摘要：本文通过对乌鲁木齐市石墩子山净水厂水处理工艺以及滤池反冲洗水回用情况进行调研，结合本地水源低温低浊特点，收集回用滤池反冲洗废水，采用回用比8%～12%泵送至配水井与原水混合。并对反冲洗水回用过程中浊度、氨氮、CODMn、UV254指标进行测定，实验表明反冲洗水回用可以改善混凝效果，并且对供水安全无影响。
关键字：强化混凝；混凝机理；水力条件；絮凝体
Study on the reuse effect of backwashing wastewater from filter tank in Shidunzishan water treatment plant, Urumqi city
Peng Zhu,Wang Huijuan* ,Zhao Qinzhi,Fu Yunling,Huang Zhizhen,Dilibaier·Nuerxiati,
(School of architecture and engineering, Xinjiang university, Urumqi 830047, China)
Abstract: In this paper, the water treatment technology of Shidunzishan water treatment plant in Urumqi city and the reuse of backwash water from the filter tank were investigated. Combined with the characteristics of low temperature and low turbidity of the local water source, the backwash wastewater from the filter tank was collected and pumped to the distribution well with a reuse ratio of 8% ~ 12% to mix with the raw water. The indexes of turbidity, ammonia nitrogen, CODMn and UV254 in the reuse process of backwash water were measured. The results showed that the reuse of backwash water could improve the coagulation effect and had no influence on the safety of water supply.
Key words: Strengthening coagulation; Coagulation mechanism; Hydraulic condition; Flocculation body
1 前言
乌鲁木齐市石墩子山水厂建于1985年，并于1987年投产运行，自1997年经整改扩建后构成完整水处理工艺系统运行至今[1]。该水厂原规划日净水能力20万方，现处理水满负荷为28~30万方。
石墩子山水厂共8格滤池，48小时反冲洗一次，每次反冲洗耗水300m3，因此每日反冲洗水耗量为：1200m3/d，而水厂未对反冲洗废水进行有效回收利用，造成大量水资源浪费、环境的严重污染，同时增加了污水厂的负荷。
石墩子山水厂以乌拉泊水库的水为原水水源，在寒冷季节，水库水下层水温为1~4℃，一年有4、5个月的时间水体被冰覆盖，这段时间的原水浊度也很低为3~10NTU[2]。
低温低浊水冬季处理效果不好，本文拟把反冲洗废水按不同的比例回流至配水井与原水混合，研究最佳的回流比，并能对回流前后的出水指标进行对比。
2 实验研究
2.1实验仪器
表1 实验仪器与测定指标
Table 1 Experimental instruments and measurement indicators
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2.3实验方法
采用反冲洗水上清液按一定比例回流至混合池，按照回流比0%、3%、5%、8%、10%、12%、12%、15%等比例进行实验研究，研究水厂滤池反冲洗废水回用强化混凝的效果，实验所用净水厂原水、滤池反冲洗气水混充阶段废水的水质见表2。
利用深圳中润ZR4-6六连混凝实验搅拌机中进行实验，模拟净水厂实际混凝沉淀过程参数分三个阶段进行，最后静置10分钟，取实验杯上层清液检测相关水质指标，混凝实验设置参数见表3所示。
