洗车废水多级过滤处理的效果

李英旭，徐冰峰，孟繁艺，毛湘云，汪柏春，何 洁

(1.昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明 650500；2.昆明市排水监测站，云南昆明 650500)

随着社会经济的快速发展，汽车的数量有了显著的增长。车辆的急剧增加，带来了洗车业的兴旺发达。按每车每月洗1次，洗车需水预估100 L/车，昆明市1年的洗车用水将超190万m3，相当于近10个翠湖(近20万m3)的蓄水。而昆明主城人均拥有水资源量不足300 m3，相当于全国人均占有量的11%[1]。昆明连续几年干旱少雨，城市供水形势不容乐观，为确保在用水高峰期市民用水需求，采取应对旱情的必要节水措施非常迫切和必要。面对用水大户——洗车行业，其对净水的使用、排放的水量、废水中的污染物等一系列问题已不容忽视。

据实地对昆明市多家洗车场调查，发现昆明市洗车店大多采用高压水枪冲洗方式，冲洗车辆后的废水均采用排水沟收集，然后进入多级沉淀池进行预处理，最后由排水沟或管道汇入城市下水道。对多家洗车场的洗车废水水质进行监测分析，发现昆明市洗车行洗车废水中主要污染物为油类污物、洗涤剂、泥沙，经过预处理后色度、悬浮物、BOD5、LAS这4项指标状态不稳定，且常超出《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343—2010)A级标准，甚至严重超标。

因此，以昆明市某洗车场为处理回用对象，根据其色度、悬浮物、BOD5、LAS这4项指标存在严重超标现象，结合项目实际情况，建立了一套多级过滤的洗车废水回用处理系统。

1 洗车废水预处理现状

1.1 洗车废水预处理概况

对昆明市多家洗车场进行实地调查，发现昆明市多家洗车店采用三级沉淀池对洗车废水进行预处理。

以昆明市某洗车场的三级沉淀池为例，该三级沉淀池为钢砼结构。单个沉淀池的外形尺寸为2.0 m×1.5 m×1. 5 m，三个沉淀池外形尺寸相同。三个沉淀池之间设连通口(0.3 m×0.24 m×0.35 m)，废水经引入管(DN300)进入第一级沉淀池，而后依次经过连通口通过第二、第三级沉淀池，最后通过出水管排入城市下水道，如图1所示。

图1 既有三级沉淀池平面图Fig.1 Plan of Existing Three Level Sedimentation Tank

1.2 预处理效果分析

对该洗车场预处理前后水质进行监测分析，水质监测结果如表1所示。

表1 三级沉淀池运行数据Tab.1 Operation Data of Three Level Sedimentation Tank

注：三级沉淀池工艺2016年1月～6月水质监测数据平均值，↑表示超过了《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)标准；↓表示在《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)规定标准内

由表1可知，废水经三级沉淀池后，色度、悬浮物、BOD5、LAS这4项指标状态不稳定，而且只有pH、臭、溶解性固体等3项指标达到 《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)车辆冲洗标准，而其他10项指标均未达到车辆冲洗标准。

我国是一个水资源短缺的国家，严重的水资源短缺将制约我国经济和社会的可持续发展。根据资料统计，我国的淡水资源总量为2.8万亿m3，但人均水量仅为2 400 m3，属于13个最缺水的国家之一[2]。而洗车行业又是用水大户，因此提高用水效率，对洗车废水的回用已经刻不容缓[3-4]。

2 洗车废水回用处理设计

2.1 工艺流程

首先使洗车废水经引入管导入三级沉淀池，在第三级沉淀池中投加絮凝剂聚合氯化铝和除泡剂，再由潜水泵(扬程为1.5～2 m)加压，依次流经三级过滤罐，最后由第三级过滤罐出水与消毒液混合后进入储水池，洗车人员直接从储水池抽水洗车。

