关于自来水厂生产废水的回用
许嘉炯 郑志民 许建华
（上海市政工程设计研究院 200092） （同济大学环境科学与工程学院 200092）
摘要：本文主要针对自来水厂生产废水的回用问题进行了探讨，对直接回用和处理回用两种回用过程中所产生的水质问题进行了分析；针对不同的水质问题提出了处理方式；对于回用水系统的设计及运行提出了一些建议。
关键词：排泥水 反冲洗废水 除铁除锰 贾弟鞭毛虫 隐孢子虫 超滤 臭氧
The Recycle of WTP Wastes
Xu Jiajiong Zheng Zhiming
(Shanghai Municipal Engineering Design Institute ,200092)
Xu Jianhua
(College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, 200092)
Abstract: This thesis has discussed the recycle of WTP wastes, analyzed the water quality problem in different condition of direct recycle and treatment recycle, put forward treatment technology about different water quality and give some advises about the design and operation of the recycle system.
Keywords: wastes, backwash wastes, iron and manganese removal, giardia, cryptosporidium, Ultrafiltration, ozone
自来水厂的生产废水主要来自沉淀池或澄清池的排泥水和滤池的反冲洗废水，可占整个水厂日产水量的3％～7％。对这部分水进行回用，不仅可以节约水资源，提高水厂的运营能力，还可减少废水的排放量，特别是对废水排放条件较差的水厂。目前国内外的大型水厂很多在设计时都考虑了生产废水的回用措施，但由于水质的问题，有相当部分的水厂没有或不常回用。这是因为这部分废水中不仅富集了原水中几乎所有的杂质，还包括了在生产工艺中投加的各种药剂。这些物质重新回到生产系统中，再加上由此产生的生物因素(如贾弟鞭毛虫和隐孢子虫) ，的确具有一定的风险。因此在考虑回用时，必须要仔细研究。
一．生产废水的回用方式
生产废水回用的方式主要分为直接回用和处理回用。
a) 直接回用
直接回用是目前国内采用较多的方式，主要有滤池反冲洗废水直接回收和生产废水上清液回收。前者设置回收池，将滤池反冲洗废水加以收集，提升至原水絮凝前加以回收。后者设置污泥浓缩池，沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经过浓缩，上清液提升至原水絮凝前加以回收，底部污泥进入污泥处理系统或直接排入河道或下水道。这种回用方式本身费用较低，可以结合厂区的污泥处理系统一起实施，但需加强水质监测措施，一旦回用水水质不能满足回用标准，必须降低回用负荷或不回用。
b) 处理回用
处理回用是对生产废水进行处理，使其水质满足原水的常规化学指标和生物指标后再回用。处理方式与生产废水的水质有较大关系，如果处理费用高于原水费用且原水水量充沛，则无法体现此方式的必要性。
以下为三个水厂所采取的回用流程实例：
二．生产废水回用的水质问题及处理方式
生产废水在回用的过程中需注意铁、锰等常规指标及微生物指标(贾弟鞭毛虫和隐孢子虫) 。
铁、锰过量摄入对人体是有慢性毒害的。锰的生理毒性比铁严重。自来水厂关注于铁、锰的去除，并非是考虑毒理学上的要求，而是因铁、锰的异味很大，而且污染生活器具，令人难以忍受，在远未达到慢性毒害的程度前早已不能饮用了。目前我国的地表水环境质量标准和生活饮用水标准中对铁和锰的标准分别为0.3 mg/l和0.1 mg/l。一般地下水含铁锰较高，但有些地表水中铁、锰离子的含量也超出了水质标准，虽然尚在常规处理的能力内，但如果对生产废水不加处理就进行回用，其富集作用将会影响到出厂水的水质。如上海某以黄浦江上游原水为水源的水厂， 在设计中考虑了滤池反冲洗水的回用，2001年原水中铁、锰离子最高达10.0mg/l和0.32 mg/l，平均值达3.2 mg/l和0.12 mg/l，这是其对生产废水不回用的主要原因。
