刘洋;雷波;;毛靖德;董磊磊
【摘 要】针对洗扫车作业时,需要消耗大量的洁净水,不经济,也不环保的问题,以及市场上现有的污水再利用装置容易堵塞滤网的问题,创新设计一款洗扫车污水循环装置,通过旋转滤筒等逐级过滤装置和空压机气洗、清水泵冲洗、高压水射流清洗等方式解决滤网易堵塞的问题,并大大延长作业时间,提高作业效率. 【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2018(000)012
【总页数】3页(P90-92)
【关键词】污水循环系统;旋转滤筒;高压水射流;污水泵;空压机;过滤膜组件
【作 者】刘洋;雷波;;毛靖德;董磊磊
【作者单位】陕汽汽车控股集团有限公司,陕西西安710200;陕汽汽车控股集团有限公司,陕西西安710200;陕汽汽车控股集团有限公司,陕西西安710200;陕汽汽车控股集团有限公司,陕西西安710200;陕汽汽车控股集团有限公司,陕西西安710200
【正文语种】中 文
【中图分类】U462
前言
随着国家环境治理力度的不断加大，洗扫车等路面保洁车辆环卫车辆的需求逐年增加，2017年全国销量达到了7000台左右。洗扫车作业时，在吸嘴内后侧集成有高压喷嘴，高压水泵将清水箱的清水利用高压水射流技术，从高压喷嘴喷出高压水将地面垃圾赶到吸嘴口，再利用离心风机产生的负压，将污水和垃圾一起回收到污水箱内。以16吨洗扫车为例，高压柱塞泵的作业流量在100-150l/min左右，在一小时就会消耗7吨到9吨水；并根据洗扫车行业标准45%以上的污水回收率，污水箱在作业过程中回收了大量污水，污水箱满了以后，就需要停止作业，将污水排放掉，才能继续作业，在该过程中，污水并没有得到有效回收利用，造成
了水资源的浪费。并且洗扫车每天作业 6小时以上，一天就要消耗 50吨左右的清洁水，同时清水箱容积有限，需要经常加水，导致作业时间短，作业效率低，清水消耗量巨大；同时加水和排污都需要到指定的地点，如城市消防栓和下水道管网，洗扫车需要往返排污和加清水，既浪费时间又增加了车辆燃油消耗。
目前市场上还有少量环卫车带有污水再利用装置，但是由于缺少逐级过滤装置，以及滤网自动维护装置，导致滤网容易堵塞，可靠性较低，使用寿命短，维护保养不方便等问题，没有得到市场的认可。为此，本文提供一种洗扫车污水循环系统设计思路。
1 技术方案
为了保证提供一种能够在环卫车上使用的污水处理装置，实现污水循环再利用，提高环卫车的作业效率和减少清洁水资源的消耗和油耗，并保证该污水循环系统的可靠和耐用，本文提供一种污水循环系统，该系统对污水采用三级过滤系统，对洗扫车垃圾箱内的污水逐级过滤，过滤精度由低到高。污水循环系统整车布置图如图1所示：
图1 污水循环系统整车布置图1.气罐 2.三级过滤装置 3.污水泵 4.一级过滤装置 5.二级过滤装
置6.清水泵 7.清水箱 8.高压水泵 9.空压机 10.高压喷嘴 11.污水箱12.清洗喷嘴 13.马达 14.刷毛 15.工具箱 16.脉冲阀
图1中所述一级过滤装置是正方体形状，每侧钢板由网孔板组成，位于污水箱内，通过网孔板，与污水箱分隔出来，将大颗粒的垃圾与污水分离；该装置离污水箱底部有一定距离，这样有利于污水中的大颗粒沙石等垃圾自然沉降。
图1中二级过滤装置位于一级过滤装置内部，它由一个马达及旋转滤筒组件组成，污水经过一级过滤后再进入旋转滤筒，滤筒的过滤精度高于一级过滤装置，它由液压马达驱动，利用滤筒高速旋转产生的离心力将污水中的污渍与水分离，也有效的防止滤网被污渍堵塞。
图1中三级过滤装置是由过滤膜组件、污水泵、电磁阀、空压机、清洗泵等组成，该装置与污水箱分离，位于污水箱两侧的工具箱内，分布在两侧的三级过滤装置通过底部联通管相连。污水在污水泵的抽吸作用下，二级过滤后的污水经过污水泵、电磁阀进入过滤膜组件，过滤后的清水流入清水箱、剩余污水流回污水箱。因为与污水箱分离，该装置具有维护保养效率高，以及后期拆装方便的优势。
2 工作原理
污水循环系统原理图见图2。