沉积的污泥由市政部门定期收集，将污泥运至垃圾填埋场与垃圾混合进行无害化填埋，进行统一处置。具体工艺流程如图2所示。

2.2 主要工艺单元及技术参数

(1)预处理：将原有三级沉淀池的布水口改为对角线分布，起到稳流沉淀、增加流程的作用，增强沉淀效果。改造后的三级沉淀池如图3所示。

图2 工艺流程图Fig.2 Process Flow Chart

图3 改造后的三级沉淀池Fig.3 Three Level Sedimentation Tank after Transformation

① 流量：Q=2 m3/h；

② 连通口尺寸：L×B×H=0.6 m×0.24 m×0.35 m；

③ 单个沉淀池尺寸:L×B×H=2 m×1.5 m×1.5 m；

④ 单个沉淀池有效容积：V=3.45 m3；

⑤ 总有效容积：V=10.35 m3；

⑥ 三级沉淀池水力停留时间HRT=5.175 h。

(2)提升：沉淀池后设提升泵(扬程为1.5～2 m)一台，液位控制器一套，通过液位控制器控制提升泵，在高于0.5 m时启动，低于0.5 m时静止。

图4 三级过滤罐Fig.4 Three Level Filtration Tank

(3)过滤：三级过滤罐。三级过滤罐由粗滤、细滤、微滤这3个罐体组成。第一、二级为砂滤罐，可用玻璃钢、不锈钢等材料制，无毒无害，同时避免了洗车废水对设备的腐蚀。一级过滤罐中填充粒径为200 μm左右的粗石英砂，滤料填充率为70%。

二级过滤罐中填充粒径为10～20 μm的细石英砂，滤料的填充率为70%，一、二级罐体中均设布水器。一、二级罐体在运行一段时间后，水中的杂质被滤料所吸附，导致滤料间的孔隙率变小，水头损失变大。当水头损失增加到一定程度时，对滤料进行反冲洗。反冲洗时水流的方向与之前进水时相反，反冲洗的时间维持在15～30 min，反冲水随着滤料间的泥渣流到罐体前的三级沉淀池，最后沉淀到第三级沉淀池里。

三级为精密过滤装置，塑料结构，罐内放置20寸的3芯pp棉滤芯，滤芯精度为1～5 μm，使用15～30 d需要取出清洗一次，以便把附着在滤芯表面的微小泥沙清洗干净；使用半年至一年应更换棉滤芯。三级过滤罐内废水的具体流程：废水经一级过滤罐，经机械控制阀的进水口从布水器上端进入罐内,经粗石英砂的过滤，到达底部鹅卵石承托层，再从布水器下端机械控制阀的出水口流出以相同方式流经二级过滤罐，然后流经三级过滤罐,最终到达清水箱进行储存。三级过滤罐如图4所示。

① 罐体尺寸：一级过滤罐d=300 mm，h=1 300 mm；二级过滤罐d=300 mm，h=1 300 mm；三级过滤罐d=100 mm，h=660 mm。

② 罐体有效容积：一级过滤罐V=9.1×10-2m3；二级过滤罐V=9.1×10-2m3；三级过滤罐V=5.1×10-3m3。

③ 三级过滤罐水力停留时间HRT=0.09 h。

④ 三级过滤罐处理能力Q=2 m3/h。

(3)消毒：消毒罐。采用塑料结构，里面放消毒液。经多级过滤的出水与消毒液在出水管中均匀混合，消毒后的过滤水进入储水池。

消毒罐尺寸：L×B×H=300 mm×300 mm×300 mm。

(4)储水池。储水池采用钢砼结构。

① 储水池尺寸：L×B×H=4 m×1.5 m×1.3 m；

② 储水池有效容积：V=7.8 m3。

2.3 处理效果分析

2016年1月～12月，对该洗车场的多级过滤工艺进行了水质监测，各处理工艺段的运行效果如表2所示，各指标污染物的去除率如图5所示。

表2 各处理工艺段水质情况Tab.2 Water Quality of Each Treatment Process

注：多级过滤工艺2016年7月～12月水质监测数据平均值，↑表示超过了《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)标准；↓表示在《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)规定标准内)

图5 各指标污染物的去除率Fig.5 Removal Rate of Each Indicator Pollutants

由表2和图2可知，废水经过三级沉淀池(改造后)+三级过滤罐(粗滤-细滤—微滤)多级过滤后，再次对该家洗车店pH、色度、浊度、BOD5、NH3-N、阴离子表面活性剂、铁、锰、溶解氧、总余氯、总大肠菌群、臭、溶解性固体这13项指标进行水质监测，发现三级沉淀池将连通口改造后，出水水质对比之前较为稳定，且三级沉淀池出水指标中浊度、色度、溶解性固体还略微降低。经过三级过滤罐后13项指标均已达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)车辆冲洗标准，且对总大肠菌群、LAS、BOD5、色度、浊度这5项指标的去除效果较为明显，去除率分别达到了100%、98.82%、95.71%、88.10%、93.15%，均已远超洗车用水标准。

