生活廢水轉(zhuǎn)移沖廁裝置的研制

1、生活廢水轉(zhuǎn)移沖廁裝置的研制組員：文秋婷 趙俊興 侯曉博 朱丹彤 張琳琳 吳秦劍指導(dǎo)教師：周化啟訪問專家：鐵東區(qū)自來水公司書記 白 巖 鞍鋼設(shè)計研究院水道室主任高級工程師 陳廣延 幫助與校辦工廠聯(lián)系的蔣校長登路網(wǎng)址：中國水資源網(wǎng)、世界水資源網(wǎng)、水資源網(wǎng)、水環(huán)保網(wǎng)等20余站次研究思路：串聯(lián)設(shè)計、傳感設(shè)計、電磁設(shè)計、并聯(lián)設(shè)計、終期成果特別感謝：03.4班班主任李強盛老師及03.12班王冠聰同學(xué)（動畫設(shè)計） 以下是我們的調(diào)查與研究過程：一 世界水資源狀況就世界看淡水的總量是有限的，而且在環(huán)境問題非常嚴(yán)重的今天，淡水資源也日趨嚴(yán)峻。而中國，作為擁有世界1/3人口的國家，人均擁有淡水量居世界八十八位，全國

2、600多座城市缺水，日缺水量達1600萬立方米，年缺水量近60億立方米。二 鞍山水資源狀況從上面資料可以看出，我國淡水資源不容樂觀。那么，作為擁有超百萬人口的重工業(yè)城市鞍山，它的淡水資源情況如何？現(xiàn)在面臨那些問題？我們又應(yīng)該采取何種措施來緩解這些問題呢？為此，我們課題小組專門走訪了鞍山市自來水公司，了解到了鞍山的水源及其供水情況，現(xiàn)將水源現(xiàn)狀介紹如下：鞍山市城市供水現(xiàn)有6處水源，分別為首山水源、太平水源、鐵西（含開發(fā)區(qū)）水源、西郊水源、海城水源及湯河水源。除湯河水源為地表面水源外，其余均為地下水水源?？偣┧繛?2.5MD（含鞍鋼轉(zhuǎn)供量4MD）。湯河水源為新水源，運行較平穩(wěn)。5個地下水水源建成

3、時間較長，不同程度的存在著影響生產(chǎn)的問題。其中：1、首山水源：始建于1958年，1963年投產(chǎn)，經(jīng)過近40年更新改造后，現(xiàn)有深井4眼，供水能力為16.5MD。由于建成年限久，許多深井存在老化現(xiàn)象，并且深井布局不合理。2、太平水源：由于水文地質(zhì)較差，地下水補給量少，加之水源周圍逐漸形成的自備深井與城市公共水源爭奪僅有的水資源，使得該水源自1971年建成投產(chǎn)以來，產(chǎn)水量逐年減少，地下水位逐年下降，現(xiàn)產(chǎn)水量只有0.8 MD，動水位已達45 MD，水位降已遠遠超過含水層厚度，水源已不堪重負。3、鐵西水源（含開發(fā)區(qū)）：1972年投產(chǎn)至今，水源周圍自備深井的超量開采，使鐵西水源形成嚴(yán)重超采，地下水位急劇下

4、降，原開采淺層水的淺井已無水而被迫停產(chǎn)，整個水源12眼深井（不含開發(fā)區(qū)的4眼深井）只有一半可以運行。4、西效水源：該水源達到滿負荷，并且底下水位的降低可使一些深井產(chǎn)生掉泵現(xiàn)象，有5眼深井已停產(chǎn)，無一機動備用井，一旦這些井之一的某儀環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將直接影響鐵西地區(qū)供水。三 鞍山市水資源供求現(xiàn)狀具有關(guān)部門的統(tǒng)計：2001年供水量：111299436MD日平均：366117MD市供水需求發(fā)展按4遞增計算：2002年供水量為56.92003年供水量為59.22004年供水量為5961.52005年供水量為64.0從以上資料可以看出，我市水源情況十分嚴(yán)峻，其供水水源79來源于外市，現(xiàn)有水源已遠供不應(yīng)求，

5、照此需求量發(fā)展未來幾年供水水源將出現(xiàn)較大缺口預(yù)計： 2002年缺水量為4.4 2003年缺水量為6.7 2004年缺水量為9.0 2005年缺水量為13.5可見，如何節(jié)水就成為現(xiàn)在水源建設(shè)中最為關(guān)注的問題。四 現(xiàn)有節(jié)水器具據(jù)我們調(diào)查，有三種途徑：鞍山熱電廠鍋爐沖洗；鞍鋼余熱水供暖；家庭節(jié)水器具：現(xiàn)有節(jié)水器具：沖廁8L6L分兩次沖。據(jù)測算現(xiàn)使用抽水馬桶的數(shù)量有8千萬只左右，一般每只抽水馬桶水箱存水量約為15公斤，平均按一戶3口人，每天一個人使用馬桶4次計算，中國的抽水馬桶每年要用掉144個日產(chǎn)19萬噸水的中型自來水廠的產(chǎn)水。這些水仍就是經(jīng)過深加工、潔凈的自來水，用如此大量的清水來沖洗廁所是否大材

