废水回收利用，洗车废水回用工艺

近年来,随着人民生活水平逐渐提高,家庭用车成倍增长,加剧了洗车水的大量消耗与水资源短缺之间的矛盾。目前重庆市大约有600家洗车行,据统计,清洗1辆小型汽车需用水0.20m³,按每家洗车行平均每天洗30辆车计算,重庆市每天需消耗自来水3600m³,每年消耗131.4万m³自来水。目前,重庆市洗车用水为30元/m³,每年用于洗车用水的消费为3942万元。同时,许多洗车行的洗车废水直接排入下水管道,不但影响市容及人民生活环境,而且因废水中含有油类、有机物、表面活性剂等难降解物质,污染周边的江湖河流,使自然生态环境受到人为破坏。此外,洗车废水中还夹带大量泥砂,长期排放这些泥砂会堵塞城市的排水管网,导致排水不畅。

　　由此可见,洗车废水的处理及回用已成为减少污染、节水与降低洗车成本的必然趋势。

1洗车废水水质

　　洗车废水的水质因清洗的车辆类型、洗车功能、清洗方式的不同而存在差异:第一,对于多跑短途的小型车而言,车辆上沾染的灰尘与泥沙较多,而油类物质相对较少,因而污染物较为单一。而对于长途车而言,车辆上沾染的油类物质较多,其成分较为复杂;第二,单纯的洗车废水中泥沙、洗涤剂等物质较多,洗车和修车的废水中含油量大大增加,其他污染物浓度也较大;第三,人工洗车废水中洗涤剂等物质较多,机洗废水中含油量较高。

2洗车废水回用

　　按洗车行的规模划分,可以分为大型洗车场和分散在城市中的小型洗车行。大型洗车场洗车废水水量比较集中,水量大;而小型洗车行水量相对较小,会受到空间和资金等条件的制约。

2.1大型洗车厂废水回用工艺

2.1.1传统处理工艺

　　传统处理工艺主要采用沉淀—除油—过滤的处理工艺。如太原晋祠机动车清洗中心的洗车废水。洗车废水经水管渠集中自流到平流式沉淀池,去除较大的悬浮物及泥砂,然后进入气浮池采用气浮法除油。其原理是压力容器浮渣法,利用压力溶气水骤然减压释放的大量微气泡与混凝形成的矾花附形成密度小于水的带气泡载体,载体上浮到水面,形成浮渣,达到除油净化水质的目的。随后再经2次气浮两级混凝、沉淀后到滤池进行过滤,使水的浊度、BOD₅、COD等达到回用水标准,并在贮水池前加次氯酸钠降解大肠菌群。此处理系统即节省了城市的供水量,又减少了排污量,节约了水资源,年节约资金140.89万元。

　　A.Al-Odwani等采用沉降-除油-砂滤-活性炭过滤-滤芯过滤的工艺处理科威特某自动洗车场的洗车废水。废水首先进入斜板沉降池,通过重力作用去除泥砂、尘土等重粒子,再经油水分离装置除去洗车废水中的油成分。好的油水分离装置几乎能够去除废水中100%的油。随后通过砂滤去除大粒子和离子等,再经活性炭吸附脱色,最后经5μm的滤芯过滤得到最终出水。试验表明,出水完全符合非饮用水水质标准,但有少许泡沫。此装置能够满足洗车场75%的用水,另外需25%的自来水用于反冲洗装置和末冲洗汽车。

2.1.2膜滤法

　　王建玲等采用膜滤法处理黑龙江省龙运客运集团客车车身清洗水与卫生间冲洗水的混合液,日处理量为192m³/d。在原处理工艺中(图2),由于纳滤前缺乏足够的预处理,使得含悬浮物及有机物浓度很高的原水直接进入纳滤工艺,导致了纳滤膜工作负荷高,工作周期短,需对纳滤膜频繁药洗,运行费用较高。在改进工艺中(图3)增加了药剂投加装置、砂滤柱、活性炭柱,使得纳滤膜运行周期增加,并使集团节约运行费用1.7万元/a,出水达到了洗车回用国家标准。边喜龙等也使用类似方法处理洗车废水,创造了极大的经济效益和社会效益。

