廢水回收利用，洗車廢水回用工藝

近年來,隨著人民生活水平逐漸提高,家庭用車成倍增長,加劇了洗車水的大量消耗與水資源短缺之間的矛盾。目前重慶市大約有600家洗車行,據統計,清洗1輛小型汽車需用水0.20m³,按每家洗車行平均每天洗30輛車計算,重慶市每天需消耗自來水3600m³,每年消耗131.4萬m³自來水。目前,重慶市洗車用水為30元/m³,每年用于洗車用水的消費為3942萬元。同時,許多洗車行的洗車廢水直接排入下水管道,不但影響市容及人民生活環境,而且因廢水中含有油類、有機物、表面活性劑等難降解物質,污染周邊的江湖河流,使自然生態環境受到人為破壞。此外,洗車廢水中還夾帶大量泥砂,長期排放這些泥砂會堵塞城市的排水管網,導致排水不暢。

　　由此可見,洗車廢水的處理及回用已成為減少污染、節水與降低洗車成本的必然趨勢。

1洗車廢水水質

　　洗車廢水的水質因清洗的車輛類型、洗車功能、清洗方式的不同而存在差異:第一,對于多跑短途的小型車而言,車輛上沾染的灰塵與泥沙較多,而油類物質相對較少,因而污染物較為單一。而對于長途車而言,車輛上沾染的油類物質較多,其成分較為復雜;第二,單純的洗車廢水中泥沙、洗滌劑等物質較多,洗車和修車的廢水中含油量大大增加,其他污染物濃度也較大;第三,人工洗車廢水中洗滌劑等物質較多,機洗廢水中含油量較高。

2洗車廢水回用

　　按洗車行的規模劃分,可以分為大型洗車場和分散在城市中的小型洗車行。大型洗車場洗車廢水水量比較集中,水量大;而小型洗車行水量相對較小,會受到空間和資金等條件的制約。

2.1大型洗車廠廢水回用工藝

2.1.1傳統處理工藝

　　傳統處理工藝主要采用沉淀—除油—過濾的處理工藝。如太原晉祠機動車清洗中心的洗車廢水。洗車廢水經水管渠集中自流到平流式沉淀池,去除較大的懸浮物及泥砂,然后進入氣浮池采用氣浮法除油。其原理是壓力容器浮渣法,利用壓力溶氣水驟然減壓釋放的大量微氣泡與混凝形成的礬花附形成密度小于水的帶氣泡載體,載體上浮到水面,形成浮渣,達到除油凈化水質的目的。隨后再經2次氣浮兩級混凝、沉淀后到濾池進行過濾,使水的濁度、BOD₅、COD等達到回用水標準,并在貯水池前加次氯酸鈉降解大腸菌群。此處理系統即節省了城市的供水量,又減少了排污量,節約了水資源,年節約資金140.89萬元。

　　A.Al-Odwani等采用沉降-除油-砂濾-活性炭過濾-濾芯過濾的工藝處理科威特某自動洗車場的洗車廢水。廢水首先進入斜板沉降池,通過重力作用去除泥砂、塵土等重粒子,再經油水分離裝置除去洗車廢水中的油成分。好的油水分離裝置幾乎能夠去除廢水中100%的油。隨后通過砂濾去除大粒子和離子等,再經活性炭吸附脫色,最后經5μm的濾芯過濾得到最終出水。試驗表明,出水完全符合非飲用水水質標準,但有少許泡沫。此裝置能夠滿足洗車場75%的用水,另外需25%的自來水用于反沖洗裝置和末沖洗汽車。

2.1.2膜濾法

　　王建玲等采用膜濾法處理黑龍江省龍運客運集團客車車身清洗水與衛生間沖洗水的混合液,日處理量為192m³/d。在原處理工藝中(圖2),由于納濾前缺乏足夠的預處理,使得含懸浮物及有機物濃度很高的原水直接進入納濾工藝,導致了納濾膜工作負荷高,工作周期短,需對納濾膜頻繁藥洗,運行費用較高。在改進工藝中(圖3)增加了藥劑投加裝置、砂濾柱、活性炭柱,使得納濾膜運行周期增加,并使集團節約運行費用1.7萬元/a,出水達到了洗車回用國家標準。邊喜龍等也使用類似方法處理洗車廢水,創造了極大的經濟效益和社會效益。

