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過濾截污能力而產生的廢水。FBWW雜質主要由懸浮顆粒物、膠體雜質、細菌和細碎的絮凝體等組成。我國FBWW 約占水廠總產水量的1.5%～5%。目前國內大多數凈水廠對FBWW 均直接排放，不僅致使水資源浪費，且會對受納水體造成污染，因此將砂濾池反洗水進行安全有效回用，節約水資源，符合可持續發展社會的理念。
然而，如FBWW 作為凈水廠原水直接回用于處理系統中，將持續增加混凝- 沉淀單元的有機物和微生物負荷，有可能導致出水溶解性有機物（DOM）含量增加以及微生物泄露的問題。出水DOM 的增加會導致后續加氯消毒過程中三氯甲烷（THMs）和鹵乙酸（HAAs）等消毒副產物（DBPs）生成量增加，這類物質具有致癌作用，會對人們的健康造成隱患。因此，應對FBWW進行必要處理后進行回用。
美國國家環境保護局（USE-PA）推薦去除DBPs 前質的方法有混凝、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）技術對水中的顆粒物、膠體、細菌和大分子有機物具有較好的截留作用。混凝過程中投加粉末活性炭（PAC）可提高溶解性有機物去除效果，減小UF 膜通量的下降速率。因此，本試驗擬采用混凝- PAC-UF 工藝對砂濾反沖洗水進行處理，為凈水廠FBWW回用提供技術支持和理論依據。
1 材料與方法
1.1 原水水質
試驗在蘇州市某水廠中試基地內進行。FBWW與太湖原水的水質參數見表1 所示。
因此，與太湖水相比較，FBWW 濁度、有機物指標（UV254，DOC 含量和COD）均較高，如果作為凈水處理廠的原水進行回用，將增加水廠各處理單元的負荷。
1.2 試驗裝置和流程
試驗采用的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，設計產水量為70～90L/(m2·h)。試驗選用內壓式UF 膜，過濾方式為恒通量，死端過濾，膜運行通量為70 L/(m2·h)，工藝流程如圖1 所示。
試驗采用的混凝劑為聚合硫酸鐵（PFS），Fe 的質量分數為20%，Fe(II)質量分數小于0.05%。PAC，外觀呈粉末狀，黑色；過篩孔75 μm 的質量分數為90%，碘值（最小）為900mg/g，亞甲基藍值199mg/g。
1.3 分析方法
濁度測定采用HACH 2100N 濁度儀，DOC 測定采用OI 1030W 總有機碳測定儀，UV254采用ThermoEvolution300 紫外可見分光光度計測定，DOC 含量和UV254測定前使用0.45 m膜過濾。三鹵甲烷生成潛能（THMFP）測定時，先向水樣中投加次氯酸鈉，然后用磷酸緩沖溶液調節pH 至7，恒溫無光放置24h 后使用頂空氣相色譜法測定THMs 含量。
2 結果與討論
2.1 PAC 吸附強化混凝
2.1.1 PAC 投加量對去除效果的影響
取一系列細口瓶，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 后測定UV254和DOC 的質量濃度，確定PAC合理投加量，結果如圖2 所示。
由圖2 可知，在5～30 mg/L 時，隨著PAC 的投加量增加，DOC 和UV254的去除率隨之增加，當PAC的投加量自30 mg/L 繼續增加時，去除率上升趨勢開始平緩，說明繼續增加投加量對有機物的去除貢獻不大。且當PAC 投加量由15 增加至30 mg/L 時，PAC投加量的增加帶來的有機物去除效果增加不明顯，同時考慮到投加PAC 的技術經濟因素，后續中試中選擇PAC 投加量為15 mg/L。
2.1.2 PAC 投加時間對去除效果的影響
參照李開偉等在蘇州某水廠的小試參數，本試驗PAC 吸附強化混凝采用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，整個混凝過程HRT 為60 min。
分別在混凝進行至5、10、15、20、25、30 min 時投加PAC，混凝結束后后分析上清液UV254和DOC 去除率，確定PAC 最佳投加時間點。結果如圖3 所示。
從圖3 可知，在混凝過程進行到25 min 和30min 時投加PAC 對DOC 和UV254去除率分別約為27%和55%，此時PAC 的吸附時間為30～35 min。投加時間小于25 min 即吸附時間大于30 min 時，隨著吸附時間的增加，有機物的去除率反而呈下降趨勢，這可能是過早投加PAC 導致PAC 顆粒被絮凝體包裹從而影響PAC 對有機物的吸附作用。因此，在后續的組合工藝中，將混凝進行25 min 作為優化PAC 的投加時間點，此時吸附時間為35 min，以期獲得較好的有機物去除率的同時減少混凝攪拌時間。
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和懸浮顆粒含量的感官性狀指標。水中的膠體和懸浮顆粒不僅會影響水的感官性狀，同時也是水中各種細菌、病毒、污染物的載體，也是飲用水處理的主要去除對象。組合工藝對濁度的去除效果見圖4。