去除水中铁的工艺，可采用的方式很多，在工程上主要采用空气自然氧化法、氯氧化法和接触氧化法，各种处理方式的适用条件各不相同。除锰的方法主要有高锰酸钾氧化法、氯接触过滤法、光化学氧化法和生物固锰除锰法。一般原水中往往同时出现铁和锰超标，所以常采用组合工艺，以下五种为常用流程：
上述流程中，曝气除铁所需空气量和Fe 2+浓度和温度有关，当水温t(℃) 时所需空气体积为1.62273+t273
[Fe2+ ](L/m3水) 。Mn 2+在pH 中性条件下，几乎不能被溶解氧氧化，曝气除锰工艺中空气的作用并不是直接氧化Mn 2+，而是满足除锰菌为核心的生物滤层的充氧要求。氯氧化时，Cl 2与Fe 2+ 的克数比约为1：1，与Mn 2+的克数比约为1.3：1。每氧化1mg/l Mn2+理论上需要1.92mg/l高锰酸钾，而1mg/l Fe2+ 需消耗0.943mg/l高锰酸钾。在设计时需进行试验以确定采取的气水比、加氯量或高锰酸钾的量。
贾弟鞭毛虫和隐孢子虫这两项生物指标近年来越来越受重视。1993年4月美国密尔沃基发生隐虫水质事故，全市150万人感染，40万人生病，1000人住院，死亡50——100人，这是美国供水以来最大的水质事故，影响很大。隐虫是4~6微米大小的原生动物，人感染1~100条隐虫就可能发生隐虫病，一般症状为腹泻、恶心、呕吐、发烧、头疼、脱水及胃口不好，感染60天后便从粪便中排出大量隐虫。通常消毒难以灭活，欲灭活90%，需用氯80mg/L，接触90分钟。
发达国家当前主要措施是降低浊度，但由于浊度低并不能保证隐虫等原生动物安全。想要安全地去除贾弟鞭毛虫和隐孢子虫，除了将水烧开外，只能用膜法和臭氧消毒：
在水处理方面，膜分离技术脱离了传统的化学处理范畴，转入到物理固液处理领域。与常规饮用水处理工艺相比，膜技术具有少投甚至不投加化学药剂、占地面积小、便于实现自动化等优点，并已应用于城镇自来水的深度处理上。 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（RO ）等。
其特点是能够提供稳定可靠的水质，这是由于膜分离水中杂质的主要机理是机械筛滤作用，因而出水水质在很大
程度上取决于膜孔径的大小。要想去除二虫，至少要采用超滤。
超滤（UF ），是介于微滤和纳滤之间地一种膜技术，其滤膜的孔径为5nm ～0.1µm ，操作压力为0.1～1.0Mpa ，可以去除分子量300～3×105的大分子及细菌、病毒、贾第虫和其它微生物。由于超滤的成本较高，最好能结合水厂的处理工艺一并考虑。
臭氧氧化消毒能力较强，能灭除隐虫，能把不能降解的有机物分为可降解有机物。但使用臭氧后有个很大缺点是醛酮等有机物大量增加，为细菌繁殖提供了丰富的营养。这种水在管网中很容易繁殖细菌，故基本上需要再处理，通常用活性炭。选择该工艺最好结合水厂的臭氧预处理或深度处理一并考虑，否则为处理生产废水单独设置臭氧发生和活性炭设备，无法满足经济性。
过去由于价格原因，膜处理和臭氧处理在大型城市水厂中应用不多。近年膜技术有很大进步，价格也有所下降，而生产臭氧的电耗和设备价格也有所降低，随着技术进步和价格下降，使用膜法和臭氧技术杀灭二虫必将逐步得以推广。
其他诸如磷、PAM 和COD 等指标也要加以注意。
三．回用水系统的设计及运行
在设计回收池时，应结合实际的废水排放规律，尽量做到均匀回收。减小进水的冲击负荷，但这必然造成回收池的体积放大，对厂平面布置造成一定的困难，因此必须统一考虑。例如在进行某40万m 3/d水厂的设计方案时，由于其污泥脱水系统将沉淀池排泥水和滤池反冲洗水均纳入其处理范围中，因此只需考虑其上清液的收集与回用：
针对其工艺流程进行分析，排泥水浓缩池为24小时连续工作，上清液流量为165 m3/h；反冲洗废水浓缩池每日工作9.5小时，上清液流量为391 m3/h。
因此其最大排出流量为 391＋165＝556 m3/h (9.5hr)，其余为165 m3/h(14.5hr)。
如果考虑均匀回收，则其平均流量为(556×9.5+165×14.5)/24=320 m3/h。
若按平均流量回收，需增设1只上清液回收调蓄池，其容积为(556-320)×9.5=2242 m3。
由于场地限制，该厂无法满足如此大容积回收池，只能利用浓缩池附近的区域设置调节容量为150 m3的回收池，其回收流量基本与浓缩池上清液的排放量相同。
回用水系统的处理方式根据生产废水的水质和回用要求确定，应充分考虑其经济性和可靠性，应针对具体情况选择合适的处理流程，并以试验加以验证。