　　使用膜濾法處理洗車廢水時,在膜的選擇方面,K.Karakulski等通過對比超濾膜和納濾膜在處理洗車廢水的效果時發現,應用納濾膜回用洗車廢水可以在較低膜污染的情況下獲得較高的除處效率。K.Boussu等通過比較親水性膜NF270和疏水性膜NFPES10的處理效果發現,NF270具有很大的優勢,它的滲透通量可以達到45L/m²·h,并且能夠去處95%的表面活性劑和有機物。另外,NF270只需用純水反沖洗15min就可恢復至新膜在純水中的滲透通量。

2.2小型洗車行廢水回用工藝

2.2.1物化處理工藝

　　根據洗車廢水中要去除的污染物主要包括泥砂等顆粒物、有機物、陰離子洗滌劑等三大類,崔福義等采用混凝沉淀—砂濾—活性炭過濾—精密過濾—超濾工藝處理洗車廢水,試驗結果表明:出水完全滿足我國生活雜用水水質標準對洗車廢水回用水質的要求。其中,活性炭過濾對COD和陰離子洗滌劑的去除起著重要的作用,混凝沉淀和砂濾對除濁起主要作用,精密過濾雖然對有機物的去除率為10%～30%,對陰離子表面活性劑幾乎沒什么作用,但可以去除30%～50%的濁度,使進入膜之前的濁度滿足在10NTU以下的要求,減少膜的堵塞。因此,所選定的各單元對洗車廢水的處理都是十分重要的,缺一不可。每個單元也都有其特定的去除對象,只有將它們組合到一起才能達到最終的處理要求。此法運用過濾、吸附等物理原理將水中的污染物去除,出水效果良好;設備安裝簡便,軟硬管均可;占地面積小,使用經濟,基本不受溫度影響。但是該工藝在運行時需要經常對設備反沖洗,其中對污染物去除起主要作用的活性炭處理能力容易飽和,在使用一段時間后需更換或再生,精密過濾中的濾芯需定期更換,超濾膜組件也需定期進行反洗才能維持對有機物的處理效率,這些都使得此工藝運行成本增加。因此,造價及處理成本是物化處理工藝的主要問題。與此種工藝類似的產品在國內還有奚旦立等人設計的洗車廢水回用設備。

　　周國強等設計的洗車廢水回用裝置將水力旋流器、生物過濾器、納濾器組合在一起成為一套一體化裝置,是機械分離工藝、生物濾池工藝、膜分離工藝的有機結合。此工藝主要利用水力旋流的原理,將廢水中的泥砂、懸浮物、部分油去除。然后,進入生物過濾器過濾,去除大部分懸浮物、油,并可對廢水中的有機物進行部分降解,經過濾后的出水,進入納濾器進一步過濾,以去除小分子懸浮物、油、表面活性劑以及大腸桿菌等微生物,處理后的出水水質達到《生活雜用水水質標準》。

　　在國外,Toyozo Hamada等使用絮凝-超濾膜-活性炭吸附的工藝回用洗車廢水。油類物質和水中大量的顆粒首先通過絮凝作用去除,然后超濾膜可以去除無法通過絮凝作用除去的小顆粒物質,最后經活性炭吸附除去洗車廢水中的表面活性劑。在試驗中通過對比各種混凝劑的處理效果時發現,配制混合混凝劑,其中斑脫土、Al₂(SO₄)₃、褐藻酸鈉和陽離子聚丙烯酰胺的質量比為48∶48∶2∶2時,在絮凝階段對廢水中的COD和濁度的去處效果最明顯。并且超濾膜的滲透通量會隨著膜本身的材料和進水的水質指標而變化。

