CN101306892B - 城市洗车用水循环利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的城市洗车用水循环利用系统，是由预处理、机械处理和控制单元的有机组合来的系统，其中：预处理单元包括栅栏以及沉淀池和化学处理，栅栏设置在沉淀池的入口处；机械处理单元采用离心机，它设置在沉淀池的出口处；控制单元包括外围电路、单片机和变频电机。本系统对城市洗车用水进行回收循环处理包括预处理、机械处理和对洗车用水的处理程度进行自动控制的步骤。本系统利用卧式螺旋离心机来处理污水既到达处理要求且优点突出，同时结合光电传感器的检测反馈作用，实现电机的转速调整达到自动调整离心处理水的水质，具备了工作连续、离心水澄度高和自动控制等优点，而且处理后的水可继续用于洗车，从而达到节约用水的目的。

Description

城市洗车用水循环利用系统

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种城市洗车用水循环利用系统。

背景技术

众所周知，水污染和水资源危机已经是当今世界所面临的最严重的环境问题之一。全世界有100多个国家缺水，其中40多个国家严重缺水，我国也属于贫水国家，而城市洗车污水的浪费无疑使之更为恶化。节约型社会是当前的热门话题。近些年来，随着人民生活水平的不断提高，城市交通迅速增长，有车族日益庞大，城市里洗车行业也逐渐发展起来了。据相关调查发现，我国洗车行业主要以传统洗车为主，传统洗车行业的基本工具是喷水枪和水管，去污使用的是化学洗涤剂，这些洗车法耗水惊人，对城区环境也造成一定的影响。如何环保节水型洗车尚属空白阶段，有待继续探索。

目前，城市洗车行业也采取了一些方法来合理的利用水资源，例如沙过滤、膜技术、蒸气清洗、泡沫清洗、机械电脑清洗等。现在国内洗车房普遍使用的循环处理设备主要是沙过滤技术，这是一种最初级的污水处理技术，一般只能过滤掉洗车水中的沙粒等较大的杂质，而不能过滤掉的油污等更会污染环境。膜技术虽有所改进，但更换频繁，不经济。单一的药剂处理成本高，且造成二次污染严重。其它开环控制净水系统的操作频繁，需要人为地调节，不利于减轻操作者的体力劳动，且不能保证回收水的澄净度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：将离心技术应用在洗车水处理上，通过反馈自动控制，提供一种集便捷、高效、可再利用功能于一体的城市洗车用水循环利用系统，该系统用于不同城市的各型洗车场所，目的是循环利用洗车用水，解决当前大小城市洗车对水资源的浪费问题，以及城市洗车废水对环境的污染问题。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的城市洗车用水回收循环利用系统，是一种由预处理单元、机械处理单元和控制单元的有机组合的系统，其中：

预处理单元：包括栅栏以及沉淀池和化学处理，其中栅栏设置在沉淀池的入口处，化学处理是向流入沉淀池中的污水投放药剂，污水是洗车用水；

机械处理单元：采用离心机，离心机设置在沉淀池的出口处；

控制单元：对洗车用水的处理程度进行自动控制。该单元包括外围电路、单片机和变频电机。所述外围电路，设有光电传感器，其输出的模拟信号经放大和A/D转换电路处理后送入单片机的输入端；设有同单片机输出端相连的脉宽调制器、固态继电器，其中，脉宽调制器再经变频器与切换开关电路相连，固态继电器和变频器再经切换开关电路与电机相连。

本发明提供了利用上述的城市洗车用水回收循环利用系统，采用预处理、机械处理和检测对比的步骤，对城市洗车用水进行回收循环处理。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：

其一.利用卧式螺旋离心机分离洗车废水和化学药剂处理相结合的方法，更为有效的处理洗车污水，并且污水处理量灵活易于控制。

其二.利用光电传感器的检测作用，采用反馈控制系统来实现整个汽车用水处理环节的全自动调节控制，减轻了人的劳动强度，保证了处理后水质达到二次使用的要求。

其三.系统的各部分有机结合一体，性能稳定，制造成本低，并且实现了处理水时工作效率高、间歇式工作等实用要求。

其四.本系统不仅避免了水污染的排放，既节约了洗车业的用水量，又增加了水资源的再利用率，另一方面分离出的泥沙也可以在建筑行业得到利用，从而为“节能减排”这一国策的落实作出贡献。

