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现代车辆清洗技术发展趋势

H. Janik1*, A. Kupiec

聚合物工艺部，化学系，格丹斯克工业大学，格丹斯克80-952，波兰

接收：2006年4月26日

采用：2007年7月16日

摘要

在这篇文章中将会介绍多种不同的车辆清洗技术，以及用水清洗带来的问题，水质污染及其净化等多方面内容。在当今社会，汽车清洗产业的技术发展方向分成明确的类别，例如：新型清洗技术（无接触混合清洗技术），先进水循环系统（基于生物科学的水处理），水质脱盐净化（通过逆向渗透技术）和其他生态、经济方向的革新（例如节能）。我们得出的结论是随着对水质要求的增加，可行的水资源循环系统正在成为现代汽车清洗设备的关键要素。

关键词：车辆清洗技术；现代洗车；逆向渗透；水质除盐；洗车用水

绪论

在过去人们经常在自家后院或其他方便的地方对自己的车辆进行清洗，后来人们去人工洗车店洗车。如今，这一领域的机械设备取代人工完成这些工作。然而在以上几种情况下用于清洗车辆的水资源都遭到了污染。来自车辆的各种清洗用水污染源如图1所示[1]。

图1 车辆清洗用水的主要污染源

为了在节约自然资源的同时依旧能够提供高质量的清洗服务，必须采用新型车辆清洗技术，包括对水资源的重复利用。一些国家通过设立规章制度，进行战略项目投资在污水重复利用领域取得了重大进展，而其他国家依旧缺乏适当的计划及法规[2]。瑞典，德国及荷兰等国不再允许本国公民自行在家洗车[3]。而在波兰，葡萄牙，意大利和其他许多国家中这一问题并没有被严格规范。现有规定大部分只是针对专业洗车设施。这些设施中的洗车废水在经过预处理之后才可以排入下水道，而在公共车道清洗车辆时产生的废水没有经过任何处理就直接流入了下水道。在化学成分方面，私家洗车产品与商业洗车行所用产品是相似的。因此，规定只是规范了一半的市场而忽略了限制这些隐性的排放。在不久的将来，旨在防止人们自行在家洗车的严格规定将会被越来越多的国家引进施行。最近人们在车辆清洗技术方面已经作出相当大的努力，并且在发展中国家的车辆清洗市场也出现了多方面的趋势。

车辆清洗技术趋势

专业洗车根据构造和涉及的清洗技术，可以被划分成不同的类型[4]。

自助式洗车允许顾客自己动手洗车。洗车过程用到一个分散水用的棒子以及低压刷子。

入湾式自动洗车大部分位于加油站附近。驾驶者在指定位置停车，然后投币式汽车清洗机在车辆上来回移动完成清洗。

传送带式洗车机能够提供全方面的清洗服务。当顾客在车外等候时，它能同时完成对车辆外部与内部的清洗；当驾驶者留在车里时，也可以只对车辆外表面进行清理。车辆在一条传送带上移动。摩擦式清洗（刷子或是帘布）或无摩擦式清洗（高压喷嘴，无接触清洗）都可以采用。

无接触式车辆清洗技术是当下最时髦的车辆清洗系统。它利用的是一种无接触的清洗工艺，在这种工艺中除了无害皂溶液与水之外没有别的东西与车辆直接接触[5]。因为它们之间没有接触，洗车设备对车体造成的损伤就会减少。此外，通过测量待洗车辆的长、宽等数据可以减少对水资源、洗车液以及时间的消耗[5]。完全无接触式清洗是依靠低流量、高压力的水流实现的。首先，驾驶者将车辆停靠在洗车区。随后车辆保持不动，一个（或两个）喷淋臂来回移动完成清洗。清洗效果的好坏取决于所用化学试剂是否有效、稳定[6]。

