自来水厂生产废水回用工艺研究进展.docx

自来水厂生产废水回用工艺研究进展杨金满12贾瑞宝2 (1山东建筑大学市政与环境工程学院济南2501012； 2济南市供排水监测中心济南250021)摘要：自来水厂生产的废水主要是指滤池的反冲洗水和沉淀池的排泥水。本文对自来水厂 生产废水水质特征作了概述，阐述了生产废水处理的两种方式即直接回用、处理后回用。对比 了两种处理方式的优缺点，其中膜处理技术是生产废水回用比较安全有效的处理方式。膜过滤 技术回用滤池反冲洗废水不会导致自来水系统出水浊度增加、不会引起消毒前体物质的增加、 致病微生物去除效果很好，滤池反冲洗废水回收率高、运行费用低。关键词：自来水厂，生产废水；回用；膜滤前言 自来水厂生产的废水主要来自沉淀池的排泥水和滤池的反冲洗水，约占水厂日产水量的310【11。随着水资源不断匮乏和原水水质的日益下降，对这部分水进行回收利用，不仅能 够节约水资源，减少废水排放量，而且能够避免排放水中所含大量无机盐(如铝盐)对水体及 土壤的污染以及排放水中固体悬浮物沉积而对环境造成的不良影响【2】，再者随着我国经济的快 速发展及近年来国家扩大内需的政策，自来水厂的数量不断增加，供水能力与日俱增，相应水厂 的生产废水总量宏观上越来越多。因此，从节能减排和水资源的可持续发展来看，研究自来水 厂生产废水的回用具有重要的社会效益和经济效益。目前，我国大多数以地表水为原水的水厂仍然采用“混凝一沉淀一过滤一消毒”的常规工 艺，在运行中生产废水富集了大量的悬浮物、胶体物质、有机物、微生物以及生产过程中加入的混凝药剂纠31。大量的研究结果表明，生产废水中的原生动物孢囊、Mn、AOC、THMs含量 高于原刹扣7l。因此，在生产废水回收利用工艺中要仔细研究对出水水质的影响。陈有军喁1、许 嘉炯等191研究指出生产废水在回用过程中需注意铁、锰等常规指标及微生物指标(贾弟鞭毛虫和 隐孢子虫)。发达国家在生产废水回用方面考察的主要对象有原生动物孢囊(两虫)、消毒副产物、可同化有机碳、副产物前驱物与锰等。 l自来水厂生产废水回用技术生产废水回收利用的方式，目前主要有两种：一是直接回用，二是处理后再回用。 11生产废水直接回用 直接回用是目前国内采用较多的方式，主要是将滤池反冲洗废水或生产废水上清液收集400到调节池，然后由泵提升至原水前与原水混合；其中滤池反冲洗废水和沉淀池排泥水收集到同 一构筑物混合的称为合建式，也可将滤池反冲洗废水和沉淀池排泥水分开收集到不同的构筑物 中，称为分建式。合建式工艺简单，节省了污泥浓缩池的容积，但由于排泥水与反冲洗废水 的水质差异较大(排泥水含固量较高而水量较小，反冲洗废水含固量较低而水量较大)，使得 沉淀池的上清液不甚理想，下沉污泥浓度也偏低，后续污泥脱水后泥饼含固量偏低。配水井做原水回用体兰娑竺竺竺：二三兰三三卜沉淀池排泥水+一处理a滤池反冲废水和沉淀池排泥水合并处理配水井或排入水体液滤池反冲废水沉淀池排泥水脱水处理处理b滤池反冲废水和沉淀池排泥水分别处理 在生产废水直接回用方面，国内外学者做了大量研究。Bourgeois J C研究表明，回用5的滤池反冲洗废水至沉淀池会使原水浊度、TOC、和UV：M下降，其原因是反冲洗废水中颗粒对 原水中的溶解性有机物有沉淀作用 J。Gotffried，ADShepard，K121等也研究证明回流比 例510的滤池反冲水能够显著提高混凝过程eDOC的去除率，对于运用传统混凝沉淀处理的 中SUVA、低浊原水，回流一定比例的反冲洗水可以达到溶解性NOM的去除要求。Edwards J K等指出滤池反冲洗废水中存在的颗粒本身的吸附、混凝能力使回用滤池反冲洗废水不需要 额外增加混凝剂量，这些颗粒物比原水中的颗粒物更容易被混凝剂去除n 31。国内学者也研究表 明，回用生产废水可以提高色度、CODM。和氨氮的去除率u 4】，回流比例为10-15时可以改善 混凝性能，减少混凝剂投药量u5_161。但是直接回用生产废水对自来水厂出水水质安全风险是存在的，特别是生产废水浓缩了 原水中的污染物和大量的贾第鞭毛虫孢囊和隐孢子虫卵囊n 71，而贾第鞭毛虫和隐孢子虫又具有 极强的抗氯性；美国自1984年以来爆发的12次与饮用水有关的隐孢子虫病，其中3次就与滤池 反冲洗水回用有关【l引。2001年8月美国环保局于颁布了滤池反冲洗水回用规则(FBRR)要求 滤池反冲洗水必须经过预处理后方能回用，要求回用水的处理系统“两虫”的去除率必须达到 99【l 91。德国规定滤池反冲洗废水必须经过膜过滤或者等效的处理技术才能回用但o】。