凈水廠生產(chǎn)廢水優(yōu)化回用及安全性研究 費霞麗1 崔福義2
（1.廈門水務(wù)集團(tuán)有限公司，福建廈門361009 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,哈爾濱黑龍江150090；） 摘要：通過研究認(rèn)為凈水廠生產(chǎn)廢水回用可以改善混凝條件，節(jié)省混凝劑投加量；澄清池排泥水、濾池反沖洗水和二者的混合水對混凝的改善規(guī)律相似；存在最佳含固率和最佳混合水濁度范圍，最佳含固率范圍是0.1%~0.7%，最佳混合水濁度范圍是60~400NTU，對應(yīng)的節(jié)藥率為10%~40%； 在常規(guī)水處理工藝條件下，加強混凝和過濾工藝，生產(chǎn)廢水直接回用不會造成賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲在出廠水中的累積。生產(chǎn)廢水回用不會造成出廠水的污染，有利于提高有機物的去除率；回用生產(chǎn)廢水沒有增強水的致突變性。建立了利用最佳含固率控制生產(chǎn)廢水回用，混合水濁度校核微調(diào)生產(chǎn)廢水濃縮工況的優(yōu)化工藝，改變了傳統(tǒng)的先沉淀澄清后再回用的做法，具有顯著的經(jīng)濟效益。 前言 凈水廠生產(chǎn)廢水（沉淀池排泥水和濾池反沖洗水）約占水廠制水量的3%~8%，直接排放，既污染環(huán)境，又浪費水資源，加劇水資源緊缺的矛盾，實現(xiàn)處理與回用十分必要。
另一方面，低濁原水難以處理，國內(nèi)外均有采用向水中投加粘土的方式增加水的濁度，以促進(jìn)絮體的成長，改善低濁水的混凝效果。而凈水廠生產(chǎn)廢水中就含有大量的較粗顆粒，當(dāng)與低濁原水混合時，這些顆粒比較容易成為絮體的核心，改善低濁水混凝效果。
現(xiàn)有的凈水廠生產(chǎn)廢水回用工藝多是經(jīng)過沉淀濃縮等處理后再進(jìn)行回用，增加了運行費用，在經(jīng)濟上存在浪費。
國內(nèi)外的研究說明生產(chǎn)廢水回用改善低濁水混凝是可能的，但對衛(wèi)生安全性的擔(dān)心也是客觀存在的，尤其賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲等原生動物的累積。試驗根據(jù)原水水質(zhì)和凈水廠生產(chǎn)廢水的特點，將生產(chǎn)廢水回用和改善低濁水混凝二者綜合，統(tǒng)一考慮，研究開發(fā)最佳的生產(chǎn)廢水回用工藝和改善凈水工藝過程的綜合技術(shù)，尋找生產(chǎn)廢水回用與混凝的相關(guān)性，實現(xiàn)綜合效益，同時研究生產(chǎn)廢水回用的衛(wèi)生安全性。 1 生產(chǎn)廢水與混凝的相關(guān)性研究 1.1 水廠水質(zhì)及試驗方法
1.1.1 水廠水質(zhì)
試驗在南方H市A水廠內(nèi)進(jìn)行，采用機械攪拌澄清池和均質(zhì)濾料濾池的常規(guī)工藝，能力為6×104 m3/d，混凝劑為液體堿式氯化鋁。
原水來自L江，原水濁度在20~30NTU內(nèi)出現(xiàn)的概率最高，分別為50%和20%，原水濁度不大于30 NTU出現(xiàn)的累計概率達(dá)到80.14%，在60 NTU以內(nèi)約95%。每年的11、12月份至次年的2、3月份，約有4個月的時間，原水濁度低于20 NTU。該廠原水屬于低濁度水。水廠在冬春季節(jié)低濁時原水常很難處理，常常采用多投加混凝劑或投加粘土等方法來加強混凝，改善處理效果。
1.1.2 對比試驗過程和方法
利用燒杯攪拌試驗，以原水作為參比樣，以原水中投加5%比例生產(chǎn)廢水的水樣作為試驗樣。利用混凝攪拌試驗?zāi)M水廠工藝。
生產(chǎn)廢水包括澄清池排泥水、濾池反沖洗水和二者的混合水（比例為1：3），分別稱為回用水1、回用水2和回用水3，原水與這三種生產(chǎn)廢水混合后的水樣分別稱為混合水1、混合水2和混合水3。在正常生產(chǎn)過程中，濾池反沖洗水的含固率相對較低，為了便于平行比較，對濾池反沖洗廢水進(jìn)行適當(dāng)濃縮。試驗設(shè)計如下：
原水對比試驗：各取原水1000 mL，分別注入6個燒杯中，做混凝攪拌試驗?？焖贁嚢? min，轉(zhuǎn)速300 r/min，接著以40 r/min的慢速攪拌20 min，靜置15 min后，用虹吸法取液面下2~3 cm處上清液，用HACH2000型濁度儀測上清液余濁?；炷齽?%的聚合氯化鋁，測上清液余濁，得到原水混凝沉降曲線及余濁達(dá)標(biāo)時的需藥量；
混合水試驗：每個燒杯中各注入與空白樣相同的原水950 mL，再注入50 mL回用水，做混凝攪拌試驗。測定項目有回用水含固率、混合水濁度以及上清液余濁，得到混合水的混凝沉降曲線，并得到對應(yīng)的達(dá)標(biāo)需藥量。
取不同含固率的回用水，重復(fù)試驗。得到在不同原水濁度條件下，達(dá)標(biāo)需藥量的變化曲線。