　　使用膜滤法处理洗车废水时,在膜的选择方面,K.Karakulski等通过对比超滤膜和纳滤膜在处理洗车废水的效果时发现,应用纳滤膜回用洗车废水可以在较低膜污染的情况下获得较高的除处效率。K.Boussu等通过比较亲水性膜NF270和疏水性膜NFPES10的处理效果发现,NF270具有很大的优势,它的渗透通量可以达到45L/m²·h,并且能够去处95%的表面活性剂和有机物。另外,NF270只需用纯水反冲洗15min就可恢复至新膜在纯水中的渗透通量。

2.2小型洗车行废水回用工艺

2.2.1物化处理工艺

　　根据洗车废水中要去除的污染物主要包括泥砂等颗粒物、有机物、阴离子洗涤剂等三大类,崔福义等采用混凝沉淀—砂滤—活性炭过滤—精密过滤—超滤工艺处理洗车废水,试验结果表明:出水完全满足我国生活杂用水水质标准对洗车废水回用水质的要求。其中,活性炭过滤对COD和阴离子洗涤剂的去除起着重要的作用,混凝沉淀和砂滤对除浊起主要作用,精密过滤虽然对有机物的去除率为10%～30%,对阴离子表面活性剂几乎没什么作用,但可以去除30%～50%的浊度,使进入膜之前的浊度满足在10NTU以下的要求,减少膜的堵塞。因此,所选定的各单元对洗车废水的处理都是十分重要的,缺一不可。每个单元也都有其特定的去除对象,只有将它们组合到一起才能达到最终的处理要求。此法运用过滤、吸附等物理原理将水中的污染物去除,出水效果良好;设备安装简便,软硬管均可;占地面积小,使用经济,基本不受温度影响。但是该工艺在运行时需要经常对设备反冲洗,其中对污染物去除起主要作用的活性炭处理能力容易饱和,在使用一段时间后需更换或再生,精密过滤中的滤芯需定期更换,超滤膜组件也需定期进行反洗才能维持对有机物的处理效率,这些都使得此工艺运行成本增加。因此,造价及处理成本是物化处理工艺的主要问题。与此种工艺类似的产品在国内还有奚旦立等人设计的洗车废水回用设备。

　　周国强等设计的洗车废水回用装置将水力旋流器、生物过滤器、纳滤器组合在一起成为一套一体化装置,是机械分离工艺、生物滤池工艺、膜分离工艺的有机结合。此工艺主要利用水力旋流的原理,将废水中的泥砂、悬浮物、部分油去除。然后,进入生物过滤器过滤,去除大部分悬浮物、油,并可对废水中的有机物进行部分降解,经过滤后的出水,进入纳滤器进一步过滤,以去除小分子悬浮物、油、表面活性剂以及大肠杆菌等微生物,处理后的出水水质达到《生活杂用水水质标准》。

　　在国外,Toyozo Hamada等使用絮凝-超滤膜-活性炭吸附的工艺回用洗车废水。油类物质和水中大量的颗粒首先通过絮凝作用去除,然后超滤膜可以去除无法通过絮凝作用除去的小颗粒物质,最后经活性炭吸附除去洗车废水中的表面活性剂。在试验中通过对比各种混凝剂的处理效果时发现,配制混合混凝剂,其中斑脱土、Al₂(SO₄)₃、褐藻酸钠和阳离子聚丙烯酰胺的质量比为48∶48∶2∶2时,在絮凝阶段对废水中的COD和浊度的去处效果最明显。并且超滤膜的渗透通量会随着膜本身的材料和进水的水质指标而变化。