相反国内 关于生产废水直接回用的一些研究则更关注工艺简单、经济，并且是以出水水质是否超过当时 的饮用水标准作为判断依据的；从长远看这样做是不足取。40l12生产废水处理后再回用 处理后回用指生产废水上清液经过某些工艺处理后，水质满足原水的常规化学指标和生物指标后再回收。美国回收滤池反冲洗废水技术指导手册里推荐主要有六种工艺可供参考： (1)沉淀；(2)微砂辅助沉淀，(3)气浮；(4)颗粒床过滤；(5)消毒；(6)膜滤【2。121沉淀 沉淀技术比较成熟，应用最广的反冲洗废水预处理技术，通常在其前投加混凝剂来降低出水的色度，COD、SS等指标，确保出水水质达到设计要求和排放要求。根据生产废水水量设计 的处理构筑物一次性投资低，运行费用也较低；但是理想的沉淀效果难以达到，单纯的混凝一 沉淀一般不能达到水处理要求，一般需要加砂滤保证水质，混凝剂投加量因水质变化难以精确 控制，这也导致沉淀效果变差。有研究证明混凝一沉淀回用滤池反冲洗废水会引起致病微生物 的增加，这种技术回用滤池反冲洗废水是不太可靠的乜2】。122微砂辅助沉淀 微砂辅助沉淀工艺是通过添加微砂和一种混凝剂来提高絮凝和澄清的效果。通过投加微砂，使污染物在高分子絮凝剂的作用下与微砂聚合成大颗粒的易于沉淀的絮体，从而加快了污 染物在沉淀池中的沉淀速度，又结合斜板沉淀的原理，大大减少了沉淀池的面积及沉淀时间， 并能得到良好的出水效果乜31。微砂辅助沉淀工艺的特点是适用性强，既可适用于低温、低浊、高藻水，又可适应高浊 水。陈有军、刘永康掣241采用微砂辅助沉淀工艺处理生产废水打破了泥水排放量为工艺设计水 处理能力的3或6的限制，有效地减少了泥水排放量。但微砂辅助沉淀工艺相对复杂、投资 较高。日供水25万m3d经Actiflo技术改造提高至33万m3d，工程投资需4200万元。123气浮 气浮法是使悬浮物附着气泡而上升到水面，从而分离水和悬浮物的水处理方法。通常所指的气浮多是加压溶气气浮。空气在加压条件下溶于水与废水中密度接近于水的固体或液体污染 物微粒粘附，形成密度小于水的气浮体；在浮力的作用下，上浮至水面形成浮渣，进行固液或 液液分耐羽。天津芥园水厂采用加压气浮工艺对生产排泥水处理系统进行改造，每日节水量可达到水厂 日供水量的2-4，出泥含固率在22以上陉，。马永强对压力溶气气浮工艺浓缩自来水厂排泥 水研究表明，排泥水浓缩后含固率可以达到3以上，满足板框压滤机运行要求，并且有良好的 脱水效果2rl。气浮工艺的优点是对密度低的颗粒物有较好的去除效果，可降低混凝剂的投加量。但是其 设备复杂、运行过程控制参数多，维护费用高，操作复杂，一次性投资高，也可能会引起出厂 水致病微生物增加的问题，因此限制了其在生产废水回用方面的应用。124颗粒床过滤 颗粒床过滤是一种深层过滤技术，主要用于去除水和废水中的悬浮物、胶体和微生物等的402单元过程，对滤池反冲洗水的回用也是一种有效的处理工艺。黄廷林等28】开展的造粒流化床 处理生产废水中试研究，流化床出水浊度IONTU，色度为2028倍，pH值为7580，达到 了生活饮用水水源水质标准的二级标准。高浊度的反冲洗废水需要先澄清再进入颗粒床滤 池进行处理以避免较快堵塞颗粒床，使得过滤周期缩短，对于水质较好的反冲洗废水来说则无需 澄清。颗粒床过滤相比沉淀和气浮适用性更强，近年来纤维滤料的应用更是提高了颗粒床过滤 效率他91，但它操作起来较复杂，成本也较高。另外，颗粒床滤池本身也需要反冲洗，降低了反冲 洗废水的回收率。125消毒反冲洗回收到水厂工艺前端之前先进行消毒，可保证去除大量的病原体。在进行消毒前需 同时考虑消毒剂量、消毒副产物的生成、是否需要在消毒前设固液分离等问题。目前对灭活反 冲洗废水中病原体所需的消毒剂量还没有一个指导标准。未经处理的反冲洗废水中含有大量有 机物及THMs的前驱物剧蚓，这是消毒中所必须考虑的，特别是使用氯作为反冲洗废水的消毒 剂时，可能使得水厂出厂水DBPs超标。126膜滤 膜滤主要机理是机械筛滤作用，常用的以压力为推动力的膜分离技术有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)以及反渗透(R0)等，其中超滤和微滤应用于水厂生产废水的处理研究。超滤应 用于处理滤池反冲洗废水的优势在于，超滤是一种安全有效的技术，对隐孢子虫、贾第虫、细 菌和病毒的去除效果方面，可认为是一种“全截留”的处理方法【31】。大量研究表明，膜滤在回 用滤池反冲洗废水方面表现出良好的效果。