試驗以原水和回用生產(chǎn)廢水的混合水的沉淀水余濁以及混凝劑消耗量作為評價指標(biāo)。從水廠制水成本和日常管理模式考慮，沉淀水濁度在3±0.5NTU時認(rèn)為濁度達(dá)標(biāo)，此時的混凝劑投加量為達(dá)標(biāo)需藥量，簡稱需藥量；對應(yīng)余濁最低時的混凝劑投加量為最佳需藥量。
在實際生產(chǎn)過程中，為了降低制水成本，一般以達(dá)標(biāo)余濁作為控制的標(biāo)準(zhǔn)。因此試驗重點以余濁作為評價的指標(biāo)。
1.2 結(jié)果分析
1.2.1 沉淀水余濁和需藥量的比較
圖1-1是原水濁度為13.4 NTU時，原水和回用五種不同含固率的生產(chǎn)廢水的混凝沉降曲線。 
圖1-1 原水和回用生產(chǎn)廢水時的混凝沉降曲線
Figure1-1 Coagulation and sedimentation curve of raw water and recycling waste water 圖1-1表明，適當(dāng)?shù)幕赜蒙a(chǎn)廢水，可以使余濁降低，也可以使需藥量減少。原水的最低沉淀水余濁為2.5 NTU，此時最佳需藥量為11 mg/L，而回用5%的生產(chǎn)廢水后，只有回用含固率為1.5%的生產(chǎn)廢水時，最低沉淀水余濁較無回用時高，其余4種含固率的生產(chǎn)廢水回用后，沉淀水最低余濁和需藥量都降低。
原水的需藥量為9 mg/L，回用5%的生產(chǎn)廢水后，除了含固率1.5%的情況外，其余4種生產(chǎn)廢水回用后需藥量均低于原水的需藥量，且當(dāng)含固率為0.39%時，需藥量最低。根據(jù)上述試驗，從最低沉淀水余濁和需藥量兩個角度，均說明回用一定含固率的生產(chǎn)廢水可以改善混凝條件，節(jié)省投藥量或者提高處理水質(zhì)，但是該含固率有一個范圍。
根據(jù)試驗結(jié)果可以看出，生產(chǎn)廢水回用對混凝可以起到明顯的改善作用，絮體沉降速度加快，說明回用生產(chǎn)廢水可以促進(jìn)原水中顆粒的碰撞、吸附，有利于結(jié)成體積較大的顆粒，促進(jìn)混凝沉淀效果。采用電子掃描顯微鏡觀察絮體顆粒，進(jìn)一步考察生產(chǎn)廢水回用對水中絮體顆粒的促進(jìn)作用。 
圖1-2 原水的絮體顆粒
Figure1-2 Flocculation particle of raw water 圖1-2是原水的絮體顆粒的結(jié)構(gòu)圖，圖1-3是添加5%生產(chǎn)廢水的混合水的絮體結(jié)構(gòu)圖。兩圖放大比例均為5000倍。 
圖1-3 回用5%生產(chǎn)廢水的絮體顆粒
Figure1-3 Flocculation particle with 5% recycling rate of water treatment plant waste 比較兩圖，可觀察到圖1-2中絮體結(jié)構(gòu)不規(guī)則且松散，存在著聯(lián)結(jié)較薄弱的部位；圖1-3中的絮體大小粒徑顆粒結(jié)合更緊密，呈球狀規(guī)則且有序排列，游離于周圍液體中的小顆粒較少。對10組樣品進(jìn)行觀察，均發(fā)現(xiàn)其絮體顆粒的均勻性更好，且粒徑一般比原水的絮體粒徑大。說明生產(chǎn)廢水當(dāng)與原水混合一起處理時，這些較粗顆粒起了絮狀物形成的核心作用。同時，生產(chǎn)廢水中含有的顆粒粒徑又是原水中顆粒的數(shù)十倍甚至數(shù)百上千倍，使顆粒間的碰撞次數(shù)也大大增加。
在生產(chǎn)廢水中含有大量的氫氧化鋁沉淀物，與原水中的顆粒形成具有一定比例的粗細(xì)顆粒搭配，回用后提高了水中的顆粒被粘附卷掃的機會，能使某些處于未完全脫穩(wěn)狀態(tài)的顆粒在“網(wǎng)捕”和“卷掃”作用下得以去除。同時顆粒間架橋作用的增強，使得絮凝顆粒的結(jié)構(gòu)更緊湊，提高顆粒沉降速度，節(jié)省混凝劑投加量，改善混凝效果。
試驗進(jìn)一步說明，回用的生產(chǎn)廢水中顆粒的含量不宜太高，否則增加了處理水的濁度導(dǎo)致對混凝劑需求增加，抵消了對混凝的有利作用；
此外，生產(chǎn)廢水顆粒含量過高，回用后造成處理水的濁度過高，顆粒濃度增大，在沉淀過程中，大小顆?；ハ喔蓴_，沉淀速度下降，混凝效果反而變壞。這說明生產(chǎn)廢水回用是有一定條件的。
1.2.2 生產(chǎn)廢水回用的最佳條件
為了綜合評價生產(chǎn)廢水回用對混凝的影響，以濁度達(dá)標(biāo)的情況下原水與混合水需藥量的變化率，即節(jié)藥率作為評價指標(biāo)，對全部試驗數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，節(jié)藥率為正，表明生產(chǎn)廢水回用后節(jié)省混凝劑投加量。式（1-1）是節(jié)藥率公式。 節(jié)藥率（%）= （1-1） ?。?）含固率、混合水濁度與節(jié)藥率的相關(guān)性 分別分析3種回用水含固率與節(jié)藥率的相關(guān)性以及混合水濁度與節(jié)藥率的相關(guān)性。圖1-4、圖1-5和圖1-6分別是回用水1、回用水2和回用水3的情況，原水濁度為10~40NTU，溫度為15~25℃。 
