丁润楠+黎挺+路元博

摘 要：为响应节约用水的号召，在对城市用水状况进行了调查的基础上，我们设计了针对家庭盥洗室废水处理的处理装置。本文介绍了装置的设计机理、装置的外形、滤芯的结构、储水箱与消毒以及自动控制系统，并利用软件CAD绘制了滤芯的内部结构图。我们希望本装置的开发能够在一定程度上缓解城市用水紧张的状况。

关键词：设计机理；过滤；储水与消毒；自动控制

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

据有关部门的统计数据，我国近700个城市中有超过400座城市经常出现供水紧张的情况，在这其中有超过100个处在水资源严重短缺的状况。全国的大多数二、三线城市，绝大部分常年都处在水短缺的缺水状态，影响的城市人口高达4000万。本装置是对于家庭盥洗室废水的二次处理及利用以减少家庭用水量，从而达到节约水量的目的，特别在水资源日益短缺、水处理成本越来越昂贵的情况下，本装置将来还会有更广泛的应用。

1 装置的设计机理

整个装置分为三个部分，上部是置物格，用于放置盥洗室的洗浴用品和化妆品，其具有节约空间、美观实用的功能。中部是滤芯更换箱，便于用户日常查看滤芯的使用状况，且为滤网中滤渣（毛发和一些固体污垢）的去除提供了便利。下部是储水箱和消毒装置，储水箱可暂时性地存储一部分水以备盥洗室中马桶用水，消毒装置是一盏紫外线灯，置于储水箱的上方，用于抑制储水箱中的微生物（尤其是大肠杆菌）的繁殖。整个装置置于洗漱池与马桶中间位置，起着废水处理的中转站的作用。

2 滤芯的设计

滤芯的过滤介质由织物介质（纱布和不锈钢网）、堆积的粒状介质（果壳炭和纤维球）组成。织物介质主要是处理盥洗室废水中的毛发、部分人体皮肤的分泌物和污垢等。堆积的粒状介质由两部分组成，上部是纤维球，具有密度小、柔性好、比表面积大、亲水疏油性和去污能力强等特点，可以有效地去除废水中的脂类物质；下部是果壳活性炭，它在盥洗室废水的处理中起着重要的作用：它是由碳为主的物质，经高温炭化和活化制得的疏水性吸附剂。经过一系列加工过后成为成品活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，能有效去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些無机物，包含某些有毒的重金属。因此，在处理盥洗室废水中它主要吸收水中的合成洗涤剂、色素和刺激性的气味。滤芯的外壳材料是管径为30mm、长为284mm（142mm*2层）的透明的聚氯乙烯材质（塑料），其具有重量轻、造价低、防腐蚀的优点。

滤芯的外形设计是目前流行的筒形设计，这种外形具有以下优点：1其横截面积是圆形，相比于其他形状如矩形，有与污水的接触比面积大的优势2.圆柱结构密封性好，可以承重过滤网，流体在其中所受阻力较小3.整个滤芯装置为管道式，易于连接进出水口和方便组装。

水处理装置由三个滤芯（管径30mm，长为284mm）组装成一个整体（如下图所示），其中两个滤芯在水处理中正常运行，另外一个为备用滤芯。在进水口处设置流量计，根据流量的大小对水处理装置的所接滤芯数进行调节。当流量过大时即超过装置处理的上限，通过自动控制系统对废水进行部分分流进入下水道中，剩余的废水则进入装置中处理，三个滤芯共同作用；当流量在装置处理能力范围内时，自动控制系统进行调节，不分流且设置滤芯数为2；当流量过小时，自动控制系统再一次进行调节，设置滤芯数为1。

3 储水箱设计

储水箱是由轻质陶瓷制成的立方体，其设计尺寸为长*宽*高=40cm*30cm*20cm。一般马桶设计用水量为5升/次，该设计可满足马桶冲水约5次。为抑制储水箱中微生物（尤其是大肠杆菌）的繁殖，在储水箱的上方安置了消毒装置。消毒装置采用紫外线消毒。紫外线具有灭活病毒和杀菌的作用，其灭活的部位作用于微生物的核酸，使其失活。

自动控制系统作用于整个装置中，主要作用于两处。一处是在进水口处同流量计共同控制调节流量与处理状况，另外一处是在储水箱排水口处控制气泵，通过控制气泵改变储水箱中水面的压强达到能够将水输送至马桶的进水口的提水目的。

4 结束语

基于现在我国家庭用水的严重浪费的现状，结合我国家庭用水的需求及排水的方式的国情，为响应节约用水的环保号召，促进城市的可持续发展，设计了本款供家庭自用的废水处理装置。本装置集中收集处理沐浴水、洗漱水等生活废水并将其储存在特定的储水箱中，用于盥洗室中马桶的冲洗。本文以流程图的形式介绍了装置的工作机理，详细地描述了装置的外形，着重介绍了一种实用、低成本的家用型的过滤装置，并简略地对储水箱、消毒装置和自动控制系统进行了阐述。我们也对装置处理后的水进行了一系列的水质指标的检测，得出的结果显示达到了用水标准。所以，本装置在原理和功能上均达到了使用的标准。

但本装置还存在一些问题，一是本装置外形设计不够精美，其次是基于我们所学知识的有限，管路尺寸、泵型的选取、外观尺寸的设计未达到最优设计，装置的自动化程度还不够高，不能对污水达到最优的利用效果。

参考文献

[1]化工原理（第四版）王志魁 刘丽英 刘伟编，化学工业出版社

[2]环境监测（第四版）奚旦立 孙裕生 主编，高等教育出版社

[3]自动控制基础与控制仪表 李学琪 贾 峰 王祝宁 编著，中国计量出版社