附图说明

图1是本发明整个系统的结构示意图。

图2是图1中卧式螺旋离心机的结构示意图。

图3是对图1中卧式螺旋离心机的控制原理图。

图4是斩波稳零集成运算放大电路图。

图5是功率放大的电路图。

图2中：1.皮带轮；2.差速器；3.支承轴承；4.机壳；5.转鼓；6.螺旋推料器；7.进料管。

具体实施方式

本发明是专门针对城市洗车用水的回收利用问题而设计的，为一个完整的系统。其中，在分析了各种方法之后，选择了添加适量化学药剂和离心机处理相结合的一套光电自动检测的反馈系统。因为据调查分析，洗车污水中主要物理成分为泥沙，经过沉淀的水并不脏，环卫部门从储水池抽样提取的水透明清澈，检测数据表明水质完全达到市政用水的标准。所以，洗车的废水先经栅栏拦截浮悬物，再流入沉淀池，经过化学处理后，再经离心机离心处理，便可保证水质。另外通过由光电检测、调理电路、单片机和变频器组成的自动控制系统自动调整离心速度，实现处理水的水质保证。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的城市洗车用水回收循环利用系统，是一种由预处理单元、机械处理单元和控制单元的有机组合的系统。各单元的具体结构和连接如图1所示。

1.预处理单元：主要是对洗车用水(简称污水)进行浮悬物拦截、沉淀和简单化学处理，得到预处理水。由于洗车用水中含有一定量的泥沙及杂物，这些会堵塞后续处理的管道，所以首先应对污水进行初步处理。此初步处理包括污水流通渠道的栅栏拦截和污水汇集后的沉淀池沉淀处理，其中：栅栏设置在沉淀池的入口处；化学处理是通过相关实验及经验数据分析首先明确汽车污水中化学物质的成分及含量，然后综合考虑选定化学药剂与污水中的某些物质进行化学反应，具体是用次氯酸钠来消毒、杀菌，还可以做为氧化物，去除需氧物质和藻类物质的蔓延；用KMnO4来处理污水中的洗洁剂、油类及其它致臭、致味的有机物；用活性炭来进行脱色、除臭。

2.机械处理单元：主要是采用卧式螺旋离心机对预处理后的水进行离心处理，该离心机设置在沉淀池的出口处。

卧式螺旋离心机的机械部分主要包括以下几部分：皮带轮1、差速器2、支承轴承3、机壳4、转鼓5、螺旋推料器6、进料管7。根据初始条件，该卧式螺旋离心机的结构设计的参数为：转鼓的直径D＝0.2m，分离因数是2500～6000，最大转速7200m/s，转鼓的长径比为2：1；转鼓中，半锥角α＝15°，液池深度h＝30mm，分离液排出区L3＝60mm，转鼓小端直径d＝104mm；螺旋推料器中，螺旋头数ns＝1、螺距S＝35～50mm、叶片的高度H1大于30mm，推料器柱段的叶片高50mm，锥段采用变高度设计，逐渐变为最小叶片高30mm。

卧式螺旋离心机的机械部分连接关系如图2所示：一根进料管7的杆体，自左向右依次与皮带轮1、差速器2、螺旋推料器6相连，皮带轮1由皮带与驱动电机机轴相连。螺旋推料器6位于转鼓5腔内，转鼓5装在机壳4内。在机壳4两侧各设有一个支承轴承3，两个支承轴承3通过轴套与进料管7的杆体活动相连。整个卧式螺旋离心机，其主机(图2未画全)通过旋转支承轴承轴套与机架实现定位连接。

在本系统中，卧式螺旋离心机对预处理后的水(悬浮液)进行离心处理的工作过程是：如图2所示，悬浮液经进料管7连续送入分离机内，经螺旋输送器6的内筒出料口进入转鼓5内，在离心力的作用下，悬浮液在转鼓5内形成一环形液流，固体粒子在离心力作用下沉降到转鼓5的内壁上，由于差速器2的差动作用使螺旋输送器与转鼓之间形成相对运动，沉渣被螺旋推送到转鼓小端的干燥区进一步脱水，然后经出渣口排出。液相形成一个内环，环形液层深度是通过转鼓大端的溢流挡板进行调节的。分离后的液体经溢流孔排出，沉渣和分离液分别被收集在机壳4内的沉渣和分离液隔仓内，最后由重力卸出机外。

