洗車(chē)廢水多級(jí)過(guò)濾處理的效果

李英旭，徐冰峰，孟繁藝，毛湘云，汪柏春，何 潔

(1.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，云南昆明 650500；2.昆明市排水監(jiān)測(cè)站，云南昆明 650500)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)的數(shù)量有了顯著的增長(zhǎng)。車(chē)輛的急劇增加，帶來(lái)了洗車(chē)業(yè)的興旺發(fā)達(dá)。按每車(chē)每月洗1次，洗車(chē)需水預(yù)估100 L/車(chē)，昆明市1年的洗車(chē)用水將超190萬(wàn)m3，相當(dāng)于近10個(gè)翠湖(近20萬(wàn)m3)的蓄水。而昆明主城人均擁有水資源量不足300 m3，相當(dāng)于全國(guó)人均占有量的11%[1]。昆明連續(xù)幾年干旱少雨，城市供水形勢(shì)不容樂(lè)觀，為確保在用水高峰期市民用水需求，采取應(yīng)對(duì)旱情的必要節(jié)水措施非常迫切和必要。面對(duì)用水大戶(hù)——洗車(chē)行業(yè)，其對(duì)凈水的使用、排放的水量、廢水中的污染物等一系列問(wèn)題已不容忽視。

據(jù)實(shí)地對(duì)昆明市多家洗車(chē)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)昆明市洗車(chē)店大多采用高壓水槍沖洗方式，沖洗車(chē)輛后的廢水均采用排水溝收集，然后進(jìn)入多級(jí)沉淀池進(jìn)行預(yù)處理，最后由排水溝或管道匯入城市下水道。對(duì)多家洗車(chē)場(chǎng)的洗車(chē)廢水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)昆明市洗車(chē)行洗車(chē)廢水中主要污染物為油類(lèi)污物、洗滌劑、泥沙，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后色度、懸浮物、BOD5、LAS這4項(xiàng)指標(biāo)狀態(tài)不穩(wěn)定，且常超出《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ 343—2010)A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，甚至嚴(yán)重超標(biāo)。

因此，以昆明市某洗車(chē)場(chǎng)為處理回用對(duì)象，根據(jù)其色度、懸浮物、BOD5、LAS這4項(xiàng)指標(biāo)存在嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，建立了一套多級(jí)過(guò)濾的洗車(chē)廢水回用處理系統(tǒng)。

1 洗車(chē)廢水預(yù)處理現(xiàn)狀

1.1 洗車(chē)廢水預(yù)處理概況

對(duì)昆明市多家洗車(chē)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)昆明市多家洗車(chē)店采用三級(jí)沉淀池對(duì)洗車(chē)廢水進(jìn)行預(yù)處理。

以昆明市某洗車(chē)場(chǎng)的三級(jí)沉淀池為例，該三級(jí)沉淀池為鋼砼結(jié)構(gòu)。單個(gè)沉淀池的外形尺寸為2.0 m×1.5 m×1. 5 m，三個(gè)沉淀池外形尺寸相同。三個(gè)沉淀池之間設(shè)連通口(0.3 m×0.24 m×0.35 m)，廢水經(jīng)引入管(DN300)進(jìn)入第一級(jí)沉淀池，而后依次經(jīng)過(guò)連通口通過(guò)第二、第三級(jí)沉淀池，最后通過(guò)出水管排入城市下水道，如圖1所示。

圖1 既有三級(jí)沉淀池平面圖Fig.1 Plan of Existing Three Level Sedimentation Tank

1.2 預(yù)處理效果分析

對(duì)該洗車(chē)場(chǎng)預(yù)處理前后水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 三級(jí)沉淀池運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab.1 Operation Data of Three Level Sedimentation Tank

注：三級(jí)沉淀池工藝2016年1月～6月水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值，↑表示超過(guò)了《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)標(biāo)準(zhǔn)；↓表示在《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)

由表1可知，廢水經(jīng)三級(jí)沉淀池后，色度、懸浮物、BOD5、LAS這4項(xiàng)指標(biāo)狀態(tài)不穩(wěn)定，而且只有pH、臭、溶解性固體等3項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到 《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)車(chē)輛沖洗標(biāo)準(zhǔn)，而其他10項(xiàng)指標(biāo)均未達(dá)到車(chē)輛沖洗標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)是一個(gè)水資源短缺的國(guó)家，嚴(yán)重的水資源短缺將制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的淡水資源總量為2.8萬(wàn)億m3，但人均水量?jī)H為2 400 m3，屬于13個(gè)最缺水的國(guó)家之一[2]。而洗車(chē)行業(yè)又是用水大戶(hù)，因此提高用水效率，對(duì)洗車(chē)廢水的回用已經(jīng)刻不容緩[3-4]。

