凈水廠生產(chǎn)廢水回收再利用研究

楊居園 牛同德 湯洪杰

摘 要： 挖掘凈水廠生產(chǎn)廢水的利用潛力，對(duì)其進(jìn)行合理回用可節(jié)約淡水資源，同時(shí)具有保護(hù)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，有利于水資源的可持續(xù)發(fā)展。從安全性來考慮，生產(chǎn)廢水處理后再回用是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。生產(chǎn)廢水處理方法中最常用的是混凝沉淀法，效果最好的是膜處理方法。膜處理法需控制好膜污染問題且成本偏高，隨著膜構(gòu)件價(jià)格逐漸降低，該技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 凈水廠 生產(chǎn)廢水 回收再利用 混凝沉淀 膜處理

中圖分類號(hào)： TU99文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）06-0068-03

Research on the Recycling and Reuse of Production Wastewater in Water Purification Plants

YANG Juyuan NIU Tongde TANG Hongjie

Qingdao West Coast Public Utility Group Water Co.， Ltd.， Qingdao， Shandong Province， 266555 China

Abstract： Exploring the utilization potential of production wastewater in water purification plants and imple‐menting its reasonable reuse can save freshwater resources and also have the advantage of protecting the environ‐ment， which is conducive to the sustainable development of water resources. From a perspective of safety， the reuse of production wastewater after treatment is an inevitable trend in future development. In the methods of treating production wastewater， the most commonly-used one is the coagulation sedimentation， and the most effective one is the membrane treatment method. The membrane treatment method needs to control the problem of membrane fouling well with a high cost， and with the gradual reduction of the price of membrane components， this technology will be more widely applied.

Key Words： Water purification plant； Production wastewater； Recycling and reuse； Coagulating sedimentation； Membrane treatment

青島人均水資源占有量為186.2 m3，僅為全國平均水平的9.5%，水資源時(shí)空分布不均，且客水依賴程度高，是典型缺水城市，因此需在節(jié)水方面深挖潛力。生產(chǎn)廢水回收利用可節(jié)約寶貴水資源，符合自來水廠節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的需要。青島市要求各自來水廠的排泥水和反沖洗水循環(huán)使用。排泥水回用應(yīng)符合下列要求：不影響凈水廠出水水質(zhì)；回流水量盡可能均勻；回流到混合設(shè)備前，與原水及藥劑充分混合。本文探討了生產(chǎn)廢水回收再利用方式，生產(chǎn)廢水回用應(yīng)減少對(duì)凈水處理工藝的沖擊，避免對(duì)水廠出水水質(zhì)帶來影響。

1 凈水廠生產(chǎn)廢水簡介

凈水廠生產(chǎn)廢水包括濾池的反沖洗水、沉淀池的排泥水，以及污泥脫水瀝出液，約占水廠日產(chǎn)水量的3%～10%。這些生產(chǎn)廢水會(huì)富集原水中的雜質(zhì)，還會(huì)增加凈水工藝投加的藥劑，增加兩蟲（甲第鞭毛蟲、隱孢子蟲）繁殖的可能性。

1.1 濾池反沖洗水

濾池反沖洗廢水包括砂濾池反沖洗廢水和活性炭濾池反沖洗廢水，在水廠自用水中占有較大比例。

濾池截留了絕大多數(shù)顆粒物，其中包含了大量的有機(jī)物、金屬離子及微生物，這些污染物在濾池反沖洗時(shí)進(jìn)入反沖洗廢水中。反沖洗水中所含賈第蟲和隱孢子蟲較原水高出很多，還可能含有高濃度的TOC、鋁、錳、鐵。

研究表明：反沖洗廢水直接回用可利用反沖洗廢水結(jié)核和剩余的絮凝性能，回收生產(chǎn)廢水的同時(shí)，可減少混凝劑的使用[1]。也有觀點(diǎn)認(rèn)為濾池反沖洗水水質(zhì)相對(duì)較好，但也無法直接回用，以免對(duì)水廠運(yùn)行造成潛在的負(fù)面沖擊[2]。對(duì)濾池反沖洗水進(jìn)行靜沉1 h以上，水質(zhì)能得到較大改善，可回流至凈水處理工藝前端與原水摻混進(jìn)行回用[3]。

1.2 沉淀池排泥水

沉淀池排泥水中主要含有原水中的懸浮物、有機(jī)物、溶解狀膠質(zhì)、微生物以及殘余的絮凝藥劑等[4]。沒有經(jīng)過處理的沉淀池排泥水中含有賈第蟲、隱孢子蟲，濃縮池上清液中TTHM、TTHMFP、TOC、總錳及溶解錳的含量較高。

