洗车废水回用的化学处理方法研究*

何兴宇，屈颖娟，王思国，邸寅旭，刘 娜

（西安文理学院 化学工程学院，陕西 西安 710065）

洗车废水的回收利用是困扰洗车行业的一大难题，特别是洗车废水中的表面活性剂和有机物、重金属离子等进入水体后，与其他污染物结合在一起形成一定的分散胶体颗粒，对废水的回收利用都造成了很大的阻碍。洗车废液里含有较多的长链有机物，如烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯脂、聚丙二醇等非离子表面活性剂和烷基硫酸钠、磷酸醋盐、十二烷基苯磺酸钠等大量阴离子表面活性剂，所以其相应的LAS与COD值会很高，LAS与COD值的降低是废水处理中的难点。

目前，处理洗车废水方法有泡沫分离法[1]、电化学法[2]、混凝法[3]、膜分离法[4]等，电化学方法对仪器设备要求高、成本高，膜分离方法中膜容易损坏导致成本增加，混凝方法简单有效，但目前混凝法中单一混凝对COD、LAS等值去除率低。本实验利用混凝沉淀和化学方法相结合的处理方法，以去除废液中大量的有机物和无机物。洗车废水先经过回收装置用物理方法处理后，再利用聚合氯化铝（PAC）、硫酸铝钾、H2O2及聚丙烯酰胺（PAM）等4种水处理试剂的协同作用对洗车废水进行处理，按照《生活杂用水水质标准》（GJ25.1-89），着重研究色度、浊度、化学耗氧量（COD）和阴离子表面活性剂（LAS）等4个重度污染指标。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

KN-COD12型COD回流快速测定仪（北京科诺）；ZEN3700型纳米粒度及zeta电位分析仪（马尔文）；722N型可见分光光度计（上海佑科）；PHS-3C-01型pH计（上海三信）；T-50型砂芯过滤装置（天津津腾）。

H2O2（成都科龙）；聚合氯化铝（上海麦克林）；聚丙烯酰胺（天津科密欧）；KAl（SO4）2·12H2O（天津红岩）；活性炭（天津天力），以上试剂均为分析纯。

1.2 原水水质

实验用水取自陕西省西安市某大型洗车场洗车废水，该洗车废水主要特点为气味较大，阴离子表面活性剂、浊度和色度含量较高，有机物含量偏高，水的pH值偏弱酸性。原水水质指标见表1。

表1 原水水质指标Tab.1 Raw water quality index

1.3 水质分析流程

为了实现洗车废水的回收利用处理，实验采用以下流程对废水进行处理再生，洗车废水进入单一反应池内，按时间顺序实现不同目的的操作，基本操作程序有进水、沉降、反应、静置、抽滤、出水6个过程，这种操作反复进行，进而达到不断进行洗车废水二次利用的目的。水分析流程图见图1。

图1 水分析流程图Fig.1 Flow chart of water analysis

1.4 水质分析方法

先将洗车废水沉降并过滤除去其中的泥沙等不溶性杂质，然后准确量取25份沉降过滤后的废水样品置于干燥烧杯内，按照表2的顺序依次加入氧化剂、混凝剂与助凝剂，用废水样品定容至100mL。然后将烧杯按照顺序依次放入摇床中，以转速180r·min-1搅拌15min，搅拌结束后，静置10min，用砂芯过滤装置将预氧化-混凝后的洗车废水抽滤，取每份水测定其浊度、COD、LAS等值，对测定的数据进行分析与处理，得出预氧化-混凝试剂最优配比量。

洗车废水中各项指标的测定方法，化学需氧量（COD）测定方法采用重铬酸钾法（HJ 828-2017），阴离子表面活性剂（LAS）测定方法采用亚甲蓝分光光度法（GB7494-87），浊度测定方法采用分光光度法（GB13200-91），色度测定方法采用化学试剂比色法（GB/T 605-2006），pH值测定采用pH计测定方法。

表2 预氧化-混凝正交试验表（mg·L-1）Tab.2 Orthogonal experimental table of peroxidation coagulation