3.控制单元：主要是对洗车水的处理程度进行自动控制。

控制单元如图3所示：包括外围电路、单片机和变频电机。所述外围电路，设有光电传感器，其输出的模拟信号经放大和A/D转换电路处理后送入单片机的输入端；设有同单片机输出端相连的脉宽调制器、固态继电器，其中，脉宽调制器再经变频器与切换开关电路相连，固态继电器和变频器再经切换开关电路与电机相连。所述单片机U1为AT89C52，所述脉宽调制器采用SLE4520，所述固态继电器采用S303ZL，所述变频器采用上海迅磊变频器公司的XL07R5P4，所述电机采用Y132M-4型电机。

光电检测：光电检测方式采用的光电变换机构形式：透射式。应用透射式结构，可以检测液体或气体的浓度、透明度或浑浊度；传感器采用双光源技术设计的传感器，它是以交流调制近红外光作为光源信号，采用两个光源，有用信号为调制光，在一定的光源时序驱动下交替发光，可以有效地刨除各种直流干扰，抑制了现场存在自然光和各种杂散光的干扰。探测器件选用光生伏特效应器件中的硅光敏二极管，关于光敏二极管的封装形式由于聚焦位置与入射光方向有关，凸镜有聚光作用，可以提高灵敏度，还能减少杂散背景光的干扰，所以采用金属加凸镜的封装形式。

A/D转换电路：A/D转换器为模拟信号向数字信号的转换器，采用的单电源芯片TLC2543。串行控制的12位模数转换器，可采集11路信号，与单片机的连接仅占用4根口线。

放大电路：包括差动放大和功率放大电路。

差动放大电路：采用斩波稳零集成运算放大电路，由CMOS差动式低漂移集成运算放大器U2(ICL7650LJD)及多个二极管、电阻、电容组成。如图4所示：U2脚4、脚5分别接电阻R9、R8，作为电压的输入端。一对互补二极管D1、D2，其一端接U2脚5，另一端与U2脚3、6的共接端相并联。另一对互补二极管D3、D4，其一端接U2脚4，另一端接地；U2脚5和脚9相接。U2脚5，经并联的电容C18、可调电阻RP2与脚10相接。U2脚11与电容C19相接，其电源为VCC。U2脚1、脚2分别经电容C16、C17接至U2脚8。U2脚7通过电容C20接地。

功率放大电路：由功率集成放大器U3(LA4100)及电阻R7和多个电容组成。如图5所示：U3脚9与电容C11相连，作为所述功率放大电路的输入端口；U3脚1与脚5接电容C9；U3脚4与脚5接电容C8；U3脚2、3均接地；U3脚6与电阻R7和电容C10串联接地；U3脚7、8和11空接；U3脚10、12分别通过电容C12、C13接地；U3脚14通过下拉电容C15后接地，其电源为+15V；U3脚13通过电容C14与脚1相连，并作为所述功率放大电路的输出端口。

本发明提供了利用上述的城市洗车用水回收循环利用系统，对城市洗车用水进行处理：利用卧式螺旋离心机来处理污水，同时结合传统的化学处理，再由控制单元中的光电传感器的检测反馈作用和单片机对变频电机进行控制，实现电机的转速调整达到自动调整离心处理水的水质符合设计要求。具有工作连续，离心水澄度高，自动控制等特点。

本发明对城市洗车用水按照下述方法进行处理：

预处理：先由栅栏拦截污水中的漂浮物，然后该污水流入沉淀池中，使污水里的泥砂颗粒沉淀下来，再投放药剂，对水里的包括油类、洗涤剂和汽油燃烧残留物等化学杂质，以及水中的异味和细菌进行化学处理。

机械处理：预处理的水随后进入离心机内，由离心机对残留在水中的固体颗粒进行固液分离，分离出水里更细小的固体颗粒，使水达到一定的清洁度。卧式螺旋离心机分离出的污泥，经过推料器将其输送至室外。

检测对比：由控制单元进行，即通过差放放大器得出偏差信号，偏差信号通过A/D转换为标准数字电压信号，送入单片机进行处理，通过变频器对带动离心机的电机进行速度调节，如果回收水的纯净度不够，则自动提高电机的转速，达到自动调节的目的。