荷兰最先在1995年使用内压式的膜滤(采用PES膜)方式处理滤池反冲洗废水，中试结 果表明，膜滤是一种可行的处理滤池反冲洗废水的方式，使得可以只采用一个步骤就将严重污 染的滤池反冲洗废水中的铁、锰含量降低到饮用水指标以下32】。德国STAWAG的Hitfeld饮用水处理厂已将超滤技术处理滤池反冲洗废水应用于实际生产，解决了旱季原水水库中水量少水 资源稀缺的问题【33】(如图2)。棍凝过滤彩介厦遵渡图2膜技术应用于Hitfeld水厂的工艺流程图403Li Weiying等【341采用陶瓷膜过滤，分别对滤池反冲洗水、反冲废水和沉淀池排泥水混合 液进行了处理。研究表明：膜处理水质为滤池反冲洗水时，在产水量4m3d工况下运行十分 稳定，膜处理水质为滤池反冲洗水和沉淀排泥水混合液时，在产水量时2 m3d工况下运行稳 定；膜出水悬浮固体物、浑浊、有机物、金属物质(铁、锰、铝)含量很低，其中浊度小于 01NTU、总铁含量小于001mgL、总锰含量小于0005mgL、总铝含量值为003mgL， 符合饮用水标准。Andreas Brugger等35】采用PA和PAN两种组件的超滤膜，膜出水水质颗 粒都较低，其中PAN膜出水颗粒介于0 15-15urn，较适合在生产试验中运行。潘名宾等361对 滤池反冲水进行的中试试验，膜进水浊度为118NTU，膜出水浊度INTU。膜对进水中总 铁的去除率为85-98，对CODm及UV捌的去除率均为2080，膜出水的总铁浓度70。并优选出聚铝的最佳投加量为4mgL时，此时除浊率75。目前国内关于膜滤处理反冲洗废水的报道仅有很少试验。2002岳武军等人【蜊采用浸入式中 空纤维膜处理水厂沉淀池排泥水，试验在膜通量038m3(m2d)进行，结果表明：排泥水的膜 滤出水水质优于国家饮用水水质标准，且膜过滤处理后的污泥含水率98。单文广、邝璐、 胡小兵、曹占平43-45,411等人对超滤膜处理生产废水的研究一致表明：产水可达到现行的国家饮 用水水质标准(GB5749-85)，回收率达到95。综上所述，使用膜过滤技术回用滤池反冲洗废水能高效截留反冲洗废水中颗粒物，不会导 致自来水系统出水浊度增加、不会引起消毒前体物质的增加、致病微生物去除效果很好，滤池404反冲洗废水回收率高、运行费用侧舻491。而且膜滤可处理水质变化范围广的反冲洗废水，出水 水质稳定，分离效率高，药剂消耗量少，能耗低，占地面积小，便于实现自动化等优点；随着 膜组件价格的逐渐降低，这一技术在生产废水回用方面表现出很强的优越性并不断得到推广及应用。2结语自来水厂生产废水回用意义重大，根据其水质特点，在回用时要特别注意铁、锰等常规 指标及微生物指标(贾弟鞭毛虫和隐孢子虫)。就目前生产废水回收处理的两种方式而言，直接 回用虽然工艺简单，但是对水厂出水水质的安全隐患是存在的，随着人们对生活质量的较高追 求，生产废水不经预处理直接回用是不足取得。生产废水处理后回用代表了其回收利用的趋 势，特别突出的膜滤处理生产废水，出水水质完全满足原水甚至饮用水标准，工艺更简单、占 地面积小、在旧水厂生产废水回用改造中具有显著优势。研究表明膜技术处理反冲洗废水直接 进入清水池，经消毒出水水质达到饮用标准；并且随着纤维材料的出现，膜成本大大降低，笔 者认为这一技术将在生产废水回用处理中得到较广应用。参考文献：【1】AWWAWater treatment plant residual managementWater quality& treatmentA handbook of community water supply， McGraw-HiU，New Yorl【， 1999161-16512】李忠亮，殷小桃，仉宁等滤池反冲洗废水回用试验研究J】供水技术，2009，3(2)：34363】Job G D，Biddlestone A J，Gray K RTreatment of high strength agricultural and industrial effluents using reed bed systemsTransactions of the Institute of Chemical Engneering，1991，69(A3)：187-189【4】Peter MHuck，B radley M C offeyEffects of filter operation oncryptosporidium removalJJ AWWA，2002，94(6)：97-1105】John E Tobiason，James K EdzwaldFullscale assessment of waste