2 洗車(chē)廢水回用處理設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

首先使洗車(chē)廢水經(jīng)引入管導(dǎo)入三級(jí)沉淀池，在第三級(jí)沉淀池中投加絮凝劑聚合氯化鋁和除泡劑，再由潛水泵(揚(yáng)程為1.5～2 m)加壓，依次流經(jīng)三級(jí)過(guò)濾罐，最后由第三級(jí)過(guò)濾罐出水與消毒液混合后進(jìn)入儲(chǔ)水池，洗車(chē)人員直接從儲(chǔ)水池抽水洗車(chē)。

沉積的污泥由市政部門(mén)定期收集，將污泥運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)與垃圾混合進(jìn)行無(wú)害化填埋，進(jìn)行統(tǒng)一處置。具體工藝流程如圖2所示。

2.2 主要工藝單元及技術(shù)參數(shù)

(1)預(yù)處理：將原有三級(jí)沉淀池的布水口改為對(duì)角線分布，起到穩(wěn)流沉淀、增加流程的作用，增強(qiáng)沉淀效果。改造后的三級(jí)沉淀池如圖3所示。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Process Flow Chart

圖3 改造后的三級(jí)沉淀池Fig.3 Three Level Sedimentation Tank after Transformation

① 流量：Q=2 m3/h；

② 連通口尺寸：L×B×H=0.6 m×0.24 m×0.35 m；

③ 單個(gè)沉淀池尺寸:L×B×H=2 m×1.5 m×1.5 m；

④ 單個(gè)沉淀池有效容積：V=3.45 m3；

⑤ 總有效容積：V=10.35 m3；

⑥ 三級(jí)沉淀池水力停留時(shí)間HRT=5.175 h。

(2)提升：沉淀池后設(shè)提升泵(揚(yáng)程為1.5～2 m)一臺(tái)，液位控制器一套，通過(guò)液位控制器控制提升泵，在高于0.5 m時(shí)啟動(dòng)，低于0.5 m時(shí)靜止。

圖4 三級(jí)過(guò)濾罐Fig.4 Three Level Filtration Tank

(3)過(guò)濾：三級(jí)過(guò)濾罐。三級(jí)過(guò)濾罐由粗濾、細(xì)濾、微濾這3個(gè)罐體組成。第一、二級(jí)為砂濾罐，可用玻璃鋼、不銹鋼等材料制，無(wú)毒無(wú)害，同時(shí)避免了洗車(chē)廢水對(duì)設(shè)備的腐蝕。一級(jí)過(guò)濾罐中填充粒徑為200 μm左右的粗石英砂，濾料填充率為70%。

二級(jí)過(guò)濾罐中填充粒徑為10～20 μm的細(xì)石英砂，濾料的填充率為70%，一、二級(jí)罐體中均設(shè)布水器。一、二級(jí)罐體在運(yùn)行一段時(shí)間后，水中的雜質(zhì)被濾料所吸附，導(dǎo)致濾料間的孔隙率變小，水頭損失變大。當(dāng)水頭損失增加到一定程度時(shí)，對(duì)濾料進(jìn)行反沖洗。反沖洗時(shí)水流的方向與之前進(jìn)水時(shí)相反，反沖洗的時(shí)間維持在15～30 min，反沖水隨著濾料間的泥渣流到罐體前的三級(jí)沉淀池，最后沉淀到第三級(jí)沉淀池里。

三級(jí)為精密過(guò)濾裝置，塑料結(jié)構(gòu)，罐內(nèi)放置20寸的3芯pp棉濾芯，濾芯精度為1～5 μm，使用15～30 d需要取出清洗一次，以便把附著在濾芯表面的微小泥沙清洗干凈；使用半年至一年應(yīng)更換棉濾芯。三級(jí)過(guò)濾罐內(nèi)廢水的具體流程：廢水經(jīng)一級(jí)過(guò)濾罐，經(jīng)機(jī)械控制閥的進(jìn)水口從布水器上端進(jìn)入罐內(nèi),經(jīng)粗石英砂的過(guò)濾，到達(dá)底部鵝卵石承托層，再?gòu)牟妓飨露藱C(jī)械控制閥的出水口流出以相同方式流經(jīng)二級(jí)過(guò)濾罐，然后流經(jīng)三級(jí)過(guò)濾罐,最終到達(dá)清水箱進(jìn)行儲(chǔ)存。三級(jí)過(guò)濾罐如圖4所示。

① 罐體尺寸：一級(jí)過(guò)濾罐d=300 mm，h=1 300 mm；二級(jí)過(guò)濾罐d=300 mm，h=1 300 mm；三級(jí)過(guò)濾罐d=100 mm，h=660 mm。

