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基本信息

項(xiàng)目名稱：
低污染生活水處理回收裝置
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目立足于家庭低污染水處理，以實(shí)現(xiàn)處理后的污水達(dá)到回用（非飲用）指標(biāo)。項(xiàng)目研究?jī)?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(dòng)控制。項(xiàng)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(jí)處理后，經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)后通過(guò)水泵提高至一定高度以供再次利用。在處理過(guò)程中消耗的能量由自主設(shè)計(jì)的微型水管發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池板經(jīng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一供給，在處理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)能量自給。
詳細(xì)介紹：
項(xiàng)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(guò)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(shí)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(chǎng)所，具有量大、集中、水質(zhì)較為穩(wěn)定等特點(diǎn)，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(fèi)，同時(shí)減少了污水輸運(yùn)過(guò)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(shí)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(guò)程主要分為污水回收、污水處理、儲(chǔ)存及再利用三個(gè)步驟，詳細(xì)說(shuō)明如下：（1）污水產(chǎn)生后由污水管排入儲(chǔ)水箱，水量過(guò)大時(shí)污水暫時(shí)儲(chǔ)存，當(dāng)水量低于系統(tǒng)處理負(fù)荷時(shí)，則直接引入處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。（2）污水處理分為初級(jí)處理和二級(jí)處理兩步進(jìn)行，初級(jí)處理實(shí)現(xiàn)污水中肉眼可見(jiàn)污物的去除，二級(jí)處理通過(guò)三級(jí)過(guò)濾材料的過(guò)濾以及消毒裝置的消毒過(guò)程實(shí)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(chǔ)水箱，儲(chǔ)水箱中的水位達(dá)到一定高度時(shí)，水泵自動(dòng)開(kāi)啟，把水泵到高位的儲(chǔ)水箱，然后接連再利用水管，實(shí)現(xiàn)水的回收再利用。 系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1.系統(tǒng)選取低污染度的生活污水進(jìn)行處理，是處理過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)，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(yùn)過(guò)程產(chǎn)生的能量消耗及碳排放減小為零。2.污水初級(jí)處理裝置及二級(jí)處理裝置在設(shè)計(jì)過(guò)程中保證處理效果的同時(shí)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(shí)盡量減少流阻，實(shí)現(xiàn)能量消耗的最小化。3.在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了置于水龍頭出口的微型水管發(fā)電裝置，實(shí)現(xiàn)了這部分能量的回收。太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電量與水管發(fā)電機(jī)的發(fā)電量通過(guò)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(shí)現(xiàn)了能量的循環(huán)以及水的部分循環(huán)。4.自動(dòng)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(yùn)行，太陽(yáng)能和水管發(fā)電機(jī)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(guò)系統(tǒng)的理論分析及運(yùn)行試驗(yàn)，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(guó)家規(guī)定的指標(biāo)量。此外，還模擬在一個(gè)家庭及一個(gè)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(gè)四口之家，日用水量為480L/d，設(shè)對(duì)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(wàn)戶家庭安裝了此裝置，則哈爾濱的日節(jié)約水量為24萬(wàn)m3/d。網(wǎng)絡(luò)上查詢到哈爾濱水價(jià)為2.4元/m3，裝置的成本及維護(hù)費(fèi)用為0.15元/d，每戶家庭日均水消費(fèi)為0.576元/d，日均節(jié)約水消費(fèi)為0.138元/d，對(duì)于哈爾濱一個(gè)城市，日均節(jié)約水消費(fèi)為13.8萬(wàn)元/d。由此可見(jiàn)，此裝置具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

