（市政工程专业论文）铁路洗涤污水循环再利用系统研究.pdf

北京交通大学硕士学位论文 矗 7 4 1 0 6 4 摘要 本文对洗涤污水循环再利用、减少污水处理量、降低污水处理成本做 出了有益的探索。并结合我国经济技术等方面的实际情况，拟在探寻适 合我营国情的洗涤污水循环再利用的安全、经济、先进的处理工艺。 通过对各种过滤方式及材质的连续试验优化了工艺运行操作参数， 结果分析表明低压膜过滤为较优过滤方式，p a n 膜为较优膜材质。通过 自度对比试验对衣物洗涤和自来水洗涤的比较，讨论洗涤污水循环再利 用的可行性。 通过对国内外现有各种水质标准和洗涤污水处理后出水水质的分 析以及各项水质指标对衣物洗涤的影响，提出了铁路洗涤污水循环再 利用的水质标准建议值。通过铁路洗涤污水循环再利用的经济效益，环 境效茄进行分析，讨论铁路洗涤污水循环再利用的经济实用性。 通过对现有全自动洗表机内部系统及控制程序分析，洗涤污水循环再 利用篙对洗表机内部进水口与出水口各增规一个阀门，增加了洗衣机洗涤 污水循环再利用控制功能的p l c 程序。 关键词：洗涤污水；循环再利用；超滤膜：水质标准；p l c 控制程序 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i s p a p e rs t u d i e s t h et r e a t m e n t p r o c e s s o fl a u n d r yw a g t e w a l e r ，a n d o p t i m i z e sp a r a m e t e r s o fo p e r a t i o ni no r d e rt h a ti tc o u l db ea d a p tt oo u r n a t i o n a ls i t u a t i o no fe c o n o m i ca n dt e c h n i q u e i tu s e sd i f f e r e n tf i l t e rm a t e r i a l st ot r e a tl a u n d r yw a s t e w a t e r ，a n df i n d st h a t p a nm e m b r a n ei sb e s t b yc o m p a r i n gw h i t e n e s so fw h i t ec a l i c ow h i c hw a s h e d b yr e c y c l i n gw a t e rw i t ht h eo n ew a s h e db ym a i n - w a t e r ，i ts h o w st h a tt h et w o w a s h i n ge f f c c ti s n od i f f e r e n c e t h eu t i l i z a t i o no ft h i st r e a t m e n tp r o c e s sc o u l d g a i ng r e a te c o n o m i cr e w a r d sa n d e n v i r o n m e n tr e w a r d s t h e p a p e rs u g g e s t st h ew a t e rq u a l i t y - i n d e xv a l u ef o rr e u s e dl a u n d r yw a t e r a f t e ra n a l y z e dt h ev a r i o u se x i s t i n gw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d sa n de x p e r i m e n t a l i no r d e rt ou s et h et r e a t m e n tp r o c e s sa c t u a l l y ，w a s h i n gm a c h i n en e e da d d o n t w ov a l v e ，o n ea ti n l e ta n dt h eo t h e ra to u t l e t ，a n da d d o nt h ep l cp r o c e d u r et o r e a l i z e dt h ev a l v e st r a n s f e ra u t o m a t i c a l l y k e yw o r d ：l a u n d r yw a s t e w a t e r ；r e c y c l i n ga n dr e u s e ；u fm e m b r a n e ；w a t e r s t a n d a r dq u a l i t y ；p l cc o n t r o lp r o c e d u r e ； 2 北京交通大学硕士学位论文 1 选题的背景和研究意义 随着经济的快速发展，水资源相对贫乏和水污染日益严重对我国经济 发展的制约作用越来越突出。