宁波某净水厂设计供水能力50万m³/d, 采用混凝+沉淀+过滤常规处理工艺, 原水水质基本符合《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002) 中Ⅱ类水质标准, 该净水厂混凝剂采用液体聚氯化铝 (PAC) , 自2010年投产以来, 运行情况良好, 各项出水水质指标均满足《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006) 。日常运行中, 水厂执行的是浙江省现代化水厂出厂水标准, 其中浊度限值为0.1NTU, pH控制范围为7.0~8.5, 耗氧量限值为2.0mg/L。

　　 由于原水水质每年有3~4个月的低温低浊期, 期间原水浊度在1~2.5NTU, 水温为8~11.5℃, 这给净水厂的水质控制尤其是浊度的控制增加了难度。而水厂现有反冲洗废水回用方式仅考虑到废水的回收利用, 采用的是沉淀后回流上清液的方式, 未考虑到反冲洗废水对低温低浊水的强化混凝作用。原有反冲洗废水回用工艺如图1所示。

　　 水厂设计之初, 主要考虑到反冲洗废水的回收利用, 以减少废水外排对环境的影响, 采用了反冲洗废水经过沉淀后泥水分开处理的方式, 即经过30min沉淀后, 上清液回流至混合池前的原水管道内, 池底的沉泥通过刮泥机刮至泥槽后由污泥回流泵输送至污泥平衡池处理。这种回用方式中, 上清液水质较好, 浊度一般在10NTU左右, 对原水水质冲击小, 但是由于废水中絮凝体较少, 对低温低浊水的强化效果有限, 同时池底沉泥含固率较低, 对污泥脱水系统造成较大冲击。

　　 总结以往并借鉴其他水厂的运行经验, 同时综合考虑到主要保证浊度和经济性等方面的因素, 水厂决定对现有反冲洗废水回用实施改造, 改造后使反冲洗废水直接回用以达到强化低温低浊水处理效果的目的。反冲洗废水直接回用是指将滤池反冲洗废水经过搅拌均匀后直接回用于生产, 合理运行可以达到强化低温低浊水处理效果的目的^[1]。相比于现有的反冲洗废水沉淀后回用的方式, 回用水中悬浮物、胶体杂质及未水解完全的混凝剂明显增多^[2], 对于该水厂而言, 由于省去了反冲洗废水池底沉泥的单独处理工序, 还降低了低含固率污泥对污泥脱水系统的冲击。改造方案如图2所示。

　　 与原有反冲洗废水回用工艺不同之处在于反冲洗废水需搅拌均匀后连续回用, 取消原有的池底底泥处理工序, 这样回用的反冲洗废水中颗粒物、絮凝体大大增加, 不仅增加了低温低浊水中颗粒碰撞机会, 还利用了残留混凝剂剩余的絮凝性能。

　　 在原有的2组反冲洗废水池中每组各增加2套潜水推流搅拌机成套装置, 含泄漏保护及泄漏保护探头、插入式机械密封、电缆网套及支撑, 每台搅拌机功率为7.5kW, 自带1控1户外型双层IP65控制柜, 在控制箱柜上设有PLC控制、柜面手动控制两种方式, 并能将开、停、故障等信号通过控制柜上的端子排传送至自控系统, 接受自控系统的控制。

　　 对原有4台回流水泵相应各增加1套变频器, 新增变频器柜4套, 应用于流量440 m³/h, 扬程32m, 380V电压, 功率75kW的回流潜水泵。变频器具有自动电机检测、电机自适应功能 (AMA) 、自动能量优化功能 (AEO) 和自动载波频率控制功能。

　　 反冲洗废水可以强化低温低浊水的处理效果, 但是需要控制回流量, 调整回流比使混合水浊度在一定范围内, 使反冲洗废水对原水水质不致于造成冲击。为确定混合水浊度范围, 在水厂实验室开展小试, 试验方法为通过调整反冲洗废水与原水混合比例, 控制混合水浊度在不同的范围内, 开展混合絮凝沉淀小试, 根据沉淀后浊度确定混合水浊度对强化混凝效果的影响程度, 图3为不同混合水浊度时的小试效果。