圖1-4 含固率與節(jié)藥率關(guān)系（回用水1）
Figure1-4 Relationship between solid content and coagulation dose saving rate（recycling water 1）
圖1-5 含固率與節(jié)藥率關(guān)系（回用水2）
Figure1-5 Relationship between solid content and coagulation dose saving rate（recycling water 2） |
圖1-6 含固率與節(jié)藥率關(guān)系（回用水3）
Figure1-6 Relationship between solid content and coagulation dose saving rate（recycling water 3） |
圖1-4、圖1-5和圖1-6表示，加入回用水后節(jié)藥率最高可達(dá)到50%，而在10~40%之間分布的點最多；原水濁度對節(jié)藥效果有一定影響，較多情況下在原水濁度為20~30NTU時節(jié)藥率更高；隨著原水濁度的增加，節(jié)藥量較高的含固率范圍有所增大；較佳的含固率多在1%以內(nèi)，超過該范圍后，節(jié)藥情況較為分散多變，趨向于降低混凝效果；在0.75%~1%之間時，也有少數(shù)節(jié)藥效果為負(fù)的情況。3種回用水表現(xiàn)出的規(guī)律相同。
以同樣的方法，得到混合水濁度與節(jié)藥率的關(guān)系（圖1-7是混合水1的節(jié)藥率與混合水濁度的關(guān)系），三種混合水表現(xiàn)出相同的性質(zhì)。
由圖1-7可以看出，以混合水濁度來評價生產(chǎn)廢水回用對混凝的改善情況，表現(xiàn)的規(guī)律與用含固率評價時非常相似。從統(tǒng)計規(guī)律上看，隨著原水濁度的增加，節(jié)藥的混合水濁度范圍有所增大，最小范圍基本在400 NTU以內(nèi)；超過該范圍，表現(xiàn)得比較分散，在400~600 NTU范圍內(nèi)，節(jié)藥和不節(jié)藥的情況均存在；大于600 NTU，節(jié)藥率多為負(fù)值，即回用生產(chǎn)廢水后降低混凝效果。3種回用水表現(xiàn)出相同的規(guī)律。當(dāng)混合水濁度在200NTU附近時，節(jié)藥率相對較高。 
圖1-7混合水濁度與節(jié)藥率關(guān)系（混合水1）
Figure1-7 Relationship between turbidity of mixed water and coagulation dose saving rate (mixed water 1) |
分析上述各圖的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，一些情況下，混合水濁度偏低，未達(dá)到混凝的最佳狀態(tài)，影響了節(jié)藥率；另一些情況，混合水濁度過高，也使節(jié)藥率下降。因此，應(yīng)對回用水的水質(zhì)加以控制。
混合水濁度在400 NTU以內(nèi)時，原水濁度范圍不同對節(jié)藥率有一定的影響，但是同混合水濁度相比影響較小。事實上，對混合水濁度起主要貢獻(xiàn)的是回用水，而不是原水，相對較低的原水濁度不能對混合水濁度有大的貢獻(xiàn)，其數(shù)值變化對混凝的影響也就是次要的了。更進(jìn)一步，起主要貢獻(xiàn)的是回用水中的顆粒成分，其濃度高低（含固率大小）主要決定著混合水的混凝效果。因此，以回用水的含固率或以混合水的濁度表征對混凝的影響本質(zhì)上是一樣的，圖1-8也說明這兩個參數(shù)之間存在著良好的相關(guān)性。 
圖1-8 含固率和混合水濁度的相關(guān)性
Figure1-8 Correlation between solid content and turbidity of mixed water
?。?）3種回用水的回用條件 在更大的原水濁度范圍內(nèi)（10~90NTU）進(jìn)行試驗和分析，顯示出3種回用水節(jié)藥率及其分布情況大致相同，因此可以認(rèn)為從統(tǒng)計角度這三種回用水改善混凝的作用規(guī)律是相同的（圖1-9和圖1-10）。 
圖1-9 3種生產(chǎn)廢水含固率與節(jié)藥率關(guān)系
Figure1-9 Relationship between solid content and coagulation dose saving rate of three types of waste water
