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【摘 要】 我国自来水厂在常规的水处理运行中的生产废水包括沉淀池排泥水和滤池反冲洗水两部分，一般占水厂产水量的5%～10%。在这两部分废水中，滤池反冲洗水一般为沉淀池排泥水的5～10倍，由此可知，濾池反冲洗水约占水厂产水量的4%～9%。本文主要针对自来水厂滤池反冲洗水的回用问题进行了试验探讨，研究了滤池反冲洗水和原水混合并处理时，反冲洗水的加入对水处理混凝沉淀的影响。通过实验数据，选择出一种最佳混凝剂和最佳反冲洗废水和反冲洗废水上清液的投佳量。充分回收利用反冲洗水。
【关键词】 自来水厂;滤池反冲洗水;聚合氯化铝;混凝剂
引言：
传统制水工艺将这部分水直接排放，既造成水资源浪费，又会因排放水中所含固体悬浮物沉积对环境造成不良的影响。随着社会用水量的日益增加，对于水资源较贫乏的城市，特别对于远距离输水的城市，回收利用这部分废水，具有很好的社会效益和经济效益。
一、滤池反冲洗水的特点是原水经絮凝沉淀后，大量（90%）的悬浮物、泥渣颗粒及吸附在表面的有机物、细菌等被去除，只是小颗粒的杂质进入滤池而在滤料层中被截留，滤池的反冲洗出水是用出厂的澄清水冲洗滤料层中截留的杂质而形成的。也就是说，它是滤料层中的杂质被澄清水大量稀释的结果（冲洗停止前浊度应低于20度）。因此，在普遍采用虑前加氯的情况下，其所含杂质成分与原水相比应更简单、有毒有害物质更少，故将其回收回用为饮用水是及其可能的。
给水处理的传统工艺主要包括混凝、沉淀、过滤和消毒几部分。对于一般的江河地表水而言，混凝和过滤是决定出水水质的关键。滤池反冲洗水中的杂质主要为细碎的絮凝体。如果恰当地利用其结核和剩余的絮凝性能，既回收利用了生产废水，又可减少混凝剂的投加量。
混凝沉淀的原理是天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能被除去的。
水中的胶体颗粒，主要是带负电的黏土颗粒。胶粒间的静电斥力、胶粒的布朗运动及胶粒表面的水化作用，使得颗粒具有分散的稳定性，三者中以静电斥力影响最大。向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使￡电位降低，静电斥力减小。此时，布朗运动由稳定因素转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性和较高的黏度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在决定于双电层状态，投加混凝剂降低￡电位，有可能使水化作用减弱。混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构，在胶粒与胶粒之间起吸附架桥作用，即使￡电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。
从胶体颗粒变成较大的矾花是一个连续的过程，为了研究的方便可划分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求浑水和混凝剂快速均匀混合，一般来说，该阶段只能产生用眼睛难以看见的微絮凝体;反应阶段则需要将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。
混合和反应均需消耗能量，而速度梯度G值能反映单位时间单位体积水耗能值的大小，混合的G值应大于300～500s-1，时间一般不超过30s，G值大时混合时间宜短。水泵混合是一种较好的混合方式，本试验水量小便可采用机械搅拌混合。由于粒径大的矾花抗剪强度低，易破碎，而G值与水流剪力成正比，故反应开始至反应结束，随着矾花逐渐增大，G值宜逐渐减小。从理论上讲反应开始时的G值宜接近混合设备出口的G值，反应终止时的G值宜接近沉淀设备进口时的G值，但这样会带来一些问题，例如反应设备构造较复杂，在沉淀设备前产生沉淀。实际设计中，G值在反应开始时可采用100s-1左右，反应结束时可采用10s-1左右。整个反应设备的平均G值约为20～70s-1，反应时间15～30min，本实验采用机械搅拌反应，G值及反应时间T值（以s计）应符合上述要求。近年来出现的若干高效反应设备，由于能量利用率高，反应时间比15min短。
二、试验内容及现象观察
1.内容
由于试验在夏季进行，水厂的原水浊度一般在30～100间不等，故对此范围浊度的水进行试验，结果表明，加入适当比例的反冲洗水或反冲洗水上清夜有助于水处理的混凝沉淀。
进行原水最佳混凝剂的选择、原水与反冲洗水混合水（以下简称原混水）的最佳配合比及原水与反冲洗水上清夜最佳配合比等项目的研究。
2.确定影响出水浊度的显著因素