fnter backwash recycleJJ AWWA，2003，95(7)：80-936】Hafish Arora，George Di GiovanniSpent fnter backwash water contam inantsand treatment strategiesJ】J AWWA，200 1，93(5)：36-45【7】Panagiotis Karanis，Dirk SchoenenDistribution and removal of Giardia andCryptospofidium in water supplies in GermanyJ】Water Scitechnol，1998，37(2)：9-18 8】陈有军，梁再辉，王明北方某自来水厂生产废水的水质特性研究J】中国给水排水，2007，23(11)：90-95(9】许嘉炯，郑志民，许建华关于自来水厂生产废水的回用(J】净水技术，2003，40522(1)：7-12【10】何纯提净水厂排泥水处理M】第一版北京：中国建筑工业出版社，2006，3161 l】Bourgeo is J CEvaluation of treatment and recycling strategies for combined filter backwash waterMAScthesisD】Dalhousie University，Halifax， Nova Scotia， Canada。 2003，45-47【12】Gottfried，ADShepard，KHardiman，MEImpact of recycling lter backwash water on organic removal in coagulation sedimentation processesJ】Water search，2008，4683 46911 3】Edzwald J K，Tobiason J E，KeHeyM B，etal l Impacts of Filter Backwash Recycle on Clarification and FiltrationM】American WaterWorks Research Foundation (AWWARF)，Denver，COUSA，2001，33-35【14】费霞丽，崔福义，吴灿东净水厂生产废水回用对供水水质的影响环境污染与防治 J】，2006，28(1)：8-10151柯水洲，袁辉洲滤池反冲洗废水回用和混凝性能的改善J】中国给水排水，2000， 16(6)：9-1216】陶辉，王玲，徐勇鹏，等滤池反冲洗废水的直接回流利用研究J】中国给水排 水，2008，24(9)：1-417Arora H，Giovanni D，Lechevallier G MSpent filter backwash water：contaminants and treatment strategiesAWWA，2001，93(5)：100-1121 8Chevallier M LGiardia and cryptospofidium in filtered drinking water suppliesApplied&Environ Microbiol，1991，57(9)：2617-26181 9】USEnvironmental Protection Agency National Primary Drinking WaterRegulationsFnter Backwash recycling ruleM】Final Rule(40 CFR Parts9，141，and142)FedReg，2001，(Part IV)66(1lI)31086-31105【20DVGWW 221-1Residuals and by products from water treatment plants， Part l：Princip les and Fundamentals for planningS】Born：German Technical and Scientific Association for Gas and water，1 999，ll 8t【21】United states envoirmental protection agencyFilter backwash recycling ruletechnical guidance manualWashington D C：EPA Press，2002，39-9522】王科，陈正宏，苟克宁，等自来水厂滤池反冲洗废水处理及回用技术进展J】四 川环境，2009，8(4)：10210823】李天琪ActifloR O微砂加重絮凝高效沉淀工艺设计介绍J】给水排水，2009。 