郑州大学--动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统

郑州大学--动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统.
动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统一、背景资料
1.1 洗车水使用现状
我国经济建设的快速发展和人民生活水平的不断提高使汽车数量日益增长,洗车正在成为各大中城市的热门服务行业。

车辆的清洗主要是由工人操作高压水枪完成，水源为自来水。

洗车造成了水资源的大量浪费和水环境污染,更增加了城市用水的负担，加剧了洗车水的大量消耗与水资源短缺之间的矛盾。

下面以郑州市为例, 分析其年洗车用水量。

目前郑州有上百家洗车行, 每个洗车行每天平均洗 20 辆车, 每辆车耗水按 200 L计, 则郑州市每天就要消耗自来水200 L/辆× 20 辆× 100 家= 400000
33L= 400 m, 每年就会消耗 14 万m自来水。

保护水资源,提高水的重复利用率已成为全球共同关注的课题。

因此,研制洗车废水回用装置,循环处理使用洗车废水,是解决目前洗车行业水资源浪费和保护环境..
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的有效措施，并对节约水资源,改善生态环境,保持国民经济可持续发展具有特
殊意义。

1.2 洗车废水水质
汽车在行驶过程中很容易受污染, 车体和玻璃所粘附的污垢主要是尘埃, 燃料
燃烧不完全的油烟和空气中漂浮的各种微粒等。

底盘和车轮粘附的污垢主要是泥沙, 路面沥青, 煤焦油和燃烧油等。

它们重复污染或混合污染时, 会形成粘附力很强的污垢。

发动机中的污垢主要来自燃料。

由于汽车各部位粘附的污垢类型不同, 清洗时所用的洗涤剂及清洗方式也有差别。

就洗涤剂成分而言, 其主要成分为烷基酚聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂以及起润滑作用和光亮作用的阴离子表面活性剂, 常用的为烷基硫酸钠和磷酸醋盐等。

由此可以看出洗车废水中主要的污染物为油类污物、泥沙、洗涤剂。

由于清洗车辆类型的不同( 小型车辆和大型运输车)、洗车行功能不同( 单纯洗车与修车洗车相结合) 、清洗方式不同( 机械洗车与人工高
压水冲洗) , 洗车废水污染物成分会有差异。

但本质上洗车废水水质相差不大。

经现场实测及参考资料研究,典型性洗车废水水质状况如表 1所示:
表1 洗车废水水质
项目 COD(mg/L) LAS(mg/L) 浊度(NTU) PH
水质 300~450 10~35 300~600 6.2~8.1
经研究发现洗车废水中的COD、 LAS、浊度等均超标严重，而这些指标对洗车
废水能否回用影响很大。

因此，要想使洗车废水能够回用，就必须使上述三个指标达到回用标准。

1.3现有洗车废水净化技术
现有洗车废水净化方法主要有传统工艺法、物理法、膜生物反应..
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器法等。

其中膜生物反应器法效果较好，在市场上得到了一定应用。

传统工艺法:采用沉淀—除油—过滤的处理工艺。

这种传统的处理工艺适用于普通的洗车废水处理 ,但由于该流程有专门的除砂、除油工艺 ,占地面积较大 ,出水可满足废水排放标准但却在总大肠杆菌、浊度等指标上不一定满足标准，不能达到回用洗车用水要求。

物理法:适用于水量小而水质变化大的情况。

一般是让污水经过一系列的过滤介质 ,使得污水中含有的泥砂等大颗粒物质与一部分有机物质通过过滤机理得以去除。

但是各工艺需要经常反洗 ,活性炭使用一段时间后需再生 ,精密过滤中的滤芯也需定期更换等，过程中运行费用较高。

并且进水需要有较好的水质 ,否则各工艺的使用寿命将会缩短。

膜生物反应器法:膜生物反应器法净化洗车废水具有水质可靠、占地面积小等特点，在一些土地资源紧缺的国家，如日本等，更是受到高度关注。

该工艺在技术上的发展已经相当成熟，但它在许多废水处理当中用得较少。

造成这种现状的原因主要是:膜组件的成本过高;运行过程耗能过高，造成运行费用很高;在膜的运行过程中悬浮污染物在压力的作用下被截留或吸附在膜表面，造成膜的污染，出水通量的衰减问题难以解决。

