要：以湘江原水为研究对象，对滤池反冲洗废水回用进行了小试及生产性试验研究。结果表明，采用滤池反冲洗废水直接回用至反应池，不仅可以回收水量，而且还改善了混凝性能，提高了反应沉淀效果，具有较好的经济效益和环境效益。
关键词：滤池反冲洗废水；回用；混凝；絮体；电子显微镜
中图分类号：TU991.24
文献标识码：A
文章编号：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 基金项目：湖南省建委资助项目(9601-004) 我国自来水厂在常规的水处理运行中，滤池反冲洗废水约占总产水量的3%～8%。目前多数水厂将反冲洗废水直接排放，既浪费水资源，又造成环境污染。本试验采用直接回收利用滤池反冲洗废水的办法，将其直接回送至反应池起端，利用反冲洗废水中已形成的矾花颗粒(成形絮体)对混凝的有利作用，改善混凝沉淀性能。通过对比试验，考察了投加反冲洗废水后对混凝沉淀的影响。试验工作从1996年7月开始，历时近3年，进行了多种水温条件下具有典型浊度原水的小试和生产性试验。 1 试验装置与方法 试验采用原水为湘江水，湘江长沙段水源水质基本情况见表1，作为地面水源，具有一定的代表性。 表1 湘江长沙段水源典型水质情况| 项目 | 指标 | | 浊度（NTU） | 10-300 | | 色度（倍） | 15-25 | | PH | 7.4-7.6 | | 总硬度（CaCO3)(mg/L) | 65-110 | | 总溶解固体（mg/L) | 150-200 | | 氨氮（mg/L) | 0.1-0.9 | | 亚硝酸盐氮（mg/L) | 0.02-0.1 | | 硝酸盐氮（mg/L) | 1-2 | | 耗氧量（mg/L) | 2-6 | | 溶解量（mg/L) | 4-7 | | 铅（μg/L) | 变化较大 | | 锰（mg/L) | ＜0.4（变化较大） | | 细菌（个/mL） | 900-1700 | 小试采用烧杯试验法，试验装置采用DBJ—621型定时变速六杆搅拌机，模拟水厂混合、反应及沉淀过程：?
混合阶段：?n=350 r/min，t=60 s,?G=897.5/s,?GT=53 850。?
反应阶段：?n=60 r/min，t=727 s,?G=?2.52?/s,?GT=18 320.4。?
小试沉淀出水所测浊度为静沉5 min、1/2烧杯高度处水样的浊度。?
生产性试验在长沙市五水厂进行，生产性试验流程见图1，对1＃、2＃运行系统作平行对比试验。 
试验所用混凝剂为PAC(聚合氯化铝)。试验采用的仪器有美国Micro Flow90型超声波流量计、美国Zeta plus型Zeta Potential Analyzer、YZD [KG-*5]—1A型液体浊度仪、PSH—10A型数字酸度/离子计、各项水质检测设备及相应仪器等。 2 试验结果 2.1 投加反冲洗废水后颗粒的沉速加快
小试测得静沉沉降曲线见图2，试验原水浊度16.2 NTU，pH＝7.54，水温20 ℃，试验所加混凝剂PAC量均为4 mg/L。 
从图2可以看出，投加反冲洗废水后，在同一沉速时，浊度去除率高；在同一浊度去除率时，颗粒沉速加快。
生产性试验测得平流式沉淀池的沉降曲线见图3，试验原水浊度40 NTU，pH＝7.58，水温15 ℃，投加PAC量均为6 mg/L。 
从图3可以看出，投加反冲洗废水后，在相同位置的浊度去除率提高，或在同一浊度去除率条件下，沉降距离缩短。
2.2 最佳反冲洗废水投加量
试验表明，反冲洗废水若加入过少作用不明显，加入过多则会增加混凝剂的用量，存在一个最佳的反冲洗废水投加比例(投加的反冲洗废水量占本组反应沉淀池处理原水量的百分数)。
小试在原水浊度为51 NTU时，不加反冲洗废水与加入不同比例反冲洗废水的出水效果比较见图4，反冲洗废水最佳投加比例在10%左右。同时对原水浊度分别为58 NTU、106 NTU、336 NTU、590 NTU等多种浊度进行试验，都得到与图4相近的结果，试验时水温为25～28℃。 
根据小试的结果，在水厂现场进行不同水温不同原水浊度下的生产性试验，试验结果见图5～7。从图5～7中可看出，最佳废水投加比例为10%～15%。  
2.3 投加反冲洗废水后沉淀池出水水质