2 结果与讨论

2.1 浊度测定与去除方法

浊度是表示水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水样呈现浊度。在适当温度下，硫酸肼与六次甲基四胺聚合，形成白色高分子聚合物。以此作浊度标准液，绘制出吸光度与不同浓度标准液的标准曲线，在一定条件下与水样浊度相比较。通过实验得出该标准曲线方程为y=0.0035x+0.0069，其R2=0.9993，4种试剂对于废水浊度的去除影响见图2。

由图2可知，PAC、KAl（SO4）2·12H2O投加量在20～100mg·L-1、H2O2投加量在30～110mg·L-1、PAM投加量在1～5mg·L-1范围内曲线的去除率随着浓度的增加基本保持不变。通过实验发现，当PAC浓度为40mg·L-1时，去除率达到最高点为98.74%；KAl（SO4）2·12H2O浓度达到80mg·L-1时，去除率达到最高点为98.50%；H2O2在50mg·L-1时，去除率达到最高点为98.43%；PAM浓度达到5mg·L-1时，去除率达到最高点为98.46%。

通过实验发现，对于浊度，不同试剂的最佳投加量分别为：聚合氯化铝（PAC）40mg·L-1；KAl（SO4）2·12H2O 80mg·L-1；H2O250mg·L-1；聚丙烯酰胺（PAM）5mg·L-1。在所选试剂的最佳条件下，处理后的水样浊度大幅度下降，处理效果好。

图2 试剂投加量对去除废水浊度的影响Fig.2 Effect of reagent dosage on turbidity removal of wastewater

2.2 LAS含量测定与去除方法

阴离子表面活性剂（LAS）是普通合成洗涤剂的主要活性成分。本实验采用亚甲蓝分光光度法测定洗车废水中的LAS，阳离子亚甲蓝与阴离子表面活性剂作用，生成蓝色的盐类（MBAS），该盐类可被CHCl3萃取，其吸光度与浓度成正比，用紫外可见分光光度计在波长652nm处测量氯仿层的吸光度。本实验采用直链烷烃苯磺酸钠为标准物，绘制出吸光度与不同浓度标准液的标准曲线，该曲线方程为y=0.1136x+0.0028，其R2=0.9998，4种试剂对废水LAS的去除影响见图3。

图3 试剂投加量对去除废水LAS的影响Fig.3 Effect of reagent dosage on LAS removal of wastewater

由图3可知，PAC投加量在20～100mg·L-1范围内，LAS的去除率随着浓度的增加先上升再降低，当浓度为40mg·L-1达到最高点，后基本呈下降趋势，当PAC浓度在40mg·L-1时，去除率达到85.02%；H2O2投加量在30～110mg·L-1范围内，LAS的去除率随着浓度的增加先平缓上升再下降，在90mg·L-1时，去除率最高为85.61%；KAl（SO4）2·12H2O投加量在20～100mg·L-1范围内，曲线的呈现趋势为先平缓上升再下降，当浓度达到80mg·L-1时，去除率最高为85.80%；PAM投加量在1～5mg·L-1范围内，LAS去除率随着浓度的增加先平缓上升，随后下降，当浓度达到3mg·L-1时出现最高点，去除率达到88.40%。

通过实验发现，对于LAS，试剂的最佳投量分别为：聚合氯化铝（PAC）40mg·L-1；KAl（SO4）2·12H2O 80mg·L-1；H2O290mg·L-1；PAM 3mg·L-1。所选试剂对LAS值处理有着一定的影响，处理后的水比原水样LAS值有所下降，处理效果较好。

2.3 COD含量测定与去除方法

通过对水样COD值的估测，本实验采用重铬酸钾法，K2Cr2O7法的原理是在强酸性溶液中，一定量的K2Cr2O7氧化水样中还原性物质（注意去除废水中多余的H2O2，否则K2Cr2O7与H2O2在H+介质反应，干扰COD的测定），过量的K2Cr2O7以亚铁灵作指示剂、用确定浓度的Fe（NH4）2·（SO4）2·6H2O溶液回滴。根据用量算出水样中还原性物质消耗的氧。4种试剂对于废水COD的去除影响见图4。

