盥洗室廢水處理裝置的設(shè)計(jì)

丁潤(rùn)楠+黎挺+路元博

摘 要：為響應(yīng)節(jié)約用水的號(hào)召，在對(duì)城市用水狀況進(jìn)行了調(diào)查的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了針對(duì)家庭盥洗室廢水處理的處理裝置。本文介紹了裝置的設(shè)計(jì)機(jī)理、裝置的外形、濾芯的結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)水箱與消毒以及自動(dòng)控制系統(tǒng)，并利用軟件CAD繪制了濾芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。我們希望本裝置的開發(fā)能夠在一定程度上緩解城市用水緊張的狀況。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)機(jī)理；過濾；儲(chǔ)水與消毒；自動(dòng)控制

Abstract：Based on the research of Chinese cities in water usage， we designed an economic device in dealing with wastewater produced by a three-people family to respond to the call for water saving. This essay introduces its designed mechanism， pleasing appearance， the structure of its filter element， water storage， disinfecting and the system of automatic control. Meanwhile， we drew a picture of the filter elements interior part by using software CAD. We hope this design can reduce urban water stress by a certain extent.

Keywords： Designed mechanism Filter Water storage and disinfecting Automatic control

據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)近700個(gè)城市中有超過400座城市經(jīng)常出現(xiàn)供水緊張的情況，在這其中有超過100個(gè)處在水資源嚴(yán)重短缺的狀況。全國(guó)的大多數(shù)二、三線城市，絕大部分常年都處在水短缺的缺水狀態(tài)，影響的城市人口高達(dá)4000萬。本裝置是對(duì)于家庭盥洗室廢水的二次處理及利用以減少家庭用水量，從而達(dá)到節(jié)約水量的目的，特別在水資源日益短缺、水處理成本越來越昂貴的情況下，本裝置將來還會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。

1 裝置的設(shè)計(jì)機(jī)理

整個(gè)裝置分為三個(gè)部分，上部是置物格，用于放置盥洗室的洗浴用品和化妝品，其具有節(jié)約空間、美觀實(shí)用的功能。中部是濾芯更換箱，便于用戶日常查看濾芯的使用狀況，且為濾網(wǎng)中濾渣（毛發(fā)和一些固體污垢）的去除提供了便利。下部是儲(chǔ)水箱和消毒裝置，儲(chǔ)水箱可暫時(shí)性地存儲(chǔ)一部分水以備盥洗室中馬桶用水，消毒裝置是一盞紫外線燈，置于儲(chǔ)水箱的上方，用于抑制儲(chǔ)水箱中的微生物（尤其是大腸桿菌）的繁殖。整個(gè)裝置置于洗漱池與馬桶中間位置，起著廢水處理的中轉(zhuǎn)站的作用。

2 濾芯的設(shè)計(jì)

濾芯的過濾介質(zhì)由織物介質(zhì)（紗布和不銹鋼網(wǎng)）、堆積的粒狀介質(zhì)（果殼炭和纖維球）組成?？椢锝橘|(zhì)主要是處理盥洗室廢水中的毛發(fā)、部分人體皮膚的分泌物和污垢等。堆積的粒狀介質(zhì)由兩部分組成，上部是纖維球，具有密度小、柔性好、比表面積大、親水疏油性和去污能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以有效地去除廢水中的脂類物質(zhì)；下部是果殼活性炭，它在盥洗室廢水的處理中起著重要的作用：它是由碳為主的物質(zhì)，經(jīng)高溫炭化和活化制得的疏水性吸附劑。經(jīng)過一系列加工過后成為成品活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面積，能有效去除色度、臭味，可去除二級(jí)出水中大多數(shù)有機(jī)污染物和某些無機(jī)物，包含某些有毒的重金屬。因此，在處理盥洗室廢水中它主要吸收水中的合成洗滌劑、色素和刺激性的氣味。濾芯的外殼材料是管徑為30mm、長(zhǎng)為284mm（142mm*2層）的透明的聚氯乙烯材質(zhì)（塑料），其具有重量輕、造價(jià)低、防腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。