表 3 混凝实验参数
Table 3 Parameters of coagulation experiment
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3 结果与讨论
3.1反冲洗废水直接回用对常规水质指标的影响
采用回流比例为0%、3%、5%、8%、10%、12%、15%七个梯度将滤池反冲洗废水与原水进行混合，分别投加10mg/L的聚合氯化铝（PAC）进行混凝搅拌实验，实验结果见表4。
表4 不同回流比实验结果
Table 4 Experimental results of different reflux ratios
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3.1.1 对浊度和氨氮的影响
取各混合水样及混凝沉淀后各实验杯中上清液测定其浊度、氨氮、pH、CODMn和UV254，结果如图1～图4所示，溶解氧结果见表5所示。
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图 1 出水浊度对比图 图 2 氨氮对比图
Fig.1 Comparison diagram of effluent turbidity Fig.2 Ammonia nitrogen comparison diagram
在絮凝阶段，通过烧杯可以明显观察到絮凝日颗粒快速增大，烧杯中原水透明度逐渐增高。在混凝条件相同下，相较于原水直接混凝，加入反冲洗废水上清液时的矾花颗粒明显大于原水直接混凝时的矾花颗粒，并且颗粒沉降得也更快[3]。
在滤池反冲洗的气水混冲阶段，截留在滤层中的杂质被大量有效带出，该阶段的反冲洗废水浊度可高达51.5NTU，高于水厂进水浊度。
由图1可以看出，即使随回流比例的增加，混合水样的进水浊度不断上升，但经混凝沉淀处理后，出水的浊度均可控制在2NTU以下，由此说明随着回流比的增加，并不影响浊度的去除能力。
实验得出，若加入少量反冲洗水，不仅不利于浊度的去除，且加过多反冲洗水反而会增加混凝剂的使用量，则实验需要找到最佳的反冲洗废水投加比。当水温为5℃，原水浊度为4.51 NTU时，由图1得出，反冲洗废水最佳投加比例在12％左右。
根据实验结果，反冲洗废水存在最佳回流比。在低浊度的条件下，反冲洗废水的最佳回用比例为8％～12％。在混凝剂相同的实验条件下，不同浊度原水加入8％～12％的反冲洗废水相较于未加入反冲洗废水时的出水浊度显著降低。
在实验条件下，滤池反冲洗废水的直接回用不会对原水的pH产生影响，不同回流比的
混合水样在混凝实验前后pH均设置在7.80～7.95，不会额外增加后续工艺的pH调节的成本。
从图2中可以看出，尽管随回流比的增大，混合的水样中氨氮浓度值不断下降，但经过混凝沉淀后，出水中氨氮浓度值并未降低（但仍低于不回用时水样的出水浓度）。其可能因为是反冲洗废水中含有大量的有机氮存在于有机物当中，其经过混凝沉淀处理时，水中有机物被降解去除，其中含有的有机氨被释放，而后转化为氨氮，后继续转化为亚硝基酸盐氮，而混凝沉淀对于氨氮基本没有去除效果，因此导致出水中的氨氮值高于进水值，且反冲洗废水回用不增加氨氮超标的风险。
3.1.3 对CODMn的影响和UV254的影响
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图3 CODMn对比图 图4 UV254对比图
Fig.3 contrast figure of CODMn Fig.4 contrast figure of UV254
从图3～图4可以看出，随回流比的不断增大，混凝沉淀后水中UV254值变化不明显。滤池反冲洗废水中的CODMn值明显高于进水原水，而UV254值则相反，可能是滤池反冲洗时所带出的杂质中含有大量不溶性有机物质造成的，使得反冲洗废水中的COD Mn浓度明显升高，而在检测UV254时必须事先使用0.45μm的滤膜对水样进行过滤，因此尽管反冲洗废水中不溶性有机物质大量增多，但这部分不溶性有机物质并不会对UV254值产生影响，且反冲洗废水中UV254值所反映的此部分溶解性有机物质浓度低于水厂的原水，因而反冲洗废水中的UV254值低于水厂原水[4]。