为实现经济的可持续发展，国家一方面倡导 节水，一方面用价格杠杆调控水资源的利用，所以水价不断提高，水排污 费征收力度逐年加大，这使得铁路运行成本中水费和水排污费的数量在逐 年增大。 目前铁路水污染治理的重点是客运洗涤污水治理。铁路客运列车上所 使用的备品( 备品包括车厢的卧具、台布等) 水，这类洗涤污水属于灰水( g r e y w a t e r ) “! ， 为预洗一洗涤一三次漂洗，从该洗涤程序可以 水水质差别较大，其中预洗和洗涤阶段污染较 的洗涤产生了大量的洗涤污 铁路客运洗涤作业程序一般 看出，不同洗涤程序排放污 为严重，因此处理过程中对 去除阴离子表面活性剂( l i n e a ra l k y l b e n z e n es u l f o n a t e ：简称：l a s ) 产 生不利的影响。由于洗涤污水中的去除l a s 有一定的难度，近几年建成的 一些处理设施运行状况和处理效果都不理想。困扰l a s 处理的主要因素是 设施建设的一次性投资太和污水处理运行费用商。比较可靠的处理工艺应 采用沉淀一气浮一生物氧化或过滤吸附”。而目前已建成的洗涤污永处理 设施，多数只有沉淀一气浮2 级“1 ，这样建设投资和运行费用都可以接受， 但处理效果不稳定t 排放污水不能保证稳定达标 的去污成分，如果将洗涤污水加以循环再利用 l a s 在处理过程的影响，另一方面也可以大幅度 于污水的深化处理，这将降低污水处理设施建设 此研究如何对洗涤污水进行循环再利用、减少污 成本，对于搞好铁路的环境保护工作具有重要意 。l a s 为洗涤过程中主要 一方面可以减轻高浓度的 减少污水摊放总量，有剥 一次性投资和运行费，因 水处理量、降低污水处理 义。 6 北京交通大学硕士学垃论文 2 铁路洗涤污水循环再利用调查研究 2 1 铁路洗涤污水循环再利用调查研究 铁路企业的水污染治理工作，经过“七五”到“九五”十儿年的努力， 机务、车辆系统的含油污水和医院的含菌污水己得到全面治理。目前铁路 水污染治理的重点是客运洗涤污水治理。 铁路上各站洗衣房的洗衣璧和用水量都不小，通过对国内2 2 个铁路站 点洗涤车间的概况调查，得出以下结论： ( 1 ) 各洗衣房洗衣物数量差距较大，较多的洗涤车间日洗衣量为 1 5 0 0 0 k g ，较少的仅5 2 0 k g d ：日用水量差距从6 0 吨到9 0 0 吨不等；所使 用的洗涤荆，虽然品种繁杂，有洗农粉，洗衣膏，肥皂等，但其主要去污 成分都含有阴离子表蕊活性剂，另外，各洗衣度在洗农时都加了消毒剂， 一般采用氯系消毒剂如8 4 消毒液等，也有采用双氧水等氧化荆的。 ( 2 ) 洗衣房虽然数量众多，但有污水处理设施的较少，所调查的2 2 个工点中有污水处理场的仅有9 处：污水处理工艺流程各不相同，采用；三 气浮为主的物化方法处理的有4 处，占工点总数约4 5 ；采用以生物接触 氧化为主的生物方法处理的有2 处，约占2 0 ：其余采用物化和生化结合 的方、法，多为气浮+ 生物接触氧化工艺“。这些处理场都是将所有洗涤污水 进行处理达标排放未考虑对洗涤污水进行循环再利用。 ( 3 ) 在统计的2 2 个污水工点中，仅有4 个工点考虑了回用水，占全 部工点数的1 8 ，2 并且它们也只考虑将洗涤污水回用于车辆的洗刷等， 而不是循环再利用回洗涤作业程序。 北京交通大学硕士学位论文 ( 4 ) 由于洗涤污水中阴离子表面活性剂的去除有一定的难度，近几年 建成的一些处理设施运行状况和处理效果郡不理想。困扰l a s 处理的主要 因素是设施建设的一次性投资大和污水处理运行费用高。目前己建成的洗 涤污水处理设旋，般考虑物化处理及生化加物化处理，这两种工艺处理流 程如图2 一l 所示”l ，这样建设投资和运行费用都可以接受。但处理效果不稳 定排放污水不能保证稳定达标。 叵h 曰吨亘固砷巫 咂堕p 叵卜匝卜 巨卜匝h 匦亟寸恒堕睫蔓乎恒p 叵卜 图2 - i 国内典型的洗涤污水处理工艺 ( 5 ) 铁路客运洗涤作业程序一般为预洗一洗涤一三次漂洗，不同洗 涤程序排放污水水质差别较大，其中预洗和洗涤阶段水质污染较为严重。 客运洗涤污水中约6 0 的污水是水质较清的漂洗水，这部分水可以处理后， 用作预洗用水或洗涤剂溶水。热果这部分水壹接摊入污水管道，对预洗和 洗涤程序排放的高浓度污水起稀释作用，对去除l a s 产生不利的影响。 2 2 国外研究成果 近年来国外对工业洗衣房洗涤污永的循环再利用研究较为普遍，已经 有不少用于洗涤污水循环再利用系统的专利和产品。其中典型的洗涤污水 循环再利用方案如图2 2 所示： 北京交通大学颀士学位论文 幽2 - 2 典型挠衣房的洗涤污水循环冉利用流程图 该系统将洗涤所有工序产生的污水都收集在污水贮存池中，经过处理 后循环回循环再利用水贮存池，然后与新鲜水按定比例混台进入下一次 洗涤程序。这种循环系统的利用率可高达8 0 以上，大大减少了洗衣房新 鲜水的消耗量，但这种循环再利用系统的处理方法较为复杂。 