家庭生活污水回收利用系统

附件3：序号： 编码： 广东轻工职业技术学院 第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品项目立项申 报 书课题名称： 家庭生活污水回收利用系统 课题负责人： 陈健铭 所在（院）系（盖章）： 机电工程系 指导老师： 吴峥强、徐进 申报日期： 2013年3月18日 类别： 自然科学学术论文类 科技发明制作类 社会科学学术论文和专业调研报告类 广东轻工职业技术学院大学生课外学术科技活动领导小组制填写说明1. 凡申报广东轻工职业技术学院大学生课外学术科技项目课题均填写此表。2. 申报课题的类别应在封面用“”标明。3. 年度、编码由广东轻院团委填写。4. “自筹经费课题”须提供经费保障说明。5. 本表应用黑色钢笔或签字笔认真如实填写。6. 本表按规定时间报送至校团委。联 系 人： 李馨雨联系电话：（0757）一、 项目负责人基本情况姓 名陈健铭性别男出生年月93.04政治面貌团员专 业机械制造及自动化班别机制111任职情况学生联系电话电子邮箱QQ.com学期123456综合测评名次516课程平均成绩85.9184.31二、 课题组主要成员姓 名性 别所在院系班 级通讯方式课题组分工陈健铭男机电系机制111设计与编程李国辉男机电系机制111设计与论文黄灶贵男机电系机制111设计与论文邵耀山男机电系机制111设计与制作三、 课题论证1、课题提出的背景与所要解决的主要问题（1） 课题提出的背景水资源是人类生产生活的最关键资源，可是如今，生态环境遭到严重破坏，水体污染严重，水资源的保护和水污染的治理成为现代社会最关注的问题。中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的14、美国的15，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，我国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米，并且其分布极不均衡。到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。我国水资源短缺、水污染严重 、水土流失严重 、水价严重偏低、水资源浪费严重。而且南方水多，北方水少。西部水少，沿海水多。据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。随着城市化和经济社会发展，土地被大量占用，非农业灌溉用水需求在急剧增加，农业与工业、农村与城市、生产与生活、生产与生态等诸多用水矛盾进一步加剧。尽管中国采取了最严格的耕地保护措施，但大量的农田和农业灌溉水源被城市和工业占用，耕地资源减少的势头难以逆转，水资源短缺的压力进一步增大。如今，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。而且水环境恶化的趋势也没有得到有效的遏制。全国水土流失面积367万平方公里，占国土面积的38。全国近一半河段和九成的城市水域受到不同程度的污染。水环境的恶化，破坏了生态系统，进一步加剧了水资源紧缺的矛盾。随着我国人口的增加，经济的发展和城市化进程的加快，我国水资源形势将更为严峻，以水资源紧张、水污染严重和洪涝灾害为特征的水危机已经成为我国可持续发展的重要制约因素，成为实现新时期经济社会发展目标具有基础性、全局性和战略性的重大问题。然而，中国水土流失尚未得到有效控制，生态脆弱。中国众多的山地、丘陵，因季风型暴雨，极易造成水土流失。同时，对水土资源不合理的开发利用，加剧了水土流失。目前，中国水土流失面积356万平方公里，占国土面积37%，每年流失的土壤总量达50亿吨。严重的水土流失，导致土地退化、生态恶化，造成河道、湖泊泥沙淤积，加剧了江河下游地区的洪涝灾害。由于干旱和超载过牧，导致草原出现退化、沙化现象。污染负荷急剧增加，加重了水体污染。