劉洋 雷波 李鵬 毛靖德 董磊磊

摘 要：針對(duì)洗掃車作業(yè)時(shí)，需要消耗大量的潔凈水，不經(jīng)濟(jì)，也不環(huán)保的問題，以及市場(chǎng)上現(xiàn)有的污水再利用裝置容易堵塞濾網(wǎng)的問題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一款洗掃車污水循環(huán)裝置，通過旋轉(zhuǎn)濾筒等逐級(jí)過濾裝置和空壓機(jī)氣洗、清水泵沖洗、高壓水射流清洗等方式解決濾網(wǎng)易堵塞的問題，并大大延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，提高作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞：污水循環(huán)系統(tǒng)；旋轉(zhuǎn)濾筒；高壓水射流；污水泵；空壓機(jī)；過濾膜組件

中圖分類號(hào)：U462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-90-03

Abstract： In order to solve the problem of consuming a large amount of clean water， which is not economical and environmentally friendly， and the problem that the existing sewage reuse devices on the market are easy to jam the filter screen， we have innovated to design a sewage circulation device for car washing and sweeping. The problems of easy clogging of filter screen are solved by means of stepwise filtering device such as rotating filter barrel and air compressor air washing， washing of water pump and high pressure water jet cleaning， and the working time is greatly prolonged and the working efficiency is improved.

Keywords： sewage circulation； rotating filter； high pressure water jet； sewage pump； air compressor； filter membrane module

CLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-90-03

前言

隨著國(guó)家環(huán)境治理力度的不斷加大，洗掃車等路面保潔車輛環(huán)衛(wèi)車輛的需求逐年增加，2017年全國(guó)銷量達(dá)到了7000臺(tái)左右。洗掃車作業(yè)時(shí)，在吸嘴內(nèi)后側(cè)集成有高壓噴嘴，高壓水泵將清水箱的清水利用高壓水射流技術(shù)，從高壓噴嘴噴出高壓水將地面垃圾趕到吸嘴口，再利用離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓，將污水和垃圾一起回收到污水箱內(nèi)。以16噸洗掃車為例，高壓柱塞泵的作業(yè)流量在100-150l/min左右，在一小時(shí)就會(huì)消耗7噸到9噸水；并根據(jù)洗掃車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)45%以上的污水回收率，污水箱在作業(yè)過程中回收了大量污水，污水箱滿了以后，就需要停止作業(yè)，將污水排放掉，才能繼續(xù)作業(yè)，在該過程中，污水并沒有得到有效回收利用，造成了水資源的浪費(fèi)。并且洗掃車每天作業(yè)6小時(shí)以上，一天就要消耗50噸左右的清潔水，同時(shí)清水箱容積有限，需要經(jīng)常加水，導(dǎo)致作業(yè)時(shí)間短，作業(yè)效率低，清水消耗量巨大；同時(shí)加水和排污都需要到指定的地點(diǎn)，如城市消防栓和下水道管網(wǎng)，洗掃車需要往返排污和加清水，既浪費(fèi)時(shí)間又增加了車輛燃油消耗。

目前市場(chǎng)上還有少量環(huán)衛(wèi)車帶有污水再利用裝置，但是由于缺少逐級(jí)過濾裝置，以及濾網(wǎng)自動(dòng)維護(hù)裝置，導(dǎo)致濾網(wǎng)容易堵塞，可靠性較低，使用壽命短，維護(hù)保養(yǎng)不方便等問題，沒有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。為此，本文提供一種洗掃車污水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。

1 技術(shù)方案

為了保證提供一種能夠在環(huán)衛(wèi)車上使用的污水處理裝置，實(shí)現(xiàn)污水循環(huán)再利用，提高環(huán)衛(wèi)車的作業(yè)效率和減少清潔水資源的消耗和油耗，并保證該污水循環(huán)系統(tǒng)的可靠和耐用，本文提供一種污水循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)污水采用三級(jí)過濾系統(tǒng)，對(duì)洗掃車?yán)鋬?nèi)的污水逐級(jí)過濾，過濾精度由低到高。污水循環(huán)系統(tǒng)整車布置圖如圖1所示：