在混合式车辆清洗技术过程中，毛刷清洗配合充足的准备工作可以得到很好的清洗效果。准备工作是通过化学预洗（应用泡沫）和高压水射流来冲洗车身上的污迹[6]。刷洗之前的预洗工作可以通过减少土壤颗粒与车身表面的物理、化学联系促进顽固污渍的移除，有效控制车辆表面的划伤。混合清洗结合了高压水清洗与软刷清洗中的操作[5]。固定位置的无接触式清洗需要洗车运营商更多的注意，因为这一洗车过程需要合适的化学试剂，适宜的温度以及高质量软水提供的稳定合理水压。

当下，车辆清洗技术的主要目标是减少摩擦（来自清洗所用的刷子与软布），减少手动工具的使用以及在更短的时间内洗出更加清洁、干燥的车辆[6].目前优秀清洗技术在完成高质量清洗时常常要消耗大量的水资源。洗车运营商（特别是固定无接触式洗车的运营商）必须平衡例如时间、温度、化学试剂浓度和刷子的摩擦等清洗因素。如果一个因素被提到了更高的等级，其它因素也必须做出相应改变（例如如果想在更短的时间里完成洗车，就需要额外的动力、化学反应或更高的温度）。在最近，一些创新型生产厂家和车辆清洗投资者已经能够生产环境友好的车辆清洗机，这些产品提供先进的清洗技术并能够实现对水资源与能量的保存，并且减少了污水排放费用，在省钱的同时保护了环境。

现代车辆清洗技术的经济学和生态学现状

现代车辆清洗技术的应用导致更高的生产和维护成本。无接触式和混合式洗车设备的价格是传统洗车设备的两倍。此外，它们导致更多的能量消耗，在一辆车上它们要使用200-300升具有高温（50-60 ℃）、高压（70-100bar）的水进行清洗，只有在提供合适的电能及热能条件下才可以获得符合条件的水[5]。运营商正试图降低运营成本，特别是通过使用太阳能与风能资源来降低电力成本。虽然他们的动机纯粹来自于经济方面的考虑，但产生的结果不仅有利于他们，同时也有利于他们的顾客以及整个生态环境。

车辆清洗中可供选择的能源

车辆清洗领域中的一个新趋势是利用太阳能。通常在房屋顶上有一块或多块太阳能板用来加热车辆清洗用水。太阳池加热技术有助于产生热水。这一方法显著减少了二氧化碳气体的排放以及天然气的消费[7]。地热供暖也可以作为一种替代热源被它周围的设施采用。如果当地地理条件合适，也可以安装风力涡轮机来利用风能。减少能源消耗的另一种方法是使用可变速真空泵。这种两泵系统被设计成在不使用时接近关闭。此外，热泵和热交换器也可以促进能源的节省[8]。洗车运营商也可以通过其他方法减少能源消耗，例如可以安装一种隶属于节能管理系统的特殊构造的门。这种门有控制开启与闭合时间的程序系统，特别是在冬季洗车时，这一措施有助于维持洗车房内的合理温度[5]。在寒冷的天气中，入口与出口的门将上下移动来保存热量。

新型建筑材料

在投资建设新的洗车场所时，建筑物自身可能带来额外的节约。可重复、环保型建筑材料的使用可以降低建造成本。这些材料可能包括由回收利用的木质纤维与混凝土制成的隔热混凝土墙以及由废旧车辆牌照制成的单层壁板[8]。橡胶安全垫以及橡胶挡轮块由回收的轮胎制成，废料箱以及景观木材由回收塑料制作，以上这些也是有可能运用到车辆清洗产业中的优秀范例。其它诸如墙面装修，地暖和连续式排水沟等措施将有助于建成安全、低维护成本的建筑[7]。

化学制品

绿色环保的清洁剂和洗车蜡水有助于提高水处理系统的性能。此外，利用计算机控制洗车臂在车辆表面角落平稳的移动，同时选择合适的清洁剂喷射剂量，可以减少清洁剂的用量，节约资源[5]。

