新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新疆 石河子 832000

石河子市位于新疆北部，天山北麓中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，東臨瑪納斯河，西至沙灣縣烏蘭烏蘇鎮(zhèn)與上戶地，南臨山前，北至西岸大渠。行政區(qū)劃面積487km2，是天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的中心區(qū)域。雖然石河子市地下水資源相對(duì)豐富，但地下水開(kāi)采的機(jī)井平均密度達(dá)到每平方公里1眼井且分布不均，部分地區(qū)已達(dá)2-3眼井每平方公里，嚴(yán)重超量采水。近年部分濕地面積銳減，泉溝出現(xiàn)斷流。因此，更有必要從地表水廠挖掘節(jié)水潛力，減少自用水量，達(dá)到節(jié)水目的。根據(jù)《石河子市水資源公報(bào)》顯示目前石河子市總供水量為17667萬(wàn)m3，其中地表水供水量6261萬(wàn)m3，主要來(lái)源于瑪納斯河。據(jù)調(diào)研，以石河子北工業(yè)園區(qū)自來(lái)水廠為例，供水量為10萬(wàn)m3/d，水廠目前反沖洗水量占總水量的5%，則反沖洗水量為0.5萬(wàn)m3/d，目前這部分生產(chǎn)廢水直接排放，通過(guò)本項(xiàng)目研究每年可回收利用的水量為182.5萬(wàn)m3。

有研究表明，反沖洗水中主要含有一些脫穩(wěn)顆粒，混凝劑，穩(wěn)定的膠體顆粒等，全部直接回用濁度過(guò)大會(huì)造成出水水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)。通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)幕亓鞅韧瑫r(shí)投加一定量的混凝劑可提高混凝效果。本文通過(guò)混凝小試試驗(yàn)測(cè)定在不同回流比與不同混凝劑投加量的情況下混凝沉淀出水水質(zhì)中的濁度值，確定濾池反沖洗水的最佳回流比與最佳混凝劑投藥量，為給水廠提高產(chǎn)水率、降低成本提供技術(shù)參考，同時(shí)為緩解工業(yè)園區(qū)用水緊張、推進(jìn)節(jié)水型工業(yè)園區(qū)建設(shè)提供新思路。

1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)石河子北工業(yè)園區(qū)給水廠進(jìn)行，該廠以瑪納斯河水為原水，采用傳統(tǒng)處理工藝，即混凝—沉淀—過(guò)濾—消毒。該水廠采用連續(xù)流砂濾池進(jìn)行過(guò)濾，濾池出水直接作為反沖洗用水，反沖洗周期為36h，反沖洗以氣沖、氣水混沖和水沖三種方式進(jìn)行，具體參數(shù)見(jiàn)表1。濾池水廠所用混凝劑為液體聚氯化鋁(PAC)，小試期間混凝劑的投加量為6、11、18mg/L。

表1 反沖洗形式與參數(shù)設(shè)置

2 試驗(yàn)方法

取反沖洗中氣水混沖階段的廢水與原水按比例混合，作為試驗(yàn)樣本進(jìn)行混凝小試試驗(yàn)。試驗(yàn)期間水廠原水、濾池反沖洗氣水混沖階段廢水的水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)用水水質(zhì)

3 結(jié)果與討論

按照回流比為0、5%、10%、15%將反沖廢水與原水混合后分別投加6、11、18mg/LPAC進(jìn)行混凝試驗(yàn)，取混凝沉淀后，取燒杯中的上清液作為試驗(yàn)樣本，檢測(cè)濁度值，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，在同一回流比下，隨著混凝劑投加量的增加，出水濁度大幅下降。在同一混凝劑投加量下，隨著回流比的升高，出水濁度不升反降，說(shuō)明直接回用反沖水能夠增強(qiáng)混凝效果。有研究指出，回用生產(chǎn)廢水能夠提高混凝效果的原理主要在于化學(xué)、物理兩方面的作用，其中化學(xué)作用的產(chǎn)生是由于大量的金屬氫氧化物脫穩(wěn)膠體粒子存在于生產(chǎn)廢水中，使膠體顆粒表面所帶電荷數(shù)量發(fā)生改變，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閹щ婎w粒從而產(chǎn)生靜電吸附作用。而物理作用的產(chǎn)生是因?yàn)樯a(chǎn)廢水中含有大量膠體粒子，其回用會(huì)提高原水中膠體的濃度，由混凝動(dòng)力學(xué)判斷，膠體顆粒間碰撞機(jī)會(huì)大大提高，使膠體易于凝聚，從而達(dá)到強(qiáng)化混凝的效果。小試試驗(yàn)中對(duì)三種PAC投加量下對(duì)應(yīng)的混凝沉淀出水濁度進(jìn)行了測(cè)定。從確保飲用水質(zhì)量安全角度出發(fā)，認(rèn)為混凝沉淀出水濁度在1NTU時(shí)達(dá)標(biāo)，在不回用反沖洗水的情況下，即回流比為0%時(shí)，需要投加18mg/L PAC才能保證出水濁度在1NTU以下，但從圖1中明顯看出，在直接回用濾池反沖廢水時(shí)，出水水質(zhì)的濁度值在回流比增大的情況下出現(xiàn)明顯的下降，當(dāng)回流比控制在15%、混凝劑投加量為11mg/L的情況下，完全實(shí)現(xiàn)出水濁度值低于1NTU，且低于不回用反沖洗水的情況。通過(guò)這種方式可以節(jié)省混凝劑的用量、降低運(yùn)行成本、提高產(chǎn)水率，節(jié)約水資源的同時(shí)提高出水水質(zhì)。

圖1 回流比與PAC投加量對(duì)出水濁度的影響

4 結(jié)論

通過(guò)以上試驗(yàn)得出，在濾池反沖洗水回流比為15%，投加混凝劑藥量為11mg/L時(shí)能保證沉淀出水水質(zhì)的濁度值在1NTU以下，與不回用反沖洗的水的情況對(duì)比，直接回用濾池反沖洗水不僅可以降低混凝劑用量、節(jié)約成本同時(shí)出水水質(zhì)得到提升。本研究為給水廠提高產(chǎn)水效率、降低運(yùn)行成本提供技術(shù)參考，同時(shí)為緩解工業(yè)園區(qū)用水緊張、推進(jìn)節(jié)水型工業(yè)園區(qū)建設(shè)提供新的思路，在創(chuàng)造良好的環(huán)境效益與可觀的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，減輕了石河子市近期城鎮(zhèn)用水對(duì)地下水資源的壓力，這將在保護(hù)城市地下水源和阻止城市地下水位持續(xù)下降方面發(fā)揮積極影響。