圖1-9和圖1-10明確說明在一定的原水濁度范圍內(nèi)，當(dāng)含固率（混合水濁度）低于某個值時，生產(chǎn)廢水回用后達(dá)標(biāo)需藥量較原水的低，有改善混凝的作用。按統(tǒng)計結(jié)果該含固率在1%以內(nèi)，混合水濁度在600 NTU以內(nèi)，在此范圍內(nèi)的多數(shù)情況下回用生產(chǎn)廢水會改善混凝效果，節(jié)省藥耗。同時，含固率低于0.1%或混合水濁度低于60 NTU時，需藥量則不會有明顯的節(jié)約，這說明從改善混凝效果考慮，過低的含固率不足以起到改善混凝的作用。當(dāng)含固率在0.7%~1.0%（或混合水濁度在400~600NTU）之間時，節(jié)藥情況波動較大，在一些試驗中節(jié)藥率為負(fù)值。綜合考慮以上情況，最佳的含固率范圍為0.1%~0.7%，或最佳混合水濁度范圍為60~400NTU，對應(yīng)的節(jié)藥率基本上在10%~40%之間。 
圖1-10種生產(chǎn)廢水混合水濁度與節(jié)藥率關(guān)系
Figure1-10 Relationship between turbidity of mixed waste water and coagulation dose saving rate of three types of mixed water
如上所述，用含固率或混合水濁度評價生產(chǎn)廢水回用對混凝的影響，其規(guī)律是相似的。從生產(chǎn)的便利性考慮，在對生產(chǎn)廢水進(jìn)行濃縮處理時，可以采用含固率控制；在水處理主工藝的過程控制中以混合水濁度校核，并以此對生產(chǎn)廢水的濃縮工況進(jìn)行微調(diào)。
上述結(jié)果表明，目前一些水廠將生產(chǎn)廢水充分沉淀或進(jìn)行加藥預(yù)處理后再回用的傳統(tǒng)做法是不經(jīng)濟的，可根據(jù)生產(chǎn)廢水和原水的水質(zhì)情況，從廢水回用改善凈水工藝混凝條件出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)廢水回用處理程度：當(dāng)原水濁度較高時，對生產(chǎn)廢水上清液適當(dāng)濃縮到適宜的含固率回用，從而使混合水濁度在較佳的范圍，獲得較高的節(jié)藥率；當(dāng)原水濁度較低時，生產(chǎn)廢水就應(yīng)少濃縮或不濃縮直接回用，獲得盡量接近最佳條件的混合水濁度，也能在一定程度上改善混凝效果。做到經(jīng)濟上最優(yōu)化。 2 生產(chǎn)廢水回用的衛(wèi)生安全性研究 衛(wèi)生安全的飲用水，需滿足三個方面的水質(zhì)要求： 感官性狀良好；防止介水傳染病的發(fā)生，確保微生物學(xué)的安全性，特別是人和動物糞便的污染可引起介水傳染病的爆發(fā)流行；預(yù)防化學(xué)物質(zhì)的急、慢性中毒以及其他健康危害（如致畸、致突變、致癌作用）。衛(wèi)生安全性研究主要根據(jù)生產(chǎn)廢水的特點，從微生物安全性、微量有機污染物以及致突變方面進(jìn)行系統(tǒng)研究。
不少學(xué)者對凈水廠生產(chǎn)廢水回用的微生物安全性進(jìn)行了一系列的研究，有人認(rèn)為回用會造成濾后水中的“兩蟲”數(shù)量增加的風(fēng)險，生產(chǎn)廢水必須經(jīng)過預(yù)處理方能回用[[i],[ii]]；也有人認(rèn)為濾池反沖洗排水直接回用不會對水處理工藝系統(tǒng)的處理效果造成影響，而且由于濾池反沖排水回用，增加了原水中顆粒的碰撞和吸附的機會，使得隱孢子蟲卵囊或賈第鞭毛蟲孢囊被吸附和包卷的機會增多，反而有利于“兩蟲”和顆粒的去除[[iii]]?；炷恋砗瓦^濾是常規(guī)水處理工藝去除賈第蟲和隱孢子蟲的重要階段，研究表明濾后水濁度與兩蟲的含量具有較好的相關(guān)性，混凝效果和過濾的好壞對兩蟲的去除率起到非常顯著的作用[[iv]]；強化混凝和優(yōu)化過濾可以得到至少2log的去除率[[v]]，有時甚至高達(dá)4log的去除率，而且濾后水濁度越低，顆粒越少，賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲去除率越高[[vi],[vii]]。
目前國內(nèi)大多數(shù)水廠也逐漸重視生產(chǎn)廢水回用的安全性，但目前的研究多基于常規(guī)水質(zhì)參數(shù)的檢驗，由于檢測方法的復(fù)雜和費用的昂貴，即使針對水域中的賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲，也只有深圳和澳門地區(qū)進(jìn)行了初步檢測[[viii],[ix]]，對生產(chǎn)廢水直接回用是否造成水處理系統(tǒng)中賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲的累積和泄漏問題尚未見報道。
2.1 水廠水質(zhì)和工藝特點