车辆清洗中的水资源消耗

交通运输和车辆清洗产业的飞速发展造成了用水量的激增。伴随着用水量的激增，排放的污水量和污染物含量也大大增加[9,10]。只有专业的车辆清洗设备才能提供带有合适压力的适量水源，安全、高效地完成对车辆的清洗。当人们在家中洗车时，他们没有意识到自己浪费了多少水资源。图2展示的是不同洗车类型的用水量。无接触式洗车的用水量往往高于自助式洗车；然而，采用水循环系统可以减少这一用水量。在先进的车辆清洗过程中，会重复利用自助式洗车产生的废水[11]。相较上述标准的洗车方式，采用水循环系统的洗车装置大量减少了水资源的消耗。

图2 不同的洗车方式及其总用水量(基于文献[10]的研究)

水资源节约

车辆清洗行业的节约用水意味着通过水循环系统对水资源的高效利用[4]。洗车水循环系统是利用收集来的洗车废水，在经过出处理后定向流回原先的用水体系（图3）。首先，要对洗车废水进行收集，随后重新进入洗车过程完成对水资源的重复利用[12，13]。水资源的重复利用涉及到对冲洗废水的处理。一个可行的设计是将洗车店产生的废水通过专用下水道输送到生物污水处理厂。

在车辆清洗行业非生物处理系统中，分为无油和油性沉积物两种污染流。但是，一项正确实施的生物处理系统能够同时解决这两个问题[14，15]。在氧气含量充足的情况下，好氧细菌将会把废水中所有的有机物吸收、分解并且不产生任何异味。最近，水资源重复利用的物理-生物学方法被认为是车辆清洗行业（特别是高压清洗技术）中最易于实现的水处理方法[14]。

车辆清洗投资商根据地理位置与所想采用的技术方案组合，选择污水处理方法。他还要考虑到每天的用水总量，冲洗过程的操作步骤及用到的化学试剂，产生的再生水的用途及满足这些用途所要达到的质量与数量要求，所要处理的污染物种类、浓度、流速限制等多方面因素。

图3 车辆清洗中可行的水循环

以下是先进水循环系统的合理步骤[16]：

1. 预处理（移除粗颗粒及沙石）；
2. 悬浮物的物理（机械）沉降（合理添加沉淀剂能够提高处理效率）；
3. 有机成分的生物学处理；
4. 通过化学沉降步骤或过滤步骤完成补充处理（其它补充处理方法有活性炭，逆向渗透等）。

污染物处理的目的就在于减少污染物总量和稳定污染物。

逆向渗透在现代洗车中的应用

各种车辆清洗方法都可以利用逆向渗透（RO）系统来实现对水资源的净化、除盐。逆向渗透是在两种液体间有细密的膜[17]。在一个大于渗透压的压力作用下，水分通过半透膜从盐溶液中分离。逆向渗透能够移除小到溶解的单个钠、氯、钙、镁离子，金属离子，矿物质以及有机物[13]。逆向渗透产生的水符合最严格的标准要求。

