高藻自来水厂生产尾水安全回用技术探讨

高藻自来水厂生产尾水安全回用技术探讨
杨曦凯;张克峰;李梅;刘雷;王鑫
【摘要】自来水厂生产尾水是重要的水资源.高藻自来水厂生产尾水中的污染物质主要为:藻类与藻毒素、有机物、化学药剂残留物、微生物、悬浮物颗粒.混凝-沉淀技术、混凝-气浮技术、膜技术等可用于生产尾水处理,其中以膜技术为主的组合工艺是生产尾水安全回用的优选技术.
【期刊名称】《工业安全与环保》
【年(卷),期】2012(038)003
【总页数】3页(P59-61)
【关键词】高含藻生产尾水;安全回用;沉淀;气浮;膜技术
【作者】杨曦凯;张克峰;李梅;刘雷;王鑫
【作者单位】山东建筑大学市政与环境工程学院济南250101;山东建筑大学市政与环境工程学院济南250101;山东建筑大学市政与环境工程学院济南250101;山东建筑大学市政与环境工程学院济南250101;山东建筑大学市政与环境工程学院济南250101
【正文语种】中文
自来水厂在生产饮用水的同时也会产生大量生产尾水,这些尾水包括沉淀池、澄清池和浓缩池的排泥水以及过滤池的反冲洗水。

高藻水厂由于其原水的高含藻性,净水工艺主要包括预氧化处理、常规处理、深度处理和消毒处理4个环节[1]。

深度处理的常见工艺包括活性炭吸附、臭氧氧化技术和膜技术[2]。

所以,高藻水厂生产
尾水除了包括常规水厂的生产尾水外,还有可能包括藻渣水、膜的反冲洗废水、活
性炭反冲洗废水等。

这些尾水水量一般约占水厂总净水量的3%～10%。

从节约水资源和节约长距离引水的基建投资及日常输水电耗等方面考虑,生产尾水的安全回
收利用显得十分必要。

生产尾水中污染物分为5类:藻类与藻毒素、有机物、化学药剂残留物、微生物、
悬浮物颗粒。

生产尾水中的这些物质相对于原水来说,已经被浓缩,如果未经处理直
接排放或者回用,将会影响环境和水厂的出厂水质。

1.1 藻类及藻毒素
在高藻期对原水和各工段排水中藻类的测定结果显示回流水池废水和滤池反冲洗水中的藻类数分别是原水的2倍和6～10倍[3],说明未被去除的藻类在滤池中被截留,并随反冲洗水进入回流水池,造成回流水中的藻类数量增加。

某些藻类能分泌藻毒素、异嗅异味物质和胞外分泌物EOM[4],这些物质是水中有机碳（TOC）的重要
来源,是饮用水中消毒副产物（DBPs）的前提物。

1.2 有机物
由于浓缩池中沉淀底泥对有机物的富集作用,浓缩池上清液中的TOC浓度高于原水和各工段排水中TOC浓度;各工段排水中滤池反冲洗水中的AOC浓度最高,原因是难以被混凝沉淀去除的AOC被滤料截留,从而造成滤池反冲洗水中AOC浓度较高。

美国一水厂数据显示[5],水厂进水中AOC为200μg/L时,滤池反冲洗水中可高达1 000μg/L左右,而污泥浓缩池中会高达3 600μg/L。

生产尾水中消毒副产物三卤甲烷（THMs）的含量也高于原水。

研究表明[6],加氯消毒的水厂,澄清池污泥中THMs的质量浓度为190～490μg/L,污泥浓缩池中THMs质量浓度为160～
520μg/L,而THMs对人体有致癌作用。

1.3 化学药剂残留物
大部分水厂以含Al、Fe化合物作为混凝剂,常规工艺混凝剂的使用会在生产尾水中
引入Al、Fe等金属离子,使生产尾水中铝铁浓度高于原水,且远远高于国家饮用水
供水水质的要求（0.3 mg/L）。