图4 试剂投加量对去除废水COD的影响Fig.4 Effect of reagent dosage on COD removal of wastewater

由图4可知，PAC投加量在20～100mg·L-1范围内，COD的去除率随着浓度的增加先平缓上升，当浓度为60mg·L-1达到最高点为85.37%，后呈下降趋势；H2O2投加量在30～110mg·L-1范围内，COD的去除率随着浓度的增加先上升后趋于下降，在50mg·L-1时去除率最高为85.78%；KAl（SO4）2·12H2O投加量在20～100mg·L-1范围内，COD的去除率整体呈现下降趋势，当浓度为20mg·L-1时，去除率最高为87.58%；PAM投加量在1～5mg·L-1范围内，COD去除率随着浓度的增加先平缓上升，随后趋于稳定，当浓度达到3mg·L-1时出现最高点为83.1%。

通过实验发现，对于COD，试剂的最佳投量分别为：聚合氯化铝（PAC）60mg·L-1；KAl（SO4）2·12H2O 20mg·L-1；H2O250mg·L-1；PAM 3mg·L-1。所选试剂对COD值处理有着一定的影响，处理后的水比原水COD值有所下降，处理效果较好。

2.4 单一混凝与预氧化-混凝的比较

通过上述实验结果对比可得出，最优试剂的配比：聚合氯化铝为40mg·L-1、聚丙烯酰胺为3mg·L-1、KAl（SO4）2·12H2O为80mg·L-1、H2O2为50mg·L-1。单一混凝与预氧化-混凝对于浊度、LAS、COD等值去除率见表3。

表3 单一混凝与预氧化-混凝的比较Tab.3 Comparison between single coagulation and preoxidation coagulation

由表3可知，预氧化-混凝相比单一混凝COD、LAS等值均有明显下降，说明H2O2在混凝中起到了显著的作用，有利于洗车废水的处理，且水质得到明显提升。

2.5 机理研究与结果分析

本实验采用预氧化-混凝的方法，处理效果明显，废水中污染指标去除率高的原因可能是废水中的胶体粒子呈现负电荷，H2O2为强氧化剂具有杀菌和消毒作用，可以将水中部分有机长链化合物和无机物大分子颗粒氧化为小分子颗粒，分解的氧气泡可以进行部分吸附并且提前进行微生物杀菌，对洗车废水后续处理起到很好前处理效果。投加PAC、KAl（SO4）2·12H2O后，大量的Al3+、[Al（OH）n]、[Al2（OH）nCl6-n]m等不同结构的铝的物质扩散至胶粒的吸附层，扩散层厚度减小，双电层压缩，当ξ电势降低至临界电势ξk时，胶粒间的引力大于斥力，胶粒之间相互聚集并且易于吸附水中的杂质而聚沉。但当PAC、KAl（SO4）2·12H2O量加入过多，将会引起ξ电势升高，使混凝效果减弱，去除率下降。当投加助凝剂PAM后，混凝效果增强，最后投加的活性炭进一步提高出水质量，使COD、浊度、色度等值达到要求。ξ电势变化见图5。

图5 不同水样对ξ电势的影响Fig.5 Influence of different water samples onξpotential

2.6 处理水水质参数与标准的比较

最优试剂配比处理水质指标与《生活杂用水水质标准》（GJ25.1-89）的比较见表4。

表4 处理水水质参数与标准的比较Tab.4 Comparison between treated water quality parameters and standards

3 结论

本文采用正交试验建立了一项高效预氧化-混凝的洗车废水化学处理方法，该方法采用H2O2为氧化剂；KAl（SO4）2·12H2O与聚合氯化铝为混凝剂；聚丙烯酰胺为助凝剂对废水污染物进行去除。实验结果表明，本方法具有成本廉价，操作步骤少，有效降低洗车废水中浊度、COD、LAS等优点，适用于洗车废水处理并可将废水二次回用。