因此让人难以接受,不易推广。

以上处理方法大多存在处理效果差，工艺复杂，费用高，能耗大等缺陷，目前仍未有一种令人满意的方法。

而本作品动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统具有处理效果好、成本低、能耗少、装置简单等突出优点，因此能很好地弥补现有技术上的缺陷，具有很好的应用前景。

该系统推广应用后能很好地缓解洗车水的大量消耗与水资源短缺之间的矛盾，具有很好的经济、环境和社会效益。

经研究发现洗车废水中的COD、 LAS、浊度等均超标严重，而这..
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些指标对洗车废水能否回用影响很大。

因此，要想使洗车废水能够循环回用，
就必须使上述三个指标达到回用标准。

二、系统说明
本动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统由洗车行、沉淀池、动态膜生物反
应器、蓄水池四部分组成，其中沉淀池、动态膜生物反应器、蓄水池三部分完成对
洗车废水的净化与存储，而洗车行则实现对净化水的再利用。

2.1系统的具体组成
动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统组成如图1所示，具体组成描述如下:
图1 动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统
(1)洗车行:是洗车废水的来源，也是净化后水的去处。

(2)沉淀池:用于收集洗车废水，对废水进行初步沉淀作用。

沉淀池下部设有排
沙管，排出沉淀下来的泥沙;沉淀池右侧设有溢流挡..
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板，用来把上清液与泥沙隔开。

(3)动态膜生物反应器:这是本系统的核心部分，实现洗车废水的净化，它是将
膜组件置入活性污泥池中制备的，并通过动态膜本身的过滤作用与活性污泥中微生
物的降解作用来达到净化回用洗车废水的目的，如图2所示。

其中本系统的膜组件
为工业滤布，对洗车废水起到很好的过滤作用，如图3所示;活性淤泥里富含微生
物，能有效通过代谢作用分解洗车废水中的有机物，且部分淤泥微生物负载到工业滤布上使其过滤效果进一步提高。

(4)蓄水池:用来存储净化后的水，待洗车行洗车使用。

其大小可根据洗车行的具体规模确定。

图2 动态膜生物反应器
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图3 膜组件
2.2洗车废水净化系统的流程描述
本动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统处理洗车废水时的具体流程描述如下所示(图4):
(1)首先，使洗车废水流入沉淀池进行沉淀作用，除去较大颗粒固体杂质。

(2)然后，用泵将沉淀池中的上清液泵入动态膜生物反应器中，这些废水经动态膜的过滤作用和活性污泥中微生物的降解作用处理后便可达到回用标准。

(3)再用提升泵将净化处理后的水泵入蓄水槽中待用。

(4)有洗车需要时，直接利用蓄水池里的水即可。

进而完成整个洗车废水净化循环。

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图4 动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统流程图
2.3动态膜生物反应器的制备
首先选取两块膜面积大小适宜、孔径为56μm的涤纶材质的普通工业滤布，并用其包裹PVC框架来组成膜组件，然后将制成的膜组件置入适宜浓度的活性污泥池中制备成动态膜生物反应器。

三、可行性研究报告
3.1试验装置及方法
3.1.1 试验装置
针对洗车废水水质的特点，本作品设计以动态膜生物反应器、沉淀池、蓄水槽、提升泵等为主要组成部分的动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统来对其进行净化。

其试验装置工艺流程如图5所示: ..
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蓄水池洗车废水
动态膜生物反应器
排沙管
沉淀池
图5 试验装置工艺流程图
整个系统主要包括以下部分:
2(1)膜组件:由两块孔径为56μm、总过滤面积为0.088 m、涤纶材质的工业滤布包裹PVC框架组成。