某轮船上洗衣房的洗涤污水循环再利用系统的处理方法如图2 3 所示 【5 】 日计晦霾 圈2 - 3 轮船上洗衣房姓理方法流程图 该流程是将洗涤污水收集到污水贮存池后，首先经过气浮，利用溶气 罐将压缩空气输入原水中，压力释放后产生大量气泡，这些气泡粘附油脂 后浮到水面将其刮除：然后进行混凝沉淀去除悬浮物；晟后进行氧化和消 毒，氧化采用高级氧化一光催化氧化技术，进一步降解水中有机物；消 毒采甩电解装置产生的臭氧和中压紫外灯产生的紫外光来实现。氧化消毒 后将水收集到洗涤循环再利用水贮存池，再与新鲜水混合作为洗涤系统的 水源。 某普通洗衣房洗涤污水循环再乖j 用系统的处理方法与前者有所不同， 如图2 - 4 所示“1 ： 北京交通大学硕士学位论文 圈2 4 普通洗丧房处理方法流程图 该方法是将洗涤污水收集到污水贮存池后，首先通过震动筛，将水中 大于1 0 0 微米的固体颗粒去除，如小细绳、一般的洗衣碎片等，并且当筛 子旋转时这些碎片类杂质被脱水收集起来进行下步的污泥处理；经过震 动筛的洗涤灰水通过重力作用流到平衡池，然后通过带自动清洗装置的管 式超滤膜系统，截留水中细小杂质；最后利用臭氧进行消毒。 国外洗涤污水处理中，循环再利用系统将所有洗涤灰水收集起来进行 处理后与新鲜水混合进行后洗涤，不影响现有洗衣机内部洗涤程序，但是 需要对循环再利用水与新鲜水的比例进行调节，循环再利用率较高，但是 处理流程复杂，方法技术要求难度大，成本高。 综合考虑国内的洗涤污水处理现状及国外研究和利用的结果，结合我 国国情，铁路洗涤污水循环再利用的处理工艺小试研究过滤( 包括精密过 滤和低压超滤膜过滤) 为主。针对铁路洗涤污水循环再利用，对处理后出 水的微生物指标去除要求较高，膜过滤对卫生指标的去处效果并不理想， 在处理后期需要进行消毒处理，紫外线消毒不需投加任何化学药品：在水 中不生成有害的残余物质；无臭味：操作安全、简单，易实现自动化：运 行、管理、劳务和维修费用低“1 。具有消毒效果好快速简便的优点”1 。 因此，首先对市售各种过滤材料及紫外消毒技术进行了调研。 2 3 过滤材料市场调研结果 过滤实验初步考虑选用耪密过滤滤芯和中空纤维超滤膜作为过滤材 0 北京交通大学硕士学位论文 料。精密过滤滤芯主要指过滤精度在1 u m i o o u m 的滤芯，价格较为低廉， 表2 一l 显示了熔喷滤芯( m e l ts p i n n i n gc a y t r i d g e ) ，蜂房( 线绕) 式滤 芯( w i r ew o u n d ) 的材质结构，过滤精度，特征和使用条件1 。 表2 一l 不同材质滤芯的特点 | 材质和结过滤精特征使用条件 构度 熔喷材料经熔 0 5 1 ) 低成本：工作温度： 8 0 ； 滤芯融、喷丝、 1 0 0pm2 ) 深层过滤，通量大：工作压差：最佳工 缠绕而成 ( 公称3 ) 耐弱酸、弱碱以及大作压差02 2 m p a ； 精度) 。多数有机溶剂和无机溶是丈压差：0 2 6 f 4 p a 剂，耐霉烂。( 温度升高，则耐最 大压差相对降低) 。 蜂房纺织纤维 0 5 一1 0 01 低成本；工作温度：6 0 ； ( 线纱缠绕而pm ( 公2 浑屠过滤，通置太： 工作压差： 绕)成，多孔骨称辅3 可根据过滤介质的不同 0 2 m p a ，耐压型： 式滤架。度) 。选择不同材质的滤层材0 $ m p a 。 芯 料。 中空纤维滤芯( 超滤膜) 产品，是由各种高分子材料制成的半透膜作为 障碍层，用于截留不同分子量物质，结构合理，质量稳定可靠，适用范围 广，具有良好的分离净化功能3 。其分离原理为：在压力驱动下，溶液申 的水等尺寸小的物质可通过中空纤维膜壁上的微孔被被传递到膜的另一 侧，溶液中细菌、胶体悬浮物、颗粒等尺寸大的物质则不能透过中空纤维 壁孔而被截留，从而达到溶液分离挣化的目的。超滤膜截留的颗粒粒径范 围是0 0 0 1 5um ，相当于分子量大子5 0 0 的各种微粒、胶体、有机物、细 菌、熟原等物质，可有效截留水中的细菌，大肠杆菌，胶体悬浮物等有害 物质，但不能截留无机离子“。超滤依赖于膜的有孔性，分离的是大分子。 大分子溶质较易截留的原因有下述几方面“： ( 1 ) 膜表面及微孔内的吸附； 北京变通大掌硕士学位论文 ( 2 ) 在孔中停留而被去除： ( 3 ) 在膜表面的机械停留： 目前市面上应用较为广泛的中空纤维超滤膜有聚丙烯膜( 简称：p p 膜) ，聚丙烯腈膜( 简称：p a n 膜) 和聚砜膜( 简称：p s 膜) ，这三种超滤 膜的特点分别为： ( 1 ) p a n 膜组件的技术特点为：新型的高通水量膜结构，使产水量 设计较以前的大大提高。亲水性的聚丙烯腈( p a n ) 朦能抗污染，产水在 高浊度的进水对也能保持稳定的透水量。微细孔的超过滤膜链使出水 水质保持良好( s d i t ) ，即使原水浊度有较大变化出水水质也是不变。 双皮层聚丙烯腈膜的物理性及化学性非常稳定可靠。具有优良的耐光 性、耐气候性和耐霉挂、耐污染性、耐溶剂、耐澹脂性，以及良好的化 学稳定性和熟稳定性，同时也具有一定的耐强酸、强碱性。 ( 2 ) p p 膜抗冲击及耐磨性能好，单位体积膜产品的有效膜面积大， 过滤分离效率高。膜分离孔径为0 卜0 3 微米。孔隙率5 0 一5 5 截留 分子量9 万，可实现精密无菌过滤。 ( 3 ) p s 膜具有使用方便、能耗低、效率高、无相交、无二次污染等 优点。能有效地去除水和溶液中的微粒、细菌、胶体、微生物、高分子物 质和热源等，同时具有良好的耐温、耐酸碱和耐氧化性能。过滤精度可达 0 0 0 l 0i r f l 。 对比畎上过滤材料处理后出水水质指标及产水量，从中选择适宜过滤 产品，确定较优的处理工艺。 1 2 北京交通大学硕士学位论文 2 4 紫外消毒技术调研结果 紫外( 简称u v ) 消毒技术应用于水消毒已有l o o 多年的历史，消毒效 率比较高，是氯消毒的替代技术“，从2 0 世纪7 0 年代开始u v 消毒技术 逐步开始应用在污本消毒领域，由于关键技术的突破，使得u v 消毒系统的 可靠性大大提高，设备使用寿命长，能耗降低，运行费用也大为下降，比 传统的氯法消毒更为操作简便，费用更经济。因此，在2 0 世纪9 0 年代u v 技术在欧美国家得到极其广泛的应用。耳前全世界在城市生活污水处理、 自来水供应、制药等领域已有4 0 0 0 多套u v 消毒系统投入运行使用”“。 u v 消毒技术是利用特殊设计的高功率，离强度和长寿命的c 波段紫 外光发生装置产生的强紫外光照射流永或空气，使水或空气中的各种病原 体细胞组织中的d n a 结构受到破坏而失去活性，从而达到消毒杀菌的目的。 与传统的二氧化氯法、臭氧法、膜过滤法等比较，u v 消毒技术具有 较突出的特点”。在消毒过程中，不需添加任何化学物质，不会在水体中 产生或留下任何有毒物质，不产生二次污染，运彳亍安全可靠，安装维修简 便占地面积小，投资及运行费用低，消毒效率高效果好，应用范围广， 可以实现自动控制。紫外消毒灭菌技术对改善水环境质量、扩大污水再生 利用、保护环境、节约水资源、提高供水质量、保障人体健康等方面都具 有十分重要的意义。因此，本研究采用紫外消毒技术对铁路洗涤污水的处 理后出水进行消毒处理。 北京变通大学硕士学位论文 2 5 影响紫外消毒的几个因素 2 5 1 紫外线剂量 紫外线剂量是影响消毒效累的直接因素，它等于紫外光强度与接触 时间的乘积。在相同的紫外光强度条件下，接触时间决定紫外线剂量。 从理论土分析，紫外线剂量越大。消毒越好，然而紫外消毒有一限值， 超过此限值则不能经济有效地对额外的微生物进行灭杀“。 2 5 2 总悬浮物( s s ) 总悬浮物对紫外线消毒的影响主要表现在：( 1 ) 悬浮颗粒吸收并分 散了紫外线能显；( 2 ) 微生物隐藏在颗粒中受到保护，避免了紫外线和 化学药剂的破坏”。如果通过膜过滤，再用紫外线消毒，那么所需紫外 线剂量大大减少，同时消毒效果也有很大提商。 2 5 3 颗粒物的尺寸分布( p s d ) 颗粒物的尺寸分布影响紫外线的消毒效率。当颗粒物粒径超过某一 l 临界值时，紫外线剂量随着污水中颗粒物粒径的增加而增加“。 2 5 43 水力负荷影响 紫外线消毒因素还有处理流量，当水量突然增大时，紫外线接触时 闻短，需要更强的紫外线荆耋两紫外线系统通常根据最大峰值流量设 计，当水力负荷大时，出水水质较平时差，杀菌率无法保证”。 1 4 北京交通大学硕士学位论文 综上所述，处理水量相对较少时，紫外线的投资和运行成本比较低， 操作运行、维护管理也较方便、简单。通过膜处理后的出水悬浮物浓度 很低，微生物含量也较低。因此，紫外线消毒具有较大的优越性。 北京交通大学硕士学位论文 3 铁路洗涤污水循环再利用工艺的研究方法 针对铁路洗涤污水的循环再利用，结合我国经济技术等方面的实际 情况。本研究拟在探寻适合我国国情的洗涤污水循环再利用的安全、经 济、先进的处理工艺。 3 1 研究目的 通过选用过滤处理工艺，对其试验结果和工艺进行分析，寻找较优 的铁路洗涤污水循环再利用的处理方案及处理方法并且优化处理工艺 的操作运行参数。 通过铁路洗涤污水循环再利用对衣物洗涤和自来水洗涤的比较，讨 论洗涤污水循环荐利用的可行性。 通过对各种现有水质标准和洗涤污水处理后出水水质的分析，以及 各项水质指标对铁路衣物洗涤的影响，提出铁路洗涤污水循环再利用的 水质标准建议值。 通过铁路洗涤污水循环再利用的经济效益，环境效益进行分析，讨 论铁路洗涤污水循环再利用的经济实用性。 通过对铁路洗涤污水循环再利用的实际工程分析，提出铁路洗涤污水 循环再利用的系统改造方案。 3 2 研究内容 本研究包括以下4 个方面内容 1 6 北京交通大学硕士学位论文 ( i ) 洗涤污水水质检测。分析铁路洗涤污水的浊度，p h 值，悬浮 固体( 简称：s s ) ，化学需氧量( 简称：c o d c 。) ，阴离子表面活性剂( 简称： l a s ) ，u v 一( 经验指标) ，硬度，油脂这八项常规水质指标。考察铁路洗 涤污水浊度与悬浮固体浓度( 简称：s s ) ，l a s 与c o d 。，的相关性，探讨铁 路洗涤污水的主要污染成分的关系。 ( 2 ) 在小试试验阶段，用不同过滤材料对其进行过滤处理，通过 流量变化和出水量选取较优滤芯，对较优滤芯的出水水质与进行比较分 析，选取较优的处理工艺进行下步的中试试验。 