混凝-过滤工艺处理洗车废水实验研究

摘要:采用混凝-过滤组合工艺对洗车废水进行了实验研究ꎬ讨论了混凝剂(ＰＡＣ) 投加量、助凝剂(ＰＡＭ)投加量、静止时间、滤柱过滤速度及膜过滤的操作压力等因素对浊度、氨氮、ＣＯＤ及ＬAＳ等４种污染物去除率的影响。 实验结果表明混凝- 过滤组合工艺处理洗车废水的最佳参数为:混凝剂(ＰＡＣ)投加量为330ｍｇ / Ｌ、助凝剂(ＰＡＭ)投加量为 2.5ｍｇ / Ｌ、最佳静止时间为10ｍｉｎ、滤柱最佳滤速为 4ｍ/ ｈ 及膜过滤的操作压力为0.12Mpa。并且经过该工艺处理后浊度、氨氮、ＣＯＤ 及ＬＡＳ的出水含量分别为 1.5 / ＮＴＵ、2.46ｍｇ / Ｌ、18.49ｍｇ / Ｌ 及0.15mg/L。

引言

洗车废水中主要含有石蜡、非离子表面活性剂、有毒物质等污染物ꎬ因此洗车废水存在有机物含量高、毒性大、可生化性差及处理难度高的特点。 韩菲等以活性炭纤维为载体合成生物膜处理洗车废水。研究表明:在最佳的运行参数下ＣＯＤ、氨氮、浊度等有较高的去除效果。唐利等利用高锰酸钾强化混凝处理洗车废水。其结果表明:投加高锰酸钾可以强化PAC的混凝效果。并且浊度的去除率可大幅度增加。崔龙哲等微滤技术/ 紫外线辅助催化臭氧氧化组合工艺处理洗车废水。研究表明膜滤对 COD、TN、TP 和SS有较高的去除效果。但是对阴离子表面活性剂(LAS) 基本没有去除效果。

根据辽宁省某小型洗车厂洗车废水出水水质情况。为使该厂洗车废水达到回用标准。采用混凝-过滤组合工艺处理该洗车场洗车废水。并为同类企业处理该类废水提供有效的参考价值。

１ 实验

１、 １ 原水水质

实验用水取自辽宁省某小型洗车厂洗车废水，该洗车废水中主要含有的污染物来自空腔注蜡工艺过程中溢出的石蜡、非离子表面活性剂、有毒物质等。主要特点为有机物含量高、毒性大、可生化性差。原水水质指标如表 １ 所示。

１. ２ 实验试剂及设备

聚合氯化铝(ＰＡＣ)、聚丙烯酰胺(ＰＡＭ)。

１、３ 分析方法与仪器

化学需氧量(ＣＯＤ)测定方法采用快速密闭分光光度法(ＨＪ/ Ｔ399-2007)。阴离子表面活性剂(ＬＡＳ)测定方法采用亚甲蓝分光光度法。ＮＨ＋４￣Ｎ测定方法采用纳氏试剂分光光度法。 测试仪器均为紫外可见光分光光度计。

１、４ 实验方法

１、４、１ 混凝

量取 13份500ml淋洗废水置于1000ml的烧杯内。按顺序依次加入混凝剂并使其投加量为30mg/L、60mg/L、90mg/L、120mg/L、150mg/L、180mg/L、210mg/L 、240mg/L、270mg/L、300mg/L、330mg/L、360mg/L、390mg/L。然后置于磁力搅拌器上分别以 300r/min、100r/min、50r/min 的转速各搅 拌 1min、5min、10min。搅 拌 结 束 后，静 沉10min，取上清液测其浊度、ＣＯＤ、ＮＨ＋４￣Ｎ 及 ＬＡＳ。

１、 ４、２ 过滤

过滤采用内径为100mm 的有机玻璃柱，高1.2m。滤柱内部由下至上依次为承托层、滤料层，滤池底部设有出水口(反冲洗口与出水口共用)，向上每隔20cm设置一个取样口，距顶部0.15m 处设有溢流口，利用蠕动泵控制进水量，下向流方式过滤。