洗扫车作业时，当图2中污水箱内的污水达到一定高度，污水报警器报警，污水循环系统启动：在污水泵的作用下，污水通过一级过滤装置粗滤后，进入二级过滤装置的旋转滤筒内，旋转滤筒快速旋转，利用离心力将附着在滤筒上的大颗粒垃圾甩掉，而过滤后的污水进入旋转滤筒内，再流入污水泵，污水泵将污水加压后，注入过滤膜组件内，过滤膜组件将过滤后的清水注入清水箱；剩余污水流回污水箱。这三级过滤装置过滤精度逐级提高，过滤膜的精度可以达到 0.1 μm。进入清水箱的清水经过清水箱滤网、高压泵再通过高压喷嘴冲洗路面的垃圾，这样形成污水的循环再利用。
图2 污水循环系统原理图
3 匹配计算
为了最大延长作业时间，保证污水循环的高效性，需要计算污水循环的有效过滤流量。设定高压水泵流量为0.125m³/h，按照洗扫车作业每小时最大耗水量 0.125×60=7.5m³，按照城市路面平均50%的回收率，每小时产生3.75m³污水。即每小时过滤污水的能力应不小于4m³。过滤时，流速不得高于为了保证过滤效果，选用的污水泵流量 10m³/h，扬程15m。
图1中一级过滤装置是采用不锈钢网板结构，厚度2mm，长方体形状，除顶面需要安装旋转滤筒以外，共有五个面可以过滤污水。网板过污水的总面积为 1.8㎡，设计过滤孔的直径4mm，中心距6mm，按照60°角度排列，开孔率按照40%计算，可得滤网有效过滤面积为0.72㎡。该装置将污水中大于4mm的颗粒过滤掉。
二级过滤装置的旋转滤筒的滤网采用不锈钢丝网制作。滤网按照150目设计，对应滤网孔径是0.1mm。滤网过滤面积为为 0.628㎡，已知：目数=25.4/(孔径+丝径），计算丝径为0.069mm。已知开孔率=孔径²/（孔径+丝径）²×100%，带入参数可得开孔率为35%。即滤网有效过滤面积为0.2198㎡。当旋转滤筒旋转作业时，利用旋转离心力，将污水中大颗粒的杂质甩出，污水则进入滤筒内部，再通过管路流入污水泵。该装置将污水中大于0.1mm的颗粒过滤掉。
三级过滤装置，由多组柱式过滤膜组件组成。每组过滤膜组件内部是由大量的超高强度PVDF超滤膜丝组成，膜丝的过滤精度达到0.1μm。利用污水泵将污水加压后，注入过滤膜组件。每组过滤膜组件的过水量可以达到2m³/h以上，按照污水20%的通过率，10组过滤膜组件过滤污水后清水的流量可以达到4m³/h以上。经过过滤后的清水流入清水箱，供洗扫车循环使用；过滤后剩余的污水则回流到污水箱。
计算洗扫车作业时间：
本次以总质量为16吨洗扫车为设计基础，在其基础上加装一级、二级、三级过滤装置，其中清水箱有效容积V清=9m3，高压水泵流量n泵=125L/min，污水回收率η污取平均值50%计算。
不带污水过滤装置时，连续作业时间为：
带有三级污水循环系统时，按照理想状况，污水泵供应水流量与过滤水流量保持一致，设定当污水箱容积达到=1m³时，污水报警，污水循环系统开始工作，则总的过滤时间为：
最终得出加装三级污水循环系统后连续作业时间为：
T2=128min；
经上述计算可得，使用污水循环系统后，洗扫车单次连续工作时间从72分钟提高到128 分钟，单次作业节约用水较传统洗扫车连续工作时间提高了78%，同时节省了从工作处往返加水处的燃油消耗和人工耗时，无论在工作效率，节约成本还是环保上都有着明显而且实际的
意义。经过洗扫车样车的实际测试，污水循环作业时间达到121分钟，与理论接近，节水效果明显。
4 维护及保养
为了防止污水堵塞二级过滤装置，图3中在旋转滤筒外侧设置有旋转毛刷，毛刷与滤筒接触，当滤筒旋转时，滤筒带动毛刷一起旋转，这样毛刷将附着在滤筒表面的垃圾清除。图1中还布置有清洗喷嘴，在旋转滤筒运行一段时间后，可以启动清洗喷嘴，利用高压水射流将滤筒表面的垃圾清洗掉。同时滤筒内的管路上连接有脉冲阀，脉冲阀与气罐相连，空压机给气罐充气，脉冲阀瞬时打开，将气罐中的高压力的气体通过管路从滤筒内向外吹出，将滤网上的垃圾清除。
图2中所述清水泵、空压机在污水循环工作一段时间后启动，利用清水泵和空压机、气罐的气体对三级过滤装置的过滤膜组件清洗和排污，主要是清洗过滤膜表面的污渍，并将清洗后的污水排入污水箱。
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