在中试试验阶段，分别采用膜孔径约为0 1um ，膜表面积i o m 2 左右 的聚丙烯中空纤维微滤膜( p p 膜) ，和两种截留分子量约为5 0 ，0 0 0 d a ，膜 表面积均为5 m 2 左右的聚丙烯腈中空纤维膜( p p 膜) 、聚砜中空纤维超滤膜 ( p s 膜) ，进行连续性试验： 第一步，选用p a n 膜、p p 膜、p s 膜，选取两组较优的过滤材料， 确定较优反冲洗时间。 第二步，通过出水通量、压差变化对膜污染状况进行分析，综合处理 水质和处理水量确定最优膜材质： 第三步，对长期运行后的中空纤维膜进行化学清洗，根据膜通量、膜 压差恢复状况分析化学清洗效果，确定较优化学清洗方法。 ( 3 ) 对铁路洗涤污水进行超滤处理后的出水，检测其微生物指标 ( 以总细菌数和大肠杆菌数为代表) ，分析滤膜的物理消毒功效； ( 4 ) 进行白度试验，对洗涤污水循环再利用对衣物质地和洗涤效果的 影响进行分析。 ( 5 ) 铁路洗涤污水循环再利用的水质标准探讨；结合现有的国内 外各种水质标准，对前一阶段的实验结果进行分析，考察洗涤污水循环 北京交通大学硕士学位论文 再利用的效果，对洗涤污水循环再利用的水质标准提出建议。 ( 6 ) 铁路洗涤污水分质处理循环再利用的系统改造。粗略估算洗涤污 水循环再利用的成本，对其在实际应用中的洗涤系统改造提出建议方案。 3 3 试验方法 3 3 1 常规水质指标检测方法 检铡的常规水质指标有p h 值、浊度、s s 、硬度、c o d c r 、l a s 和油脂 其检测方法及所使用仪器如表3 一l ： 表3 一l 水质指标检测方法 项目方法仪器方法来源 州值p h 计检测，直接读数p h 一2 5 型酸度计 g b 6 9 2 0 0 8 6 浊度浊度仪检测直接读数浊度仪( 美国i - a c h )g b l 3 2 0 0 - 9 l 硬度e d t a 滴定法检测化学分析检测滴定管g b 7 4 7 7 - 8 7 c o d 。，重铬酸钾法检测，化学分析检测玻璃回流装置，加热装置g b l l 9 1 4 8 9 5 s 重量法检测，称重捡测a w - 1 2 0 电子分析天平 6 b i1 9 0 1 8 9 l a s 亚甲蓝分光光度法t 化学分析检测7 2 4 1 型分光光度计 g b 7 4 9 4 - 8 7 油脂红外分光光度法，化学分析检测j d si o o z 型红外分光计g b t 1 6 4 8 8 1 9 9 6 3 3 2 微生物学指标检测方法 微生物监测指标主要为大肠菌群和细菌总数，其检测方法如图3 2 所示 北京交通大学硕士学位论文 表3 - 2 微生物指标检测方法 项目方法仪器检验依据 大肠营群多管发酵法 sb 一】4 电热恒温培养辑g b 4 7 8 93 1 9 9 4 细葡总数培养法 sb 一14 电热恒温培养箱g b 4 7 8 9 2 1 9 9 4 3 3 3 白度实验 参照衣料洗涤剂性能比较试验循环洗涤白棉对照布法 ( g b t 1 5 8 1 5 - 1 9 9 5 ) ，进行洗涤污水循环再利用白度试验。白度检测仪器型 号为c o l o r e y e 7 0 0 0 测色配色仪。 3 3 3 1 实验方法概要 选用与铁路卧具品质相当的白棉布，裁成约2 0 c m 2 0 c m ，重约4 9 的 布片，在布片边角用色线绣字编号，在不同洗涤程序分别使用回用水和自 来水，加入一定量的洗涤剂。同系列连续进行规定次数( 2 0 次) 的循环洗 涤。 经循环洗涤后的自棉对照布试片，感官评价其外观( 粗糙度) ，感官白 度及白度比较这些判据来评价铁路洗涤污水循环再利用的方案及使用效 果。 3 3 3 2 试验程序 ( 1 ) 待测衣料分别编号为1 ，2 ，3 号，将l 号衣料浸入加了2 0 9 洗衣 粉的2 升自来水中浸泡5 m i n 用手揉搓2 m i n ，在2 升自来水中漂洗2 m i n ， 漂洗三次，晾干：将2 号衣料浸入加了2 0 9 洗衣粉的2 升循环再利用水中 浸泡5 m i n ，用手揉搓2 m i n ，在2 升自来水中漂洗2 m i n ，漂洗三次，晾干； 将3 号衣料浸入加了2 0 9 洗农粉的2 升循环再利用水中浸泡5 m i n ，用手揉 9 北京交通大学硕士学位论文 搓2 m i n ，在2 升循环再利用水中漂洗2 m i n ，漂洗一次，在2 升自来水中漂 洗2 m i n ，漂洗二次，晾干。依次，连续循环洗涤2 0 次。待测实验编号如 表3 3 所示： 表3 - 3 白度实验样品编号 洗涤漂洗一次漂洗二次漂洗三次 1 号自来水自来水自来水自来水 2 号循环再利用水自来水自来水 自来水 。3 号循环再利用水循环再利用水自来水 一自来水 ( 2 ) 自度测试。将1 号，2 号，3 号试样，取未洗涤过的同质布料为 无号试样，分别测量自度。将其实验结果进行比较，分析铁路洗涤污水经 处理后循环再利用对农物布料的白度影响。 ( 3 ) 感官保持。有5 名评判者对每个试样布料做目视，手摸比较，感 官评判铁路洗涤污水处理后经循环再利用对布料的感官白度( 黑自) ，外观 ( 粗糙平滑) 及柔软性的影响。 3 3 4 过滤实验 在小试试验阶段，采用圈3 - 1 装置将洗涤污水收集到水箱中，通过水 压力表 水箱 型倒、 出 水 图3 - 1 过滤试验装置简图 泵加压，经过阀门、流量计和压力表后，进行过滤。