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基本信息

項目名稱：
低污染生活水處理回收裝置
小類：
能源化工
簡介：
本項目立足于家庭低污染水處理，以實現(xiàn)處理后的污水達(dá)到回用（非飲用）指標(biāo)。項目研究內(nèi)容包括污水回收、處理、再利用以及能量回收利用、部分功能的自動控制。項目立意是在污水源頭就地處理，直接將低污染水輸送至污水處理裝置。污水經(jīng)兩級處理后，經(jīng)檢驗達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)后通過水泵提高至一定高度以供再次利用。在處理過程中消耗的能量由自主設(shè)計的微型水管發(fā)電機和太陽能電池板經(jīng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一供給，在處理過程中實現(xiàn)能量自給。
詳細(xì)介紹：
項目中的低污染生活污水主要包括盥洗用水、洗澡水、洗水果蔬菜等廚房用水等較清潔水，低污染水經(jīng)過一套特定的處理裝置后，水質(zhì)達(dá)到生活用水的標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)二次利用（非飲用）。城市生活污水集中在家庭用戶，以及學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓等公共場所，具有量大、集中、水質(zhì)較為穩(wěn)定等特點，便于收集，容易處理，是一種潛在的水資源，利用將城市污水就地處理代替集中到污水廠處理的做法，不僅可以減少水資源的浪費，同時減少了污水輸運過程中產(chǎn)生的碳排放，從而起到一定的節(jié)能減排作用；同時污水處理回用也可以減輕供水壓力，節(jié)約水資源。 污水處理過程主要分為污水回收、污水處理、儲存及再利用三個步驟，詳細(xì)說明如下：（1）污水產(chǎn)生后由污水管排入儲水箱，水量過大時污水暫時儲存，當(dāng)水量低于系統(tǒng)處理負(fù)荷時，則直接引入處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。（2）污水處理分為初級處理和二級處理兩步進(jìn)行，初級處理實現(xiàn)污水中肉眼可見污物的去除，二級處理通過三級過濾材料的過濾以及消毒裝置的消毒過程實現(xiàn)污水處理達(dá)到回用的標(biāo)準(zhǔn)。（3）經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)的凈水被存入儲水箱，儲水箱中的水位達(dá)到一定高度時，水泵自動開啟，把水泵到高位的儲水箱，然后接連再利用水管，實現(xiàn)水的回收再利用。 系統(tǒng)具有以下特點：1.系統(tǒng)選取低污染度的生活污水進(jìn)行處理，是處理過程相對簡單。同時，就近污水源頭處處理污水，避免了低污染度的污水受到二次污染，從而加大了處理難度，污水就近處理使污水的處理回用輸運過程產(chǎn)生的能量消耗及碳排放減小為零。2.污水初級處理裝置及二級處理裝置在設(shè)計過程中保證處理效果的同時盡可能選取最有利于重力利用的形式，結(jié)合流體力學(xué)的知識盡量減少流阻，實現(xiàn)能量消耗的最小化。3.在系統(tǒng)中設(shè)計了置于水龍頭出口的微型水管發(fā)電裝置，實現(xiàn)了這部分能量的回收。太陽能電池板產(chǎn)生的電量與水管發(fā)電機的發(fā)電量通過控制系統(tǒng)整合，提供系統(tǒng)能量消耗的供給。因此在系統(tǒng)中實現(xiàn)了能量的循環(huán)以及水的部分循環(huán)。4.自動控制系統(tǒng)在處理裝置的反沖洗、凈水回用等方面的應(yīng)用使系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行，太陽能和水管發(fā)電機的電能經(jīng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一整合到蓄電池中，由蓄電池統(tǒng)一供給。 通過系統(tǒng)的理論分析及運行試驗，一套處理裝置日處理水量為2.5m3/d，經(jīng)處理后的凈水達(dá)到回用指標(biāo)，其細(xì)菌總數(shù)、COD、BOD、化學(xué)有害物質(zhì)含量均低于國家規(guī)定的指標(biāo)量。