大量的工业和生活污水未经处理直接排入水中，农业生产中化肥和农药大量使用，使得部分水体污染严重。水污染不仅加剧了灌溉可用水资源的短缺，成为粮食生产用水的一个重要制约因素，而且直接影响到饮水安全、粮食生产和农作物安全，造成了巨大经济损失。而水资源也更加短缺了。无论是情愿还是不情愿，缺水，这一让水乡人感到无比陌生和尴尬的事实已经真实地摆在了人们的面前。杭嘉湖平原、宁绍平原、苏锡常平原等历史上的天府泽国，目前基本上都处于程度不同的缺水状态，一些地区出现了水乡无水喝的尴尬局面，水资源危机给江南水乡社会经济的发展带来了严峻的挑战。在著名的国际商贸城市义乌，市区有时每周正常供水仅9小时，人均水资源拥有量仅为全国平均水平的14。据称，在义乌有两样商品最好卖，即水桶和水泵。“中国是一个中度缺水的国家”，水利部水资源司司长吴季松说,这是从水资源对社会经济发展的支撑能力上得出的判断。据统计，我国目前缺水总量估计为400亿立方米，每年受旱面积200万260万平方千米，影响粮食产量150亿200亿千克，影响工业产值2000多亿元，全国还有7000万人饮水困难。缺水对环境和人的身心健康都有着严重的影响。参考文献：1 张静, 余鹏翼, 刘娜. 基于广州市水资源供需平衡分析的实证研究. 生态环境, 2010, (1):322-3252 滕宏林, 许振成, 赵细康等. 广州市水资源人口承载力研究. 环境科学与管理，2011, 36(2):112-1163 范向东. 广州市水资源保护情况综述. 人民珠江, 2006, (2):51-53（2） 要解决的主要问题羊毛出在羊身上，我们的生活很多时候都浪费了许多不必要的水。与其我们不停地去寻找水资源，不如想办法去尽量节省过度的用水。有效节水系统的研究与开发，回收我们生活中的水，将大大缓解目前生活浪费水的情况。有效节约水资源。2、本课题在国内外研究的现状与趋势以及课题研究的意义1. 国内相关研究概况及趋势目前，国内在家庭节水领域与国外有较大的差距，但仍然做了大量的研究工作，主要着力于节水器具的研究开发，如研发节水龙头、节水座厕、节水洗衣机、节水淋浴器等，这些节水器具已有较多的成熟产品上市，但家庭生活污水回收利用系统的成熟研究和产品较少。最新研究趋势主要体现在以下两个方面：1）节水器具的研发 新式节水水龙头的研发。陶瓷阀芯节水龙头，陶瓷阀芯寿命长，密封性好，防渗漏效果大幅提高，这种水龙头已有大量应用；充气水龙头，通过在出水部分加起泡器，可以增加水中的气泡含量，这种水龙头有报告称可节水25%4；忘关自闭节水龙头，这种自动节水龙头能在设定的时间段内自动关闭，能从根源上杜绝水龙头忘关闭或关闭不严造成的水资源浪费5。 节水座厕的研发。传统的座厕需要大量的水冲洗方可清洁，现在新技术的进步能用更少的水量实现清洁。保洁效果良好的小容积两档座厕是目前座厕的一个重要研究方向，目前，市场上已有3L/6L两档式符合节水型生活用水器具国标的座厕产品6；气体辅助冲洗式座厕也是目前的一个研究方向，这种座厕能利用进水的压能对压力容器中的气体进行压缩，带有较高压力的气体和水先对厕所进行强冲洗，然后再用水冲净，以实现节水的目的7；另外，还有研发无水箱节水座厕，这种座厕内部呈漏斗状，无接水口、冲水管腔及防臭弯管，排污口直接与下水道相通，利用马桶上方的射流器将残余污物冲刷干净，这种设计节水、体积小、成本低、不堵塞7。国内也有研发废水再利用式座厕，有一种叫“双腔双孔节水马桶”的座厕，该座厕通过与洗脸盆下方防溢防臭蓄水桶的组合来实现废水再利用，达到节水目的 8。 其他家庭节水新技术。滚筒式洗衣机，这种洗衣机已有较多成熟产品，其用水标准一般为14-16Lkg，而目前常用的波轮式洗衣机用水量为22Lkg6，可见滚筒式洗衣机节水效果明显，但滚筒式洗衣机价格较高、使用不够方便，这些都需要进一步研究改进；超声波洗衣机，主要利用超声波的“空化”作用，产生巨大能量，将污垢从衣物上“震”下来溶解到水中，然后再通过内筒的转动对衣物进行摔打和水流穿透，洗净衣物，超声波洗衣机不仅无污染，而且比普通洗衣机节水三分之一9；充气式节水淋浴头，其与充气式水龙头类似，将水的压力能转化为动力能并吸入空气，使水和空气充分混和、膨化后高速喷出，减少用水量而保持喷洒范围和喷淋力度，高效节水并提高用水舒适度。