该流程中，过滤器及 北京交通大学硕士学位论文 其滤芯可以更换，考虑使用熔喷滤芯、线绕滤芯和中空纤维超滤膜( p a n 膜，p p 膜，p s 膜三种) ，通过滤芯的污染状况以及出水水质指标进行分析。 在较优的混合水方案基础上，用不同滤芯对其进行过滤处理，将过滤装置 的初始出水流量都调到5 0 0 l h ，开始实验，每隔2 5 分钟，读一次流量及 压力，一直做到所使用滤芯的出水流量降到5 0 l h 左右时停 上实验，将滤 芯用自来水冲洗1 5 分钟后再重复实验，共做4 组，比较不同滤芯的流量与 时间变化情况。初期过滤试验得出1 微米、5 0 微米绕线滤芯，熔喷滤芯和 膜滤芯对所有漂洗水的处理效果。通过出水流量、出水压力的变化以及产 水量的比较，确定了较优的滤芯。通过流量变化和出水量选取较优滤芯。 中试试验处理方法为中空纤维超滤膜处理，选用p a n 、p p 、p s 三种膜 材料进行试验，所选膜的截流分子量为5 万，卵膜的膜面积为l o m 2 ，p a n 膜和p s 膜的膜面积为5 2 。超滤膜的性能指标为渗透通量和截留率，渗 透通量即渗透流量除以膜面积。 在实验第一阶段，三种膜均采用相同的试验条件，每过滤半小对反冲 洗2 分钟，过滤进水压力设为0 0 4 5 m p a ，初始渗透漉量5 0 0 l h ，反冲洗压 力为0 0 8 0 1 1 m p a ，反冲洗流量为5 0 0 7 0 0 l h ，进行连续试验比较其 出水通量和水质选择较优膜材质。并以表3 4 所示条件进行三稃不同频 度周期反冲洗试验，确定最佳水力反清洗条件。 袤3 - 4 不同频度周期反冲洗膜滤试验 j 娥 过滤时同m i n反冲洗时间进水压力m p a反冲洗压力 m p a f ， 3 0l5o 0 4 500 8 i ：3 02 + s0 b 4 50 0 8 f 3 5 0 5 0 0 4 500 8 在实验第二阶段，确定较佳膜一聚丙烯和聚丙烯腈的撮佳反冲时间进行 北京交通太学礤士学位论文 氏期实验比较长期实验的水量变化情况。调节相同初始流量和进水压力 使用聚丙烯中空纤维膜( p p 膜) 、聚丙烯腈中空纤维膜( p a n 膜) 、聚砜中 空纤维膜( p s 膜) 三种中空纤维膜进行过滤试验，对比三者流量与时间关 系、渗透通量与时问关系以及通量半透膜压之比与时间关系，选定最佳的 中空纤维膜，进行长期试验，确定较优反冲洗丑寸闻。 在实验第三阶段，对较优膜材质进行化学清洗，膜的化学清洗方法为 碱洗法：采用2 n a o h 溶液将化学清洗液的p h 值配制到1 1 1 3 ，该范围对 膜材质无损害，对膜表面进行1 个小时的化学清洗液循环清洗，之后将化 学清洗液用自来水冲净，开始下一周期的运行。化学清洗液每次只需2 0 l 左右，并且可以保留，重复使用。 在中试试验过程中，对原水和出水的各项永质指标，包括浊度、硬度、 c o d 。，、s s 、l a s 、p h 值等进行比较分析。并比较同等实验条件下p a n 膜、 p p 膜、p s 膜的渗透通量，渗透压，以选择较优超滤膜进行长期实验，并在 试验中，将白棉布分成三种情况洗涤，分别为用过滤后的水预洗、洗涤及 漂洗一次，剩下的用自来水洗涤；用过滤后的水预洗、洗涤，剩下的用自 来水洗涤：全部用自来水洗涤。总共反复洗涤2 0 次后拿到北京服装检测中 心检测自棉布的白度，以说明过滤后的水对铁路洗涤衣物的影响。 中试试验装置如图3 - 2 所示，该装置过滤方式采用切向流式 ( c r o s s - f o w ) ，将洗涤污水收集到原水箱中，通过水泵加压，经过阀门进 入过滤装置，经过过滤装置的压力表后进入中空纤维膜进行过滤，一部分 原水经过中空纤维膜内回流回原水箱，相当于对膜的正冲，一部分原水经 过中空纤维膜过滤出水，再将过滤出水接到反冲水箱，当原水过滤一段时 间后用反冲水箱中的过滤出水对中空纤维膜进行反冲。 北京交通大学硕士学位论文 3 3 5 紫外灯消毒试验 图3 - 2装置总流程图 紫外灯消毒试验采用某厂生产的过流式紫外灯装置，灯的照射功率为 1 4 w ，消毒流量为0 3 o 4 5 m “h 。试验时通过消毒器的流量为0 3 8m 3 h ， 此时紫外线剂量为2 5 0 0 0 0 j m 2 。 北京交通大学硕士学位论文 4 试验结果研究分析 4 1 原水水质结果 试验初期原水为某招待所洗衣房的洗涤污水，所洗农物为宾馆枕套、 枕巾、床单等，衣物品质一般。采用l o 组不同洗衣程序原水以及自来水水 质测试结果如表4 1 所示： 表4 - 1 不同洗衣程序原水以及自来水承质测试结果 、 洗涤水漂一次水漂二次水漂三次水 浊度( n t u ) 3 2 0 5 5 04 8 9 21 0 3 05 1 5 p h 值 1 0 1 0 59 9 58 8 575 8 硬度( 以c a c 0 ， 4 2 0 5 0 04 8 0 5 0 05 0 0 5 3 05 3 0 5 5 0 计m g l ) s s ( m g l )4 7 0 8 7 01 4 0 2 5 05 0 1 5 02 0 1 1 0 堋( 曜l ) 2 4 9 9 3 1 6i l2 5 l 4 l9 2 i 1 3 2 24 5 5 8 , 4 3 c 0 瞻( m g l ) 5 0 2 1 3 2 11 4 4 6 9 77 】4 7 53 6 3 3 2 根据表4 - i 数据分析，洗涤污水的各项水质指标与洗涤工序紧密相关， 浊度、t s s 、l a s 、c o d c ，都随洗涤工序( 洗涤一漂卜漂2 一漂3 ) 逐次减少。 