圖1中所述一級(jí)過濾裝置是正方體形狀，每側(cè)鋼板由網(wǎng)孔板組成，位于污水箱內(nèi)，通過網(wǎng)孔板，與污水箱分隔出來，將大顆粒的垃圾與污水分離；該裝置離污水箱底部有一定距離，這樣有利于污水中的大顆粒沙石等垃圾自然沉降。

圖1中二級(jí)過濾裝置位于一級(jí)過濾裝置內(nèi)部，它由一個(gè)馬達(dá)及旋轉(zhuǎn)濾筒組件組成，污水經(jīng)過一級(jí)過濾后再進(jìn)入旋轉(zhuǎn)濾筒，濾筒的過濾精度高于一級(jí)過濾裝置，它由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，利用濾筒高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將污水中的污漬與水分離，也有效的防止濾網(wǎng)被污漬堵塞。

圖1中三級(jí)過濾裝置是由過濾膜組件、污水泵、電磁閥、空壓機(jī)、清洗泵等組成，該裝置與污水箱分離，位于污水箱兩側(cè)的工具箱內(nèi)，分布在兩側(cè)的三級(jí)過濾裝置通過底部聯(lián)通管相連。污水在污水泵的抽吸作用下，二級(jí)過濾后的污水經(jīng)過污水泵、電磁閥進(jìn)入過濾膜組件，過濾后的清水流入清水箱、剩余污水流回污水箱。因?yàn)榕c污水箱分離，該裝置具有維護(hù)保養(yǎng)效率高，以及后期拆裝方便的優(yōu)勢(shì)。

2 工作原理

污水循環(huán)系統(tǒng)原理圖見圖2。

洗掃車作業(yè)時(shí)，當(dāng)圖2中污水箱內(nèi)的污水達(dá)到一定高度，污水報(bào)警器報(bào)警，污水循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)：在污水泵的作用下，污水通過一級(jí)過濾裝置粗濾后，進(jìn)入二級(jí)過濾裝置的旋轉(zhuǎn)濾筒內(nèi)，旋轉(zhuǎn)濾筒快速旋轉(zhuǎn)，利用離心力將附著在濾筒上的大顆粒垃圾甩掉，而過濾后的污水進(jìn)入旋轉(zhuǎn)濾筒內(nèi)，再流入污水泵，污水泵將污水加壓后，注入過濾膜組件內(nèi)，過濾膜組件將過濾后的清水注入清水箱；剩余污水流回污水箱。這三級(jí)過濾裝置過濾精度逐級(jí)提高，過濾膜的精度可以達(dá)到0.1μm。進(jìn)入清水箱的清水經(jīng)過清水箱濾網(wǎng)、高壓泵再通過高壓噴嘴沖洗路面的垃圾，這樣形成污水的循環(huán)再利用。

3 匹配計(jì)算

為了最大延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，保證污水循環(huán)的高效性，需要計(jì)算污水循環(huán)的有效過濾流量。設(shè)定高壓水泵流量為0.125m?/h，按照洗掃車作業(yè)每小時(shí)最大耗水量0.125×60=7.5m?，按照城市路面平均50%的回收率，每小時(shí)產(chǎn)生3.75m?污水。即每小時(shí)過濾污水的能力應(yīng)不小于4m?。過濾時(shí)，流速不得高于為了保證過濾效果，選用的污水泵流量10m?/h，揚(yáng)程15m。

圖1中一級(jí)過濾裝置是采用不銹鋼網(wǎng)板結(jié)構(gòu)，厚度2mm，長(zhǎng)方體形狀，除頂面需要安裝旋轉(zhuǎn)濾筒以外，共有五個(gè)面可以過濾污水。網(wǎng)板過污水的總面積為1.8㎡，設(shè)計(jì)過濾孔的直徑4mm，中心距6mm，按照60°角度排列，開孔率按照40%計(jì)算，可得濾網(wǎng)有效過濾面積為0.72㎡。該裝置將污水中大于4mm的顆粒過濾掉。

