利用电凝聚-浮选（ECF）工艺去除洗车废水中的油/油脂及阴离子表面活性剂：一项中试规模研究

《Journal of Water Process Engineering》：Removal of oil/grease and anionic surfactants in carwash wastewater using an electrocoagulation-flotation (ECF) process: a pilot-scale study

本研究建立连续电凝聚-浮选（ECF）系统处理汽车洗浴废水，使用铝电极在0.1-2.0A电流、0.135-3.0L/min流量下处理三种不同污染水平的废水，实现SS、O/G和ASs近100%去除，COD去除率受溶解有机物影响较低达85%。低流速（<1L/min）因气泡过多导致处理效率下降，能耗随电流呈二次关系（1.0-3.0kWh/m3）。污泥含挥发性固体<30%，重金属含量低，适合填埋或再利用。ECF系统在处理成本、效率及可行性方面表现优异，为中小型洗浴中心废水处理提供新方案。

　　本研究聚焦于汽车洗车废水处理领域，探讨了一种新型的连续电凝聚-浮选（ECF）系统在实际应用中的效果。随着经济发展，汽车数量不断增长，洗车用水量也随之上升，而洗车废水的严重污染问题已成为汽车行业亟需解决的环境问题之一。传统处理方法如生物处理、吸附、膜过滤等虽然在一定程度上能够应对这些污染问题，但往往存在建设成本高、占地面积大、操作复杂等局限性，尤其对于小型洗车设施而言更为明显。因此，开发一种高效、节能且适用于分散式处理的废水处理技术显得尤为重要。

ECF技术是一种基于电解反应的废水处理方法，其核心在于利用电极材料在电流作用下产生金属离子和氢气泡，进而实现污染物的凝聚与浮选。与传统的电凝聚（EC）技术相比，ECF技术通过引入浮选过程，能够在更短的时间内去除悬浮物和部分有机污染物，同时减少了对沉淀池的依赖，从而降低了对土地的需求。然而，在实际应用中，ECF系统仍然面临一些挑战，如如何在不同污染程度的废水中保持稳定的处理效率，以及如何平衡能耗与处理效果之间的关系。

在本研究中，研究人员构建了一个用于汽车洗车废水处理的连续流ECF反应器，并对三种不同污染程度的废水样本进行了实验。实验过程中，通过调节电流（0.1–2.0 A）和流速（0.135–3.0 L/min），研究人员观察到了废水处理效果的变化。结果显示，无论废水的初始污染程度如何，ECF系统均能实现对悬浮物（SS）、油/脂肪（O/G）和阴离子表面活性剂（ASs）的几乎完全去除。然而，对于溶解性有机物（如化学需氧量COD）的去除效果则相对有限，这主要是由于溶解性有机物难以通过凝聚和浮选过程被有效分离。

值得注意的是，实验还发现低流速（<1.0 L/min）会显著降低处理效率。这是因为当流速较低时，反应器内会产生过量的气体，这些气体可能破坏废水中的流体连续性，进而影响絮凝体的形成。絮凝体的稳定性对于污染物的去除至关重要，一旦形成不良，处理效果将大打折扣。因此，为了保证ECF系统的高效运行，流速和电流的合理调控是必不可少的。

此外，实验中还对产生的污泥进行了分析，发现其挥发性固体（VS）含量低于30%，表明该污泥主要由无机成分构成，这为后续的污泥处理和资源化利用提供了便利。无机成分的污泥通常更容易被处理，例如可以用于填埋或作为建筑材料再利用，而无需额外的高温处理或化学稳定化措施。同时，研究人员还计算了ECF系统的能耗，发现随着电流的增加，单位体积废水的能耗呈二次增长趋势。在1.0 A电流条件下，系统能耗约为1.0 kWh/m3，而在2.0 A电流时，能耗则上升至3.0 kWh/m3。这一结果表明，虽然提高电流可以增强处理效果，但同时也带来了更高的能源消耗，因此在实际应用中需要根据处理需求和能源成本进行权衡。