洗涤和漂洗一次水的各项指标超标甚为严重，超标倍数达到3 - 8 倍。漂洗 二、三次水水质较清，部分水样有超标现象。因实际操作过程中投放的洗 涤剂偏多，导致l a s 超标较为严重，甚至漂洗三次水中也存在大量残余的 l a s 。洗涤水和漂一次水的p h 值在g 1 0 5 之间，碱性较强，超出城市污 水排放标准( c j 3 0 8 2 1 9 9 9 ) 3 ，漂二、三次水的p h 值在7 5 8 5 之间， 显弱碱性。硬度以洗涤水最低，这主要是因为自来水中的钙、镁离子和洗 涤剂及衣物上的杂质相结合形成沉淀，使得水中溶解性钙、镁离子浓度有 所降低。 北京交通大学硕士学位论文 其平均值如表4 - 2 所示 表4 - 2 不同洗涤程序排放污水水质平均值 洗_ 涤漂洗一次漂洗二次漂洗三次 浊虚( h t u ) 3 4 98 82 09 5 t s s ( m g l ) 6 7 0 l5 54 12 2 l a s ( m g l ) 2 6 2 11 2 7 ll o 4 36 8 9 c o d c ，( m g l ) 8 2 53 3 41 5 59 8 表4 - 2 中c o d c ，与l a s 的关系如图4 - i 所示 3 5 0 3 0 0 2 5 0 磐2 0 0 暑1 5 0 1 0 0 5 0 o r 。0 9 9 4 5 厂 少 l夕 夕 i 一 ， o51 01 52 02 53 0 l a s ( m g 1 ) 圈4 1c o d “与l a s 的相关关系 通过4 - i 图可知，c o d c ，与l a s 的关系式为：y = 1 4 7 6 x + i 8 1 9 6 ，相关 系数r 2 = o ，9 9 4 5 。这说明铁路洗涤污水中l a s 与c o d c ，的相关性很强，当水 中l a s 浓度增加时，c o d c ，值随之增加，当l a s 浓度降低时，c o d c ，值随之减 少。由此可知，铁路洗涤污水中过赢的c o d c ，主要由水中过多的l a s 引起。 针对铁路洗涤污水循环再利用l a s 作为主要的去污成分，因此，在后期 实验过程中。其去除率不需考虑为主要影响因素。 j b 京交通大学硕士学位论文 表4 - 2 中浊度与s s 的关系如图4 - 2 6 0 0 5 0 0 4 0 0 = - - 3 0 0 岫 要2 0 0 1 0 0 o r ，：0 9 9 9 2 一， 一 01 0 02 0 03 0 04 0 0 浊度( ntu ) 图4 - 2 浊度与s s 的相关关系 浊度与s s 的关系式为：y = 1 5 9 7 7 x + 4 3 7 3 2 ，相关系数r 2 = 0 9 9 9 2 。 这说明铁路洗涤污水中浊度与s s 的相关性很强，当水中s s 浓度增加时， 浊度值随之增加，当s s 浓度降低时，浊度值随之减少，反之，通过浊 度的变化可近似知道铁路洗涤污水中t s $ 的浓度。s s 是铁路洗涤污水的 主要污染物成分，也是铁路洗涤污水循环再利用的重要水质参数但s s 的实验测量中误差影响因素较浊度值的测量大，因此，在实验过程中， 以浊度值作为主要的测量参数。 中试试验原水采用某铁路站段洗涤污水。该洗涤车间有工业洗衣机 8 台，在洗涤程序中加助力碱、工业洗衣粉，洗衣用水量很大，月水费 大概为1 0 1 5 万元。连续3 0 天取5 0 组洗涤污水检测其各项水质指标， 其污水情况如表4 - 3 所示： 北京交通大学硕士学位论文 表4 - 3 某铁路站段洗涤污承原水水质 检测指标原水永质 浊度3 0 2 2 0 口h 值 75 1 0 5 硬度( m g l ) 12 0 1 6 0 s s ( m g l ) 3 0 2 0 0 l a s ( m g l ) 0 7 1 5 c o d c ，( m g l ) 2 5 3 0 0 u v2 5 0 2 1 4 动植物性油脂( m g l ) 05 5 ，0 。 4 2 小试试验结果 4 2 1 不同滤膜出水浊度的试验结果 基 v 乜 不同滤膜的出水浊度变化如图4 3 所示 一绕线游芯l 擞米 二二二二二_ 卜绕线洮苍5 0 徽米产j r 一r _ 熔喷滤芯l 微米 。 # 二于性纤维麟膜户 if y l i， 。 f， i、 i， i ， i - 一 ，n、 v 、， 一厂、) r l ，一，一 tx 图4 - 3 不同滤膜的出水浊度 从图4 - 3 中可明显看出，中空纤维超滤膜出水浊度值最低且出水水质 稳定，均在3 5 n t u 以下，接近自来水浊度，满足中水回用对浊度在5 n t u 2 7 北京交通大学硕士学位论文 以下的要求( g b t1 8 9 1 9 - 2 0 0 2 ) 。