目前，我國大多數以地表水為原水的水廠(chǎng)仍然采用常規水處理工藝，即“混凝—沉淀—過(guò)濾—消毒”。隨著(zhù)供水廠(chǎng)的數量不斷增加，供水能力與日俱增，供水廠(chǎng)的排泥、排水數量越來(lái)越多；加之原水水質(zhì)日益下降，原水中有機物和各種毒物的含量俱增，供水廠(chǎng)的排泥、排水的質(zhì)量越來(lái)越差，人們越來(lái)越重視水資源的可持續利用，對于占凈水廠(chǎng)制水規模 3%～10%的沉淀池排泥水和濾池反沖洗水，若能實(shí)現回收和利用，則對節約水資源具有重要的社會(huì )意義和經(jīng)濟意義。而且，適當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，目的在于考察濾池反沖洗廢水不同回用比例對Zeta 電位、濁度、CODMn、UV254 以及細菌總數的影響，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 試驗方案
1.1 工藝條件與試驗水水質(zhì)
試驗在南京某水廠(chǎng)內進(jìn)行，該廠(chǎng)以長(cháng)江水為原水，工藝流程見(jiàn)圖 1。
該廠(chǎng)反沖洗過(guò)程由全程表面掃洗、氣沖、氣水同時(shí)反沖和水沖等過(guò)程組成。其中反沖洗周期為24 h，氣沖強度為50～60 m3/（h·m2），清水沖洗強度為13～15 m3/（h·m2），表面掃洗用沉后水，一般為5～8 m3/（h·m2）。
試驗在6 月—7 月進(jìn)行，試驗期間，水廠(chǎng)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(chǎng)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(jiàn)表 1。
1.2 試驗方法
將濾池反沖洗過(guò)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，作為試驗原水進(jìn)行混凝攪拌實(shí)驗。濾池反沖洗水一般占水廠(chǎng)總制水量的2%~5%，考慮水廠(chǎng)無(wú)法完全做到均勻回流，試驗時(shí)為了研究回流比例突然增大對出水水質(zhì)的影響，在試驗期間，將濾池反沖洗水的回用比例最大擴大到40%�；炷囼炗诹�(lián)攪拌機中進(jìn)行，分6 個(gè)階段運行，最后靜沉3 min 取上清液。檢測上清液濁度（HACH2100N 型臺式濁度儀）、CODMn （GB 11892—1989）、UV254 （紫外分光光度計）、Zeta 電位（JS94H 型微電泳儀）、細菌總數（GB 5750.12— 2006）。六聯(lián)攪拌機的運行過(guò)程見(jiàn)表 2。
2 結果分析
2.1 回用比對濁度的影響
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〕。當回用比分別為0、1%、 3%、5%、10%、20%、40%時(shí)，測得相應的混凝后膠體的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�？梢钥闯�，隨著(zhù)回用比的增加，Zeta 電位也在下降。這是因為反沖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(guò)程中被利用，與原水中膠體顆粒表面的負電荷發(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沉后水濁度影響的結果見(jiàn)圖 2。
由圖 2 可以看出，沉后水濁度隨著(zhù)回用比的增大呈先降低后升高趨勢，回用比為5%~10%是轉折區間。分析認為回用比小于10%出現的濁度降低的現象是由于加入適當比例的反沖洗廢水，對水的混凝沉淀起著(zhù)有利作用。而當反沖洗水的比例大于 10%出現的濁度變大的情況，這可能是由于反沖洗水加入過(guò)高增加了水的濁度，抵消了反沖洗水中絮體對混凝的有利作用。
2.2 回用比對CODMn 的影響
回用比對CODMn 的影響見(jiàn)圖 3。
由圖 3 可以看出，CODMn 整體變化趨勢是隨回用比的增大先降低后增加，回用比為20%是轉折點(diǎn)。CODMn 曲線(xiàn)與濁度曲線(xiàn)走勢有一定的差異，可以由皮爾遜相關(guān)系數〔4〕來(lái)解釋。皮爾遜相關(guān)系數描述了兩個(gè)變量間聯(lián)系的緊密程度，系數的取值在-1 與+1 之間，絕對值越大表明線(xiàn)性相關(guān)性越強。通過(guò)計算，濁度與CODMn 兩組數據的皮爾遜系數為 0.85，因此從數學(xué)角度上分析可以認為CODMn 與濁度有很強的線(xiàn)性關(guān)系，但還不是完全的線(xiàn)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(zhù)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(zhù)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(méi)有直接的依附關(guān)系，造成二者走勢有一定的差異。
2.3 回用比對UV254 的影響