据报道[7],某水厂在净水工程中使用的化学药剂导致生产尾水中的Fe含量增加了50多倍。

除了混凝剂残留物,生产尾水中Mn的含量也高于原水中的含量,美国一水厂中,原水的Mn为0.2～0.3 mg/L,而水厂沉淀污泥中的Mn增至65～75 mg/L,有时达180 mg/L,排泥水中溶解性Mn大约为1～10 mg/L,贮泥池上清液中Mn的质量浓度则高达20～30 mg/L[5]。

我国的地表水环境质量标准和生活饮用水标准中对Mn的标准为0.1 mg/L。

Mn对人体有慢性
毒害作用,其生理毒性比Fe更严重。

1.4 微生物
生产尾水中含有明显高于原水浓度的病源微生物,主要包括隐孢子虫和贾第鞭毛虫。

Cornwell D等[8]的研究证实生产尾水未经处理直接回用会带来滤后清水中的隐孢子虫和贾第鞭毛虫颗粒数量增加的风险。

陶辉等[9]的研究表明滤池反冲洗水的直
接回用会导致水厂出水中细菌含量有所增加。

据报道[10],与原水相比,在初始反冲
洗水中隐孢子虫浓缩倍数高达61倍,贾第鞭毛虫的浓缩倍数达16倍,而隐孢子虫数量有时达到每100 L有15 000个卵囊。

由“两虫”引起的饮水事故在美国、日本和英国都有发生。

1993年4月美国密尔沃基市发生了一起隐虫水质事故,共造成全市150万人感染,死亡50～100人,这是美国供水以来最大的水质事故。

1.5 悬浮颗粒
生产尾水中含有大量悬浮物颗粒,据有关统计[11],上海市各自来水公司所属水厂通
过排泥水进入江河的悬浮物达10×104t/a以上（干固体计）,耗氧有机物以COD
计算达6×104t/a以上。

研究表明,一定量的生产尾水回用对原水的絮凝沉淀有益,
这是由于生产尾水中含有大量悬浮颗粒能使原水中某些处于未完全脱稳的颗粒物质在“网捕”和“卷扫”的作用下得以去除,也可使“两虫”孢子沉淀去除,但回流比
不宜过大,否则由于生产尾水的大量加入而增加了处理水的浊度,抵消了生产尾水中
絮凝体对混凝沉淀的有利作用[12]。

美国加州卫生部门建议水厂生产尾水回用时浊度应当降低至2.0 NTU。

因此,未经处理的生产尾水直接排放或回用,不仅浪费水资源,而且还会影响出水水质,危害人类健康。

所以,如何实现水厂生产尾水的安全回用,就成了科技工作者急需研
究解决的问题。

生产尾水中包含沉淀池排泥水和滤池反冲洗水,这些废水都具有一定的含固率（排
泥水一般为0.1%～0.2%,反冲洗废水一般为0.02%～0.05%）,高含藻生产尾水中
还包括藻渣水和深度处理工段的反冲洗水,含固率还会更高,所以,在生产尾水处理过程中,应从两方面进行考虑:一是排泥水和反冲洗废水中污泥的处理与安全处置,二是回流废水的安全处理。

2.1 自来水厂污泥安全处理技术
排泥水污泥的处理与安全处置技术国内外研究比较多,工艺也比较成熟。

综合国内
外研究成果以及工程示范,排泥水污泥处理工程都具有调节、浓缩、脱水、干化处
置4道基本工序,只是不同自来水厂每道工序具体处理方式不同。

排泥水污泥的处
理经过浓缩（浓缩后的污泥含固率可达10%左右,污泥仍具有液体特性）、脱水（污泥含固率可达10%～30%,污泥呈现出半固体状）、干化（污泥含固率可达30%～60%）等过程,形成污泥后处置,而上清液回流至回流池,与其他生产废水混合,经处理后回用。

2.2 回流废水处理及安全回用技术
回流废水的处理目的是降低五大污染物的含量,使其达到原水水质进入原水集水池,
与原水一起进入水处理系统,生产出符合标准的生活饮用水。