二級(jí)過濾裝置的旋轉(zhuǎn)濾筒的濾網(wǎng)采用不銹鋼絲網(wǎng)制作。濾網(wǎng)按照150目設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)濾網(wǎng)孔徑是0.1mm。濾網(wǎng)過濾面積為為0.628㎡，已知：目數(shù)=25.4/（孔徑+絲徑），計(jì)算絲徑為0.069mm。已知開孔率=孔徑?/（孔徑+絲徑）?×100%，帶入?yún)?shù)可得開孔率為35%。即濾網(wǎng)有效過濾面積為0.2198㎡。當(dāng)旋轉(zhuǎn)濾筒旋轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，利用旋轉(zhuǎn)離心力，將污水中大顆粒的雜質(zhì)甩出，污水則進(jìn)入濾筒內(nèi)部，再通過管路流入污水泵。該裝置將污水中大于0.1mm的顆粒過濾掉。

三級(jí)過濾裝置，由多組柱式過濾膜組件組成。每組過濾膜組件內(nèi)部是由大量的超高強(qiáng)度PVDF超濾膜絲組成，膜絲的過濾精度達(dá)到0.1μm。利用污水泵將污水加壓后，注入過濾膜組件。每組過濾膜組件的過水量可以達(dá)到2m?/h以上，按照污水20%的通過率，10組過濾膜組件過濾污水后清水的流量可以達(dá)到4m?/h以上。經(jīng)過過濾后的清水流入清水箱，供洗掃車循環(huán)使用；過濾后剩余的污水則回流到污水箱。

經(jīng)上述計(jì)算可得，使用污水循環(huán)系統(tǒng)后，洗掃車單次連續(xù)工作時(shí)間從72分鐘提高到128 分鐘，單次作業(yè)節(jié)約用水 m?，較傳統(tǒng)洗掃車連續(xù)工作時(shí)間提高了78%，同時(shí)節(jié)省了從工作處往返加水處的燃油消耗和人工耗時(shí)，無論在工作效率，節(jié)約成本還是環(huán)保上都有著明顯而且實(shí)際的意義。經(jīng)過洗掃車樣車的實(shí)際測(cè)試，污水循環(huán)作業(yè)時(shí)間達(dá)到121分鐘，與理論接近，節(jié)水效果明顯。

4 維護(hù)及保養(yǎng)

為了防止污水堵塞二級(jí)過濾裝置，圖3中在旋轉(zhuǎn)濾筒外側(cè)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)毛刷，毛刷與濾筒接觸，當(dāng)濾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，濾筒帶動(dòng)毛刷一起旋轉(zhuǎn)，這樣毛刷將附著在濾筒表面的垃圾清除。圖1中還布置有清洗噴嘴，在旋轉(zhuǎn)濾筒運(yùn)行一段時(shí)間后，可以啟動(dòng)清洗噴嘴，利用高壓水射流將濾筒表面的垃圾清洗掉。同時(shí)濾筒內(nèi)的管路上連接有脈沖閥，脈沖閥與氣罐相連，空壓機(jī)給氣罐充氣，脈沖閥瞬時(shí)打開，將氣罐中的高壓力的氣體通過管路從濾筒內(nèi)向外吹出，將濾網(wǎng)上的垃圾清除。

圖2中所述清水泵、空壓機(jī)在污水循環(huán)工作一段時(shí)間后啟動(dòng)，利用清水泵和空壓機(jī)、氣罐的氣體對(duì)三級(jí)過濾裝置的過濾膜組件清洗和排污，主要是清洗過濾膜表面的污漬，并將清洗后的污水排入污水箱。

以上功能都采用PLC自動(dòng)控制，無需手動(dòng)操作。在污水循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)一段時(shí)間后自動(dòng)作業(yè)。

5 結(jié)論

總之，該污水循環(huán)系統(tǒng)方案，極大延長(zhǎng)了作業(yè)時(shí)間，提高環(huán)衛(wèi)車的作業(yè)效率和減少清潔水資源的消耗。并解決了業(yè)內(nèi)污水循環(huán)系統(tǒng)濾網(wǎng)易堵塞的技術(shù)難題，并且維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便、保養(yǎng)成本低，大大提高了污水循環(huán)的效率和可靠性。該污水循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)申報(bào)了一項(xiàng)發(fā)明專利和一項(xiàng)實(shí)用新型專利，并在洗掃車上進(jìn)行了應(yīng)用，使用效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1] 李小兵.段建國(guó)等. QCT 957-2013 洗掃車.中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部，2013（10）.

[2] 李長(zhǎng)城.洗掃車污水循環(huán)系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018 （4）.