２ 结果与讨论

2、1混凝剂最佳投加量的确定

混凝剂选取混凝效果好，ph值适用范围广的聚合氯化铝(pac)，分别量取淋洗废水500mL 置于1000mL 的烧杯内，向编号为1＃~ 13＃的烧杯内分别加入不同量的pac，使其投加量为30mg/L、60mg/L、90mg/L、120mg/L、150mg/L、180mg/L、

210mg/L、240mg/L、270mg/L、300mg/L、330mg/L、360mg/L、390mg/L。将加好pac 的水样放到磁力搅拌机上，以 300r/min、100r/min、50r/min 的转速各搅 拌1min、5min、10min，搅 拌 结 束 后，静 沉10min，取上清液测其浊度及 ＣＯＤ、ＮＨ＋４￣Ｎ、ＬＡＳ。结果如图 １ 所示。

从图 1 可以清晰地观察到 ＰＡＣ 投加量在 ３０ ~３９０ｍｇ / Ｌ 范围内ꎬ浊度的去除效果最好，ＰＡＣ 投加量最低时浊度的去除率可达到 ８７ ％ 以上，随着 ＰＡＣ 投加量的增加ꎬ浊度的去除率呈上升趋势，但是趋势比较小，当 ＰＡＣ 投加量增加至 ３３０ｍｇ / Ｌ时，浊度的去除率达到最高 ９４、 ３７％ 。

相对于浊度的去除率而言，ＣＯＤ、氨氮及 ＬＡＳ的去除率较低， 由图 １ 可以观察到 ＣＯＤ 去除率和氨氮去除率的变化趋势比较相似，二者的去除率均在 ＰＡＣ 投加量为 １８０ｍｇ / Ｌ 和 ３３０ｍｇ / Ｌ 时出现较高峰值，并且在投加量为 ３３０ｍｇ / Ｌ 时二者的去除率达 到 最 高ꎬ 分 别 为 ３５、２９％ 、 ４６、４３％ 。此 后，ＰＡＣ 投加量继续增加时二者的去除率会迅速下降，相对 ＣＯＤ 去除率和氨氮去除率的变化趋势而言，ＬＡＳ 的去除率只在 ＰＡＣ 投加量为 １８０ｍｇ / Ｌ时达到最大值 ２５，７１％ 。

废水中污染指标去除率升高的原因为水中胶体粒子为负电荷粒子ꎬ投加 ＰＡＣ 后，大量的 Ａｌ３ ＋扩散至胶粒的吸附层，压缩胶粒扩散层厚度，降低ξ 电位，胶粒间静电引力大于斥力，胶粒之间相互吸引聚集，形成质量较大的聚集物，失去悬浮稳定性而沉淀， 当 ＰＡＣ 投加量为 ３３０ｍｇ / Ｌ 时，浊度、ＣＯＤ 及 ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率去除率最高，说明 ＰＡＣ 投加量适中，胶核表面吸附大量的带相反电荷的高分子聚合离子物质，ξ 电位达到临界电位 ξｋ。胶粒之间更容易凝聚，而浊度的去除率一直都处于较高的水平是因为金属氢氧化铝沉淀[Ａｌ(ＯＨ)ｎ ]沉降时形成网捕作用。去除部分浊度，表现为废水浊度降低。 结合各污染指标去除率的变化趋势，综合考虑混凝剂 ＰＡＣ 最佳投加量为330ｍｇ / Ｌ。