考查的因素为原水浊度、混凝剂及其投加量和反冲洗水与原水配合比三个因素。原水浊度为不可控因素，因此主要控制混凝剂的投加量和反冲洗水比例，考查反冲洗水加入后对水处理混凝沉淀的影响。通过每次试验前的pH值和温度的测定，发现pH值在8.0～8.5之间变化幅度不大，温度在12～20度之间变化幅度不大，可忽略其对混凝的影响。
3.最佳反冲洗水及上清液的投加量
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（投加的反冲洗水量占本组反应沉淀池处理原水量的百分比）。
实验在原水浊度为42NTU、投加混凝剂PAC-5时，不加反冲洗水与加入不同比例反冲洗水的出水效果，反冲洗水最佳投加比例在5%左右，反冲洗水上清液最佳投加量比例在10%左右。同时对其他三种药剂进行试验。
在试验过程中观察可以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，另有部分较大粒径呈整体晶体结构。未投加滤池反冲洗水时反应池形成絮体结构不规则且松散，存在着联结较薄弱的部位。投加滤池反冲洗水后反应池中所形成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。
加入适当比例的反冲洗水后，对水的混凝沉淀起着有利作用，分述如下：
a.反冲洗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。由于反冲洗水的加入，处理水中的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。
三、结论与分析
a.通过实验数据分析可得，PAC-11为最佳混凝剂。
b.直接回收利用滤池反冲洗水投加至反应池，投加废水量占该反应池处理原水量的最佳比例为5%～10%
c.经对投加与不投加滤池反冲洗水进行对比试验，在其他条件相同时，投加反冲洗水后，可节省混凝剂的投加量。
d.直接回流适量的滤池反冲洗水至反应池后，改善了其混凝性能，所形成的絮体颗粒打，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。
四、结束语
目前，国内各自来水厂滤池反冲洗水回用处理尚属于起步阶段，不仅有关的理论和生产实践研究尚未深入，设计方面也缺乏经验，还有大量的工作要做。因此在设计时，必须根据原水的水质和水厂的工艺流程，进行必要的试验探讨，以充分合理利用反冲洗水及反冲洗水上清夜。
参考文献：
[1]李广贺主编.《水资源利用与保护》.北京：中国建筑工业出版社2002.06.
[2]李燕城，吴俊奇主编.《水处理实验技术》.北京：中国建筑工业出版社2004.06.
[3]严煦世，范瑾初.《给水工程》.北京：中国建筑工业出版社1999.12.
[4]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.
【关键词】 自来水厂;滤池反冲洗水;聚合氯化铝;混凝剂
引言：
传统制水工艺将这部分水直接排放，既造成水资源浪费，又会因排放水中所含固体悬浮物沉积对环境造成不良的影响。随着社会用水量的日益增加，对于水资源较贫乏的城市，特别对于远距离输水的城市，回收利用这部分废水，具有很好的社会效益和经济效益。
一、滤池反冲洗水的特点是原水经絮凝沉淀后，大量（90%）的悬浮物、泥渣颗粒及吸附在表面的有机物、细菌等被去除，只是小颗粒的杂质进入滤池而在滤料层中被截留，滤池的反冲洗出水是用出厂的澄清水冲洗滤料层中截留的杂质而形成的。也就是说，它是滤料层中的杂质被澄清水大量稀释的结果（冲洗停止前浊度应低于20度）。因此，在普遍采用虑前加氯的情况下，其所含杂质成分与原水相比应更简单、有毒有害物质更少，故将其回收回用为饮用水是及其可能的。
给水处理的传统工艺主要包括混凝、沉淀、过滤和消毒几部分。对于一般的江河地表水而言，混凝和过滤是决定出水水质的关键。滤池反冲洗水中的杂质主要为细碎的絮凝体。如果恰当地利用其结核和剩余的絮凝性能，既回收利用了生产废水，又可减少混凝剂的投加量。
混凝沉淀的原理是天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能被除去的。
水中的胶体颗粒，主要是带负电的黏土颗粒。胶粒间的静电斥力、胶粒的布朗运动及胶粒表面的水化作用，使得颗粒具有分散的稳定性，三者中以静电斥力影响最大。向水中投加混凝剂能提供大量的正离子，压缩胶团的扩散层，使￡电位降低，静电斥力减小。此时，布朗运动由稳定因素转变为不稳定因素，也有利于胶粒的吸附凝聚。水化膜中的水分子与胶粒有固定联系，具有弹性和较高的黏度，把这些水分子排挤出去需要克服特殊的阻力，阻碍胶粒直接接触。有些水化膜的存在决定于双电层状态，投加混凝剂降低￡电位，有可能使水化作用减弱。混凝剂水解后形成的高分子物质或直接加入水中的高分子物质一般具有链状结构，在胶粒与胶粒之间起吸附架桥作用，即使￡电位没有降低或降低不多，胶粒不能相互接触，通过高分子链状物吸附胶粒，也能形成絮凝体。