原水中30%～40%大分子量有機(jī)物、大部分重金屬和微生物在沉淀過程中去除。研究表明：直接回用沉淀池排泥水會(huì)導(dǎo)致出廠水中的重金屬、微生物以及消毒副產(chǎn)物等污染物超標(biāo)。直接回用濃縮污泥的上清液，可能會(huì)產(chǎn)生金屬M(fèi)n累積的問題，導(dǎo)致水廠出水中Mn離子含量超標(biāo)。因此反應(yīng)沉淀池排泥水需經(jīng)過相應(yīng)處理才可回用[5]。

1.3 污泥脫水瀝出液

污泥脫水環(huán)節(jié)產(chǎn)生的脫水瀝出液中濁度及TOC和TTHM的含量均很高，水量一般較小[6]。脫水瀝出液一般不建議回用，由于凈水廠生產(chǎn)廢水零排放的要求，仍需將這部分廢水進(jìn)行回用處理。

2 生產(chǎn)廢水回用簡介

生產(chǎn)廢水回收利用包括直接回用和處理后回用兩種方式。

2.1 生產(chǎn)廢水直接回用

反沖洗水中的懸浮顆粒具有一定的凝聚能力，將其回流一定程度可以降低混凝劑的投加量。反沖洗廢水中的可生物降解有機(jī)物的含量較高，但回流利用并不會(huì)對(duì)原水帶來太大沖擊負(fù)荷。出廠水的渾濁度、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、錳、鐵、鋁、鉛、砷、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌含量均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。從保證水的生物穩(wěn)定性角度，在一定條件下直接回用反沖洗廢水是可行的[7-8]。

史偉等人研究表明：生產(chǎn)組合廢水在9.6%及以下低回流比對(duì)水廠各工藝段的水質(zhì)基本無影響，不僅可實(shí)現(xiàn)出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時(shí)還能降低混凝劑投加量；當(dāng)生產(chǎn)廢水回流比達(dá)到16%及以上，尤其是沉淀池排泥水和濾池沖洗廢水集中回用會(huì)引起濁度、有機(jī)物等指標(biāo)快速上升。因此建議水廠生產(chǎn)廢水回流將回流比控制在9.6%以下，避免瞬時(shí)回流量較大，對(duì)凈水工藝造成沖擊，影響出水水質(zhì)，重點(diǎn)警惕錳超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)[9-10]。

2.2 生產(chǎn)廢水處理后回用

雖然直接回用生產(chǎn)廢水可使混凝效果得到提升，但排泥水濃縮了大量懸浮物、病原微生物，含有錳、鐵、鋁及大腸埃希氏菌等污染物。生產(chǎn)廢水可能會(huì)對(duì)原水水質(zhì)產(chǎn)生一定的沖擊負(fù)荷，特別是濁度、微生物及金屬指標(biāo)。直接回用有可能會(huì)導(dǎo)致水廠出水水質(zhì)下降且凈水負(fù)荷增加。雖然濾池反沖洗水在回流比等參數(shù)的嚴(yán)格控制下出水水質(zhì)能滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，但依然存在水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。因此，建議生產(chǎn)廢水回用前采用相應(yīng)的預(yù)處理技術(shù)，以保障水廠出水水質(zhì)的安全性[5]。

國外大多數(shù)發(fā)達(dá)國家強(qiáng)制要求水廠生產(chǎn)廢水必須處理后才能回用，以保障水廠出水水質(zhì)安全。美國在2001年就已經(jīng)規(guī)定：水廠濾池反沖洗水必須經(jīng)過預(yù)處理后才能回用，并要求回用系統(tǒng)處理后“兩蟲”的去除率達(dá)到99%以上[11]。

因此，從長遠(yuǎn)來看，隨著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格以及從安全性來考慮，生產(chǎn)廢水處理后再回用是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3 生產(chǎn)廢水處理方法介紹