該試驗在B水廠進(jìn)行。水處理系統(tǒng)采用如圖2-1所示的Ⅰ和Ⅱ兩組工藝，其中系統(tǒng)Ⅰ為12×104m3/d，雙閥濾池，濾速8m/h，單獨水沖洗，反沖洗強度為15L/s.m2。系統(tǒng)Ⅱ為30×104m3/d，采用V型濾池，恒速恒水位過濾，濾速為8.87m/h，氣水反沖洗模式，氣沖強度15.3 L/s·m2，水沖強度4 L/s·m2。沖洗模式為氣沖1 min，氣水反沖6 min，漂洗6 min。系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ的濾池運行均由PLC進(jìn)行控制，自動進(jìn)行過濾和反沖洗，過濾周期為24h。
兩組工藝的濾池反沖洗水均直接排入回收水池后自流入吸水井，由水泵提升至系統(tǒng)Ⅱ，反沖洗水總量約占系統(tǒng)Ⅱ制水量的4%左右。為了增加回用水的濃度，試驗期間將系統(tǒng)Ⅱ部分沉淀池排泥水排入回收水池。試驗期間系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)池入口處的混合水濁度一般在60~120 NTU之間變動。兩組工藝的原水均來自L江，但原水自江邊取水口至水廠的輸送方式不同。系統(tǒng)Ⅰ原水采用渠道重力輸送，途中約有2km長的渠道為明渠，其余段均為暗涵；明渠周圍為村莊和農(nóng)田。系統(tǒng)Ⅱ原水采用水泵加壓經(jīng)管道輸送。 
2.2 試驗方法
2.2.1 微生物安全性試驗
采用美國EPA1623方法。分別采集系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ的進(jìn)廠原水和出廠水，以及系統(tǒng)Ⅱ的沉淀池排泥水和濾池反沖洗水進(jìn)行檢測。出廠水水樣采集量為1000 L，濾池反沖洗水為V型濾池氣水合沖階段的反沖洗水。水樣情況見表2-1。 水樣采集情況 表2-1
Water sampling Table2-1 序號 | 水樣名稱 | 濁度
（NTU） | 溫度
（℃） | pH值 | CODMn
(mg/L) | 氨氮
(mg/L) | 體積
（L） | 1 | 系統(tǒng)Ⅰ原水 | 22.5 | 27.2 | 7.58 | 3.36 | 0.22 | 100 | 2 | 系統(tǒng)Ⅱ原水 | 19.3 | 27.3 | 7.57 | 3.24 | 0.20 | 100 | 3 | 系統(tǒng)Ⅰ出廠水 | 0.19 | 27.5 | 6.86 | 0.90 | ＜0.02 | 1000 | 4 | 系統(tǒng)Ⅱ出廠水 | 0.21 | 27.5 | 7.09 | 0.88 | ＜0.02 | 1000 | 5 | 沉淀池排泥水（系統(tǒng)Ⅱ） | 3.18%
（含固率） | 27.3 | ― | ― | ― | 20 | 6 | 濾池反沖洗水（系統(tǒng)Ⅱ） | 0.06%
（含固率） | 27.3 | ― | ― | ― | 20 |
2.2.2 有機物分析和GC-MS檢測
分別采集B水廠系統(tǒng)Ⅰ和系統(tǒng)Ⅱ的原水和出廠水，系統(tǒng)Ⅰ未回用生產(chǎn)廢水，其出廠水作為空白樣，系統(tǒng)Ⅱ有回用生產(chǎn)廢水，作為對比樣，研究分析回用生產(chǎn)廢水后有機物種類變化和致突變性能。
采用美國安捷倫公司的6890GC/5973MSD進(jìn)行色質(zhì)聯(lián)機分析，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為G1701DA MSD化學(xué)工作站。
Ames試驗測試用菌株鼠傷寒沙門氏菌TA98和TA100引自美國加州大學(xué)Ames實驗室Ames試驗，結(jié)果如圖2-2和圖2-3所示。
2.3 結(jié)果及討論
2.3.1 賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲檢測結(jié)果
表2-2是各水樣中賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲檢測結(jié)果。 賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲檢測結(jié)果 表2-2
Detection of giardia and cryptosporidium Table2-2 序號 | 水樣名稱 | 檢測對象 | 檢測數(shù)量（個） | 檢測結(jié)果 | IFA | DAPI | D.I.C | 1 | 系統(tǒng)Ⅰ原水 | 賈第鞭毛蟲 | +3 | +3 | +3 | 3個/100L | 隱孢子蟲 | +1 | +1 | +1 | 1個/100L | 2 | 系統(tǒng)Ⅱ原水 | 賈第鞭毛蟲 | +0 | +0 | +0 | 0個/100L | 隱孢子蟲 | +0 | +0 | +0 | 0個/100L | 3 | 系統(tǒng)Ⅰ出廠水 | 賈第鞭毛蟲 | +0 | +0 | +0 | 0個/1000L | 隱孢子蟲 | +0 | +0 | +0 | 0個/1000L | 4 | 系統(tǒng)Ⅱ出廠水 | 賈第鞭毛蟲 | +0 | +0 | +0 | 0個/1000L | 隱孢子蟲 | +0 | +0 | +0 | 0個/1000L | 5 | 沉淀池排泥水
