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洗車廢水回用工藝分類詳析

【格林大講堂】

       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(jù)統(tǒng)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(huán)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(zhì),污染周邊的江湖河流,使自然生態(tài)環(huán)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(wǎng),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(jié)水與降低洗車成本的必然趨勢。

       洗車廢水的水質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)較多,機洗廢水中含油量較高。

       按洗車行的規(guī)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。

傳統(tǒng)處理工藝

       傳統(tǒng)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(jīng)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(zhì)的目的。隨后再經(jīng)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(tǒng)即節(jié)省了城市的供水量,又減少了排污量,節(jié)約了水資源,年節(jié)約資金140.89萬元。

       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(jīng)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(jīng)活性炭吸附脫色,最后經(jīng)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(zhì)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。

膜濾法

       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(wèi)生間沖洗水的混合液,日處理量為192m³/d。在原處理工藝中,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(jié)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(chuàng)造了極大的經(jīng)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(fā)現(xiàn),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(fā)現(xiàn),NF270具有很大的優(yōu)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。

物化處理工藝

       根據(jù)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(zhì)標準對洗車廢水回用水質(zhì)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(jīng)濟,基本不受溫度影響。但是該工藝在運行時需要經(jīng)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(chǎn)品在國內(nèi)還有奚旦立等人設計的洗車廢水回用設備。

       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(jīng)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(zhì)達到《生活雜用水水質(zhì)標準》。

       在國外,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(zhì)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(zhì),最后經(jīng)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(fā)現(xiàn),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(zhì)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(zhì)指標而變化。

       在混凝劑的選擇方面,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(zhì)的最佳混凝劑及最佳投藥量。試驗表明,Al₂(SO₄)₃,FeCl₃,PAC處理產(chǎn)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。

電解法

       采用電解法處理洗車廢水,廢水首先進入調(diào)節(jié)池,其目的是減少水量和水質(zhì)變動對廢水處理工藝過程的影響,以均和水質(zhì)、存盈補缺,使后續(xù)處理設備在運行期間能得到均衡的進水量和穩(wěn)定的水質(zhì),達到理想的處理效果。從調(diào)節(jié)池流出的水泵入電解反應罐,經(jīng)過電解反應,產(chǎn)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(jīng)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(nèi)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。

膜生物反應器

       膜生物反應器是近年來發(fā)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(tǒng),由膜組件取代傳統(tǒng)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?zhèn)鹘y(tǒng)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(yōu)點。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(wěn)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(yōu)勢更加明顯。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(xiàn)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(wěn)定,例如在陰雨天氣很多洗車場出現(xiàn)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。在試驗中發(fā)現(xiàn),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(tǒng)對COD的去除增加,當溫度超過25℃時,出水COD穩(wěn)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。

磁種-磁分離法

       磁種-磁分離法與傳統(tǒng)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(yōu)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(zhì)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(jīng)過鋼毛介質(zhì)縫隙排出,而磁性凝聚體被捕集在鋼毛上,從而實現(xiàn)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(zhì)標準。

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。采用此工藝處理廣州市天河區(qū)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(wěn)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(zhì)標準,并且產(chǎn)生污泥的含水率低于常規(guī)絮凝沉淀法,不需要設置污泥濃縮設備,與傳統(tǒng)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(yōu)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(tǒng)處理工藝不能處理這類廢水。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。 

污泥處理

       洗車廢水在處理后會產(chǎn)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(jīng)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(zhì),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(nóng)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(guī)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。

       目前洗車行業(yè)已經(jīng)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(jīng)立法化。德國和澳大利亞規(guī)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(jīng)營許可需要回用70%的廢水。在我國,國家經(jīng)貿(mào)委、國家稅務總局也于2003年頒布了《當前國家鼓勵發(fā)展的節(jié)水設備(產(chǎn)品)目錄》(第二批)的公告,其中對自動洗車廢水處理循環(huán)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(zhì)達到《生活雜用水水質(zhì)標準》(CJ25.1-89)。因此,洗車廢水回用將成為洗車行業(yè)的發(fā)展方向,即可以減少污染物質(zhì)的排放,又可以節(jié)約洗車成本。

       洗車廢水水質(zhì)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(jīng)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(zhì)仍缺乏可供參考的最佳洗車工藝,有待進一步探索研究。