② 罐體有效容積：一級(jí)過(guò)濾罐V=9.1×10-2m3；二級(jí)過(guò)濾罐V=9.1×10-2m3；三級(jí)過(guò)濾罐V=5.1×10-3m3。

③ 三級(jí)過(guò)濾罐水力停留時(shí)間HRT=0.09 h。

④ 三級(jí)過(guò)濾罐處理能力Q=2 m3/h。

(3)消毒：消毒罐。采用塑料結(jié)構(gòu)，里面放消毒液。經(jīng)多級(jí)過(guò)濾的出水與消毒液在出水管中均勻混合，消毒后的過(guò)濾水進(jìn)入儲(chǔ)水池。

消毒罐尺寸：L×B×H=300 mm×300 mm×300 mm。

(4)儲(chǔ)水池。儲(chǔ)水池采用鋼砼結(jié)構(gòu)。

① 儲(chǔ)水池尺寸：L×B×H=4 m×1.5 m×1.3 m；

② 儲(chǔ)水池有效容積：V=7.8 m3。

2.3 處理效果分析

2016年1月～12月，對(duì)該洗車(chē)場(chǎng)的多級(jí)過(guò)濾工藝進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測(cè)，各處理工藝段的運(yùn)行效果如表2所示，各指標(biāo)污染物的去除率如圖5所示。

表2 各處理工藝段水質(zhì)情況Tab.2 Water Quality of Each Treatment Process

注：多級(jí)過(guò)濾工藝2016年7月～12月水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值，↑表示超過(guò)了《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)標(biāo)準(zhǔn)；↓表示在《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi))

圖5 各指標(biāo)污染物的去除率Fig.5 Removal Rate of Each Indicator Pollutants

由表2和圖2可知，廢水經(jīng)過(guò)三級(jí)沉淀池(改造后)+三級(jí)過(guò)濾罐(粗濾-細(xì)濾—微濾)多級(jí)過(guò)濾后，再次對(duì)該家洗車(chē)店pH、色度、濁度、BOD5、NH3-N、陰離子表面活性劑、鐵、錳、溶解氧、總余氯、總大腸菌群、臭、溶解性固體這13項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)三級(jí)沉淀池將連通口改造后，出水水質(zhì)對(duì)比之前較為穩(wěn)定，且三級(jí)沉淀池出水指標(biāo)中濁度、色度、溶解性固體還略微降低。經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾罐后13項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)車(chē)輛沖洗標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)總大腸菌群、LAS、BOD5、色度、濁度這5項(xiàng)指標(biāo)的去除效果較為明顯，去除率分別達(dá)到了100%、98.82%、95.71%、88.10%、93.15%，均已遠(yuǎn)超洗車(chē)用水標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 產(chǎn)生廢棄物的安全處置

該洗車(chē)廢水回用處理設(shè)計(jì)流程中，廢棄物的產(chǎn)生主要為兩部分。第一部分為沉淀池中洗車(chē)廢水預(yù)處理和多級(jí)過(guò)濾罐反沖洗進(jìn)入沉淀池中的污泥。由于洗車(chē)廠多數(shù)場(chǎng)地較小，不具備自己處理污泥的能力，該部分產(chǎn)生的污泥由市政部門(mén)定期收集，將污泥運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)與垃圾混合進(jìn)行無(wú)害化填埋，進(jìn)行統(tǒng)一處置。第二部分為多級(jí)過(guò)濾罐中更換的石英砂濾料和pp棉濾芯。用于污水處理的普通石英砂，可用3～5年，即使石英砂被污染了也沒(méi)有關(guān)系，污泥可以進(jìn)行好氧或者厭氧呼吸，將污水中的污染物降解，而多級(jí)過(guò)濾罐濾料更換周期長(zhǎng)且更換量小，因此產(chǎn)生的石英砂廢料直接送入建筑工地做填埋。pp棉濾芯更換周期為半年到一年，且體積較小，因此廢棄的pp棉濾芯可定期收集后，交由專(zhuān)門(mén)回收pp棉濾芯的環(huán)保公司進(jìn)行處理。

2.5 經(jīng)濟(jì)成本分析

2.5.1 使用該回用設(shè)備主要的成本費(fèi)用(按全年工作300 d計(jì)算)

(1)設(shè)備費(fèi)用

該回用裝置多級(jí)過(guò)濾罐體的造價(jià)在8 000～13 000元不等。

(2)運(yùn)行成本費(fèi)用

運(yùn)行成本費(fèi)用包括以下幾項(xiàng)。

①自來(lái)水費(fèi)用如式(1)。

E1=300×Q×r×f1

(1)