(2)活性污泥:取自污水处理厂，经过处理后使其浓度大概为4000mg/L左右。

(3)动态膜生物反应器:将制成的膜组件置入活性污泥池中制备成动态膜生物反应器，其容积为100L,有效容积为90 L。

(4)沉淀池:用于收集洗车废水，对废水进行初步沉淀作用，除去大颗粒等固体杂质，其容积为150L。

(5)蓄水槽:用于蓄积处理后的清水，待洗车使用，其容积为150L。

3.1.2试验用水
试验采用郑州市某洗车行的洗车废水为试验水样，其水质状况如表2所示: ..
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表2 洗车废水水质
项目 COD(mg/L) LAS(mg/L) 浊度(NTU) PH
水质 300~450 10~35 300~600 6.2~8.1
3.1.3试验方法
(1)使试验水样流入沉淀池进行沉淀作用，除去较大颗粒等固体杂质。

(2)用泵将经沉淀作用后的上清液泵入动态膜生物反应器中，经动态膜的过滤作用与微生物的降解作用进行处理后便可达到循环回用标准。

(3)经提升泵的作用流入蓄水槽中，最后用仪器测定处理过后水的COD、 LAS、浊度的具体值。

3.1.4 试验说明
(1)本试验系统总共运行5天，每天连续运行4个小时，每两个小时测定1次处理后水的COD、 LAS、浊度的具体值，共10组实验数据。

(2)根据所检测的数据绘制相关曲线，对本作品的处理能力与效果进行分析。

(3)由于实验室试验条件的限制，该试验的废水处理量为
330.04m/h，并没达到我们设计的系统处理量0.8m/h。

因为废水处理
3量的大小与动态膜的膜面积大小成正比，所以要达到0.8m/h处理量，只需将各个装置的规格扩大相应的倍数即可。

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3.2运行结果及分析
本系统一共运行五天，共获得10组处理后水的COD、LAS、浊度的数据，分别编号为1到10。

根据所检测的数据绘制相关曲线，具体分析如下:
3.2.1. 浊度的变化
高浊度是洗车废水的一大特点，也是洗车废水是否能够达到回用的重要指标之一。

洗车废水经净化后，浊度及浊度去除率变化如图6所示。

图6 浊度变化情况
从上图可以看出，该系统处理效果良好，处理后废水浊度均〈5(NTU),浊度去除率在99%以上。

该系统试验初期结果有所波动，但一段时间后该系统工作稳定，处理效果有所提高。

3.2.2 COD的变化
因洗车废水中含有石油、洗涤剂等有机物，所以COD值一般很高。

出水COD值及COD去除率随时间的变化如图7所示。

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图7 COD变化情况
从上图可以看出，该系统对COD的去除效果较为稳定，一天内运行效果均符合回用标准。

一天内的COD的去除率在93%以上。

3.2.3 LAS的变化因洗车过程中使用了大量的洗涤剂，使得洗车废水中LAS的含量较高。

一天内出水LAS值及LAS去除率随时间的变化如图8所示。

图8 LAS变化情况
动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统在一天内对LAS的去除率在97%以上。

试验前期处理效果不断提高，一段时间后稳定，且..
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整个过程所的水质均符合回用标准。

3.3试验结论
本作品动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统，通过动态膜本身的过滤作用与活性污泥中微生物的降解作用来达到净化回用洗车废水的目的。

经运行试验分析可知，该系统运行效果稳定，处理效果一直维持在较高水平，浊度、COD、LAS的去除率分别在99%，85%，97%以上，具有很强的实际意义，易于推广应用。

四、创新程度分析
4.1 工艺流程方面
本作品创新性地将动态膜生物反应器运用到洗车废水净化循环系统中，该系统与现有的废水处理系统相比工艺流程简单，仅需动态膜生物反应器、沉淀池、蓄水槽、提升泵等主要的部分组成，易于控制。

4.2 膜组件方面
本作品所应用的动态膜生物反应器与现有的膜生物反应器相比，创新性地采用大孔径(相对于超滤、微滤)的材料来制作膜组件，因此大大降低了膜组件的价格。