2）建筑节水系统的研究国外已有大量的建筑节水系统应用案例，而国内根据我国的建筑标准和特点还有待研发配套的建筑节水系统。目前，建筑节水系统希望将建筑收集到的雨水、家庭生活用水集中起来，经过去污、除油、过滤、消毒、灭菌处理，输入中水道管网，以供冲厕所、洗地板、洗汽车、浇花草等非饮用水之用10。这种中水系统在国内具有广阔的研究和推广空间。2. 国外先进的节水经验及趋势目前，水资源紧缺也是世界性的问题，而西方发达国家对水资源的保护和使用远远走在我国的前面。国外先进的节水经验主要表现在以下几个方面：1）沙漠国家以色列，人均水资源仅约为290立方米，属于严重缺水国。然而，就是在这样严重缺水的土地上，以色列创造出了举世闻名的“农业奇迹”。占全国劳动力5的农业从业人员，提供了全国95的所需食物，一些农产品还远销海外。以色列占据了40的欧洲瓜果、蔬菜市场，还成为仅次于荷兰的欧洲第二大花卉供应国。以色列政府着力提高国民素质，在全民中营造节水气氛，不断通过报刊、电视等媒体大张旗鼓地宣传“水贵如油”，提醒人们善待水源，养成良好的节水习惯。长此以往，以色列国民普遍形成了十分强烈的节水意识，对水资源的保护和爱惜观念已渗透到老百姓的生活之中。就连小孩，也在家长的熏陶下，懂得“不浪费一滴水”的道理。一般人家用完了水，都会循环使用。以色列的国民节水意识培养对节水工作起了极大的作用。 2）德国联邦和各州有关法律规定，新建或改建开发区必须考虑雨水利用系统。适宜建设绿地的建筑屋顶全部建成“绿顶”，利用绿地滞蓄雨水，“绿顶”消化不了的剩余雨水，将通过专门的已带有一定过滤作用的雨漏管道进入地下总蓄水池，再由水泵与地面人工湖和水景观相连，形成雨水循环系统。而地下总蓄水池又设有水质自动监测系统和雨水处理系统，用于冲刷厕所、洗涤衣服、浇灌花园草地、空调冷却用水、清洁道路等11。德国的天然雨水利用系统值得我们借鉴。3）瑞典，被称之为“水富翁”的国家。瑞典建筑设计都考虑到雨水的有效利用；市场上所有的水龙头、淋浴喷头或抽水马桶都是节水型；瑞典人住房的水管路都很细，这样做的好处是如果出水量过大，水槽里很快就会出现积水，“逼迫”人们不得不把水龙头或淋浴喷头关得小些11。4）日本，通过高昂的水费促进节水工程的发展。现在的东京，50以上的办公楼里都装有内循环水管系统，自来水经过做饭、洗手等一次使用之后，都要收集起来加以处理，用于冲厕所、灌溉，做二次甚至三次使用之后才排入下水道。许多大型公共设施还引进了雨水净化系统，用雨水保证设施用水，或给楼房降温等。各企业对节水产品的开发竞争已经进入白热化，如三洋公司推出了循环式洗衣机，洗衣服用过的水内处理后循环用于漂洗或冲洗，用水量减少了2/311。可见，国外在节水领域有着极为严肃的思考和行动，一方面极力培养国民的节水意识，甚至强制节水，有效的保护和利用水资源；另一方面，不断的提高节水技术，尤其是水循环使用技术。3.课题研究的意义我国是一个干旱和缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6，人均只有2300立方米，仅为世界平均水平的14，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一，而当前国内缺水形势十分严峻。我国有14亿人口，因而家庭生活污水回收利用系统的安装使用具有极其广阔的前景。本课题所开发的污水回收利用系统能至少减少30%家庭节水量，能大大提高家庭用水的效率，降低水资源消耗量。这对降低水资源的需求压力，对促进社会的可持续发展，对改善自然、社会环境都具有极大的社会、经济效益。参考文献：1 李德友. 浅谈建筑给排水中的节水技术. 山西建筑，2008, 34(16):183-1842 百度百科. 