其中：Q—平均日處理污水量(經(jīng)對(duì)昆明市洗車(chē)廠的調(diào)研，每洗一臺(tái)車(chē)為100 L水，洗車(chē)廠日車(chē)數(shù)量平均為60臺(tái)左右，洗車(chē)廠用于洗車(chē)的水量約為6 m3/d)；

r—所用自來(lái)水比例(循環(huán)工藝循環(huán)比控制在約80%，則所用自來(lái)水約為20%)；

f1—自來(lái)水的單價(jià)(昆明市洗車(chē)行業(yè)自來(lái)水的價(jià)格為15.36元/m3)。

則E1=1 800×0.2×15.36=5 529.6元/年。

②電費(fèi)如式(2)。

E2=300×t×N×f2×K

(2)

其中：t—每日用電設(shè)備總運(yùn)行時(shí)間(取5 h)；

N—水泵、設(shè)備等其他水處理設(shè)備電機(jī)功率之和(N=5 kW)；

f2—電費(fèi)單價(jià)[昆明市商業(yè)用電為0.8～1.2元/(kW·h)，取1元/(kW·h)]；

k—污水量變化系數(shù)(由于有沉淀池座調(diào)節(jié)，k取1)。

則E2=300×5×5×1×1=7 500元/年。

③藥劑費(fèi)用[3]如式(3)。

E3=300×10-6Q(a1b1+a2b2)

(3)

其中：Q—平均日處理污水量(Q=6 m3/d)；

a1,a2—混凝劑和液氯平均加注量(其中a1=10 mg/L，a2=2 mg/L)；

b1,b2—混凝劑和液氯的單價(jià)(其中b1=2 500元，b2=2 000元)。

則E3=300×10-6×6×(10×2 500+2×2 000)=52.2元/年。

④濾料費(fèi)用如式(4)。

E4=cf3+f4

(4)

其中：c—石英砂的用量(約為0.6 m3，用于污水處理的普通石英砂，可用3～5年，換算為每年約為0.2 m3/年)；

f3—石英砂的單價(jià)(約為500元/m3)；

f4—pp面濾芯價(jià)格(使用半年至一年可更換PP棉濾芯，僅花費(fèi)30元)。

則E4=500×0.2+30=130元/年。

全年污水處理費(fèi)用：∑E=E1+E2+E3+E4=5 529.6+7 500+52.2+130=13 211.8元。

2.5.2 回用設(shè)備未使用前成本分析

回用設(shè)備未使用之前，洗車(chē)廠全部采用自來(lái)水清洗車(chē)輛，則全年主要費(fèi)用如下。

(1)自來(lái)水費(fèi)用如式(5)。

E1=300×Q×f1

(5)

其中：Q—平均日處理污水量，m3/d；

f1—自來(lái)水的單價(jià)，元/m3。

則E1=300×6×15.36=27 648元。

(2)電費(fèi)如式(6)。

E2=300×t×N×f2×K

(6)

其中：t—用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)間(取5 h)；

N—水泵等其他水處理設(shè)備電機(jī)功率之和(N=2 kW)；

f2—電費(fèi)單價(jià)，元/(kW·h)；

k—污水量變化系數(shù)。

則E2=300×5×2×1×1=3 000元/年。

全年污水處理費(fèi)用：∑E=E1+E2=27 648+3 000=30 648元。

通過(guò)以上比較，洗車(chē)場(chǎng)用多級(jí)過(guò)濾罐裝置比不用該裝置年處理成本可降低一半，且一年內(nèi)可收回投資成本。

3 結(jié)論

(1)采用三級(jí)沉淀池(物化預(yù)處理)+三級(jí)過(guò)濾罐(物理過(guò)濾-微濾-消毒)工藝處理洗車(chē)廢水，出水水質(zhì)能達(dá)到《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)車(chē)輛沖洗標(biāo)準(zhǔn)，尤其對(duì)LAS、色度、SS、BOD5等指標(biāo)去除效果較明顯。

(2)該組合工藝將過(guò)粗濾、細(xì)濾、微濾這3個(gè)處理工藝分別放置在獨(dú)立的罐體中運(yùn)行，提高了處理效果，維護(hù)方便、運(yùn)行效率高。各處理工序排列合理，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，其輔助設(shè)施少，設(shè)備一體化便于移動(dòng)，適用于洗車(chē)廢水的處理。

(3)使用該回用工藝產(chǎn)生廢棄物量小，該回用工程實(shí)施產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益較為明顯，能夠從根本上保證居民生產(chǎn)及生活環(huán)境，改善人民的生活條件，促進(jìn)全民的身體健康，進(jìn)一步改善了城市環(huán)境。