　　在混凝剂的选择方面,曾斌等人选用4种无机混凝剂:硫酸铝[Al₂(SO₄)₃]、三氯化铁(FeCl₃)、硫酸亚铁(FeSO₄)、碱式氯化铝(PAC)和1种有机混凝剂:聚丙烯酰胺(PAM),通过对比试验研究确定了适合洗车废水水质的最佳混凝剂及最佳投药量。试验表明,Al₂(SO₄)₃,FeCl₃,PAC处理产生的矾花大且较密实.沉降速度快,混凝效果较好。并通过成本分析确定了最佳药剂为Al₂(SO₄)₃,其处理成本为0.32～0.36元/t。

2.2.2电解法

　　储金宇等采用电解法处理洗车废水,废水首先进入调节池,其目的是减少水量和水质变动对废水处理工艺过程的影响,以均和水质、存盈补缺,使后续处理设备在运行期间能得到均衡的进水量和稳定的水质,达到理想的处理效果。从调节池流出的水泵入电解反应罐,经过电解反应,产生絮凝体,水中悬浮颗粒物和油乳化液小滴吸附在高度分散的、活性的氢氧化铝微絮片上,富油絮片附着在生成的气体气泡上,并随气泡向上浮出,在液面上形成易于刮去的残渣。电解罐中的清液部分再经砂滤罐过滤,送入蓄水池以待再利用。此外,电解罐上面残渣由刮渣板刮到出渣槽内排外,另行处理。此工艺无需添加氧化剂、絮凝剂等化学药品,设备体积小,占地面积少,操作简便灵活且费用较低。

2.2.3膜生物反应器

　　膜生物反应器是近年来发展起来的一项高效水处理装置。它将分离工程中的膜技术应用于好氧活性污泥处理系统,由膜组件取代传统生化处理技术中的二次沉淀池和砂滤池,用膜分离技术代替传统方法中的重力式沉淀泥水分离技术方式,具有适应性强、降解效率高、HRT和SRT可分别控制、装置紧凑、简洁等优点。杨宗政等采用普通活性污泥膜生物反应器处理洗车废水,其中COD、NH₄⁺-N和矿物油的去除有很好的效果,而且比较稳定,但是对TP、LAS以及色度的去除效果不明显,并认为色度是普通活性污泥膜生物反应器处理洗车废水存在的关键技术难题。在随后采用高效菌强化的膜生物反应器时,有效提高了MBR的污染物去除能力,尤其是对COD、NH₄⁺-N、LAS和色度的去除效果优势更加明显。王国谦等设计了上下两层的二级膜生物反应器装置处理洗车废水,装置占地面积小,并且处理效率大大提高。

　　但是在现实中运行时,MBR处理洗车废水受到很多条件的限制。首先,MBR需要不间断的运行保持微生物的活性,但小型洗车场受气候条件所限,废水量不稳定,例如在阴雨天气很多洗车场出现无车可洗的局面,导致MBR没有废水可处理,容易影响微生物的活性;其次,温度对MBR处理效果也有一定影响。林国梁等在试验中发现,温度是影响COD去除效果的重要指标,随着温度的升高,MBR系统对COD的去除增加,当温度超过25℃时,出水COD稳定在30mg·L^-1左右,温度对COD的影响不再明显。温度的高低还会影响微生物的活性。同时,水温越高,水的黏度越小,对膜分离越有利。温度对膜通量的影响主要是通过影响混合液的黏度来间接影响膜通量。温度越高,混合液的黏度就会越低,在中空纤维膜面上越易形成紊流,冲散浓差极化层,从而减小膜过滤阻力,促进膜通量提高。