3.1 氣浮法

氣浮法是通過加壓將空氣溶于水，進(jìn)入氣浮池后形成微氣泡，氣泡上升過程中將懸浮物黏附到氣泡上帶離上清液，達(dá)到凈化水的目的。氣浮法可有效去除藻類、礬花、原生動(dòng)物卵囊等密度低的顆粒物，可以節(jié)省混凝劑的投加量。負(fù)荷率高，結(jié)構(gòu)較緊湊。工藝時(shí)間短，污泥濃縮程度高，脫水效果較好。但是氣浮法所需的設(shè)備較復(fù)雜，這會(huì)增加運(yùn)行維護(hù)工作量。初期投資和后期運(yùn)維費(fèi)均較高，因此該技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不占優(yōu)勢(shì)。此外，氣浮法還可能有增加出水中致病微生物的隱患，這也阻礙了氣浮法處理凈水廠生產(chǎn)廢水的應(yīng)用[12-13]。

3.2 混凝處理技術(shù)

排泥水回用處理最常用的是混凝沉淀法，相比其他工藝，混凝沉淀法對(duì)于濁度和顆粒的去除效果較好，費(fèi)用較低。聚合氯化鋁（PAC）和聚合硫酸鐵（PFS）是常規(guī)給水處理最常用的混凝劑。排泥水處理可采用混凝劑和復(fù)合有機(jī)高分子絮凝劑搭配使用，可獲得更好的混凝效果。使用PDMDAAC作為助凝劑比PAM能更環(huán)保、更安全地處理排泥水[5]。

由于混凝沉淀方法能較好改善排泥水沉降性、提高泥水分離效率，且費(fèi)用較低，在國內(nèi)外的排泥水處理中都得到了較為廣泛的實(shí)踐應(yīng)用[5]。

3.3 高效分離塔處理

吳勝華等人[14]在廣東惠州江北水廠應(yīng)用高效分離塔處理排泥水，SS的去除率≥99.5%，COD去除率為68.04%，錳從0.85降為0.01 mg/L。該系統(tǒng)設(shè)施占地小、水資源綜合利用率高、能耗低，適用于現(xiàn)有水廠排泥水專項(xiàng)處理。

該設(shè)備將陽離子吸附去除、混凝沉淀反應(yīng)、離心分離、重力沉降、動(dòng)態(tài)絮泥懸浮層過濾分離及污泥濃縮等水處理過程有機(jī)融合，在同一設(shè)備塔體內(nèi)同步完成排泥水的濃縮與水質(zhì)凈化過程。高效泥水分離塔將凈水與濃縮過程二合一，單塔即可代替“混凝沉淀池+過濾池+濃縮池”的功能[14]。

3.4 膜處理技術(shù)

膜處理（微濾MF和超濾UF）適應(yīng)水質(zhì)變化強(qiáng)，處理效率高，能安全地去除隱孢子蟲、賈第蟲、細(xì)菌和病毒等幾乎所有的微生物，并能去除部分NOM、TOC、DBP。膜處理技術(shù)出水可滿足飲用水要求，且超濾膜技術(shù)自動(dòng)化程度高、占地少、易于擴(kuò)展，膜裝置可預(yù)置，還不受地面高度的限制。因此，人們開始研究將膜處理技術(shù)應(yīng)用于處理生產(chǎn)廢水[13，15]。

為避免產(chǎn)生膜污染問題，膜處理運(yùn)行期間需及時(shí)進(jìn)行合理地反沖洗或更換膜組件。最好在膜前對(duì)生產(chǎn)廢水進(jìn)行混凝預(yù)處理。膜處理方法還存在膜構(gòu)建成本偏高問題[13，15]。

4 結(jié)語

生產(chǎn)廢水回收再利用可緩解水資源短缺現(xiàn)象，減少因直排對(duì)環(huán)境帶來的影響。回用水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廢水特點(diǎn)和回用要求選擇合適的處理流程，應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性與可靠性，并以試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

（1）根據(jù)水質(zhì)情況確定反沖洗廢水是否直接回用，水質(zhì)較差的季節(jié)，建議對(duì)反沖洗廢水處理后再回用。排泥水應(yīng)先處理后再回用。由于溫度與廢水的生物穩(wěn)定性有較強(qiáng)相關(guān)性，建議重點(diǎn)監(jiān)測(cè)夏季水質(zhì)。

（2）在設(shè)計(jì)回收工藝時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際廢水排放規(guī)律，盡量做到均勻回收，減少進(jìn)水的沖擊負(fù)荷。生產(chǎn)廢水回流應(yīng)控制好回流比。

（3）生產(chǎn)廢水處理效果最好的方式為膜處理技術(shù)，該方法存在膜污染問題，需做好維護(hù)清洗和進(jìn)水預(yù)處理工作，隨著膜構(gòu)件價(jià)格逐漸降低，膜處理技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。

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