在过滤过程中，微生物及其代谢产物逐渐吸附在膜材料表面形成动态膜，使其过滤孔径变小而截留能力增强，因此其处理效果并不比小孔径的膜差。

同时由于该动态膜的孔隙率高而可压缩性小，使得动态膜有较强的液相渗透性能，从而延缓操作压力的提高，具有抗污染能力强，反洗效果佳，膜通量可以有效恢复等特点。

4.3运行效果方面
动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统的创新性在于，在提高过滤精度的同时防止了污染物向膜材料表面和内部的扩散，减轻了对..
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膜材料的污染程度，使膜材料的使用寿命得到了提高，处理效果得到了增强，处理废水量大、处理效果佳。

同时动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统利用微生物的高效降解作用来对洗车废水进行净化处理，使废水的处理效果更佳,无二次污染。

五、可行性分析
5.1技术可行性分析
本动态膜生物反应器净化洗车废水循环系统对水的净化作用主要体现在三个方面:
(1)沉淀池对洗车废水的初步沉淀净化;
(2)动态膜生物反应器中膜组件的过滤净化;
(3)动态膜生物反应器中活性淤泥的微生物的净化。

从技术上来看，本系统所涉及的原理简单，制作容易，较易实现。

本净化循环系统所涉及的动态膜生物反应器所采用的膜组件为工业滤布，来源广泛，价格便宜;
将膜组件浸入活性淤泥中，随着过滤过程的进行微生物及其代谢产物逐渐吸附在膜
材料表面形成动态膜，使其过滤孔径变小而截留能力增强，过滤效果并不比小孔径
的膜差。

另外，动态膜技术的研究已经比较成熟，在污水处理方面也有应用。

所以，本动态膜生物净化洗车废水循环系统在技术上是完全可行的，且较易实现，处理效果很好。

本系统对洗车废水的处理效果如图9所示。

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图9 洗车废水处理前后对比
由本净化循环系统的原理可知，影响本系统处理能力主要因素是膜组件面积的
大小。

而膜组件的面积很容易进行改变，所以本系统的处理能力可根据洗车行的具
体需求进行设计，主要是确定膜组件的面积大小。

本动态膜是将淤泥负载到工业滤
布上，因此滤布很容易用清水直接冲洗干净，膜通量可以有效恢复，可重复使用。

而又因为活性淤泥中微生物的存在，使得本动态膜具有较强的抗污染能力。

因此，
本动态膜生物净化洗车废水循环系统在处理洗车废水时具有很强的灵活性和循环使
用性。

从以上分析中可知本系统除了具有较强的可行性外，在技术上还具有以下优点:
(1)本文采用先进的动态膜生物反应器法对洗车废水进行净化处理。

该处理方法直接用动态膜生物反应器对废水进行净化处理，与其它处理方法相比，工艺简单创新，运行费用低，避免了繁琐的工艺流程和较高的能耗。

(2)动态膜生物反应器利用微生物的高效降解作用来对洗车废水进行净化处理，不仅废水的处理效果很好，而且无二次污染，环保..
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可靠。

(3)本文采用的动态膜生物反应器技术与现有的膜生物反应器技术相比，在技术上具有抗污染能力强，反洗效果佳，膜通量可以有效恢复等特点。

同时动态膜分离技术采用大孔径材料作载体制备膜组件，较大程度上降低了膜组件的价格。

5.2市场分析
随着我国经济不断增长, 汽车业发展迅猛, 尤其是家庭用车的成倍增加，使得洗车行业用水量急剧增加, 据统计，清洗一辆小型汽车
3需用水0.06—0.10m，一座大中城市一年用于洗车的水量则可供6万人口使用一年。

这不但造成了水资源的巨大浪费,增加了城市用水负担,而且造成了水环境污染，使得城市供水矛盾更加尖锐。

因此，能够提出良好实用的净化洗车废水方法已成为亟待解决的问题。

目前洗车废水回用处理的方法主要有传统的“沉淀—除油—过滤”方法、电解法、物理处理法等，这些处理工艺的使用效果都不太理想，有些会致使水质发黄，操作和维护很不方便，适用性较差，不仅投资高，运行成本也较高。

