凈水廠砂濾池反洗水（FBWW）是以“混凝-沉淀- 過濾- 消毒”組成的常規(guī)水處理工藝的濾池清洗廢水，即為清除砂濾池過濾所截留的污染物以使其恢復(fù)過濾截污能力而產(chǎn)生的廢水。FBWW雜質(zhì)主要由懸浮顆粒物、膠體雜質(zhì)、細(xì)菌和細(xì)碎的絮凝體等組成。我國(guó)FBWW 約占水廠總產(chǎn)水量的1.5%～5%。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)凈水廠對(duì)FBWW 均直接排放，不僅致使水資源浪費(fèi)，且會(huì)對(duì)受納水體造成污染，因此將砂濾池反洗水進(jìn)行安全有效回用，節(jié)約水資源，符合可持續(xù)發(fā)展社會(huì)的理念。

然而，如FBWW 作為凈水廠原水直接回用于處理系統(tǒng)中，將持續(xù)增加混凝- 沉淀單元的有機(jī)物和微生物負(fù)荷，有可能導(dǎo)致出水溶解性有機(jī)物（DOM）含量增加以及微生物泄露的問題。出水DOM 的增加會(huì)導(dǎo)致后續(xù)加氯消毒過程中三氯甲烷（THMs）和鹵乙酸（HAAs）等消毒副產(chǎn)物（DBPs）生成量增加，這類物質(zhì)具有致癌作用，會(huì)對(duì)人們的健康造成隱患。因此，應(yīng)對(duì)FBWW進(jìn)行必要處理后進(jìn)行回用。

美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（USE-PA）推薦去除DBPs 前質(zhì)的方法有混凝、粒狀活性炭（GAC）吸附和膜過濾等，其中混凝被列為控制DOM 的首要方法。超濾（UF）技術(shù)對(duì)水中的顆粒物、膠體、細(xì)菌和大分子有機(jī)物具有較好的截留作用�；炷�過程中投加粉末活性炭（PAC）可提高溶解性有機(jī)物去除效果，減小UF 膜通量的下降速率。因此，本試驗(yàn)擬采用混凝- PAC-UF 工藝對(duì)砂濾反沖洗水進(jìn)行處理，為凈水廠FBWW回用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)在蘇州市某水廠中試基地內(nèi)進(jìn)行。FBWW與太湖原水的水質(zhì)參數(shù)見表1 所示。

因此，與太湖水相比較，F(xiàn)BWW 濁度、有機(jī)物指標(biāo)（UV254，DOC 含量和COD）均較高，如果作為凈水處理廠的原水進(jìn)行回用，將增加水廠各處理單元的負(fù)荷。

1.2 試驗(yàn)裝置和流程

試驗(yàn)采用的UF 膜組件為改性聚氯乙烯中空纖維UF 膜。膜組件膜絲內(nèi)外徑為1.0mm×1.65 mm，平均孔徑0.171 5 m，孔隙率77.75%，起始水接觸角為32.4°，有效膜面積為0.133 m2，設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為70～90L/(m2·h)。試驗(yàn)選用內(nèi)壓式UF 膜，過濾方式為恒通量，死端過濾，膜運(yùn)行通量為70 L/(m2·h)，工藝流程如圖1 所示。

試驗(yàn)采用的混凝劑為聚合硫酸鐵（PFS），F(xiàn)e 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，F(xiàn)e(II)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.05%。PAC，外觀呈粉末狀，黑色；過篩孔75 μm 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%，碘值（最�。�為900mg/g，亞甲基藍(lán)值199mg/g。

1.3 分析方法

濁度測(cè)定采用HACH 2100N 濁度儀，DOC 測(cè)定采用OI 1030W 總有機(jī)碳測(cè)定儀，UV254采用ThermoEvolution300 紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定，DOC 含量和UV254測(cè)定前使用0.45 m膜過濾。三鹵甲烷生成潛能（THMFP）測(cè)定時(shí)，先向水樣中投加次氯酸鈉，然后用磷酸緩沖溶液調(diào)節(jié)pH 至7，恒溫?zé)o光放置24h 后使用頂空氣相色譜法測(cè)定THMs 含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 PAC 吸附強(qiáng)化混凝