通過(guò)考察UV254 的變化情況，可以反映出水中具有共軛結構或芳香結構的不飽和有機物隨著(zhù)混凝過(guò)程的變化和去除情況。實(shí)驗表明：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(shuō)明了反沖洗水的回用不僅不會(huì )導致沉后水UV254 的大幅升高，甚至能降低沉后水的UV254，這一結果與A. Gottfried 等〔5〕的研究相符。
出現以上現象的原因是由于常規工藝對水中溶解性的具有共軛結構或芳香結構的不飽和有機物的去除十分有限，不會(huì )導致反沖洗廢水中的不飽和有機物含量遠高于原水，另一方面，反沖洗水對混凝過(guò)程的強化作用能提高對原水中有機物的去除效果。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 回用比對細菌總數的影響
反沖洗水的回用會(huì )導致沉后水細菌總數的大幅度上升，并且細菌總數的增幅是一個(gè)變大的過(guò)程。實(shí)驗表明：與不回用相比，回用比為3%時(shí)細菌總數增幅僅為3%左右，提高到5%時(shí)細菌增幅也只有5% 左右，但是當回用比為10%時(shí)，沉后水的細菌總數急劇上升，增加了近1 倍。產(chǎn)生這種現象的主要原因是，由于在反沖洗水少量回用過(guò)程中細菌被膠體層層包裹，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 )導致沉后水中細菌總數的大幅升高。然而隨著(zhù)回用比例的擴大，附著(zhù)在顆粒物上的細菌被釋放到水中的幾率也大大增加，導致水樣中懸浮菌數量大幅上升。據報道〔6〕，我國某城市反沖洗廢水中發(fā)現存在較高的賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)密度就是因為這個(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 回用比對綜合指標的影響
沉后水濁度、CODMn、UV254 及細菌總數等指標越小說(shuō)明相對應的回用比越合理。為了找出最佳回用比，在此引入綜合指標這一概念。綜合指標是將上述幾項指標綜合一起考慮，計算原理如下：先將沉后水濁度、CODMn、UV254 及細菌總數采用均值法去量綱；然后將對應相同回用比下的各無(wú)量綱指標值相乘。
由于現有的實(shí)驗數據不足以精確得出綜合指標，在此擬將沉后水濁度、CODMn、UV254 及細菌總數與回用比關(guān)系進(jìn)行擬合，然后將一組新的回用比數值代入擬合函數中，得到足夠多的數據。具體擬合方法為：先對數據進(jìn)行趨勢插值，再利用拉格朗日插值法對于數據進(jìn)行函數擬合； 再利用拉格朗日插值法對以上數據進(jìn)行擬合得出F（x）與回用比x 的關(guān)系式，見(jiàn)式（1）。
最后得出的擬合曲線(xiàn)見(jiàn)圖 4。
將一組范圍在1.0%~40%的回用比數值，共97 個(gè)數值，代入式（1）中，得出新的回用比與濁度的數據。按照以上對濁度的處理方法可以得出CODMn、 UV254 及細菌總數與回用比的關(guān)系式，將上述新的回用比數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參數的數據。然后將四組新數據按式（2）處理。
式中：ai———沉后水濁度新的指標值；
bi———沉后水 CODMn 新的指標值；
ci———沉后水 UV254 新的指標值；
di———沉后水細菌總數新的指標值。
最終得出綜合指標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(zhù)回用比的增大，綜合指標數值增大，與圖 4 相比，它與細菌總數的變化趨勢走向大致相同，所以可以認為細菌學(xué)指標很大程度上決定著(zhù)回用比例。為了更好地分析說(shuō)明綜合指標數值與回用比之間關(guān)系，得出最佳回用比范圍，在此對綜合指標與回用比關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合函數見(jiàn)表 3。
分析認為綜合性指標的值越小，對應的回用比例越合理。圖 5 可以看出，當濾池反洗水回用比在 2%~17%區間段時(shí)，綜合指標數值較小。然而，在表 3 中，回用區間為10%~17%時(shí)，擬合函數導數值遠大于回用比在區間段3%~10%對應的導數值，而導數值是反應函數值變化快慢的指數，由此可以認為在區間段10%~17%，隨著(zhù)回用比增大，綜合指標值較區間段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(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結論與建議
（1）對于該水廠(chǎng)的V 型濾池的反沖洗水的直接回用來(lái)說(shuō)，反沖洗水的直接回用不但可行，而且水廠(chǎng)濾池反沖洗廢水回收利用具有節約水資源和保護水環(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，并且還節約混凝劑〔7〕。
（2） 實(shí)驗結果表明： 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； 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菌總數，與不回用相比，回用比為10%時(shí)細菌總數增長(cháng)了大約1 倍左右，回用比例大于10%時(shí)細菌總數急劇增長(cháng)。
（3）濾池反沖洗水最佳回用比為3%～10%。