　　在混凝劑的選擇方面,曾斌等人選用4種無機混凝劑:硫酸鋁[Al₂(SO₄)₃]、三氯化鐵(FeCl₃)、硫酸亞鐵(FeSO₄)、堿式氯化鋁(PAC)和1種有機混凝劑:聚丙烯酰胺(PAM),通過對比試驗研究確定了適合洗車廢水水質的最佳混凝劑及最佳投藥量。試驗表明,Al₂(SO₄)₃,FeCl₃,PAC處理產生的礬花大且較密實.沉降速度快,混凝效果較好。并通過成本分析確定了最佳藥劑為Al₂(SO₄)₃,其處理成本為0.32～0.36元/t。

2.2.2電解法

　　儲金宇等采用電解法處理洗車廢水,廢水首先進入調節池,其目的是減少水量和水質變動對廢水處理工藝過程的影響,以均和水質、存盈補缺,使后續處理設備在運行期間能得到均衡的進水量和穩定的水質,達到理想的處理效果。從調節池流出的水泵入電解反應罐,經過電解反應,產生絮凝體,水中懸浮顆粒物和油乳化液小滴吸附在高度分散的、活性的氫氧化鋁微絮片上,富油絮片附著在生成的氣體氣泡上,并隨氣泡向上浮出,在液面上形成易于刮去的殘渣。電解罐中的清液部分再經砂濾罐過濾,送入蓄水池以待再利用。此外,電解罐上面殘渣由刮渣板刮到出渣槽內排外,另行處理。此工藝無需添加氧化劑、絮凝劑等化學藥品,設備體積小,占地面積少,操作簡便靈活且費用較低。

2.2.3膜生物反應器

　　膜生物反應器是近年來發展起來的一項高效水處理裝置。它將分離工程中的膜技術應用于好氧活性污泥處理系統,由膜組件取代傳統生化處理技術中的二次沉淀池和砂濾池,用膜分離技術代替傳統方法中的重力式沉淀泥水分離技術方式,具有適應性強、降解效率高、HRT和SRT可分別控制、裝置緊湊、簡潔等優點。楊宗政等采用普通活性污泥膜生物反應器處理洗車廢水,其中COD、NH₄⁺-N和礦物油的去除有很好的效果,而且比較穩定,但是對TP、LAS以及色度的去除效果不明顯,并認為色度是普通活性污泥膜生物反應器處理洗車廢水存在的關鍵技術難題。在隨后采用高效菌強化的膜生物反應器時,有效提高了MBR的污染物去除能力,尤其是對COD、NH₄⁺-N、LAS和色度的去除效果優勢更加明顯。王國謙等設計了上下兩層的二級膜生物反應器裝置處理洗車廢水,裝置占地面積小,并且處理效率大大提高。

　　但是在現實中運行時,MBR處理洗車廢水受到很多條件的限制。首先,MBR需要不間斷的運行保持微生物的活性,但小型洗車場受氣候條件所限,廢水量不穩定,例如在陰雨天氣很多洗車場出現無車可洗的局面,導致MBR沒有廢水可處理,容易影響微生物的活性;其次,溫度對MBR處理效果也有一定影響。林國梁等在試驗中發現,溫度是影響COD去除效果的重要指標,隨著溫度的升高,MBR系統對COD的去除增加,當溫度超過25℃時,出水COD穩定在30mg·L^-1左右,溫度對COD的影響不再明顯。溫度的高低還會影響微生物的活性。同時,水溫越高,水的黏度越小,對膜分離越有利。溫度對膜通量的影響主要是通過影響混合液的黏度來間接影響膜通量。溫度越高,混合液的黏度就會越低,在中空纖維膜面上越易形成紊流,沖散濃差極化層,從而減小膜過濾阻力,促進膜通量提高。

2.2.4磁種-磁分離法

　　磁種-磁分離法與傳統的處理工藝比較,具有占地面積少、設備結構簡單、投資和運行費用低等優點。潘涌璋等針對洗車廢水中含有非磁性或弱磁性懸浮顆粒、總磷和油脂等污染物的水質特點,在洗車廢水中加入磁種和混凝劑,在攪拌桶中完成磁種和廢水中懸浮顆粒的混凝過程,然后由恒流泵或高位水箱,將含有磁性凝聚體的混合廢水送到磁分離器中進行固液分離。水經過鋼毛介質縫隙排出,而磁性凝聚體被捕集在鋼毛上,從而實現了廢水凈化。斷磁后,用水將鋼毛上的固體物沖洗下來,即為污泥。