在实验条件下，随回流比的不断增大，即使混合水样进水中的CODMn不断升高，但经过混凝沉淀处理后，各出水中的CODMn浓度逐渐降低，表明滤池反冲洗废水直接回用不仅不会增加沉淀出水的有机物含量，反而能够在一定程度上提高有机物的去除效果。CODMn曲线与浊度曲线走势有一定的差异，由于CODMn表征的还原性物质有的附着于悬浮杂质表面，一定比例的反冲洗水回用，引起浊度的变化从而影响着CODMn的改变。此外，由于水中的CODMn还可以有以离子态的形式而存在，其与水体中的颗粒并不存在依托关系，因此，造成二者走势存在一定的差异。
3.1.4 回流比不同对溶解氧的影响
表5 混凝沉淀后的溶解氧 （mg/L）
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从表5中可以看出，混凝沉淀后混合水样中的溶解氧随着回流比的不断增加无明显变化，其主要原因是由于反冲洗废水中大量的有机物经混凝沉淀后被降解，且水中的细菌可利用有机物减少，导致呼吸作用降低，减少了消耗混合水样中的氧气，从而造成溶解氧并无明显变化，进而保证了水的自净能力。表明反冲洗废水的直接回用并不会导致水体的污染，也不会引起混合水样水质的降低。
3.2反冲洗废水直接回用的经济指标
石墩子山水厂本身有一个调蓄沉淀池，若对该水厂反冲冲洗废水进行回收利用，则只需在原有反冲洗废水排水渠中安排潜水泵及加建管道和电气控制系统，一个水厂的持续投入在30万元左右。石墩子山水厂反冲洗水量1200m3/d，按50%进行回收利用。
表6 反冲洗废水直接回用的经济指标
Table 6 Economic indicators for direct reuse of backwash wastewater
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由表6可得出，该实验条件下，滤池反冲洗废水直接回用后可以每年减少运行成本约4.3万元，除此之外反冲洗废水回用后还节省了混凝剂，根据水厂提供的数据可知混凝剂的投加量减少了约2mg/L，混凝剂价格按照2200元/吨，则直接节约费用约16万元/年。
因此，净水厂直接回收利用滤池反冲洗废水不但节约水资源、降低污水处理厂的处理压力，还能有效降低水厂的运行成本，实现水厂治水效益的最大化。
4 结论
（1）针对乌鲁木齐低温低浊水源特点，净水厂滤池反冲洗废水直接回用至配水井能够有效降低浊度，原水浊度小于6NTU，回流比不超过15%时，混凝沉淀后的出水浊度能保持在2NTU以下；同时，相较于没有回流反冲洗废水，回流后的出水pH、氨氮浓度相当，不会存在超标的风险[5]。回流后溶解氧浓度有一定降低，不会引起水质的污染。对于有机物，直接回用滤池反冲洗废水能够提高水中的CODMn和UV254的去除效果，回流后的出水CODMn和UV254对于不回流原水均有一定程度的降低。
（2）滤池反冲洗废水与原水混合之后可以优化混凝效果。经过实验得出最佳回流比为8％～12％。同样地，与不加反冲洗废水相比，可节省混凝剂投加量约2 mg／L，减少混凝剂的投加量，同时降低了下游污水厂的负担，具有一定的经济效益。
（3）滤池反冲洗废水有效地直接回收利用能够实现水资源的合理调度和分配。净水厂直接反冲洗废水不仅可以很快打破水中胶体的稳定性，并且形成的絮凝体大，而且可以有效提高沉淀效果。随着《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006)的实施，在对出厂水有着严格的要求外，为了保证在出水浊度的基础上，不增加出水中各水质指标的超标风险，保证出水水质，且提高了原始的利用率，合理回用反冲洗废水有很高的社会意义；且节约大量的水资源，减少投资，符合现行水厂节能减排、保护环境的要求。
参考文献
[1]王慧娟，李金辉，殷小桃.给水厂投药系统技术改造及应用[J].中国给水排水.2011.01：79-81
[2]新疆维吾尔自治区水利厅，《新疆水资源公报》[R].2018.09
[3]李忠亮，殷小桃，仉宁等.滤池反冲洗废水回用实验研究[J].供水技术，2009.03：34～36
[4]陈卓华，巢猛.自来水厂滤池反冲洗废水直接回用的可行性研究[J].中国给水排水，2017.5：23～27
[5]陈卓华,巢猛.自来水厂滤池反冲洗废水直接回用的可行性研究[J].给水排水，2017.08：1-3+27
作者简介：彭柱，男，1998 年生，新疆大学建筑工程学院给排水科学与工程2016级本科生在读，主要研究方向为市政工程。
* 通讯作者：王慧娟，女，1979年生，副教授，硕士，主要研究方向为水处理技术与保障.
资助课题：2019 年国家级大学生创新训练计划项目“净水厂滤池反冲洗废水强化低温低浊混凝效果研究 ”。