熔喷和绕线滤芯都存在着出水水质不稳 定，浊度波动范围较大，从几个n t u 到十几个n t u 。熔喷滤芯l 微米的出 水浊度均在8 n t u 以上。绕线滤芯l 微米在0 1 2 0 分钟内的出水浊度较好， 基本在3 n t u 以下，但随着时间的增加，污染物有所穿透，出水浊度也随之 增高，到了2 5 0 分钟后，出水浊度达到了l o 1 5 n t u 。 4 2 2 不同滤膜流量变化分析 各种滤芯对洗涤污水处理的流量变化与时间关系比较如图4 4 所 不o 6 0 0 5 0 0 4 0 0 2 、 、，3 0 0 盘 堪 2 0 0 1 0 0 o + 绕线1 微米 + 绕线5 0 微米 1 1嘲圆矗 。、辈! 燃滤膜 1 ；寥 畸峨卜培嘲 嘏 专 i 、 1 ；l； 上 i i ： i l； ；k 1u 1 叼气 _， 1 05 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 0 时间( 分钟) 图4 - 4 不同滤膜出水流量比较 从图4 - 4 我们可以看出1 微米绕线滤芯的流量都随着时间的增加而 降低，并且刚开始流量衰减很快，降到l o o l h 左右时，流量变化缓慢， 当流量衰减到很低时，会有一段时间持续在这个流量附近。流量刚开始 衰减很快主要是因为刚开始过滤，滤芯迅速被洗涤污水中的大的悬浮物 北京交通大学硕士学位论文 堵塞，导致流量迅速下降，当滤芯被大的悬浮物堵塞到一定程度时洗涤 污水内的悬浮物对滤芯的堵塞影响很小，因此流量会持续在一个水平 上，但此时的流量已经降 中还可以看出，绕线滤芯 的初始流量还可以恢复到 的快，并且在实验过程中 到很小，基本在5 0 1 。h 左右。此外，从图1 5 做完一组实验冲洗后再进行实验时，虽然滤芯 5 0 0 l h ，但流量衰减要比前一组实验流量衰减 也可以发现，滤芯的污染程度也耍比前一缳实 验的污染程度深，污染物也越来越难洗掉，污染物逐渐向滤芯的内层发 展。 5 0 微米绕线滤芯的流量都随着时间的增加而降低，并且刚开始流量 衰减缓慢，到了5 0 分钟后流量衰减变快，降到1 0 0 l h 左右时 化缓慢，当流量衰减到很低时。会有一段时间持续在这个流 量剐开始衰减缓慢主要是因为剐开始过滤，滤芯过滤精度为 孔隙较大，不容易被被洗涤污水中的大的悬浮物堵塞，当大 积较多时，会很容易截留住水中的悬浮物，导致流量迅速下 量附 流量变 近。流 5 0 微米， 的悬浮物堆 降，因中间 停止实验一段时间，第二天继续实验时，流量又恢复到3 3 0 l h 左右， 但流量叉迅速衰减到1 0 0 l h ，当滤芯被大的悬浮物堵塞到一定程度时洗 涤污水内的悬浮物对滤芯的堵塞影响很小，流量会持续在一个水平上， 但此时的流量已经降到很小，基本在5 0 l ，h 左右。并且在实验过程中也 可以发现，滤芯的污染程度较深，污染物也越来越难洗掉，污染物逐渐 向滤芯的内层发展。 熔喷滤芯的流量剐开始衰减很快，降到l o o l h 左右时，流量变化缓 慢，当流量衰减到很低，大概5 0 l h 时，会有一段时间持续在这个流量 附近。流量刚开始衰减很快主要是因为刚开始过滤，滤芯迅速被洗涤污 水中的大的悬浮物堵塞，导致流量迅速下降当滤芯被大的悬浮物堵塞 北京交通大学硕士学位论文 到一定程度时洗涤污水内的悬浮物对滤芯的堵塞影响很小，因此流最会 持续在一个水平上。但此时的流量已经降到很小，基本在5 0 l h 左右。 各种滤芯浊度去除率的比较如图4 - 5 所示： 一 鬟 、， 瓣 墅 粕 曩 鲁- 嫠 舞 绕线i绕线5 0熔喷iu f 膜 图4 - 5 各种滤芯浊度去除率的比较 以上初期过滤试验结果表明，中空纤维超滤膜( 简称u f 膜) 与其他过 滤材料比较，中空纤维膜的流量衰减更为缓慢，出水的浊度效果更好， 且中空纤维超滤膜的冲洗再使用效果比其他过滤材料的效果好，也可以 进行化学冲洗，如果再进行反冲等清洗，使用寿命会很长，比绕线滤芯 的效果更好。中空纤维超滤膜的出水浊度很好，都在3 n t u 以下，达到 了饮用水标准。因此。通过过滤的初期试验效果可以看出，中空纤维超 滤膜的过滤效果最佳。 4 3 中试试验结果 4 3 i p a n 膜不同反冲洗时间的流量变化比较。 p a n 膜在不同反冲洗条件下的流量变化如图4 - 6 所示，其不同条件 如船砷孙柏如如m 0 北京交通大学硕士学位论文 产水量如图4 7 所示 6 0 0 5 0 0 ，、4 0 0 d 3 0 0 删 谨 2 0 0 0 0 0 0 风口愈全7 触办厣aaa 乃 0 ；扩“v 掣v l ￥y | 掣掣、 nq v q - + 一个小时反冲5 分钟 + 半十小时反冲i5 分 r 一半个小时反冲25 分 5 01 0 0i 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0 时间( m f n ) 图4 - 6p a n 膜在不同反冲洗条件下的流量变化 半小时反冲2 5 分钟半小时反冲1 5 分钟- - 4 时反冲5 分钟 圈4 7p a n 膜不同条件产水量 从图4 - 6 中可看出，随着膜过