2.1.1 PAC 投加量對(duì)去除效果的影響

取一系列細(xì)口瓶，加入FBWW 原水，PAC 投加量分別為5、10、15、20、30、50、80 mg/L，攪拌均勻靜置30 min 后測(cè)定UV254和DOC 的質(zhì)量濃度，確定PAC合理投加量，結(jié)果如圖2 所示。

由圖2 可知，在5～30 mg/L 時(shí)，隨著PAC 的投加量增加，DOC 和UV254的去除率隨之增加，當(dāng)PAC的投加量自30 mg/L 繼續(xù)增加時(shí)，去除率上升趨勢(shì)開始平緩，說明繼續(xù)增加投加量對(duì)有機(jī)物的去除貢獻(xiàn)不大。且當(dāng)PAC 投加量由15 增加至30 mg/L 時(shí)，PAC投加量的增加帶來的有機(jī)物去除效果增加不明顯，同時(shí)考慮到投加PAC 的技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素，后續(xù)中試中選擇PAC 投加量為15 mg/L。

2.1.2 PAC 投加時(shí)間對(duì)去除效果的影響

參照李開偉等在蘇州某水廠的小試參數(shù)，本試驗(yàn)PAC 吸附強(qiáng)化混凝采用PFS 作為混凝劑，投加量為8 mg/L[5]。攪拌方式為為在FBWW原水中投加8mg/L 的PFS，以250 r/min 快速混合15s，再以180r/min 攪拌30 min，再靜置沉淀30 min，整個(gè)混凝過程HRT 為60 min。

分別在混凝進(jìn)行至5、10、15、20、25、30 min 時(shí)投加PAC，混凝結(jié)束后后分析上清液UV254和DOC 去除率，確定PAC 最佳投加時(shí)間點(diǎn)。結(jié)果如圖3 所示。

從圖3 可知，在混凝過程進(jìn)行到25 min 和30min 時(shí)投加PAC 對(duì)DOC 和UV254去除率分別約為27%和55%，此時(shí)PAC 的吸附時(shí)間為30～35 min。投加時(shí)間小于25 min 即吸附時(shí)間大于30 min 時(shí)，隨著吸附時(shí)間的增加，有機(jī)物的去除率反而呈下降趨勢(shì)，這可能是過早投加PAC 導(dǎo)致PAC 顆粒被絮凝體包裹從而影響PAC 對(duì)有機(jī)物的吸附作用。因此，在后續(xù)的組合工藝中，將混凝進(jìn)行25 min 作為優(yōu)化PAC 的投加時(shí)間點(diǎn)，此時(shí)吸附時(shí)間為35 min，以期獲得較好的有機(jī)物去除率的同時(shí)減少混凝攪拌時(shí)間。

2.2 組合工藝處理效果

2.2.1濁度

濁度是用來表征水中膠體物質(zhì)和懸浮顆粒含量的感官性狀指標(biāo)。水中的膠體和懸浮顆粒不僅會(huì)影響水的感官性狀，同時(shí)也是水中各種細(xì)菌、病毒、污染物的載體，也是飲用水處理的主要去除對(duì)象。組合工藝對(duì)濁度的去除效果見圖4。