节水龙头. /view/.htm3 CJ 164-2002. 节水型生活用水器具. 中华人民共和国城镇建设行业标准. 4 百度百科. 节水龙头. /view/.htm5 孟顺利. 双腔双孔节水马桶P.中国专利: 5.4，2010-10-206 百度百科. 超声波洗衣机. /view/.html7 王本辉, 高 洋, 许 杰等. 建筑给排水中的节水技术. 节能, 2010, (6):43-458 王如君. 水是生命之源 看国外节水妙招. 国际周刊，2006-09-293、完成本课题的经费预算分 期用 途一 期二 期三 期小 计资料或材料费1505050250调 研 费505050150指导教师津贴10010050250实验经费505050150其 他1005050200总 计1000自筹经费课题经费保障说明：四、 课题设计1、 课题类别的界定与理论依据本课题立足于解决一项关于生活用水的实际问题，并设计制作一套微型可行的模型装置，属于科技发明制作类课题。2、 课题的研究目标（包括目标的分解与具体化）研究一套家庭污水回收利用系统。将家庭生活污水进行回收储存并净化处理，使之用于厕所冲洗、家庭清洁、花草浇灌等，这将大大节约家庭耗水量。具体说来，本课题的主要研究内容从以下两种情况展开：1) 新建建筑型家庭生活污水回收用系统的设计与开发；2) 现有家庭基础安装型家庭生活污水回收用系统的设计与开发。这其中又包括：a) 生活污水回收检测判断系统的研究、开发以及布置；b) 污水处理净化系统的研究、开发以及布置；c) 回收系统实现自动控制电路系统的研究开发。3、 研究内容设计（包括内容的分解与具体化，含子课题的设计）家庭生活中，洗衣机排出的水，第一桶水因为洗衣粉含量高，可以不回收，其余全部可以回收；浴盆里的水、洗脸和洗菜废水也几乎可以全部回收处理。本课题将研究一套综合节水系统，将家庭回收废水进行回收储存并净化处理，使之用于厕所冲洗、家庭清洁、花草浇灌等，这将大大节约家庭用水量。具体说来，本课题的主要研究内容从以下两种情况展开。1. 新建建筑型家庭生活污水回收用系统的设计与开发对于新建的建筑物，在设计时即考虑安装家庭污水回收利用系统。这种设计将综合考虑建筑设计的结构特点，以最节省空间、最方便安装布置、最经济的方式设计家庭污水回收利用系统。此种情况之下，课题将主要研究：1）生活污水回收检测判断系统。通过传感器手段，传感器检测水体并将数据信号反馈于判断装置并与已设定的数值比较，若为合格范围则允许水通过，否则通过管道排入下水道。此系统存在混浊度检测、水体中离子浓度检测等检测参数。2）污水处理净化系统。系统所用水箱可考虑设计到隔断墙墙体之内，这种方式最节省建筑空间，本设计中将着重研究水箱的材料选择、结构形式、制作工艺、安装方式。这种水箱方案还设计有可一次大量取水的出水口，这对预防和控制家庭火灾也能起到积极的作用。回收的污水需做净化处理，本课题将设计配套的净化处理方案，使污水净化到一定标准，以便重复使用；另外还需考虑水箱储水时间过长导致变质的问题、水箱箱体定期清洁等问题，本课题中也都将提出解决方案。3）自动控制电路系统。回收利用系统包括两个方面的设计，一方面，机械控制系统，使用电磁阀门、水流量计、水位传感器、抽水机等机械装置；另一方面，为了实现系统的自动控制，将使用单片机对各个机械部分实现检测和控制。2. 现有家庭基础安装型家庭生活污水回收用系统的设计与开发现有家庭加装家庭生活污水回收利用系统相对较复杂，需要占用一定的房屋空间安装回收利用系统，本课题也将对此进行研究，主要研究内容同样包括三个方面：1）生活污水回收检测判断系统。判断系统个头较小，其设计和安装可参考新建建筑型家庭生活污水回收用系统的方案。2）污水处理净化系统。通常，厨房或者卫生间都设计有吊顶，水箱可考虑设计到吊顶之内，这种方式最节省建筑空间，但安装、维护会相对麻烦；还可以考虑薄型挂壁式水箱，安装在适当的墙面，根据需要可多个标准水箱串联安装。本课题中将根据不同情况提出不同