２、２ 助凝剂最佳投加量的确定

由上述实验得出最佳混凝剂为 ＰＡＣ，其最佳投药量为 ３３０ｍｇ / Ｌꎬ此时ꎬ废水浊度、ＣＯＤ、ＮＨ＋４￣Ｎ、ＬＡＳ 去除率分别为 ９４、３７％ 、３５、２９％ 、４６、８５％ 、１５、３１％ 。 其中，ＣＯＤ、ＬＡＳ 的去除率仍然很低，可投加助凝剂来增强混凝效果以达到提高 ＣＯＤ、ＬＡＳ 去除率的效果。 文中实验所选助凝剂为聚丙烯酰胺(ＰＡＭ)。取500ｍｌ 水样，加入 pac的最佳投加量，再向烧杯中分别投加不同量的 ＰＡＭ， 将加好 ＰＡＣ 与ＰＡＭ 的 水 样 放 到 磁 力 搅 拌 器 上， 以 ３００ｒ/ ｍｉｎ、１００ｒ/ ｍｉｎ、 ５０ｒ/ ｍｉｎ 的 转 速 各 搅 拌 １ｍｉｎ、 ５ｍｉｎ、１０ｍｉｎ， 搅拌结束后，静沉 １０ｍｉｎ，取上清液测其浊度及 ＣＯＤ、ＮＨ＋４￣Ｎ、ＬＡＳ。实验结果如图 ２ 所示。

废水浊度去除率的变化如图 ２(ａ)所示，废水浊度去除率随 ＰＡＭ 投加量的增加ꎬ先升高后降低，投加量为 ０、５ｍｇ / Ｌ 时，废水浊度的去除率最低，为 ９４、 １６％，随后浊度去除率开始上升，当投加量为 ２、５ｍｇ / Ｌ 时，浊 度 去 除 率 达 到 最 高，为９９、７０％。而后投加量继续提高，浊度去除率开始下降，但下降幅度不明显，当投加量达到 ４ｍｇ / Ｌ 时，浊 度去除率下降到最低，为９８、７６ ％，在ＰＡＣ最佳投加量而未投加 ＰＡＭ 时，废水浊度去除率最高，为 ９４、３７％，而投加 ＰＡＭ ２、５ｍｇ / Ｌ 后，浊度去除率就升高到了 ９９、７０％ 。说明在浊度去除率上，投加 ＰＡＭ 具有比较好的处理效果。

ＣＯＤ 去除率的变化趋势如图 ２(ｂ)所示，ＣＯＤ去除率先升高后降低，当投加量为 １、 ５ｍｇ / Ｌ 时，ＣＯＤ 去除率最高ꎬ达到 ４２、６８％ ，继续投加 ＰＡＭ，ＣＯＤ 去 除 率 开 始 下 降， 投 加 量 为 ３、５ｍｇ / Ｌ 及４、 ０ｍｇ / Ｌ 时，ＣＯＤ 去除率均下降到 ２６、 ６８％， 故ＰＡＭ 投机量为 １、５ｍｇ / Ｌ 时，ＣＯＤ 去除效果最好。最高 ＣＯＤ 去除率为 ４２、６８％ ，相比 ＰＡＣ 最佳投加量 ３３０ｍｇ / Ｌ 时，ＣＯＤ 的去除率增加了 ７、３９％。说明投加 ＰＡＭ，可使 ＣＯＤ 去除率得到进一步去除。

图 ２(ｃ)为 ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率的变化趋势，ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率随 ＰＡＭ 投加量的增加先升高，后降低，当 ＰＡＭ 投加量为 ０、５ｍｇ / Ｌ 时，ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率最低。仅为 ４１、１８ｍｇ / Ｌ，继续投加 ＰＡＭ，ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率也持续升高ꎬ当投加量升至２、５ｍｇ / Ｌ 时，ＮＨ＋４￣Ｎ去除率达到峰值，最高去除率为 ５０、８２％ ，随后，继续投加 ＰＡＭ，而 ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率不再升高，反而下降， 投 加 量 为 ４、０ｍｇ / Ｌ 时，去 除 率 降 到 了４１，１８ｍｇ / Ｌ， 即 ＰＡＭ 投 加 量 为 ２、５ｍｇ / Ｌ 时，ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率最高为 ５０、８２％ ，相比 ＰＡＣ 最佳投加量 ３３０ｍｇ / Ｌ 时，ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率仅升高了 ３、９７％，故投加 ＰＡＭ 对 ＮＨ＋４￣Ｎ 去除率贡献不大。