結果表明,在磁種投加量為80mg/L,聚合氯化鋁用量為45mg/L,磁場強度為2000Gs,磁濾速度為80m/h的條件下,出水達到了生活用水水質標準。

2.2.5造粒流化床工藝

　　造粒流化床工藝是通過控制凝聚過程中的化學和流體力學條件,使水中的懸浮顆粒形成一種結構密實、粒徑大、沉降速度快的團粒型絮凝體。潘涌璋等采用此工藝(圖5)處理廣州市天河區一洗車場洗車廢水,其中PAC的作用在于通過壓縮雙電層和吸附架橋使水中的顆粒脫穩凝聚,從而形成了密度高、空隙率低的凝聚顆粒群,PAM的作用在于其帶電的長鏈能把許多細小的顆粒或顆粒群吸附、纏結在一起形成大顆粒。試驗結果表明,出水可達到國家洗車用水水質標準,并且產生污泥的含水率低于常規絮凝沉淀法,不需要設置污泥濃縮設備,與傳統處理工藝相比,具有占地面積小、設備結構簡單、投資和運行費用低等優點。

　　此外,用化學藥品取代毛刷設備直接在車體表面噴射表面活性劑的新型洗車方法的洗車廢水中,其化學品濃度高,成分復雜,傳統處理工藝不能處理這類廢水。吳學云等通過臭氧化過程、絮凝過程、固液分離過程和多級過濾過程回收此類洗車廢水,回收率達到85%以上。

2.3污泥處理

　　洗車廢水在處理后會產生大量的剩余污泥,太原晉祠機動車清洗中心的洗車廢水經處理后,在沉淀池沉下來的泥砂含水率在96%～98%之間,屬無機固體雜質,可直接到干化廠自然干化脫水。二級氣浮處理污泥,濾池反沖水濃縮污泥,氣浮泥渣和浮渣,含水率在97%全部進入帶式過濾機脫水,泥餅外運填埋或做肥料。李揚成通過分析洗車場剩余污泥中礦物油,重金屬鎘、鉛,以及氯的含量,得出污泥可用于造田、種植農作物,不宜種植吸鉛量較強的葉菜類蔬菜。對于受鉛污染嚴重的洗車場污泥最好用于植樹、栽花、栽草或用于燒磚瓦。由于受規模和條件所限,小型洗車廠可以考慮定期收集污泥,由市政部門對污泥進行集中處置。

3結論與展望

　　目前洗車行業已經意識到洗車廢水回用的必要性,并且許多歐洲國家對洗車廢水回用已經立法化。德國和澳大利亞規定廢水回用比例最小應為80%,荷蘭和北歐一些國家,清洗一輛汽車最多只允許使用60～70L的自來水,而且在比利時,未來洗車場若要獲得經營許可需要回用70%的廢水。在我國,國家經貿委、國家稅務總局也于2003年頒布了《當前國家鼓勵發展的節水設備(產品)目錄》(第二批)的公告,其中對自動洗車廢水處理循環使用設備的技術要求為:處理量大于1m³/h,功耗小于0.2kW,體積小于1m³,占地面積小于0.5m²,處理后水質達到《生活雜用水水質標準》(CJ25.1-89)。因此,洗車廢水回用將成為洗車行業的發展方向,即可以減少污染物質的排放,又可以節約洗車成本。

　　洗車廢水水質因清洗的車輛類型、洗車功能、清洗方式不同而有很大差異,因此在洗車廢水回用工藝的設計上,應當本著高效、簡單、實用、經濟的原則進行設計。目前,針對不同地域、不同洗車流程、不同水質仍缺乏可供參考的最佳洗車工藝,有待進一步探索研究。