在运行时首先要制定一个回用水标准，并根据此标准配置在线的水质监测自控仪表，纳入水厂的PLC 控制，以便根据其反馈值对回用水系统的运行进行控制。在水质仪表的选择时，考虑到低浊度并不能代表隐虫安全，建议用颗粒计数器检测水中颗粒数来代替浊度。
四．结论
● 在判断生产废水是否回用时，应根据原水和生产废水的水质、水量等因素进行分析：
当原水水量足以满足供水要求且费用较低，而生产废水必须先处理再回用，回用费用远高于原水费用时，可以不考虑回用；
当原水费用较高，而生产废水的水质较好可不处理，回用费用低于原水费用时，可以考虑直接回用；
当原水水量较紧张且费用较高，而生产废水的水质经过简单处理可以满足回用要求，回用费用与原水费用接近时，可以考虑处理回用。
● 在考虑回用水处理时，处理效果和经济性是一种工艺是否被采用的关键。特别是后者，决定了这种工艺是否
得以推广。
● 回用水系统工艺的选择和设计，最好结合水厂的臭氧预处理、深度处理和污泥处理等一并考虑。
参 考 文 献
1. 聂梅生等. 水工业工程设计手册－水资源及给水处理 中国建筑工业出版社 2001.12
2. 邵刚编著. 膜法水处理技术及工程实例 化学工业出版社2002.03
3. 董晴宇. 饮用水深度处理技术探讨
4. 杨福才编译 . 采用光学方法测定水中悬浮物的探讨 《科技情报》第98-1期
5. 宋仁元. 国际水技术新动向
本文第一作者许嘉炯简介：
许嘉炯, 男,1973年3月出生,1995年进入上海市政工程设计研究院从事给排水工程设计工作
最高学历：2003年11月获得同济大学环境科学与工程学院硕士学位，
现担任上海市政工程设计研究院给排水一分院高级工程师，担任浙江省嘉兴市南郊水厂等重大工程的设计工作，2005年3月加入上海市净水技术学会，
获得建设部优秀设计二等奖一次，
获得建设部优秀设计三等奖一次，
获得上海市优秀设计一等奖一次，
获得上海市优秀设计二等奖一次，
获得上海市优秀设计三等奖一次，
曾在《华东给水排水》发表了“苏南区域水厂管道选择的技术经济比较”一文，并在中国水行业著名的科技核心期刊---《净水技术》杂志发表过“美国饮用水水质标准”等四篇论文。
作者通讯地址：上海市中山北二路 901 号
邮编： 200092
电话： (021)65985848,
传真： (021)65986487
手机： (021)28603672
电子邮件： xujiajiong@waterchina.cn
本文其他作者简介：
许建华：男，70岁，我国给水排水领域的著名学者，原《净水技术》杂志社主编，
现为同济大学教授和博士生导师，担任《净水技术》杂志社顾问；
郑志民：男，29岁，担任上海市政工程设计研究院工程师。
(来源:中国净水技术网独家版权所有, 转载请注明出处)
(本文摘自2003年第1期出版的中国水行业科技核心期刊---《净水技术》应用技术栏目)
关于自来水厂生产废水的回用
许嘉炯 郑志民 许建华
（上海市政工程设计研究院 200092） （同济大学环境科学与工程学院 200092）
摘要：本文主要针对自来水厂生产废水的回用问题进行了探讨，对直接回用和处理回用两种回用过程中所产生的水质问题进行了分析；针对不同的水质问题提出了处理方式；对于回用水系统的设计及运行提出了一些建议。
关键词：排泥水 反冲洗废水 除铁除锰 贾弟鞭毛虫 隐孢子虫 超滤 臭氧
The Recycle of WTP Wastes
Xu Jiajiong Zheng Zhiming
(Shanghai Municipal Engineering Design Institute ,200092)
Xu Jianhua
(College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, 200092)
Abstract: This thesis has discussed the recycle of WTP wastes, analyzed the water quality problem in different condition of direct recycle and treatment recycle, put forward treatment technology about different water quality and give some advises about the design and operation of the recycle system.
