家用主動去濁分級式供水系統

水是維持人體正常生理活動不可或缺的物質。人們對飲用水的品質要求越來越高，很多人在家中安裝了凈水設備，但凈水設備產生的廢水被直接排入下水道，浪費水資源。

市面上銷售的桶裝水存在二次污染現象，家用純水機、凈水器的濾芯如果未及時被清洗，長時間使用會滋生病菌，危害身體健康。目前，市面上能實現分質供水的凈水器工藝繁瑣，操作復雜，用戶很難適應凈水系統的使用方式；凈化水產水時間過長，難以滿足用戶臨時大量用水的需要；凈水系統中大量沖洗水的直接排放造成水資源的浪費。

不同品質的水的用途各不相同，我們經過思考，決定讓家用凈水器系統實現分級供水功能。

一、設計思路

在供水系統前加裝濁度傳感器，它能根據檢測結果判斷自來水是否通入用戶家中。加裝前置過濾器，初步過濾除去水中的大顆粒雜質和懸浮物。

未經過濾的水可用于沖洗廁所、澆花等，過濾后的水則接入反滲透膜處理器。通過反滲透膜的水為用戶提供直飲水，而不能通過反滲透膜的水則作為基本生活用水。

二、成員分工

何欣偉主要負責項目的查新、結構設計、撰寫研究報告；李柟霖主要負責研究日志的撰寫、方案的設計與選擇、程序編寫。兩人協作完成材料的準備，樣機的制作、測試與改進。

三、結構設計

家用主動去濁分級式供水系統主要由濁度傳感器、二位三通電磁閥、前置過濾器、RO反滲透膜四部分組成。

四、制作過程

網購前置過濾器、RO反滲透膜及外殼、Arduino模塊、濁度傳感器、二位三通電磁閥、PVC水管、水管固定座等，組裝系統。用3D打印機打印RO反滲透膜外殼固定卡扣。

家用主動去濁分級式供水系統通過濁度傳感器實時監測自來水管中水的品質。當水質異常時，Arduino模塊控制繼電器工作，二位三通電磁閥斷開，停止供水，與家庭用水管道隔離，并通過廢水管道排出濁水，水質正常后恢復供水。

五、樣品測試與改進

（一）管路密封防漏測試

當加壓到1個大氣壓時出現5個漏水點。在接口處加密封膠后不再漏水。

（二）濁度監測與控制靈敏度測試

當濁度值低于300時，表示水質污濁；大于700時，表示水質良好。當濁度傳感器安裝位置與地面平行時，監測數據顯示會出現延遲現象。

控制閾值調整為500，將濁度傳感器安裝位置與地面成45°后，靈敏度大大提高。

（三）智能控制裝置功耗測試

將普通干電池換成鋰電池，加裝管道水流發電機給鋰電池充電。經測試，家庭正常用水時可給鋰電池提供8.4 V、1.2 A的電能。

六、創新點

（一）利用智能設備實時監測水的濁度，當超過預設值時主動打開排水閥，將污水直接排入下水道，避免污染、損壞家用管道。

（二）根據用戶對不同水質的需求分為三級供水，每級過濾裝置為下級用水提供水源，并承擔本級裝置的自動清洗工作，確保系統的良性循環。（指導老師：張才友）

專家點評

何欣偉、李柟霖同學的家用主動去濁分級式供水系統是一個專業性較強的創新項目。這個項目的完成充分體現了兩位同學：其一，具有良好的科學素養和嚴謹的科學態度，對科學研究工作的基本規律和方法有一定理解，基礎科學知識掌握較扎實，對自己研究的成果具有分享意愿。其二，具有一定的綜合運用跨學科知識解決實際問題的能力。尤其值得提倡的是，兩位同學把自己在研究過程中所作的貢獻寫得明明白白，充分體現了其具有良好的知識產權意識和對勞動成果的尊重之情。

需要指出的是，這個項目要完成好，得益于學生所在學校有專業的指導老師，學生也有良好的創新實踐基礎。如不具備這兩個條件，建議大家不要涉足這種專業性較強的項目，不僅難以完成，還會打擊學生的創新積極性。

值得與同學們探討的是，我們能否考慮那些還處于僅靠一口井、一個窖飲水的農村家庭，為他們排憂解難，為鄉村振興出力呢？