水质提纯中的逆向渗透

自来水中含有各种溶解性杂质且数量巨大，用这种水洗车在水分蒸发后，杂质会留在车辆表面形成斑点。溶解杂质等级由可溶性固体总量（TDS）衡量，以每升多少毫克（mg/l）或百万分率（ppm）为单位。冲洗用水中的可溶性固体总量越多，车身上的斑点越明显[18]。自来水中的平均可溶性固体总量范围从50ppm到1200ppm不等，平均约为300ppm。逆向渗透技术在车辆清洗产业中能够用于对自来水的提纯，以达到无痕洗车水的要求。用无痕洗车水清洗的车辆允许其自然干燥，因为它们不需要被擦，这样一来省去了洗车最后阶段里的毛巾以及负责车辆擦干的额外人员。无痕冲洗用水的可溶性固体等级要小于30ppm。逆向渗透可以被轻易地添加进各种车辆清洗方法[18，19]。自助式洗车场所可以将逆向渗透无痕洗车水作为一个单独的功能。隧道式洗车机可以将其最后的冲洗烘工序用一台鼓风机代替。在逆向渗透过程中，压力促使水通过半透膜的中心。当水被挤压通过半透膜时，半透膜拦下了水中的固体颗粒从而无痕洗车水就产生了。逆向渗透对水的温度特别敏感，在25℃时逆向渗透效率最高。温度每上升一度，一个典型的半透膜就会损失1~2%的自身流量。为了实现预期的性能水平，可能需要使用预热器或是更大的半透膜。预处理是影响逆向渗透性能的关键因素，因为它能够预防污染以及不成熟的半透膜失效。最经常使用的是5mu;m过滤器，并且由于氯元素的存在（氯元素会破坏某些种类的半透膜），会使用碳过滤器来保护特定种类的膜[18]。针对逆向渗透系统的另一项预处理措施是对水体的软化。这一举动能够延长半透膜以及整个系统自身的使用寿命。软化剂对水中的微粒进行处理，使它们凝结、聚合在一起体积增大以至于不能通过半透膜上的孔洞。

水质脱盐中的逆向渗透

盐（氯化钠）经常用来冬天的道路的除雪。这是一种廉价的化合物，但是在一些国家它被禁止使用。在某些国家，每公里上就分布着30至85kg的盐[20]。车身上的盐分不仅来自于道路除雪，而且来自于海洋或是海水蒸汽。车身上盐分的积累，造成并加速了已经存在的腐蚀。当冬季结束时，人们想要去除车身上的盐。在冬季和初春时期，高浓度的盐溶液被排入了车辆清洗水循环系统。如果盐分随着洗车水循环，伴随洗车数量的增加盐分的浓度越来越高。盐分可能会对洗车设备造成损伤并且限制了水资源的重复利用。脱盐作用能够将水中的可溶性固体总量降低到可用水平。利用逆向渗透完成水质脱盐可以作为一个优秀处理系统的最后一步[2，18]。

这一逆向渗透系统需要适时的维护。半透膜要定期地清理。两次清理的时间间隔取决于每天处理的水体总量。通过逆向渗透膜与传统预处理单元以及先进处理技术的综合运用实现的脱盐处理，是现在洗车废水脱盐技术的主要方法。

结论

科学技术的发展往往对环境造成影响；然而对于现代车辆清洗技术，这些对自然环境的影响可以是中性的。环境友好的现代洗车需要良好的清洗技术，利用先进的水处理方法的水资源重复利用系统，以及无公害的清洗试剂。以下是整篇文章得出的结论：

1. 清洗技术的进步能够提供更好的清洗质量；然而，它同时需要消耗更多的水资源。为解决之一矛盾，需要优秀的清洗循环系统。
2. 用水成本的不断提高，让水资源的重复利用变得有经济意义。
3. 基于生物水处理过滤技术的创新以及优秀水处理方法的水资源重复利用系统，能够产生稳定清洁的再生水以获得更好的车辆清洗效果。水资源重复利用系统必须与洗车过程中用到的化学试剂兼容，并能够应对高盐分负荷。
4. 车辆清洗中水资源重复利用系统的启用，实现了对洗车过程中高品质水的重复使用，减少了对自来水的消耗，降低了污水排放费用。
5. 逆向渗透技术能够实现对自来水的提纯以及对污水的脱盐。逆向渗透半透膜能够高效拦截水中杂质。

站在车辆清洗经营商以及自然环境的立场上，为了使车辆清洗产业更加高效健全，节水与节能应当并肩发展。当使用替代热源（太阳能）时，还可以产生额外的收益，尽管有一定原始成本，但它能够降低日常费用并促成节约。

参考文献

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