2.2.4磁种-磁分离法

　　磁种-磁分离法与传统的处理工艺比较,具有占地面积少、设备结构简单、投资和运行费用低等优点。潘涌璋等针对洗车废水中含有非磁性或弱磁性悬浮颗粒、总磷和油脂等污染物的水质特点,在洗车废水中加入磁种和混凝剂,在搅拌桶中完成磁种和废水中悬浮颗粒的混凝过程,然后由恒流泵或高位水箱,将含有磁性凝聚体的混合废水送到磁分离器中进行固液分离。水经过钢毛介质缝隙排出,而磁性凝聚体被捕集在钢毛上,从而实现了废水净化。断磁后,用水将钢毛上的固体物冲洗下来,即为污泥。

结果表明,在磁种投加量为80mg/L,聚合氯化铝用量为45mg/L,磁场强度为2000Gs,磁滤速度为80m/h的条件下,出水达到了生活用水水质标准。

2.2.5造粒流化床工艺

　　造粒流化床工艺是通过控制凝聚过程中的化学和流体力学条件,使水中的悬浮颗粒形成一种结构密实、粒径大、沉降速度快的团粒型絮凝体。潘涌璋等采用此工艺(图5)处理广州市天河区一洗车场洗车废水,其中PAC的作用在于通过压缩双电层和吸附架桥使水中的颗粒脱稳凝聚,从而形成了密度高、空隙率低的凝聚颗粒群,PAM的作用在于其带电的长链能把许多细小的颗粒或颗粒群吸附、缠结在一起形成大颗粒。试验结果表明,出水可达到国家洗车用水水质标准,并且产生污泥的含水率低于常规絮凝沉淀法,不需要设置污泥浓缩设备,与传统处理工艺相比,具有占地面积小、设备结构简单、投资和运行费用低等优点。

　　此外,用化学药品取代毛刷设备直接在车体表面喷射表面活性剂的新型洗车方法的洗车废水中,其化学品浓度高,成分复杂,传统处理工艺不能处理这类废水。吴学云等通过臭氧化过程、絮凝过程、固液分离过程和多级过滤过程回收此类洗车废水,回收率达到85%以上。

2.3污泥处理

　　洗车废水在处理后会产生大量的剩余污泥,太原晋祠机动车清洗中心的洗车废水经处理后,在沉淀池沉下来的泥砂含水率在96%～98%之间,属无机固体杂质,可直接到干化厂自然干化脱水。二级气浮处理污泥,滤池反冲水浓缩污泥,气浮泥渣和浮渣,含水率在97%全部进入带式过滤机脱水,泥饼外运填埋或做肥料。李扬成通过分析洗车场剩余污泥中矿物油,重金属镉、铅,以及氯的含量,得出污泥可用于造田、种植农作物,不宜种植吸铅量较强的叶菜类蔬菜。对于受铅污染严重的洗车场污泥最好用于植树、栽花、栽草或用于烧砖瓦。由于受规模和条件所限,小型洗车厂可以考虑定期收集污泥,由市政部门对污泥进行集中处置。

3结论与展望

　　目前洗车行业已经意识到洗车废水回用的必要性,并且许多欧洲国家对洗车废水回用已经立法化。德国和澳大利亚规定废水回用比例最小应为80%,荷兰和北欧一些国家,清洗一辆汽车最多只允许使用60～70L的自来水,而且在比利时,未来洗车场若要获得经营许可需要回用70%的废水。在我国,国家经贸委、国家税务总局也于2003年颁布了《当前国家鼓励发展的节水设备(产品)目录》(第二批)的公告,其中对自动洗车废水处理循环使用设备的技术要求为:处理量大于1m³/h,功耗小于0.2kW,体积小于1m³,占地面积小于0.5m²,处理后水质达到《生活杂用水水质标准》(CJ25.1-89)。因此,洗车废水回用将成为洗车行业的发展方向,即可以减少污染物质的排放,又可以节约洗车成本。

　　洗车废水水质因清洗的车辆类型、洗车功能、清洗方式不同而有很大差异,因此在洗车废水回用工艺的设计上,应当本着高效、简单、实用、经济的原则进行设计。目前,针对不同地域、不同洗车流程、不同水质仍缺乏可供参考的最佳洗车工艺,有待进一步探索研究。