Keywords: wastes, backwash wastes, iron and manganese removal, giardia, cryptosporidium, Ultrafiltration, ozone
自来水厂的生产废水主要来自沉淀池或澄清池的排泥水和滤池的反冲洗废水，可占整个水厂日产水量的3％～7％。对这部分水进行回用，不仅可以节约水资源，提高水厂的运营能力，还可减少废水的排放量，特别是对废水排放条件较差的水厂。目前国内外的大型水厂很多在设计时都考虑了生产废水的回用措施，但由于水质的问题，有相当部分的水厂没有或不常回用。这是因为这部分废水中不仅富集了原水中几乎所有的杂质，还包括了在生产工艺中投加的各种药剂。这些物质重新回到生产系统中，再加上由此产生的生物因素(如贾弟鞭毛虫和隐孢子虫) ，的确具有一定的风险。因此在考虑回用时，必须要仔细研究。
一．生产废水的回用方式
生产废水回用的方式主要分为直接回用和处理回用。
a) 直接回用
直接回用是目前国内采用较多的方式，主要有滤池反冲洗废水直接回收和生产废水上清液回收。前者设置回收池，将滤池反冲洗废水加以收集，提升至原水絮凝前加以回收。后者设置污泥浓缩池，沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经过浓缩，上清液提升至原水絮凝前加以回收，底部污泥进入污泥处理系统或直接排入河道或下水道。这种回用方式本身费用较低，可以结合厂区的污泥处理系统一起实施，但需加强水质监测措施，一旦回用水水质不能满足回用标准，必须降低回用负荷或不回用。
b) 处理回用
处理回用是对生产废水进行处理，使其水质满足原水的常规化学指标和生物指标后再回用。处理方式与生产废水的水质有较大关系，如果处理费用高于原水费用且原水水量充沛，则无法体现此方式的必要性。
以下为三个水厂所采取的回用流程实例：
二．生产废水回用的水质问题及处理方式
生产废水在回用的过程中需注意铁、锰等常规指标及微生物指标(贾弟鞭毛虫和隐孢子虫) 。
铁、锰过量摄入对人体是有慢性毒害的。锰的生理毒性比铁严重。自来水厂关注于铁、锰的去除，并非是考虑毒理学上的要求，而是因铁、锰的异味很大，而且污染生活器具，令人难以忍受，在远未达到慢性毒害的程度前早已不能饮用了。目前我国的地表水环境质量标准和生活饮用水标准中对铁和锰的标准分别为0.3 mg/l和0.1 mg/l。一般地下水含铁锰较高，但有些地表水中铁、锰离子的含量也超出了水质标准，虽然尚在常规处理的能力内，但如果对生产废水不加处理就进行回用，其富集作用将会影响到出厂水的水质。如上海某以黄浦江上游原水为水源的水厂， 在设计中考虑了滤池反冲洗水的回用，2001年原水中铁、锰离子最高达10.0mg/l和0.32 mg/l，平均值达3.2 mg/l和0.12 mg/l，这是其对生产废水不回用的主要原因。
去除水中铁的工艺，可采用的方式很多，在工程上主要采用空气自然氧化法、氯氧化法和接触氧化法，各种处理方式的适用条件各不相同。除锰的方法主要有高锰酸钾氧化法、氯接触过滤法、光化学氧化法和生物固锰除锰法。一般原水中往往同时出现铁和锰超标，所以常采用组合工艺，以下五种为常用流程：
上述流程中，曝气除铁所需空气量和Fe 2+浓度和温度有关，当水温t(℃) 时所需空气体积为1.62273+t273