由圖4 可知，F(xiàn)BWW 原水的濁度在60.5～151.0 NTU，平均為91.5 NTU，在凈水廠沉淀池中未被去除的大量礬花被截留在砂濾池中，因此FBWW具有較好的沉降性能，取樣時(shí)間和放置時(shí)間的不同導(dǎo)致其濁度波動(dòng)較大�；炷�+PAC 出水濁度在0.65～1.0 NTU，平均為0.75 NTU，說明混凝+PAC可以顯著去除FBWW 中的懸浮顆粒物，減輕后續(xù)UF 處理負(fù)荷。UF 出水濁度在0.1～0.19 NTU，平均為0.14 NTU，平均去除率為99.8%，該組合工藝對(duì)濁度去除效果顯著。這是因?yàn)榛炷�以去除水中的膠體和細(xì)小懸浮物為主，在一定含量范圍內(nèi)投加的PAC顆粒物質(zhì)均會(huì)被混凝去除。UF 出水濁度均保持在較低水平，這表明UF 膜可有效地截留混凝形成的礬花、攔截PAC 顆粒物質(zhì)等污染物質(zhì)。

2.2.2 DOC

DOC 包含的碳通過燃燒或化學(xué)氧化轉(zhuǎn)化成二氧化碳，因此通過紅外吸收測(cè)定了二氧化碳的量，表征了水體受溶解性有機(jī)物污染的程度。混凝可以通過吸附電中和、架橋、網(wǎng)捕等作用去除DOC，PAC 主要通過物理吸附作用去除DOC，另外，UF 膜對(duì)有機(jī)物的去除主要通過篩分和吸附作用。試驗(yàn)組合工藝在PAC 投加量為15 mg/L 時(shí)對(duì)DOC 的去除效果的如圖5 所示。

由圖5 可知，混凝+PAC 出水和混凝+PAC+UF出水DOC 的質(zhì)量濃度平均分別為3.61 和2.55 mg/L。該組合工藝混凝+PAC 出水和最終UF 出水的DOC去除率與FBWW原水DOC 含量變化趨勢(shì)基本一致，F(xiàn)BWW 原水DOC 的質(zhì)量濃度為3.21～6.43 mg/L，平均4.99 mg/L，最終UF 出水DOC 去除率23.19%～48.95%（平均40.54%），可見原水DOC 對(duì)該組合工藝的DOC 去除率有較大影響，但最終UF 出水的DOC 波動(dòng)不大（質(zhì)量濃度2.02～3.11 mg/L），說明該組合工藝能夠在原水水質(zhì)一定變化情況下保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定。

2.2.3 UV254

UV254主要反映芳香族化合物或具有共軛雙鍵的化合物，可以用來表示水中大分子、疏水性有機(jī)物腐殖酸的含量。在水處理中，UV254可作THMFP 等指標(biāo)的替代參數(shù)，此外UV254還與三致物質(zhì)（致畸變、致癌變、致癌變）和消毒副產(chǎn)物（DBPs）前驅(qū)物有良好的相關(guān)性。

組合工藝各階段出水的UV254去除情況如圖6所示。FBWW原水的UV254為0.044～0.076 cm-1，平均0.063 cm-1。

由圖6 可知，混凝+PAC 出水的UV254為0.03～0.43 cm-1，平均為0.037 cm-1；混凝+PAC+UF 出水的UV254為0.024～0.036 cm-1，平均為0.031 cm-1。混凝+PAC 和混凝+PAC+UF 對(duì)UV254的去除率平均分別為42.23%和51.39%。該組合工藝對(duì)UV254的去除率要高于對(duì)DOC 的40.54%的去除率，說明該組合工藝對(duì)于大分子、疏水性腐殖類有機(jī)物去除率較高。

2.2.4去除親疏水性有機(jī)物

比紫外吸光度（SUVA）的大小反應(yīng)了水中親疏水性有機(jī)物的比例，較高說明水中大分子、疏水性腐殖類有機(jī)物較多，較低說明小分子、親水性有機(jī)物較多。因此可以通過對(duì)各階段出水SUVA 的分析比較，定性分析該組合工藝對(duì)FBWW 中親疏水性有機(jī)物的去除效果。