此外，還模擬在一個家庭及一個城市的數(shù)量上的參考值，由城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50311—2002），黑龍江日用水量標(biāo)準(zhǔn)為80~135L/人?d，在此設(shè)為120 L/人?d。假設(shè)哈爾濱的一個四口之家，日用水量為480L/d，設(shè)對于普通家庭水的處理回用率為50%，即日節(jié)約水量為240L/d，即0.24m3/d。另外假設(shè)哈爾濱由100萬戶家庭安裝了此裝置，則哈爾濱的日節(jié)約水量為24萬m3/d。網(wǎng)絡(luò)上查詢到哈爾濱水價為2.4元/m3，裝置的成本及維護(hù)費用為0.15元/d，每戶家庭日均水消費為0.576元/d，日均節(jié)約水消費為0.138元/d，對于哈爾濱一個城市，日均節(jié)約水消費為13.8萬元/d。由此可見，此裝置具有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1. 作品設(shè)計、發(fā)明的目的 近年來水資源日益緊缺，水污染問題也日趨嚴(yán)重，人類正面臨著前所未有的水資源危機，同時現(xiàn)今的城市污水處理系統(tǒng)存在著一些弊端，比如集中處理時處理難度大，要求高。我們自主設(shè)計并制作了一套處理低污染生活污水的裝置，目的在于提供一種處理城市污水的模式，即結(jié)合本裝置與傳統(tǒng)處理方式的優(yōu)點，實現(xiàn)合理的處理和利用城市水資源，減少碳排放和能量的浪費。 2. 基本思路 以低污染度的生活污水為處理對象，就近污水源頭處理，經(jīng)過污水的回收裝置、處理裝置、再利用裝置結(jié)合自動控制裝置實現(xiàn)污水的自動處理和再利用。同時處理過程中盡量減少能量的消耗和浪費，注重能量的收集利用。 3.創(chuàng)新點 1)在生活用水與生活污水之間形成部分的循環(huán)，大大增加了水資源的利用率。2)污水處理裝置的合理設(shè)計。3)水龍頭出口端的發(fā)電裝置，利用水流的一部分水頭發(fā)電，產(chǎn)生的能量與太陽能電池板的電能共同用于水處理裝置及水的再利用中 4.技術(shù)關(guān)鍵 1)如何實現(xiàn)系統(tǒng)裝置的一體化運行。2)關(guān)于流量壓力等污水動力參數(shù)的測定以及數(shù)值模擬。3)微型發(fā)電裝置的設(shè)計與制作。4)污水處理裝置的設(shè)計制作。 5.主要技術(shù)指標(biāo) 1)實現(xiàn)系統(tǒng)裝置的一體化運行。2)對流量、壓力、雜質(zhì)濃度及分離率等污水動力、物化參數(shù)的測定并進(jìn)行數(shù)值模擬。3)微型發(fā)電裝置按照預(yù)期產(chǎn)生電能。4)污水處理裝置按照設(shè)計目標(biāo)使處理污水達(dá)標(biāo)，同時實現(xiàn)自清洗及長久利用。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1.項目的硬件設(shè)計采用PROE軟件先期模擬，然后加工制作。研究了污水的水力學(xué)特性以及各項指標(biāo)，作為設(shè)計的參考，盡可能使設(shè)計更加完善。 2.著重考慮在家庭中尋求可以利用的能源并將之利用于污水處理過程中，減少了能量的浪費。例如微型水管發(fā)電機和太陽能的應(yīng)用。 3.污水就近處理，避免輸運過程能量消耗；家庭生活污水污染度低，避免輸運及與高污染度污水混合的二次污染，減小處理難度和能量浪費。 參考文獻(xiàn)： [1]徐強，污水處理節(jié)能減排新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010 [2]李世華、 伍玉燕，污水處理工程，北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008 [3]陳鐵華,、趙萬清、郭巖，水輪發(fā)電機原理及運行，北京:中國水利水電出版社,2009 [4]馬健鵬，城市生活污水處理模式研究，北京：科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009

