洗扫车污水循环系统设计分析

刘洋 雷波 李鹏 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。

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

中图分类号：U462 文献标识码：B 文章编号：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

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，洗掃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0.1μm。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。

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0.125m?/h，按照洗扫车作业每小时最大耗水量0.125×60=7.5m?，按照城市路面平均50%的回收率，每小时产生3.75m?污水。即每小时过滤污水的能力应不小于4m?。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10m?/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?/（孔径+丝径）?×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，膜丝的过滤精度達到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2m?/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4m?/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。

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 m?，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。

以上功能都采用PLC自动控制，无需手动操作。在污水循环系统启动一段时间后自动作业。

5 结论

总之，该污水循环系统方案，极大延长了作业时间，提高环卫车的作业效率和减少清洁水资源的消耗。并解决了业内污水循环系统滤网易堵塞的技术难题，并且维护简单、操作方便、保养成本低，大大提高了污水循环的效率和可靠性。该污水循环系统已经申报了一项发明专利和一项实用新型专利，并在洗扫车上进行了应用，使用效果良好。

参考文献

[1] 李小兵.段建国等. QCT 957-2013 洗扫车.中华人民共和国工业和信息化部，2013（10）.

[2] 李长城.洗扫车污水循环系统的研究[J].中国新技术新产品，2018 （4）.