SUVA=100UV254 /ρ(DOC)。

組合工藝SUVA 的變化見圖7。

從圖7 可以看出，混凝+PAC+UF 出水與FBWW原水的SUVA 變化趨勢(shì)基本一致，而混凝+PAC 出水與FBWW 原水SUVA 的變化趨勢(shì)相關(guān)性較差。FBWW 原水SUVA 為1.13～1.53 mg/(L·cm)（平均1.32 mg/(L·cm)），混凝+PAC 出水混凝+PAC+UF出水和SUVA 分別為0.078～1.20 和0.097～1.21mg/(L·cm)，平均分別為1.03 和1.12 mg/(L·cm)。

FBWW原水經(jīng)過混凝+PAC 出水較原水SUVA有一定降低，疏水性物質(zhì)比例有所降低，這表明混凝+PAC 去除疏水性有機(jī)物的比例較親水性有機(jī)物高，而混凝+PAC+UF 出水SUVA 又有一定程度的上升，疏水性比例提高，親水性物質(zhì)物質(zhì)比例有所下降，這表明UF 在這個(gè)組合工藝中去除的親性有機(jī)物比例較疏水性有機(jī)物高。總體來看，該組合工藝對(duì)疏水性有機(jī)物去除率大于對(duì)親水性有機(jī)物去除率。

2.2.5 THMFP

THMFP 是指水樣在一定加氯反應(yīng)條件下生成三鹵甲烷（THMs）的量，表征了該水樣在后續(xù)消毒過程中產(chǎn)生THMs 的能力。本試驗(yàn)THMFP 的測(cè)定方法如下：向待處理水樣中投加量為10 mg/L 的NaClO，然后用磷酸緩沖溶液調(diào)節(jié)pH 至7，恒溫?zé)o光靜置培養(yǎng)24 h 以保證THMs 生成反應(yīng)完全，所檢測(cè)THMs 生成量如表2 所示，其中去除率為組合工藝各階段出水相較于FBWW的去除率。

從表2 可以看出，CHCl3、CHBrCl2、CHBr2Cl、CHBr3和總量均符合GB 5749－2006 的規(guī)定，也低于美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局飲用水標(biāo)準(zhǔn)（EPA 822-R-04-005）的80 μg/L[8-9]。與未經(jīng)處理FBWW相比，THMs生成量經(jīng)過混凝降低了72.15%，PAC 強(qiáng)化混凝THMs生成量相比FBWW降低了78.75%，這說明通過此工藝可以高效的去除消毒副產(chǎn)物前質(zhì)。THMs 的形成主要是DOM和微生物殘?bào)w與氯反應(yīng)的結(jié)果，大多數(shù)DOM 的去除完成在混凝階段，此工藝能夠高效去除DOM，從而降低廢水回用過程中THMs 的生成量。具體參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

PAC 吸附試驗(yàn)表明，當(dāng)PAC 投加量超過15 mg/L時(shí)，繼續(xù)增加PAC 投加量對(duì)有機(jī)污染物的去除效果提高作用有限，考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素確定15 mg/L 為PAC 的合適投加量。

PAC 吸附強(qiáng)化混凝試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝過程進(jìn)行到20～25 min 投加PAC 對(duì)DOC 和UV254有較好的去除效果，此時(shí)PAC 吸附時(shí)間為30～35 min。

混凝-PAC-UF 組合工藝對(duì)UV254去除率大于對(duì)DOC 去除率，且組合工藝出水SUVA 相比FBWW變小，說明該組合工藝對(duì)疏水性有機(jī)物去除率大于對(duì)親水性有機(jī)物去除率。

混凝-PAC-UF 組合工藝可有效去除砂濾池反洗水中的有機(jī)物和懸浮顆粒物，并且可以顯著降低反洗水THMFP。因此，F(xiàn)BWW 經(jīng)過混凝-PAC-UF 組合工藝處理后回用至清水池可以確保反沖洗廢水回用的安全性，并且符合節(jié)能減排、保護(hù)水資源的要求。