洗掃車污水循環系統設計分析

劉洋 雷波 李鵬 毛靖德 董磊磊

摘 要：針對洗掃車作業時，需要消耗大量的潔凈水，不經濟，也不環保的問題，以及市場上現有的污水再利用裝置容易堵塞濾網的問題，創新設計一款洗掃車污水循環裝置，通過旋轉濾筒等逐級過濾裝置和空壓機氣洗、清水泵沖洗、高壓水射流清洗等方式解決濾網易堵塞的問題，并大大延長作業時間，提高作業效率。

關鍵詞：污水循環系統；旋轉濾筒；高壓水射流；污水泵；空壓機；過濾膜組件

中圖分類號：U462 文獻標識碼：B 文章編號：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

隨著國家環境治理力度的不斷加大，洗掃車等路面保潔車輛環衛車輛的需求逐年增加，2017年全國銷量達到了7000臺左右。洗掃車作業時，在吸嘴內后側集成有高壓噴嘴，高壓水泵將清水箱的清水利用高壓水射流技術，從高壓噴嘴噴出高壓水將地面垃圾趕到吸嘴口，再利用離心風機產生的負壓，將污水和垃圾一起回收到污水箱內。以16噸洗掃車為例，高壓柱塞泵的作業流量在100-150l/min左右，在一小時就會消耗7噸到9噸水；并根據洗掃車行業標準45%以上的污水回收率，污水箱在作業過程中回收了大量污水，污水箱滿了以后，就需要停止作業，將污水排放掉，才能繼續作業，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。并且洗掃車每天作業6小時以上，一天就要消耗50噸左右的清潔水，同時清水箱容積有限，需要經常加水，導致作業時間短，作業效率低，清水消耗量巨大；同時加水和排污都需要到指定的地點，如城市消防栓和下水道管網，洗掃車需要往返排污和加清水，既浪費時間又增加了車輛燃油消耗。

目前市場上還有少量環衛車帶有污水再利用裝置，但是由于缺少逐級過濾裝置，以及濾網自動維護裝置，導致濾網容易堵塞，可靠性較低，使用壽命短，維護保養不方便等問題，沒有得到市場的認可。為此，本文提供一種洗掃車污水循環系統設計思路。

1 技術方案

為了保證提供一種能夠在環衛車上使用的污水處理裝置，實現污水循環再利用，提高環衛車的作業效率和減少清潔水資源的消耗和油耗，并保證該污水循環系統的可靠和耐用，本文提供一種污水循環系統，該系統對污水采用三級過濾系統，對洗掃車垃圾箱內的污水逐級過濾，過濾精度由低到高。污水循環系統整車布置圖如圖1所示：

圖1中所述一級過濾裝置是正方體形狀，每側鋼板由網孔板組成，位于污水箱內，通過網孔板，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中二級過濾裝置位于一級過濾裝置內部，它由一個馬達及旋轉濾筒組件組成，污水經過一級過濾后再進入旋轉濾筒，濾筒的過濾精度高于一級過濾裝置，它由液壓馬達驅動，利用濾筒高速旋轉產生的離心力將污水中的污漬與水分離，也有效的防止濾網被污漬堵塞。

圖1中三級過濾裝置是由過濾膜組件、污水泵、電磁閥、空壓機、清洗泵等組成，該裝置與污水箱分離，位于污水箱兩側的工具箱內，分布在兩側的三級過濾裝置通過底部聯通管相連。污水在污水泵的抽吸作用下，二級過濾后的污水經過污水泵、電磁閥進入過濾膜組件，過濾后的清水流入清水箱、剩余污水流回污水箱。因為與污水箱分離，該裝置具有維護保養效率高，以及后期拆裝方便的優勢。

2 工作原理

污水循環系統原理圖見圖2。

洗掃車作業時，當圖2中污水箱內的污水達到一定高度，污水報警器報警，污水循環系統啟動：在污水泵的作用下，污水通過一級過濾裝置粗濾后，進入二級過濾裝置的旋轉濾筒內，旋轉濾筒快速旋轉，利用離心力將附著在濾筒上的大顆粒垃圾甩掉，而過濾后的污水進入旋轉濾筒內，再流入污水泵，污水泵將污水加壓后，注入過濾膜組件內，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。這三級過濾裝置過濾精度逐級提高，過濾膜的精度可以達到0.1μm。進入清水箱的清水經過清水箱濾網、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再利用。