（系統(tǒng)Ⅱ） | 賈第鞭毛蟲 | 1210 | 1210 | 1210 | 1210個/20L | 隱孢子蟲 | 0 | 0 | 0 | 0個/20L | 6 | 濾池反沖洗水
（系統(tǒng)Ⅱ） | 賈第鞭毛蟲 | +1 | +1 | +1 | 1個/20L | 隱孢子蟲 | +0 | +0 | +0 | 0個/20L |
根據(jù)檢測結(jié)果：系統(tǒng)Ⅰ的原水中檢出賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲，但系統(tǒng)Ⅱ的原水中未檢出賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲。兩個系統(tǒng)的原水水源地相同，但是輸送方式不同，說明系統(tǒng)Ⅰ原水在輸送過程中，存在污染源。系統(tǒng)Ⅰ原水輸送渠道周圍為農(nóng)田，附近的農(nóng)村生活污水任意排放，可能造成水的污染。系統(tǒng)Ⅱ原水的輸送采用封閉的壓力流管道，輸送途中原水被二次污染的機率很小。
系統(tǒng)Ⅱ的沉淀池排泥水中檢出大量的賈第鞭毛蟲，濃縮了原水中含有的賈第鞭毛蟲，說明混凝沉淀可以很好去除原水中含有的賈第鞭毛蟲。但未發(fā)現(xiàn)隱孢子蟲，說明系統(tǒng)Ⅰ原水中含有的少量隱孢子蟲通過混凝沉淀全部得到去除，隱孢子蟲沒有泄漏到濾池中，因此回用到系統(tǒng)Ⅱ的濾池反沖洗水中沒有含有隱孢子蟲，而且由于系統(tǒng)Ⅱ原水中沒有檢出隱孢子蟲，因此在其排泥水中也沒有隱孢子蟲檢出。
沉淀和過濾是去除兩蟲的兩個關(guān)鍵工序，在合理的混凝沉淀條件下，賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲可以達(dá)到3~4log的去除率[[x]]；過濾是最后的一道關(guān)鍵環(huán)節(jié)，普通的快濾池去除率可以達(dá)到2log[ii]，其對賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲的去除作用主要是砂層表面的顆粒與賈第鞭毛蟲孢囊或隱孢子蟲卵囊顆粒之間的物理化學(xué)和生物作用。濾池反沖洗結(jié)束后的過濾初始階段，去除效率最低。濾池的定期反沖洗，濾池成熟期足夠且排放初濾水，是降低賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲風(fēng)險的關(guān)鍵工序。
系統(tǒng)Ⅰ、系統(tǒng)Ⅱ的濾池反沖洗排水均回流入系統(tǒng)Ⅱ中，兩個系統(tǒng)的濾池截留的孢囊和卵囊均在系統(tǒng)Ⅱ的濾池反沖洗排水中得到濃縮，僅在系統(tǒng)Ⅱ的濾池反沖洗水中檢測發(fā)現(xiàn)了賈第鞭毛蟲，而兩個系統(tǒng)的出廠水中均未發(fā)現(xiàn)賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲。主要原因如下：
（1）賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲的去除率與原水水質(zhì)和原水中的孢囊和卵囊的含量具有相關(guān)性，水質(zhì)越好，原水中孢囊和卵囊的含量越低，出水中的含量越少[[xi]]；該廠原水中含有的賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲含量比較少，這也是其回用后風(fēng)險較低的原因之一；
?。?）回用一定含固率的生產(chǎn)廢水，增加了原水中顆粒的碰撞機會，以及Al(OH)3沉淀物的卷掃和吸附作用，反而有利于賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲的去除[xi，[xii]]；
（3）濁度與賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲的去除率具有直接的相關(guān)性，若濾后水濁度每增加1log的去除率，則隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲分別提高0.89log和0.66log的去除率[[xiii]]，而且當(dāng)濾后水濁度在0.1~0.3 NTU以下時，隱孢子蟲最高去除率可以達(dá)到3~4log[vi]。該廠兩系統(tǒng)的出廠水濁度均低于0.3NTU，因此即使原水和回用的濾池反沖洗水排水中含有賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲，也會被很好的去除。
?。?）生產(chǎn)上管理到位，強化混凝和優(yōu)化過濾，可以極大的避免由于管理上的疏漏，而造成賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲穿透濾池。此外經(jīng)過強化混凝，在混凝沉淀階段，孢囊和卵囊已經(jīng)得到很好的去除，因此其反沖洗水中濃縮的賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲含量也較低。