作品專業(yè)信息

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

1. 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的 近年來(lái)水資源日益緊缺，水污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，人類正面臨著前所未有的水資源危機(jī)，同時(shí)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(shí)處理難度大，要求高。我們自主設(shè)計(jì)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(diǎn)，實(shí)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(fèi)。 2. 基本思路 以低污染度的生活污水為處理對(duì)象，就近污水源頭處理，經(jīng)過(guò)污水的回收裝置、處理裝置、再利用裝置結(jié)合自動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)污水的自動(dòng)處理和再利用。同時(shí)處理過(guò)程中盡量減少能量的消耗和浪費(fèi)，注重能量的收集利用。 3.創(chuàng)新點(diǎn) 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(jì)。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(yáng)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)裝置的一體化運(yùn)行。2)關(guān)于流量壓力等污水動(dòng)力參數(shù)的測(cè)定以及數(shù)值模擬。3)微型發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)與制作。4)污水處理裝置的設(shè)計(jì)制作。 5.主要技術(shù)指標(biāo) 1)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)裝置的一體化運(yùn)行。2)對(duì)流量、壓力、雜質(zhì)濃度及分離率等污水動(dòng)力、物化參數(shù)的測(cè)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(jì)目標(biāo)使處理污水達(dá)標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自清洗及長(zhǎng)久利用。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1.項(xiàng)目的硬件設(shè)計(jì)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(xiàng)指標(biāo)，作為設(shè)計(jì)的參考，盡可能使設(shè)計(jì)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(guò)程中，減少了能量的浪費(fèi)。例如微型水管發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能的應(yīng)用。 3.污水就近處理，避免輸運(yùn)過(guò)程能量消耗；家庭生活污水污染度低，避免輸運(yùn)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(fèi)。 參考文獻(xiàn)： [1]徐強(qiáng)，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(guó)建筑工業(yè)出版社,2008 [3]陳鐵華,、趙萬(wàn)清、郭巖，水輪發(fā)電機(jī)原理及運(yùn)行，北京:中國(guó)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(bào)，2009

獲獎(jiǎng)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(jiǎng)。

作品所處階段

試驗(yàn)運(yùn)行。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物、 模型、 圖紙 、 現(xiàn)場(chǎng)演示 、圖片 、 錄像

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 1)從處理對(duì)象看，處理難度小，方法較簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)自給，因此只需要設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用。4)自動(dòng)控制系統(tǒng)使裝置能夠自動(dòng)運(yùn)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(chǎng)所，水的用量很大，而且多為低污染水，同時(shí)又容易收集處理，加之人們環(huán)保意識(shí)的提高，水資源的回收利用也受到日益關(guān)注。 3.市場(chǎng)分析及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 項(xiàng)目定位于城市家庭，以及學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓等公共場(chǎng)所，客戶源廣泛，具有較強(qiáng)的針對(duì)性，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)上具有很強(qiáng)的可行性。經(jīng)試驗(yàn)制作費(fèi)用預(yù)測(cè)，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(fèi)用為50元，使用壽命為10年。對(duì)于一個(gè)四口之家正常用水，每天可節(jié)約水費(fèi)每日節(jié)省水消費(fèi)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(jì)效益，同時(shí)隨著人們節(jié)水環(huán)保意識(shí)的提高以及對(duì)低碳生活的追求，此裝置具有很廣的市場(chǎng)前景。

同類課題研究水平概述

作為緩解水資源危機(jī)的途徑之一，日本早在1962年就開(kāi)始回用污水，70年代已初見(jiàn)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(lái)的取水量逐年減少，節(jié)水已初見(jiàn)成效。美國(guó)也是世界上采用污水再生利用最早的國(guó)家之一，70年代初開(kāi)始大規(guī)模污水處理廠建設(shè)，隨后即開(kāi)始回用污水。目前，有357個(gè)城市回用污水，再生回用點(diǎn)536個(gè)，城市污水回用總量約為9.4×109m3／年。除日本和美國(guó)外，俄羅斯、西歐各國(guó)、以色列、印度、南非和納米比亞等國(guó)也開(kāi)展了污水回用技術(shù)。此外，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)也自70年代開(kāi)始實(shí)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(guó)大陸50年代就開(kāi)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(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們環(huán)境意識(shí)的不斷提高，污水回用逐漸擴(kuò)展到缺水城市的許多行業(yè)，但直到80年代中期，此項(xiàng)節(jié)水措施尚處于起步階段。80年代末，隨著我國(guó)大部分城市水危機(jī)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(shí)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(bào),2009,(05). [2]劉小英. 城市污水再生回用費(fèi)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(gè)問(wèn)題[J]科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 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(bào), 2008,(17).
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