獲獎情況及鑒定結(jié)果

2011年5月學(xué)校舉辦的“XX杯大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽”中獲得二等獎。

作品所處階段

試驗運行。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實物、 模型、 圖紙 、 現(xiàn)場演示 、圖片 、 錄像

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測

1.技術(shù)特點和優(yōu)勢 1)從處理對象看，處理難度小，方法較簡單。2)從處理裝置看，處理一體化進(jìn)行，穩(wěn)定高效。3)系統(tǒng)能量實現(xiàn)自給，因此只需要設(shè)備成本和維護(hù)費用。4)自動控制系統(tǒng)使裝置能夠自動運行，減少了人力的參與。 2.適用范圍 在城市家庭，以及學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓等公共場所，水的用量很大，而且多為低污染水，同時又容易收集處理，加之人們環(huán)保意識的提高，水資源的回收利用也受到日益關(guān)注。 3.市場分析及經(jīng)濟效益預(yù)測 項目定位于城市家庭，以及學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓等公共場所，客戶源廣泛，具有較強的針對性，市場開發(fā)上具有很強的可行性。經(jīng)試驗制作費用預(yù)測，產(chǎn)品成型后每套裝置可控制在500元左右，每年的維護(hù)費用為50元，使用壽命為10年。對于一個四口之家正常用水，每天可節(jié)約水費每日節(jié)省水消費為0.391元/d，500/0.391=1278.8d，即3.5年可收回成本。因此具有明顯的經(jīng)濟效益，同時隨著人們節(jié)水環(huán)保意識的提高以及對低碳生活的追求，此裝置具有很廣的市場前景。

同類課題研究水平概述

作為緩解水資源危機的途徑之一，日本早在1962年就開始回用污水，70年代已初見規(guī)模。隨著污水回用技術(shù)的不斷發(fā)展，再生成本不斷下降、水質(zhì)不斷提高，逐漸成為緩解水資源短缺的重要措施之一。污水回用技術(shù)使日本近年來的取水量逐年減少，節(jié)水已初見成效。美國也是世界上采用污水再生利用最早的國家之一，70年代初開始大規(guī)模污水處理廠建設(shè)，隨后即開始回用污水。目前，有357個城市回用污水，再生回用點536個，城市污水回用總量約為9.4×109m3／年。除日本和美國外，俄羅斯、西歐各國、以色列、印度、南非和納米比亞等國也開展了污水回用技術(shù)。此外，我國臺灣地區(qū)也自70年代開始實施污水回用方案，許多污水處理廠不同程度地將深度處理后的污水回用于工業(yè)生產(chǎn)和廠內(nèi)用水。我國大陸50年代就開始采用污水灌溉的方式回用污水，但是真正將污水經(jīng)深度處理后回用于城市生活和工業(yè)生產(chǎn)僅有20年的歷史。率先采用污水回用的是大樓污水的再利用，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們環(huán)境意識的不斷提高，污水回用逐漸擴展到缺水城市的許多行業(yè)，但直到80年代中期，此項節(jié)水措施尚處于起步階段。80年代末，隨著我國大部分城市水危機的頻頻出現(xiàn)和污水回用技術(shù)趨于成熟，污水回用的研究與實踐才得以迅速發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： [1]馬健鵬.城市生活污水處理模式研究[J]科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2009,(05). [2]劉小英. 城市污水再生回用費用模型與成本分析[D]西安建筑科技大學(xué),2003. [3]王成芬. 關(guān)于城市污水處理的幾個問題[J]科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2007,(31). [4]黃志. 城市排水設(shè)施建設(shè)與城市污水處理[J]科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2008,(17).
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