（5）生產(chǎn)廢水若不進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)而直接回用，會造成凈水工藝水力負(fù)荷的波動，易造成濾池穿透現(xiàn)象發(fā)生，使出廠水中賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲數(shù)量增加，影響水廠處理水質(zhì)。因此對生產(chǎn)廢水進(jìn)行水質(zhì)水量的均衡是非常重要的。該廠兩個系統(tǒng)的濾池反沖洗排水在回用前均先排入回收水池進(jìn)行水量水質(zhì)均衡，再進(jìn)入吸水井和原水混合后一起進(jìn)入水處理系統(tǒng)，這又在一定程度上降低了直接回用對處理水質(zhì)的影響。
2.3.2 微量有機污染物的分析
表2-3是兩系統(tǒng)微量有機物去除率對比情況。
根據(jù)表2-3分析結(jié)果，系統(tǒng)Ⅱ比系統(tǒng)Ⅰ出廠水中有機物種類少8.57%，系統(tǒng)Ⅰ的有機物濃度去除率為16.81%，系統(tǒng)Ⅱ的有機物濃度去除率為20.07%。因為系統(tǒng)Ⅱ回用生產(chǎn)廢水，但檢測的原水中未包含回用水，因此由于回用生產(chǎn)廢水而增加的有機物未反映出來，實際有機物的去除率會更高。這說明生產(chǎn)廢水回用有利于有機物的去除。主要原因是因為回用的生產(chǎn)廢水中含有大量的活性顆粒，回用后改善混凝條件，從而也促進(jìn)了有機物的去除。
兩系統(tǒng)出廠水中的多環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物的濃度都有不同程度的增加，系統(tǒng)Ⅰ的增加比率分別為190.19%和3767.1%，系統(tǒng)Ⅱ增加的比率分別為90.31%和132.74%，雖然系統(tǒng)Ⅱ回用了系統(tǒng)Ⅰ和本系統(tǒng)的生產(chǎn)廢水，但雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴增加的濃度遠(yuǎn)低于系統(tǒng)Ⅰ增加的，尤其對于多環(huán)芳烴，在原水中濃度大于系統(tǒng)Ⅰ且有生產(chǎn)廢水回用的情況下，也未超過系統(tǒng)Ⅰ出廠水的濃度，說明系統(tǒng)Ⅱ?qū)﹄s環(huán)化合物和多環(huán)芳烴的去除率遠(yuǎn)高于系統(tǒng)Ⅰ的；系統(tǒng)Ⅱ原水中含有的雜環(huán)化合物濃度大大低于系統(tǒng)Ⅰ的濃度，其出廠水中增加的濃度也是由于回用系統(tǒng)Ⅰ生產(chǎn)廢水造成。
系統(tǒng)Ⅱ出廠水中沒有檢出醛類物質(zhì)，但酮類化合物濃度增加，比原水增加了223.33%。比較兩系統(tǒng)原水中的濃度，系統(tǒng)Ⅰ的濃度峰值面積遠(yuǎn)高于系統(tǒng)Ⅱ，其出廠水中減少的濃度遠(yuǎn)高于系統(tǒng)Ⅱ出廠水中增加的濃度。因為減少的有機物主要富集在生產(chǎn)廢水中，所以，系統(tǒng)Ⅱ出廠水增加的濃度是由于回用系統(tǒng)Ⅰ的生產(chǎn)廢水所致。
此外，兩系統(tǒng)出廠水中鹵代烴類有機物種類和數(shù)量均低于原水的含量，說明回用生產(chǎn)廢水未造成系統(tǒng)Ⅱ出廠水鹵代物濃度的增加。而且在系統(tǒng)Ⅱ原水含氮化合物的數(shù)量和濃度高于系統(tǒng)Ⅰ的情況下，其出廠水中的數(shù)量和濃度也均低于系統(tǒng)Ⅰ。 兩系統(tǒng)有機污染物的去除情況對比 表2-3
Comparison of organic pollutants removal from raw water in two systerms Table2-3 有機物類別 | 系統(tǒng)Ⅰ | 系統(tǒng)Ⅱ | 數(shù)量變化（種） | 濃度去除率（%） | 數(shù)量變化（種） | 濃度去除率（%） | | 烷烴 | 7 | 10.32 | 7 | -81.63 | 烯烴 | 2 | 59.07 | 2 | 65.29 | 硝基苯 | 0 | 22.65 | 0 | ― | 鹵代烴 | 2 | 81.42 | 2 | 86.59 | 多環(huán)芳烴 | +2 | -190.19 | +3 | -90.31 | 雜環(huán)化合物 | 1 | -3767.1 | +5 | -132.74 | 含氮化合物 | +1 | -21.20 | 1 | 59.57 | 苯 | 1 | 100 | 1 | 100 | 醇 | 3 | -0.27 | 6 | 99.48 | 酚 | 0 | ― | 0 | ― | 醛 | +1 | -100 | 0 | ― | 酮 | 2 | 99.17 | 1 | -223.33 | 酸 | 2 | 97.34 | 0 | 77.66 | 酯 | +4 | 13.21 | +2 | 99.13 | 總計 | 12 | 16.81 | 10 | 20.07 |