由圖4 可知，FBWW 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，取樣時間和放置時間的不同導致其濁度波動較大。混凝+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UF 處理負荷。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%，該組合工藝對濁度去除效果顯著。這是因為混凝以去除水中的膠體和細小懸浮物為主，在一定含量范圍內投加的PAC顆粒物質均會被混凝去除。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 顆粒物質等污染物質。
2.2.2 DOC
DOC 包含的碳通過燃燒或化學氧化轉化成二氧化碳，因此通過紅外吸收測定了二氧化碳的量，表征了水體受溶解性有機物污染的程度。混凝可以通過吸附電中和、架橋、網捕等作用去除DOC，PAC 主要通過物理吸附作用去除DOC，另外，UF 膜對有機物的去除主要通過篩分和吸附作用。試驗組合工藝在PAC 投加量為15 mg/L 時對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 含量變化趨勢基本一致，FBWW 原水DOC 的質量濃度為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 波動不大（質量濃度2.02～3.11 mg/L），說明該組合工藝能夠在原水水質一定變化情況下保證出水水質的穩定。
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、疏水性有機物腐殖酸的含量。在水處理中，UV254可作THMFP 等指標的替代參數，此外UV254還與三致物質（致畸變、致癌變、致癌變）和消毒副產物（DBPs）前驅物有良好的相關性。
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UV254的去除率平均分別為42.23%和51.39%。該組合工藝對UV254的去除率要高于對DOC 的40.54%的去除率，說明該組合工藝對于大分子、疏水性腐殖類有機物去除率較高。
2.2.4去除親疏水性有機物
比紫外吸光度（SUVA）的大小反應了水中親疏水性有機物的比例，較高說明水中大分子、疏水性腐殖類有機物較多，較低說明小分子、親水性有機物較多。因此可以通過對各階段出水SUVA 的分析比較，定性分析該組合工藝對FBWW 中親疏水性有機物的去除效果。
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 變化趨勢基本一致，而混凝+PAC 出水與FBWW 原水SUVA 的變化趨勢相關性較差。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原水經過混凝+PAC 出水較原水SUVA有一定降低，疏水性物質比例有所降低，這表明混凝+PAC 去除疏水性有機物的比例較親水性有機物高，而混凝+PAC+UF 出水SUVA 又有一定程度的上升，疏水性比例提高，親水性物質物質比例有所下降，這表明UF 在這個組合工藝中去除的親性有機物比例較疏水性有機物高。總體來看，該組合工藝對疏水性有機物去除率大于對親水性有機物去除率。
2.2.5 THMFP
THMFP 是指水樣在一定加氯反應條件下生成三鹵甲烷（THMs）的量，表征了該水樣在后續消毒過程中產生THMs 的能力。本試驗THMFP 的測定方法如下：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節pH 至7，恒溫無光靜置培養24 h 以保證THMs 生成反應完全，所檢測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 的規定，也低于美國國家環境保護局飲用水標準（EPA 822-R-04-005）的80 μg/L[8-9]。與未經處理FBWW相比，THMs生成量經過混凝降低了72.15%，PAC 強化混凝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物前質。THMs 的形成主要是DOM和微生物殘體與氯反應的結果，大多數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://www.xhxdt.com更多相關技術文檔。
3 結論
PAC 吸附試驗表明，當PAC 投加量超過15 mg/L時，繼續增加PAC 投加量對有機污染物的去除效果提高作用有限，考慮技術經濟因素確定15 mg/L 為PAC 的合適投加量。
PAC 吸附強化混凝試驗結果表明，混凝過程進行到20～25 min 投加PAC 對DOC 和UV254有較好的去除效果，此時PAC 吸附時間為30～35 min。
混凝-PAC-UF 組合工藝對UV254去除率大于對DOC 去除率，且組合工藝出水SUVA 相比FBWW變小，說明該組合工藝對疏水性有機物去除率大于對親水性有機物去除率。
混凝-PAC-UF 組合工藝可有效去除砂濾池反洗水中的有機物和懸浮顆粒物，并且可以顯著降低反洗水THMFP。因此，FBWW 經過混凝-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，并且符合節能減排、保護水資源的要求。