LAS 去除率的变化趋势如图2( d ）所示。从图2( d ）中可清晰的观察到 LAS 去除率的变化趋势与上述3中变化趋势大不相同。其变化形式先下降后升高，而后再下降。当 PAM 投加量为0.5mg/ L 时， LAS 去除率为26.73%，之后随着 PAM 投加量的增加， LAS 的去除率呈下降趋势，当 PAM 投加量为1.5mg/ L 时， LAS 去除率降到最低，为11.10%。随后随着 PAM 投加量的增加 LAS 的去除率呈上升趋势，当 PAM 投加量为2.5mg/ L 时， LAS 去除率升至最高，达到26.24%。继续增加 PAM 的投加量， LAS 去除率不再升高而开始下降，直至 PAM 投加量为4.0mg/ L 时， LAS 去除率降到16.78%。通过比较发现，当投加量为0.5mg/ L 及2.5mg/ L 时， LAS 去除率最高，分别为26.73％及26.24%。仅投加 PAC 时， LAS 去除率为15.31%，而仅投加PAM0.5mg/ L 后， LAS 去除率就由15.31％提升至26.73%，说明投加 PAM ，可进一步去除 LAS。

综合分析，当PAC投加量为330mg/L时，助凝剂投加量为2.5mg/ L 废水中浊度， COD 、氨氮( NH - N ）及 LAS 的去除效果最佳。

2.3最佳静沉时间的确定

分别量取淋洗废水500mL置于1000mL的烧杯内，向编号为1"~5"的烧杯内先后投加 PAC 及 PAM 的最佳投加量（330mg/ L 、2.5mg/ L )。将加好 PAC 与 PAM 的淋洗废水放到磁力搅拌器上，以300r/ min 、100r/ min 、50r/ min 的转速各搅拌1min、5min、10min。搅拌结束后，分别静沉5min、10min、15min、20min、25min。测定淋洗废水浊度、 COD NH - N 、 LAS 去除率

静沉时间对淋洗废水浊度、 COD 、 NH - N LAS 去除率变化如图3所示。

随静沉时间的延长，废水浊度、 COD 、 NH 』- N 、 LAS 去除率呈上升趋势，但是各指标的去除率提升的幅度不大。图3中可以清晰看到当静沉时间由5min增长至10min时，浊度去除率由82.53％升高到99.14%，去除率升高了16.61%; COD 、 NH - N 、 LAS 去除率分别由39.22%、47.32%、21.34％升高至42.45%、51.23%、26.33%，去除率分别提高了3.23%、3.91%、4.99%。但是当持续静沉增加至15min时，浊度、 COD 、 NH 』- N 、 LAS 等4种污染物去除率仅比静沉时间为10min时升高了0.70%、1.78%、1.89％和0.99%，并且20min后4种污染物去除率增长幅度更小。

故认为最佳静沉时间为 １０ｍｉｎ，静沉后，浊度、ＣＯＤ、 ＮＨ＋４￣Ｎ、 ＬＡＳ 去除率分别为 ９９、１４％ 、４２、 ４５％ 、５１、２３％ 、２６、３３％。

２、４ 最佳滤速的确定

文中实验选用吸附效果好的活性炭及沸石作为过滤柱的填料，并且填料的填充比为 １:２，设计不同的过滤速度，考察滤速对 ＣＯＤ、 ＮＨ＋４￣Ｎ 及LAS去除率的影响，结果如图4所示。

滤柱内活性炭﹣沸石填料填充比为2:1时，滤柱过滤后出水 COD 、氨氮、 LAS 去除率趋势如图4所示。可以看出 COD 、氨氮、 LAS 去除率呈现下降趋势，即提高滤速，各去除率下降。当滤速为4m/ h 时， COD 、氨氮、 LAS 去除率分别为67.05%、73.57%、65.56%，出水浓度分别为113.11mg/ L 、2.46mg/ L 、1.91mg/ L ；当提升滤速至6m/ h 后，去除率分别下降到53.83%、58.73%、57.27%，出水 COD 、氨氮、 LAS 浓度升高到了108.49mg/ L 、3.85mg/ L 、2.47mg/ L 。即滤速为4m/ h 时， COD 、氨氮、 LAS 去除效果最好。