35(4)：11-13406【24】陈有军发明专利中华人民共和国知识产权局申请号：CN200610145069【25】张自杰，顾夏生排水工程M】第四版，北京，中国建筑工业出版社，2000，520【26】李洪清，王卫华芥园水厂排泥水处理工程的工艺设计【J】供水技术，2008，2(2)：53-54【27】马永强，气浮工艺应用于给水污泥浓缩的试验探索J】山西建筑，2008，34(31)：19019128】聂小保，黄廷林，张刚造粒流化床处理深圳梅林水厂的生产废水研究J】中国给水排 水，2006227)：42-45【29】王德英，沈自求深层过滤理论与技术的研究进展J】环境污染治理技术与设备， 2002，3(1)38-46【30】Comwell D A，Ramon G LRecycle stream effects on water treatmentInProc of AWWADenver，1993，312-328【31】Ger VOS，Yvette Brekvoort，Paul BuysFull-scale treatment of filter backwash water in one step to drinking water【J】ELSEVIER Desalination，1 997(1 l 9)： 283-284【32】Brekvoort YProductions of drinking water from backwash water in onetreatment step：the breakthrough of membrane ffltrationH20，1 996，29(12)：40340733】Taylor MReuse of filter backwash water using ultraffltration technologyFiltration and Separation，2000，21(I)：22-2634】Li Weiying，Akira Yuasa，Dong BingzhiStudy on backwash wastewater from rapid sand-Iter by monolith ceramic membranJ】Desalination，20 1 0(250)： 712 715351 Resue of filter backwash water using ultrafitration technology2000(22)【36】潘名宾，李璐，马军等超滤处理反冲洗废水的中试研究【J】中国给水排 水，2010(26)：11711937】Mark Wm and Graeme Pearce，Julie Allam and Javier Suarez，Reclamation ofsand filter backwash effluent using capillaryultrafiltrationM】FEATURE MembraneTechnology March，2003：6-9【38】MEWalsh，GAGagnon，ZAlam，RCAndrews，Biostability and disinfectant by-product formation in drinking water blended with UF-treated lter backwash waterJ】Water reseach，2008(42)：2135 2145【39】Younghoon Kim，Jtmg-yeol Eom，Kwan-yeop Kim，Applicabflity study of backwash water treatment using tubular membrane system耐坊deadend kration operation modeJ】Science direct Desalination，2010(261)：104 110407【40】Florian GReissmanna，Wolfgang Uhlb，Ultrafiltration for the reuse of spent filter backwash waterfrom drinking water treatmentJ】Science d irec