3 匹配計算

為了最大延長作業時間，保證污水循環的高效性，需要計算污水循環的有效過濾流量。設定高壓水泵流量為0.125m?/h，按照洗掃車作業每小時最大耗水量0.125×60=7.5m?，按照城市路面平均50%的回收率，每小時產生3.75m?污水。即每小時過濾污水的能力應不小于4m?。過濾時，流速不得高于為了保證過濾效果，選用的污水泵流量10m?/h，揚程15m。

圖1中一級過濾裝置是采用不銹鋼網板結構，厚度2mm，長方體形狀，除頂面需要安裝旋轉濾筒以外，共有五個面可以過濾污水。網板過污水的總面積為1.8㎡，設計過濾孔的直徑4mm，中心距6mm，按照60°角度排列，開孔率按照40%計算，可得濾網有效過濾面積為0.72㎡。該裝置將污水中大于4mm的顆粒過濾掉。

二級過濾裝置的旋轉濾筒的濾網采用不銹鋼絲網制作。濾網按照150目設計，對應濾網孔徑是0.1mm。濾網過濾面積為為0.628㎡，已知：目數=25.4/（孔徑+絲徑），計算絲徑為0.069mm。已知開孔率=孔徑?/（孔徑+絲徑）?×100%，帶入參數可得開孔率為35%。即濾網有效過濾面積為0.2198㎡。當旋轉濾筒旋轉作業時，利用旋轉離心力，將污水中大顆粒的雜質甩出，污水則進入濾筒內部，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。

三級過濾裝置，由多組柱式過濾膜組件組成。每組過濾膜組件內部是由大量的超高強度PVDF超濾膜絲組成，膜絲的過濾精度達到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到4m?/h以上。經過過濾后的清水流入清水箱，供洗掃車循環使用；過濾后剩余的污水則回流到污水箱。

經上述計算可得，使用污水循環系統后，洗掃車單次連續工作時間從72分鐘提高到128 分鐘，單次作業節約用水 m?，較傳統洗掃車連續工作時間提高了78%，同時節省了從工作處往返加水處的燃油消耗和人工耗時，無論在工作效率，節約成本還是環保上都有著明顯而且實際的意義。經過洗掃車樣車的實際測試，污水循環作業時間達到121分鐘，與理論接近，節水效果明顯。

4 維護及保養

為了防止污水堵塞二級過濾裝置，圖3中在旋轉濾筒外側設置有旋轉毛刷，毛刷與濾筒接觸，當濾筒旋轉時，濾筒帶動毛刷一起旋轉，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，在旋轉濾筒運行一段時間后，可以啟動清洗噴嘴，利用高壓水射流將濾筒表面的垃圾清洗掉。同時濾筒內的管路上連接有脈沖閥，脈沖閥與氣罐相連，空壓機給氣罐充氣，脈沖閥瞬時打開，將氣罐中的高壓力的氣體通過管路從濾筒內向外吹出，將濾網上的垃圾清除。

圖2中所述清水泵、空壓機在污水循環工作一段時間后啟動，利用清水泵和空壓機、氣罐的氣體對三級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自動控制，無需手動操作。在污水循環系統啟動一段時間后自動作業。

5 結論

總之，該污水循環系統方案，極大延長了作業時間，提高環衛車的作業效率和減少清潔水資源的消耗。并解決了業內污水循環系統濾網易堵塞的技術難題，并且維護簡單、操作方便、保養成本低，大大提高了污水循環的效率和可靠性。該污水循環系統已經申報了一項發明專利和一項實用新型專利，并在洗掃車上進行了應用，使用效果良好。

參考文獻

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

[2] 李長城.洗掃車污水循環系統的研究[J].中國新技術新產品，2018 （4）.