研究还强调了ECF系统在处理汽车洗车废水中的优势。首先，该系统能够在较短时间内完成污染物的去除，这对于处理量较大的汽车洗车废水尤为重要。其次，ECF技术的运行方式较为灵活，可以适应不同规模的废水处理需求，特别是在小型或分散式处理场景中具有较高的可行性。然而，研究也指出，ECF系统在处理高浓度有机污染物时仍存在一定的局限性，因此可能需要结合其他处理技术（如生物处理或高级氧化）以实现更全面的污染物去除。

从现有的研究来看，ECF技术已被广泛应用于类似汽车洗车废水的处理中，例如地毯清洁废水、生活污水等。对于地毯清洁废水，ECF系统在较低的能耗下（0.356 kWh/m3）即可实现80–90%的污染物去除率；而对于生活污水，虽然处理效果良好，但能耗较高（15.2 kWh/kg COD），这可能限制了其在某些应用场景中的推广。相比之下，汽车洗车废水的处理对ECF系统而言更为适配，这主要得益于其含有较高浓度的表面活性剂，这些物质在ECF过程中能够有效促进浮选作用，提高处理效率。

在实际应用中，ECF系统的运行成本是一个关键因素。本研究通过对不同电流和流速条件下的实验数据进行分析，发现电流和流速的合理选择对于降低运营成本至关重要。例如，在低流速条件下，虽然能够实现较高的污染物去除率，但单位体积废水的能耗较高，这可能导致整体成本上升。因此，研究人员建议在实际应用中应优先考虑流速的优化，以在保证处理效果的同时降低能耗。此外，实验还发现，随着电流的增加，单位体积废水的能耗显著上升，这表明在实际操作中应避免过度依赖高电流，而是寻找一个平衡点，使处理效果和能耗之间达到最佳匹配。

除了处理效果和能耗外，本研究还关注了污泥的处理成本。通过分析污泥的组成，研究人员发现其主要由无机成分构成，这意味着在后续处理过程中，可以采用较为经济的方法进行处置，例如直接填埋或用于建筑材料的再利用。这不仅降低了污泥处理的经济负担，还减少了对环境的二次污染风险。然而，对于某些含有较高有机成分的废水，污泥的处理可能需要额外的步骤，如厌氧消化或热解，以实现资源的回收利用。

从研究结果来看，ECF技术在汽车洗车废水处理中展现出良好的应用前景。其能够在较短时间内高效去除悬浮物、油/脂肪和表面活性剂，同时具备较低的运行成本和较高的处理灵活性。然而，为了进一步提升该技术的适用性，研究人员还建议对系统进行优化，例如改进电极材料、优化反应器设计、增强气体控制机制等。此外，针对不同类型的废水，应进行更深入的实验研究，以确定ECF系统的最佳运行参数和适用范围。

本研究的实验数据也为未来的废水处理技术发展提供了重要参考。通过对比不同污染程度的废水处理效果，研究人员发现ECF系统在处理中等污染程度的废水时表现最佳，而对于高污染程度的废水，虽然去除率较高，但能耗也随之增加。这表明，在实际应用中，应根据废水的具体污染情况选择合适的处理方案，以实现最佳的经济和环境效益。同时，实验中发现的低流速对处理效果的负面影响，也提醒了在系统设计和运行过程中，应充分考虑流速对污染物去除效率的影响，避免因流速不当而造成资源浪费。

综上所述，ECF技术在汽车洗车废水处理中具有显著的优势，包括高效去除污染物、较低的运行成本以及对分散式处理的适应性。然而，该技术仍需在实际应用中进一步优化，以应对不同污染条件下的处理需求，并降低能耗和污泥处理成本。通过结合实验数据与实际应用场景，研究人员为ECF技术的推广和应用提供了坚实的理论基础和技术支持，同时也为未来的研究方向指明了道路。