从胶体颗粒变成较大的矾花是一个连续的过程，为了研究的方便可划分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求浑水和混凝剂快速均匀混合，一般来说，该阶段只能产生用眼睛难以看见的微絮凝体;反应阶段则需要将微絮凝体形成较密实的大粒径矾花。
混合和反应均需消耗能量，而速度梯度G值能反映单位时间单位体积水耗能值的大小，混合的G值应大于300～500s-1，时间一般不超过30s，G值大时混合时间宜短。水泵混合是一种较好的混合方式，本试验水量小便可采用机械搅拌混合。由于粒径大的矾花抗剪强度低，易破碎，而G值与水流剪力成正比，故反应开始至反应结束，随着矾花逐渐增大，G值宜逐渐减小。从理论上讲反应开始时的G值宜接近混合设备出口的G值，反应终止时的G值宜接近沉淀设备进口时的G值，但这样会带来一些问题，例如反应设备构造较复杂，在沉淀设备前产生沉淀。实际设计中，G值在反应开始时可采用100s-1左右，反应结束时可采用10s-1左右。整个反应设备的平均G值约为20～70s-1，反应时间15～30min，本实验采用机械搅拌反应，G值及反应时间T值（以s计）应符合上述要求。近年来出现的若干高效反应设备，由于能量利用率高，反应时间比15min短。
二、试验内容及现象观察
1.内容
由于试验在夏季进行，水厂的原水浊度一般在30～100间不等，故对此范围浊度的水进行试验，结果表明，加入适当比例的反冲洗水或反冲洗水上清夜有助于水处理的混凝沉淀。
进行原水最佳混凝剂的选择、原水与反冲洗水混合水（以下简称原混水）的最佳配合比及原水与反冲洗水上清夜最佳配合比等项目的研究。
2.确定影响出水浊度的显著因素
考查的因素为原水浊度、混凝剂及其投加量和反冲洗水与原水配合比三个因素。原水浊度为不可控因素，因此主要控制混凝剂的投加量和反冲洗水比例，考查反冲洗水加入后对水处理混凝沉淀的影响。通过每次试验前的pH值和温度的测定，发现pH值在8.0～8.5之间变化幅度不大，温度在12～20度之间变化幅度不大，可忽略其对混凝的影响。
3.最佳反冲洗水及上清液的投加量
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（投加的反冲洗水量占本组反应沉淀池处理原水量的百分比）。
实验在原水浊度为42NTU、投加混凝剂PAC-5时，不加反冲洗水与加入不同比例反冲洗水的出水效果，反冲洗水最佳投加比例在5%左右，反冲洗水上清液最佳投加量比例在10%左右。同时对其他三种药剂进行试验。
在试验过程中观察可以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，另有部分较大粒径呈整体晶体结构。未投加滤池反冲洗水时反应池形成絮体结构不规则且松散，存在着联结较薄弱的部位。投加滤池反冲洗水后反应池中所形成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。
加入适当比例的反冲洗水后，对水的混凝沉淀起着有利作用，分述如下：
a.反冲洗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。由于反冲洗水的加入，处理水中的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。
三、结论与分析
a.通过实验数据分析可得，PAC-11为最佳混凝剂。
b.直接回收利用滤池反冲洗水投加至反应池，投加废水量占该反应池处理原水量的最佳比例为5%～10%
c.经对投加与不投加滤池反冲洗水进行对比试验，在其他条件相同时，投加反冲洗水后，可节省混凝剂的投加量。
d.直接回流适量的滤池反冲洗水至反应池后，改善了其混凝性能，所形成的絮体颗粒打，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。
四、结束语
目前，国内各自来水厂滤池反冲洗水回用处理尚属于起步阶段，不仅有关的理论和生产实践研究尚未深入，设计方面也缺乏经验，还有大量的工作要做。因此在设计时，必须根据原水的水质和水厂的工艺流程，进行必要的试验探讨，以充分合理利用反冲洗水及反冲洗水上清夜。
参考文献：
[1]李广贺主编.《水资源利用与保护》.北京：中国建筑工业出版社2002.06.
[2]李燕城，吴俊奇主编.《水处理实验技术》.北京：中国建筑工业出版社2004.06.
[3]严煦世，范瑾初.《给水工程》.北京：中国建筑工业出版社1999.12.
[4]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.