[Fe2+ ](L/m3水) 。Mn 2+在pH 中性条件下，几乎不能被溶解氧氧化，曝气除锰工艺中空气的作用并不是直接氧化Mn 2+，而是满足除锰菌为核心的生物滤层的充氧要求。氯氧化时，Cl 2与Fe 2+ 的克数比约为1：1，与Mn 2+的克数比约为1.3：1。每氧化1mg/l Mn2+理论上需要1.92mg/l高锰酸钾，而1mg/l Fe2+ 需消耗0.943mg/l高锰酸钾。在设计时需进行试验以确定采取的气水比、加氯量或高锰酸钾的量。
贾弟鞭毛虫和隐孢子虫这两项生物指标近年来越来越受重视。1993年4月美国密尔沃基发生隐虫水质事故，全市150万人感染，40万人生病，1000人住院，死亡50——100人，这是美国供水以来最大的水质事故，影响很大。隐虫是4~6微米大小的原生动物，人感染1~100条隐虫就可能发生隐虫病，一般症状为腹泻、恶心、呕吐、发烧、头疼、脱水及胃口不好，感染60天后便从粪便中排出大量隐虫。通常消毒难以灭活，欲灭活90%，需用氯80mg/L，接触90分钟。
发达国家当前主要措施是降低浊度，但由于浊度低并不能保证隐虫等原生动物安全。想要安全地去除贾弟鞭毛虫和隐孢子虫，除了将水烧开外，只能用膜法和臭氧消毒：
在水处理方面，膜分离技术脱离了传统的化学处理范畴，转入到物理固液处理领域。与常规饮用水处理工艺相比，膜技术具有少投甚至不投加化学药剂、占地面积小、便于实现自动化等优点，并已应用于城镇自来水的深度处理上。 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（RO ）等。
其特点是能够提供稳定可靠的水质，这是由于膜分离水中杂质的主要机理是机械筛滤作用，因而出水水质在很大
程度上取决于膜孔径的大小。要想去除二虫，至少要采用超滤。
超滤（UF ），是介于微滤和纳滤之间地一种膜技术，其滤膜的孔径为5nm ～0.1µm ，操作压力为0.1～1.0Mpa ，可以去除分子量300～3×105的大分子及细菌、病毒、贾第虫和其它微生物。由于超滤的成本较高，最好能结合水厂的处理工艺一并考虑。
臭氧氧化消毒能力较强，能灭除隐虫，能把不能降解的有机物分为可降解有机物。但使用臭氧后有个很大缺点是醛酮等有机物大量增加，为细菌繁殖提供了丰富的营养。这种水在管网中很容易繁殖细菌，故基本上需要再处理，通常用活性炭。选择该工艺最好结合水厂的臭氧预处理或深度处理一并考虑，否则为处理生产废水单独设置臭氧发生和活性炭设备，无法满足经济性。
过去由于价格原因，膜处理和臭氧处理在大型城市水厂中应用不多。近年膜技术有很大进步，价格也有所下降，而生产臭氧的电耗和设备价格也有所降低，随着技术进步和价格下降，使用膜法和臭氧技术杀灭二虫必将逐步得以推广。
其他诸如磷、PAM 和COD 等指标也要加以注意。
三．回用水系统的设计及运行
在设计回收池时，应结合实际的废水排放规律，尽量做到均匀回收。减小进水的冲击负荷，但这必然造成回收池的体积放大，对厂平面布置造成一定的困难，因此必须统一考虑。例如在进行某40万m 3/d水厂的设计方案时，由于其污泥脱水系统将沉淀池排泥水和滤池反冲洗水均纳入其处理范围中，因此只需考虑其上清液的收集与回用：
针对其工艺流程进行分析，排泥水浓缩池为24小时连续工作，上清液流量为165 m3/h；反冲洗废水浓缩池每日工作9.5小时，上清液流量为391 m3/h。
因此其最大排出流量为 391＋165＝556 m3/h (9.5hr)，其余为165 m3/h(14.5hr)。