　　 为了更好地反映反冲洗废水回用的效果, 数据处理过程中采用了沉淀后差值这一指标, 沉淀后差值=原水水样沉淀后浊度值-混合水水样沉淀后浊度值。从图3可以看出, 当混合水浊度在20NTU以下时, 反冲洗废水能够强化低温低浊水的处理效果, 且随着浊度升高, 节药量增加, 当混合水浊度高于20NTU时, 反冲洗废水不仅不能强化低温低浊水处理效果, 反而使处理水质变差, 故合理的混合水浊度范围应在20NTU以下。

　　 由于混合水浊度与原水浊度、回流比、回流的反冲洗废水浊度紧密相关, 而回流比相对容易控制, 故对生产数据进行总结分析, 发现水厂混合水浊度与其他三者之间存在线性关系, 并得到如下关系式:

　　 式中Y———混合水浊度, NTU;

　　 η———反冲洗废水回流比, %;

　　 T₁———原水浊度, NTU;

　　 T₂———反冲洗废水浊度, NTU。

　　 此关系式的意义在于可以根据原水浊度、反冲洗废水浊度值, 通过调整回流比来控制混合水浊度以达到较好的强化混凝效果, 例如根据关系式可以发现若原水浊度为1NTU左右, 反冲洗废水浊度为150NTU左右时, 回流比需控制在12%以下, 原水浊度或反冲洗废水浊度变动, 相应回流比也会发生变化。

　　 考虑到滤池反冲洗周期、单格反冲洗废水池容量、回流比控制等因素, 在实际运行中采用将2组反冲洗废水池及单格废水池中2台回流水泵均调整为1用1备的方式, 定期对2组废水池、2台回流水泵进行切换, 保障设备的运行效能, 同时搅拌机设定为常开, 日常根据生产情况通过控制回流水泵频率的方式控制回流水量, 基本可以满足生产需要。

　　 改造前 (2015年12月~2016年2月, 聚氯化铝投加量12~13 mg/L) 及改造后 (2016年12月~2017年2月, 聚氯化铝投加量9.5~10.5mg/L) 低温低浊时期原水浊度、沉淀水浊度、出厂水浊度变化见图4和图5。

　　 由图4可以看出, 2015年12月~2016年2月期间原水浊度在1.01~2.71NTU, 平均值为1.74NTU, 原水浊度相对比较稳定;沉淀水浊度在1.03~2.15NTU, 平均值为1.69NTU, 在部分时间段出现了沉淀水浊度超内控要求 (2NTU) 的情况;出厂水浊度在0.02~0.10NTU, 平均值为0.07NTU。

　　 由图5可以看出, 2016年12月~2017年2月期间原水浊度在1.13~2.44 NTU, 平均值为1.70NTU, 原水浊度相对比较稳定;沉淀水浊度在0.93~1.81NTU, 平均值为1.31NTU, 相比于改造前, 沉淀水浊度有所降低, 且改造后未出现沉淀水浊度大于2.0 NTU现象;出厂水浊度在0.02~0.07NTU, 平均值为0.04NTU, 相比于改造前, 出厂水浊度同样有所降低。

　　 此外, 在反冲洗废水直接回用运行过程中, 同步收集出厂水其他指标, 均未见明显异常, 其中, 色度<5度, 亚硝酸盐平均值<0.001mg/L, 氨氮平均值<0.02 mg/L, 耗氧量平均值0.8 mg/L, 铁<0.05mg/L, 锰<0.05mg/L。

　　 本改造工程总费用约40万元, 相比于其他强化低温低浊水的方法 (增大加药量、添加高分子助凝剂或投加黏土等) 具有更好的环境和经济效益, 可保证出厂水指标稳定达到内控标准, 同时降低对污泥处理系统的冲击, 直接回用增加的运行费用为0.004元/m³, 如考虑节药费用, 实际增加0.002 5元/m³。

　　 (1) 相比于控制回流比这一指标, 控制混合水浊度具有更好的适用性, 实际运行中控制混合水浊度在20NTU以下, 不仅可以强化低温低浊水处理效果, 还能节约药剂耗用量。

　　 (2) 反冲洗废水直接回用工艺作为强化低温低浊水的处理方法, 运行费用低, 强化混凝效果好, 适合在反冲洗废水水质较好、低温低浊时期水质不易控制的水厂推广应用。