2.4 产生废弃物的安全处置

该洗车废水回用处理设计流程中，废弃物的产生主要为两部分。第一部分为沉淀池中洗车废水预处理和多级过滤罐反冲洗进入沉淀池中的污泥。由于洗车厂多数场地较小，不具备自己处理污泥的能力，该部分产生的污泥由市政部门定期收集，将污泥运至垃圾填埋场与垃圾混合进行无害化填埋，进行统一处置。第二部分为多级过滤罐中更换的石英砂滤料和pp棉滤芯。用于污水处理的普通石英砂，可用3～5年，即使石英砂被污染了也没有关系，污泥可以进行好氧或者厌氧呼吸，将污水中的污染物降解，而多级过滤罐滤料更换周期长且更换量小，因此产生的石英砂废料直接送入建筑工地做填埋。pp棉滤芯更换周期为半年到一年，且体积较小，因此废弃的pp棉滤芯可定期收集后，交由专门回收pp棉滤芯的环保公司进行处理。

2.5 经济成本分析

2.5.1 使用该回用设备主要的成本费用(按全年工作300 d计算)

(1)设备费用

该回用装置多级过滤罐体的造价在8 000～13 000元不等。

(2)运行成本费用

运行成本费用包括以下几项。

①自来水费用如式(1)。

E1=300×Q×r×f1

(1)

其中：Q—平均日处理污水量(经对昆明市洗车厂的调研，每洗一台车为100 L水，洗车厂日车数量平均为60台左右，洗车厂用于洗车的水量约为6 m3/d)；

r—所用自来水比例(循环工艺循环比控制在约80%，则所用自来水约为20%)；

f1—自来水的单价(昆明市洗车行业自来水的价格为15.36元/m3)。

则E1=1 800×0.2×15.36=5 529.6元/年。

②电费如式(2)。

E2=300×t×N×f2×K

(2)

其中：t—每日用电设备总运行时间(取5 h)；

N—水泵、设备等其他水处理设备电机功率之和(N=5 kW)；

f2—电费单价[昆明市商业用电为0.8～1.2元/(kW·h)，取1元/(kW·h)]；

k—污水量变化系数(由于有沉淀池座调节，k取1)。

则E2=300×5×5×1×1=7 500元/年。

③药剂费用[3]如式(3)。

E3=300×10-6Q(a1b1+a2b2)

(3)

其中：Q—平均日处理污水量(Q=6 m3/d)；

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

b1,b2—混凝剂和液氯的单价(其中b1=2 500元，b2=2 000元)。

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

④滤料费用如式(4)。

E4=cf3+f4

(4)

其中：c—石英砂的用量(约为0.6 m3，用于污水处理的普通石英砂，可用3～5年，换算为每年约为0.2 m3/年)；

f3—石英砂的单价(约为500元/m3)；

f4—pp面滤芯价格(使用半年至一年可更换PP棉滤芯，仅花费30元)。

则E4=500×0.2+30=130元/年。

全年污水处理费用：∑E=E1+E2+E3+E4=5 529.6+7 500+52.2+130=13 211.8元。

2.5.2 回用设备未使用前成本分析

回用设备未使用之前，洗车厂全部采用自来水清洗车辆，则全年主要费用如下。

(1)自来水费用如式(5)。

E1=300×Q×f1

(5)

其中：Q—平均日处理污水量，m3/d；

f1—自来水的单价，元/m3。

则E1=300×6×15.36=27 648元。

(2)电费如式(6)。

E2=300×t×N×f2×K

(6)

其中：t—用电设备运行时间(取5 h)；

N—水泵等其他水处理设备电机功率之和(N=2 kW)；

f2—电费单价，元/(kW·h)；

k—污水量变化系数。

则E2=300×5×2×1×1=3 000元/年。

全年污水处理费用：∑E=E1+E2=27 648+3 000=30 648元。

通过以上比较，洗车场用多级过滤罐装置比不用该装置年处理成本可降低一半，且一年内可收回投资成本。

3 结论

(1)采用三级沉淀池(物化预处理)+三级过滤罐(物理过滤-微滤-消毒)工艺处理洗车废水，出水水质能达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)车辆冲洗标准，尤其对LAS、色度、SS、BOD5等指标去除效果较明显。

(2)该组合工艺将过粗滤、细滤、微滤这3个处理工艺分别放置在独立的罐体中运行，提高了处理效果，维护方便、运行效率高。各处理工序排列合理，结构紧凑，占地面积小，其辅助设施少，设备一体化便于移动，适用于洗车废水的处理。

(3)使用该回用工艺产生废弃物量小，该回用工程实施产生的经济效益、环境效益、社会效益较为明显，能够从根本上保证居民生产及生活环境，改善人民的生活条件，促进全民的身体健康，进一步改善了城市环境。