生产性试验中，对1＃、2＃两组完全相同的反应沉淀池进行平行对比试验的结果表明，投加反冲洗废水后的2＃池出水水质变好，有关试验数据见表2～4。 表2 水温2-3℃的试验数据| 编号 | 原水浊度（NTU） | 投加反冲洗废水比例（%） | PH值 | 投矾量
（mg/L) | 沉淀池出水水质 | 浊度
（NTU） | 耗氧量
（mg/L) | 细菌
（个/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 水温10-15℃的试验数据| 编号 | 原水浊度（NTU） | 投加反冲洗废水比例（%） | PH值 | 投矾量
（mg/L) | 沉淀池出水水质 | 浊度
（NTU） | 耗氧量
（mg/L) | 细菌
（个/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 水温30-32℃的试验数据| 编号 | 原水浊度（NTU） | 投加反冲洗废水比例（%） | PH值 | 投矾量（mg/L) | 沉淀池出水水质 | | 浊度（NTU） | 耗氧量（mg/L) | 细菌（个/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 投加反冲洗废水后的絮体结构性能
图8为反冲洗废水中絮体颗粒的局部放大图。从图上可以清楚地看出滤池反冲洗废水中存在大大小小各种粒径的颗粒，一部分较大颗粒仍呈絮体集体形态，另有部分较大颗粒呈整体晶体结构。 
图9为未投加滤池反冲洗废水时反应池形成絮体的结构图，此时絮体结构不规则且松散，存在着联结较薄弱的部位。图10为投加滤池反冲洗废水后反应池中所形成絮体的结构图。可观察到絮体中各大小粒径颗粒紧密结合，呈球状规则且有序排列，游离于周围液体中的小颗粒较少。通过对许多样品的观察，均发现其絮体颗粒的均匀性好，且粒径一般比未回流反冲洗废水时絮体粒径大。  
3 结论与分析 ① 直接回收利用滤池反冲洗废水投加至反应池，投加废水量占该反应池处理原水量的最佳比例为10%～15%。
② 经对投加与不投加滤池反冲洗废水的两组池进行平行对比试验，在其他条件相同时，投加反冲洗废水后，可节省混凝剂20%～30%。
③ 直接回流适量的滤池反冲洗废水至反应池后，改善了其混凝性能，所形成的絮体颗粒大，结构紧密，抗剪能力强，沉降速度快，沉降效果好，改善了沉淀的出水水质，可增加沉淀池的负荷。
④ 加入适当比例的反冲洗废水后，对水的混凝沉淀起着有利作用，分述如下：?
a.反冲洗废水中含有大量的较粗颗粒，当与原水混合一起处理时，这些颗粒较易形成絮体结绒的核心。同时，由于细颗粒粘附在粗颗粒上的速度较快，是细颗粒相互混凝结絮速度的数倍，这就加快了混凝反应的速度。?
b.由絮凝动力学可知，絮凝速度主要取决于水中颗粒的碰撞频率。由于反冲洗废水的加入，处理水中颗粒的个数大大增加，使颗粒间的碰撞次数也大大增加。另外，由于所加入的反冲洗水中的颗粒较大，粒径是原水中颗粒的数十倍甚至数百上千倍，而碰撞次数与粒径的三次方成正比，所以颗粒粒径的增大所引起的碰撞次数的增加会更大，并且由于处理水流量的增大，使G值也增大，这样为水中颗粒的碰撞创造了有利条件。?
c.由混凝的微过程研究成果可知，向水中加入的铝盐混凝剂一般在水解时形成多核的金属氢氧化物，是它被吸附到水中扩散的胶体粒子上而形成矾花的核或细小的矾花。在原水与反冲洗废水混合一并处理时，当加入混凝剂后，水解所形成的金属氢氧化物很容易被反冲洗废水中粗颗粒吸附，形成较大的矾花颗粒，这样它们更易在水中发生与原水中胶体颗粒的有效碰撞，形成更大的矾花，从而使沉速加快。同时，反冲洗废水中的颗粒较原水中混凝反应直接形成的矾花颗粒的间隙水和结合水都少，也就是反冲洗废水中颗粒的密度更大，这也是增加其颗粒沉降效果的一个重要原因。 参考文献：
［1］许保玖.给水处理理论与设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，1992.?
［2］柯水洲，袁辉洲.滤池反冲洗废水回用的小试研究［J］.湖南大学学报，1999，26(1)：76～80.
作者简介：柯水洲(1964- )，男，湖北鄂州人，湖南大学副教授，硕士，主要研究方向：水处理工程。
电话：(0731)8822610(O)
收稿日期：2000-02-24 | 