6、小用了呢？另一方面，我們?nèi)粘Ｓ眠^的水大部分是未經(jīng)深污染的洗菜、洗衣水，如果用它們來沖洗廁所，不又恰倒好處嗎！但如果每次用過的水都用盆盆罐罐裝起來，不但占地占盆，而且常會出現(xiàn)用時沒有，不用時很多的現(xiàn)象因此這就十分需要一種具有蓄水沖廁功能裝置來完成這一項任務(wù)。于是我們便以此為切入點，想從我們高中生特有的思路利用學(xué)過的知識來設(shè)計研究這種節(jié)水沖廁裝置。五創(chuàng)意研究的過程：基本器材的研究與初步構(gòu)想；具體問題的設(shè)計與研究；改換思路，實用為本。首先先研究了一下現(xiàn)有水箱的結(jié)構(gòu)。（圖1）圖1由于要儲存生活廢水，需有一定的凈化過程微凈化過程，在查閱資料過程中，我們選擇了淺層處理裝置。（圖2）圖2油管 波狀斜槽（由聚

7、酯材料制成）進水口出水口生活廢水據(jù)我們了解，凈化：物理凈化 化學(xué)凈化：原料較復(fù)雜在基本器材準(zhǔn)備就緒之后，我們有了初步構(gòu)想，即原沖水箱保留，高水箱按在其上（圖3），這樣以來，畜水箱高于水源，水體勢能增大，因此必須要提供動力，我們想到了水泵，但此裝置存在3個主要問題。1.由于水源并非持續(xù)供給，所以水泵的運轉(zhuǎn)問題需要解決；2.當(dāng)蓄水箱中水滿過多時，多余水的排放問題；圖33.當(dāng)蓄水箱中無水而沖水箱需要用水時，清水管道自動控制問題 針對以上問題，我們進行了研究與設(shè)計 由于我們這次的設(shè)計與外了物理的知識聯(lián)系得比較緊密，因此，我們在設(shè)計之間不知不覺便使用到相應(yīng)的原理。圖4在我們的首次設(shè)計中，由于我們基于一種

8、最普遍的想法隨滿隨停，便設(shè)計了在水箱的內(nèi)側(cè)安裝一個水位傳感器（簡稱傳感設(shè)計）（圖4）。它用于控制蓄水高度，起到了定量的作用。但是，由于考慮到了傳感器的造價問題及相應(yīng)的內(nèi)部原理的知識較為難懂，故而我們就思考能否設(shè)計一種簡單的方案呢經(jīng)過幾次的設(shè)計與修改，我們終于設(shè)計出方案二（電磁設(shè)計）。在這個方案中，我們利用到電磁鐵與連通器的原理。我們將電磁鐵作為控制入水閥的開關(guān)，而控制電磁鐵的開關(guān)是一個浮漂（浮漂上端有一個“C”型卡口）。該浮漂是置于水箱旁的水位顯示中的且載浮漂的卡點略低于水滿線。利用連通器的原理，當(dāng)水位將近水滿線時，在水位顯示中，水將浮漂托起；當(dāng)水位線到達水滿線時，浮漂上的卡口將導(dǎo)線隔斷，即將

9、電磁鐵關(guān)閉。（圖5）圖5但設(shè)計完這些部件后，雖然理論上可行，但實際使用起來卻會非常麻煩，而且還要用掉很多電能，于是我們改換思路，以實用為本，為了省去電力，我們決定把廢水轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)為人力，把原有的兩箱串聯(lián)改為并聯(lián)圖6若高水箱無水還要啟動沖水箱，能否只用一個轉(zhuǎn)鈕便完成全部程序呢？如何讓右邊的水自動轉(zhuǎn)入左箱，我們想到初中學(xué)習(xí)過的虹吸裝置.原理：依靠大氣壓強液體從較高地方通過虹吸管先向上再向下流到較低地方去的現(xiàn)象（圖6）。但此結(jié)構(gòu)還有問題：當(dāng)左液面高于右液面時，水會逆流回去，于是安裝單向閥。在此基礎(chǔ)上把兩箱并為一箱，（圖7）這便是我們最終研究成果。圖7經(jīng)過這次研究性學(xué)習(xí)，我們的收獲很大，體會頗深。在調(diào)查水資源的狀況時，那一副副缺水的畫面和一個個驚人的數(shù)據(jù)，讓我們這些生活在城市中尚未被缺水所苦惱的高中生第一次感到了水資源的缺乏，一種從未有過的危機感油然而生。在提出研制廢水沖廁裝置后，由于現(xiàn)有的節(jié)水器具十分有限，很難找到相關(guān)資料，可以說我們是白手起家，沒有任何已有方案作參考，我們?nèi)抗ぞ呖梢愿爬橐幻孀馈⒁粡埣?、一支筆，依靠已有的數(shù)學(xué)和物理知識，充分發(fā)揮大家的想象力，互相交流，各抒己見，在此過程中，我們第一次體會到把已有知識溶入實際生活的快感和全組人通力合作的激情，從一次次問題的提出到解決我們也感到并非發(fā)明創(chuàng)造如同我們想象