如果考虑均匀回收，则其平均流量为(556×9.5+165×14.5)/24=320 m3/h。
若按平均流量回收，需增设1只上清液回收调蓄池，其容积为(556-320)×9.5=2242 m3。
由于场地限制，该厂无法满足如此大容积回收池，只能利用浓缩池附近的区域设置调节容量为150 m3的回收池，其回收流量基本与浓缩池上清液的排放量相同。
回用水系统的处理方式根据生产废水的水质和回用要求确定，应充分考虑其经济性和可靠性，应针对具体情况选择合适的处理流程，并以试验加以验证。
在运行时首先要制定一个回用水标准，并根据此标准配置在线的水质监测自控仪表，纳入水厂的PLC 控制，以便根据其反馈值对回用水系统的运行进行控制。在水质仪表的选择时，考虑到低浊度并不能代表隐虫安全，建议用颗粒计数器检测水中颗粒数来代替浊度。
四．结论
● 在判断生产废水是否回用时，应根据原水和生产废水的水质、水量等因素进行分析：
当原水水量足以满足供水要求且费用较低，而生产废水必须先处理再回用，回用费用远高于原水费用时，可以不考虑回用；
当原水费用较高，而生产废水的水质较好可不处理，回用费用低于原水费用时，可以考虑直接回用；
当原水水量较紧张且费用较高，而生产废水的水质经过简单处理可以满足回用要求，回用费用与原水费用接近时，可以考虑处理回用。
● 在考虑回用水处理时，处理效果和经济性是一种工艺是否被采用的关键。特别是后者，决定了这种工艺是否
得以推广。
● 回用水系统工艺的选择和设计，最好结合水厂的臭氧预处理、深度处理和污泥处理等一并考虑。
参 考 文 献
1. 聂梅生等. 水工业工程设计手册－水资源及给水处理 中国建筑工业出版社 2001.12
2. 邵刚编著. 膜法水处理技术及工程实例 化学工业出版社2002.03
3. 董晴宇. 饮用水深度处理技术探讨
4. 杨福才编译 . 采用光学方法测定水中悬浮物的探讨 《科技情报》第98-1期
5. 宋仁元. 国际水技术新动向
本文第一作者许嘉炯简介：
许嘉炯, 男,1973年3月出生,1995年进入上海市政工程设计研究院从事给排水工程设计工作
最高学历：2003年11月获得同济大学环境科学与工程学院硕士学位，
现担任上海市政工程设计研究院给排水一分院高级工程师，担任浙江省嘉兴市南郊水厂等重大工程的设计工作，2005年3月加入上海市净水技术学会，
获得建设部优秀设计二等奖一次，
获得建设部优秀设计三等奖一次，
获得上海市优秀设计一等奖一次，
获得上海市优秀设计二等奖一次，
获得上海市优秀设计三等奖一次，
曾在《华东给水排水》发表了“苏南区域水厂管道选择的技术经济比较”一文，并在中国水行业著名的科技核心期刊---《净水技术》杂志发表过“美国饮用水水质标准”等四篇论文。
作者通讯地址：上海市中山北二路 901 号
邮编： 200092
电话： (021)65985848,
传真： (021)65986487
手机： (021)28603672
电子邮件： xujiajiong@waterchina.cn
本文其他作者简介：
许建华：男，70岁，我国给水排水领域的著名学者，原《净水技术》杂志社主编，
现为同济大学教授和博士生导师，担任《净水技术》杂志社顾问；
郑志民：男，29岁，担任上海市政工程设计研究院工程师。
(来源:中国净水技术网独家版权所有, 转载请注明出处)
(本文摘自2003年第1期出版的中国水行业科技核心期刊---《净水技术》应用技术栏目)