2.5膜过滤

为了进一步高效去除滤后废水中超标的 COD 及 LAS ，该试验采用聚砜（ PS ）中空纤维超滤膜及醋酸纤维素中空纤维超滤膜进行膜过滤实验，2种膜有效面积均为3.2m2，截留分子量分别为8000、10000，探究2种中空纤维超滤膜在不同操作压力及膜过滤时间的条件下，对废水过滤性能的影响，研究 COD 及 LAS 去除率的变化，优选出最佳过滤条件。

2.5.1操作压力对 COD 去除率的影响

辽宁省某小型洗车厂洗车废水混凝一过滤后，出水 COD 浓度在110~120mg/ L 。以过滤后废水为进水，进行膜过滤实验，探究操作压力对膜过滤 COD 去除效果的影响。

在不同操作压力下， PS 中空纤维超滤膜及醋酸纤维素中空纤维超滤膜过滤后， COD 去除率的变化情况如图5所示。

2种膜的 COD 去除率均呈现为先升高后下降的形式，但变化形式较平稳，且醋酸纤维素中空纤维超滤膜对 COD 的去除率高于 PS 中空纤维超滤膜对 COD 的去除效果。并且通过醋酸纤维素中

空纤维超滤膜过滤后，出水 COD 浓度在18.49~22.54mg/ L 。根据出水 COD 浓度及其去除效果的比较发现，经2种膜过滤后，出水 COD 浓度满足城镇污水厂排放一级 A 标准。而醋酸纤维素中空纤维超滤膜更能有效去除汽车淋洗废水中的 COD 。

2.5.2操作压力对 LAS 去除率的影响

辽宁省某小型洗车厂洗车废水混凝﹣过滤后，出水 LAS 浓度约为1.9~2.0mg/ L ，以过滤后废水为进水，进行膜过滤实验，探究操作压力对膜过滤 LAS 去除效果的影响

在不同操作压力下， PS 中空纤维超滤膜及醋酸纤维素中空纤维超滤膜对 LAS 去除效果的变化情况如图6所示。

当操作压力在0.02~0.20MPa时，2种膜对 LAS 的去除效果相似，去除率均在91%~94%，当操作压力为0.02MPa时，经2种膜过滤后， LAS 去除率分别为92.42%、93.32%，随后增大操作压力， LAS 的去除率变化幅度并不明显；当操作压力分别为0.05MPa、0.08MPa时，2种膜各自达到最大 LAS 去除率，最大分别为93.33%、93.46%，而最低 LAS 去除率分别为91.31%、91.84%。混凝﹣气浮﹣过滤后汽车淋洗废水再经 PS 中空纤维超滤膜、醋酸纤维素中空纤维超滤膜处理后，出水LAS 浓度分别在0.13~0.18mg/ L 、0.13~0.17mg/ L ，出水 LAS 浓度均符合城市杂用水水质标准 GB / T 18920-2002（标准要求 LAS <0.5mg/ L )。

因此膜过滤选用醋酸纤维素中空纤维超滤膜并且最佳操作压力为0.12MPa，且在不同操作压力下对 COD 、 LAS 去除率分别为81.22%~83.64%、91.84%~93.46%，出水 COD 、 LAS 浓度范围分别为18.49~22.54mg/ L 、0.13~0.17mg/ L ；其纯水反冲洗周期为100min

3结语

1）混凝工艺处理辽宁省某小型洗车厂洗车废水时，最佳处理条件为： PAC 最佳投加量为330mg/ L 、助凝剂 PAM 最佳投加量为2.5mg/ L 及最佳静沉时间为10min。

2）滤柱填料为活性炭﹣沸石，并且二者的填充比例为2:1时，最佳的滤速为4m/ h 。

3）膜过滤实验优选出醋酸纤维素中空纤维超滤膜，且最佳操作压力为0.12MPa，在不同操作压力下， COD 、 LAS 去除率分别为83.64%、93.46%,出水 COD 、 LAS 浓度分别为18.49mg/ L 、0.15mg/ L 。

刘军ꎬ杜茹男ꎬ宋佳蓉ꎬ侯佳男转自节能