回流废水的处理技术
主要有混凝、沉淀、气浮、膜技术等。

2.2.1 混凝-沉淀技术
混凝-沉淀技术是使用历史最久的水处理技术,在生产尾水的处理方面使用也很广泛。

混凝反应器和沉淀设备制造技术比较成熟,在建设投资和运行费用方面也比较低,但是单纯的混凝-沉淀技术一般不能达到尾水的处理要求。

美国马里兰州
R.C.Willson水厂的研究显示[13],经混凝沉淀澄清后的生产尾水回用使得出厂水的浊度和颗粒浓度明显升高,原生动物孢囊大小（5～12μm）的颗粒数增加幅度更是接近48%。

现在常用的斜板（管）沉淀池在处理生产尾水,斜板（管）表面容易滋生生物膜,特别是藻类,容易堵塞斜板（管）,并且不易清除。

总之,混凝-沉淀技术在处理生产尾水方面还存在不足。

2.2.2 混凝-气浮技术
气浮技术能去除密度较低的颗粒物质,对于生产尾水特别是高含藻生产尾水,气浮是一种有效的技术。

混凝-气浮技术较混凝-沉淀技术而言,对混凝剂的投加量,水质变化的适应能力较强,出水水质也较稳定。

但是,混凝-气浮技术的设备复杂,运行过程的控制参数较多,维修工作量及难度大,一次性投资及设备维修费用较高。

在这些方面限制了其在尾水回用方面的应用。

2.2.3 膜处理技术
膜处理技术是一种在压力驱动下的相分离技术,是一种新兴的水处理技术,始于20世纪90年代,常见的包括微滤、超滤、纳滤、反渗透等。

膜技术具有占地少、自动化程度高、能耗低、药剂投加量少、出水水质稳定等优点,并且对进水水质适应范围大,对颗粒物的去除率较高,几乎能去除所有的微生物,包括两虫,对藻类也有较高的去除率。

1996年,荷兰 Ernst K lezcewski等人[14]用 XIG A膜处理砂滤池的反冲洗水,膜处理出水达到饮用水标准。

1998年A.Brugger等人[15]用50K D的PAN膜在德国一家水厂先进行了中试规模的试验,废水回收率在96%以上。

一些西方发达国家也开展了膜技术的生产性研究。

国内对这方面的研究起步较晚。

2002年岳武军等人[16]利用浸入式中空纤维膜对排泥水进行处理,结果显示滤膜出水水质优于国家水
质标准,其经济、社会和环境效果显著。

2007年邝璐等人[17]采用内压式中空纤维超滤膜处理水厂砂滤池的反冲洗水,结果表明:反冲洗水经超滤处理后,“两虫”被完全去除;超滤出水经消毒后可进入清水池,回收率＞95%,处理成本控制在0.13元/m3以内。

相对于原水,生产尾水中的五大污染物质已经被浓缩,特别是有机物,而有机物又是膜的主要污染物质,如果不加预处理而直接使用膜技术处理生产尾水,将会使膜受到污染,这将会影响膜工艺的处理效率和运行成本。

所以,必须选择合适的预处理技术与膜技术组合,才能显示出膜技术在生产尾水处理方面的优越性。

气浮、絮凝、沉淀等技术在生产尾水回用方面应用不广,但是这几种技术去除生产尾水中颗粒物、有机物、藻类以及致病微生物的效果也是明显的,作为膜技术的预处理工艺这几种技术特别是气浮技术有比较大的优势。

所以,以膜技术为主,气浮、絮凝、沉淀等技术为辅的组合工艺将会是生产尾水安全回用方面的首选技术。

给水厂生产尾水作为重要的水资源,应当回收利用。

当前,首要的工作是对生产尾水水质特性的研究以及明确生产尾水回用对水厂出水水质的影响,其次是加大膜技术在处理回收生产尾水方面的研究,最后对以膜技术为主的组合工艺进行优化选择,进行生产性示范,使水厂生产尾水的安全回收技术和工艺得到全面推广。

【相关文献】
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