本发明控制单元的具体工作过程是：用两个光电传感器分别检测洗车用的自来水和离心机分离后水的浑浊度，其输出的信号经过处理后的0-5V模拟信号输入到A/D转换器，进行模拟信号向数字信号的转换，将此数字信号送入单片机进行数据处理。单片机经运算后与设定的值进行比较，得出偏差值，经PID(比例积分微分)调节得出控制参数，再用脉宽调制器SLE4520转换成三路相应脉宽的矩形波信号，产生六路脉冲送给变频器，以控制其输出频率的大小，以此来改变离心机的电机转速，从而达到控制离心程度的目的。当离心处理水的浑浊度比较大的话，变频器的输出频率升高，离心机的电机转速会加快，使离心机离心的效果加强；反之，离心效果减弱。实际上电机的转速是控制在一个较为理想的值附近波动的。

Claims (9)

1.一种城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是采用预处理单元、机械处理单元和控制单元的有机组合来进行洗车用水的自动回收，其中：

预处理单元：包括栅栏以及沉淀池和化学处理，其中栅栏设置在沉淀池的入口处，化学处理对流入沉淀池中的污水进行化学药剂处理；

机械处理单元：采用离心机对预处理过的水进行固液分离，离心机设置在沉淀池的出口处；

控制单元：对洗车用水的处理进行自动控制，该单元包括外围电路、单片机和变频电机；

所述外围电路，设有光电传感器，其输出的模拟信号经放大和A/D转换电路处理后送入单片机的输入端；设有同单片机输出端相连的脉宽调制器、固态继电器，其中，脉宽调制器依次与变频器、切换开关电路相连，固态继电器和变频器与切换开关电路相连；

利用所述系统按照下述方法对城市洗车用水进行回收循环处理：

预处理：先由栅栏拦截污水中的漂浮物，然后该污水流入沉淀池中，使污水里的泥砂颗粒沉淀下来，再投放药剂，对水里的包括油类、洗涤剂和汽油燃烧残留物的化学杂质，以及水中的异味和细菌进行化学处理；

机械处理：预处理的水随后进入离心机内，由离心机对残留在水中的固体颗粒进行固液分离；

检测对比：由控制单元中的光电传感器的检测反馈作用和单片机对变频电机进行控制，实现电机的转速调整达到自动调整离心处理水的水质，符合设计要求，具体为，先对用于洗车的自来水和离心机分离后水的浑浊度进行检测对比，如果回收水的纯净度符合要求，则将其转走备用；如果回收水的纯净度不够，则通过信号差对带动离心机的电机进行速度调节，自动提高电机的转速，直至回收水的纯净度达到设计的要求。

2.根据权利要求1所述的城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是所述离心机采用卧式螺旋离心机。

3.根据权利要求1所述的城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是所述光电传感器采用双光源技术设计的传感器。

4.根据权利要求1所述的城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是所述放大电路包括差动放大和功率放大电路，其中：

差动放大电路：由差动式低漂移集成运算放大器U2ICL7650LJD及多个二极管、电阻、电容组成，其中，U2脚4、脚5分别接电阻R9、电阻R8，作为电压的输入端；一对互补二极管的一端接U2脚5，另一端与U2脚3、脚6的共接端相并联；另一对互补二极管的一端接U2脚4，另一端接地；U2脚5和脚9相接；U2脚5经并联的电容C18、可调电阻RP2与脚10相接，U2脚11与电容C19相接；U2脚1、脚2分别经电容C16、电容C17接至U2脚8；U2脚7通过电容C20接地；

功率放大电路：由功率集成放大器U3LA4100及电阻R7和多个电容组成，其中，U3脚9与电容C11相连作为此放大电路的输入端口；U3脚1与脚5接电容C9；U3脚4与脚5接电容C8；U3脚2、脚3均接地；U3脚6与电阻R7和电容C10串联接地；U3脚7、脚8和脚11空接；U3脚10、脚12分别通过电容C12、电容C13接地；U3脚13通过电容C14与脚1相连并作为输出端口；U3脚14通过下拉电容C15后接地。

5.根据权利要求1所述的城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是所述A/D转换电路采用单电源芯片TLC2543。

6.根据权利要求1所述的城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是所述脉宽调制器采用SLE4520。

7.根据权利要求1所述的城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是所述固态继电器采用S303ZL。

8.根据权利要求1所述的城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是所述变频器采用上海迅磊变频器公司的XL07R5P4。

9.根据权利要求1所述的城市洗车用水回收循环利用系统，其特征是所述电机采用Y132M-4型电机。

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