濾芯的外形設(shè)計(jì)是目前流行的筒形設(shè)計(jì)，這種外形具有以下優(yōu)點(diǎn)：1其橫截面積是圓形，相比于其他形狀如矩形，有與污水的接觸比面積大的優(yōu)勢(shì)2.圓柱結(jié)構(gòu)密封性好，可以承重過濾網(wǎng)，流體在其中所受阻力較小3.整個(gè)濾芯裝置為管道式，易于連接進(jìn)出水口和方便組裝。

水處理裝置由三個(gè)濾芯（管徑30mm，長(zhǎng)為284mm）組裝成一個(gè)整體（如下圖所示），其中兩個(gè)濾芯在水處理中正常運(yùn)行，另外一個(gè)為備用濾芯。在進(jìn)水口處設(shè)置流量計(jì)，根據(jù)流量的大小對(duì)水處理裝置的所接濾芯數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)流量過大時(shí)即超過裝置處理的上限，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)廢水進(jìn)行部分分流進(jìn)入下水道中，剩余的廢水則進(jìn)入裝置中處理，三個(gè)濾芯共同作用；當(dāng)流量在裝置處理能力范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，不分流且設(shè)置濾芯數(shù)為2；當(dāng)流量過小時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)再一次進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)置濾芯數(shù)為1。

3 儲(chǔ)水箱設(shè)計(jì)

儲(chǔ)水箱是由輕質(zhì)陶瓷制成的立方體，其設(shè)計(jì)尺寸為長(zhǎng)*寬*高=40cm*30cm*20cm。一般馬桶設(shè)計(jì)用水量為5升/次，該設(shè)計(jì)可滿足馬桶沖水約5次。為抑制儲(chǔ)水箱中微生物（尤其是大腸桿菌）的繁殖，在儲(chǔ)水箱的上方安置了消毒裝置。消毒裝置采用紫外線消毒。紫外線具有滅活病毒和殺菌的作用，其滅活的部位作用于微生物的核酸，使其失活。

自動(dòng)控制系統(tǒng)作用于整個(gè)裝置中，主要作用于兩處。一處是在進(jìn)水口處同流量計(jì)共同控制調(diào)節(jié)流量與處理狀況，另外一處是在儲(chǔ)水箱排水口處控制氣泵，通過控制氣泵改變儲(chǔ)水箱中水面的壓強(qiáng)達(dá)到能夠?qū)⑺斔椭榴R桶的進(jìn)水口的提水目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于現(xiàn)在我國(guó)家庭用水的嚴(yán)重浪費(fèi)的現(xiàn)狀，結(jié)合我國(guó)家庭用水的需求及排水的方式的國(guó)情，為響應(yīng)節(jié)約用水的環(huán)保號(hào)召，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展，設(shè)計(jì)了本款供家庭自用的廢水處理裝置。本裝置集中收集處理沐浴水、洗漱水等生活廢水并將其儲(chǔ)存在特定的儲(chǔ)水箱中，用于盥洗室中馬桶的沖洗。本文以流程圖的形式介紹了裝置的工作機(jī)理，詳細(xì)地描述了裝置的外形，著重介紹了一種實(shí)用、低成本的家用型的過濾裝置，并簡(jiǎn)略地對(duì)儲(chǔ)水箱、消毒裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。我們也對(duì)裝置處理后的水進(jìn)行了一系列的水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)，得出的結(jié)果顯示達(dá)到了用水標(biāo)準(zhǔn)。所以，本裝置在原理和功能上均達(dá)到了使用的標(biāo)準(zhǔn)。

但本裝置還存在一些問題，一是本裝置外形設(shè)計(jì)不夠精美，其次是基于我們所學(xué)知識(shí)的有限，管路尺寸、泵型的選取、外觀尺寸的設(shè)計(jì)未達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)，裝置的自動(dòng)化程度還不夠高，不能對(duì)污水達(dá)到最優(yōu)的利用效果。

參考文獻(xiàn)

[1]化工原理（第四版）王志魁 劉麗英 劉偉編，化學(xué)工業(yè)出版社

[2]環(huán)境監(jiān)測(cè)（第四版）奚旦立 孫裕生 主編，高等教育出版社

[3]自動(dòng)控制基礎(chǔ)與控制儀表 李學(xué)琪 賈 峰 王祝寧 編著，中國(guó)計(jì)量出版社