大多数洗车场对建立小而全的废水处理与回用设施都难以接受，因而更多的是选择废弃或闲置，这不仅造成了资金的浪费，又损害了环境。

因此，解决洗车废水问题的关键在于降低净化洗车废水的成本，提高实用性，最好是开发出一种实用、简单而且成本低的净化学车废水的方法。

而本作品动态膜生物净化洗车废水循环系统与原有的工艺相比，具有工艺流程简单、成本低廉、处理水质稳定、占地面积小、处理效..
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率高、废水处理量大、可实现自动化控制的优点，能很好地弥补现有洗车废水净化方法的缺点。

另外，本系统每小时的处理废水量可达
330.8m，按日处理5个小时计算，日处理总量将达到4m，这样即可满足一般洗车行一天的用水量。

因此，本作品因具有处理效果好、成本低、能耗少、装置简单等
3突出优点。

并经计算一天可以节约水量4 m。

因此该系统的市场需求量将十分巨大。

一旦得到推广应用，一定会取得巨大的经济效益、环境效益和社会效益。

六、经济效益分析
3在上述试验条件下，系统处理废水能力为0.04m/h，但投入到实际使用之后，其处理能力将随系统中各个装置的规格的增加而增加。

经对洗车行用水情况进行调查分析后发现，使我们的净化系统的处理
3量达到0.8m/h，连续运行5个小时即可满足极大多数洗车行的要求。

3下面是对处理量为0.8m/h的系统实际应用于郑州市某洗车行的经济效益分析。

6.1本系统日运行费用
本系统日运行费用主要来自两台泵运行时的电费。

该系统每日运
33行5h，净化水量为4m。

处理污水用电为每台泵0.5kW?h/m，郑州
3市电价0.55元/kW?h，则每天两台泵的用电费为:2×4 m×0.5
3kW?h/m×0.55元/kW?h=2.2元。

因此该系统的日运行费用仅为2.2 元。

6.2日节约水费
3本系统的日处理能力为4m，采用该系统后(按水回用率80%计)，日..
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33节约自来水量为:4 m×80%=3.2 m。

郑州市规定特种行业(包括洗车
33用水)自来水价格约为30元/ m，则每日节约自来水费为:3.2 m×30
3元/ m=96元。

如一年按运行11个月(330天)计，则年节约自来水
3量为1056 m，年节约水费为31680元，社会效益、经济效益十分显著，本项目必将得到大力推广。

七、社会效应分析--节约了水资源
据统计，全国近,,,座城市中就有400座常年供水不足，其中有,,,余座城市更是严重缺水，如天津.长春.大连.青岛.唐山.烟台等大中城市已受到水资源短缺的严重威胁。

我国首都北京已因供水不足多次提高水价。

而本系统可普遍应用于洗车行业，对洗车废水进行净化处理，使得洗车废水可以得到循环利用，真正做到资源节约。

下面以郑州市的洗车行为例, 分析其年可以节约的
用水量。

目前郑州有上百家洗车行, 每个洗车行每天平均洗 20 辆车, 每辆车耗水按 200 L计, 则郑州市每天就要消耗自来水200 L/
3辆× 20 辆× 100 家= 400000 L= 400 m，因此每年就将节约 14 万..
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3m的自来水。

这对于解决目前水资源紧缺的局面将发挥一定的作用。

八、实效性分析--减轻了对环境的污染
中国目前每年约有1/3的工业废水和90%以上的生活污水未经处理就排入水域，全国有监测的1200多条河流中，目前850多条受到污染，90%以上的城市水域也遭到污染，致使许多河段鱼虾绝迹，符合国家一级和二级水质标准的河流仅占32.2%。

污染正由浅层向深层发展，地下水和近海域海水也正在受到污染，我们能够饮用和使用的水正在不知不觉地减少。

同时日趋加剧的水污染，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。

据世界权威机构调查，在发展中国家，各类疾病有80%是因为饮用了不卫生的水而传播的，每年因饮用不卫生水至少造成全球2000万人死亡，因此，水污染被称作"世界头号杀手"。

而本系统应用于洗车污水的处理使其回用，除去水中的污染物质，不会对环境造成污染。

3仅郑州市一年就可以减少14 万m污水的排放量，这将对减少环境污染，保护环境作出多大的贡献呀～
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时光荏苒，感谢教给我人生道理的老师。

结语:
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