注：表中+表示數(shù)量增加，-表示濃度增加，其他為去除的數(shù)量及濃度去除率。 綜上所述，由于系統(tǒng)Ⅰ和系統(tǒng)Ⅱ的原水不同，系統(tǒng)Ⅱ出廠水中增加的有機物濃度，多是由于回用系統(tǒng)Ⅰ生產(chǎn)廢水造成的，因此，一般性而言，回用生產(chǎn)廢水不會增加出廠水的污染，回用生產(chǎn)廢水是安全的，不會造成水中有機污染物的累積問題，而且回用生產(chǎn)廢水有利于提高有機物的去除率。
2.3.3 Ames試驗結(jié)果
由圖2-2和圖2-3可以得出以下結(jié)論：
?。?）4個水樣的有機濃集物在不加活化系統(tǒng)（S9）條件下對TA98和TA100菌株均呈陰性結(jié)果，說明4個水樣有機濃集物的Ames試驗檢測對TA98和TA100均無致突變效應(yīng)；
（2）不管有無回用生產(chǎn)廢水，對于TA98和TA100菌株，當(dāng)檢樣加入量達(dá)到2L水濃集物時，出廠水的MR值小于原水的MR值，但當(dāng)檢樣加入量小于1L時，兩系統(tǒng)出廠水的MR值出現(xiàn)大于系統(tǒng)Ⅰ原水的情況，說明氯消毒會使出廠水的致突變性增強，但MR值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2，這與出廠水中含有鹵代有機物濃度較低有關(guān)；
?。?）系統(tǒng)Ⅰ和系統(tǒng)Ⅱ的生產(chǎn)廢水都回用到系統(tǒng)Ⅱ，但當(dāng)檢樣加入量到2 L水濃集物時，系統(tǒng)Ⅱ出廠水的MR值均小于其原水和系統(tǒng)Ⅰ的MR值。說明回用生產(chǎn)廢水不會增強出廠水的致突變性。 
圖2-2 TA98不同水樣劑量反應(yīng)關(guān)系曲線
Figure2-2 Relation curve of dosage-reaction of TA98 different water samples
圖2-3TA100不同水樣劑量反應(yīng)關(guān)系曲線
Figure2-3 Relation curve of dosage-reaction of TA100 different water samples
自來水的Ames致突變率MR與水源水的CODMn數(shù)值有較好的相關(guān)關(guān)系，當(dāng)水源水的CODMn不大于4.0 mg/L，自來水中的CODMn不大于2.0 mg/L時，出廠水的Ames致突變率MR≤2(即致突變?yōu)殛幮?[[xiv]]。根據(jù)前文所述，試驗地的原水常年CODMn多在4.0 mg/L以下，出廠水CODMn不大于2.0 mg/L，這可能是該廠原水和有無回用生產(chǎn)廢水的出廠水的Ames致突變性均為陰性的原因。 3結(jié)論 1. 凈水廠生產(chǎn)廢水回用可以改善混凝條件，節(jié)省混凝劑投加量，主要機理是因為生產(chǎn)廢水中顆粒成為絮體的核心，增加了顆粒的碰撞機會以及被吸附架橋和卷掃的功能；
2. 存在改善混凝條件、節(jié)省投藥量的最佳含固率和最佳混合水濁度范圍，最佳含固率范圍是0.1~0.7%,最佳混合水濁度范圍是60~400NTU，對應(yīng)的節(jié)藥率為10~40%；澄清池排泥水、濾池反沖洗水和二者的混合水對混凝的作用規(guī)律相似；
3.在常規(guī)水處理工藝條件下，加強混凝和優(yōu)化過濾，生產(chǎn)廢水直接回用不會造成賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲等原生動物的累積；
4. 通過GC-MS檢測和Ames毒理學(xué)試驗，評價生產(chǎn)廢水回用后出廠水中的有機物含量和致突變性的變化，認(rèn)為回用生產(chǎn)廢水不會增加出廠水的污染，不會造成水中鹵代物等致癌有機污染物的累積，而且有利于提高有機物的去除率；回用生產(chǎn)廢水，出廠水有機濃集物在不加活化系統(tǒng)條件下對TA98和TA100均無致突變效應(yīng)，回用生產(chǎn)廢水沒有增強水的致突變性；
5.建立了利用最佳含固率控制生產(chǎn)廢水回用，混合水濁度校核微調(diào)生產(chǎn)廢水濃縮工況的優(yōu)化工藝，改變了傳統(tǒng)的沉淀澄清后再回用的做法，具有顯著的經(jīng)濟效益。 參考文獻(xiàn) 1. Panagiotis Karanis,Dirk Schoenen and H.M.Seitz,Distribution and removal Giardia and Cryptosporidium in Water Supplies in Germany.Water science and technology.1998, 37(2):9~18
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