基本信息
- 项目名称：
- 低污染生活水处理回收装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目立足于家庭低污染水处理，以实现处理后的污水达到回用（非饮用）指标。项目研究内容包括污水回收、处理、再利用以及能量回收利用、部分功能的自动控制。项目立意是在污水源头就地处理，直接将低污染水输送至污水处理装置。污水经两级处理后，经检验达到回用标准后通过水泵提高至一定高度以供再次利用。在处理过程中消耗的能量由自主设计的微型水管发电机和太阳能电池板经控制系统统一供给，在处理过程中实现能量自给。
- 详细介绍：
- 项目中的低污染生活污水主要包括盥洗用水、洗澡水、洗水果蔬菜等厨房用水等较清洁水，低污染水经过一套特定的处理装置后，水质达到生活用水的标准，从而实现二次利用（非饮用）。城市生活污水集中在家庭用户，以及学校、医院、办公楼等公共场所，具有量大、集中、水质较为稳定等特点，便于收集，容易处理，是一种潜在的水资源，利用将城市污水就地处理代替集中到污水厂处理的做法，不仅可以减少水资源的浪费，同时减少了污水输运过程中产生的碳排放，从而起到一定的节能减排作用；同时污水处理回用也可以减轻供水压力，节约水资源。 污水处理过程主要分为污水回收、污水处理、储存及再利用三个步骤，详细说明如下：（1）污水产生后由污水管排入储水箱，水量过大时污水暂时储存，当水量低于系统处理负荷时，则直接引入处理系统进行处理。（2）污水处理分为初级处理和二级处理两步进行，初级处理实现污水中肉眼可见污物的去除，二级处理通过三级过滤材料的过滤以及消毒装置的消毒过程实现污水处理达到回用的标准。（3）经处理后达标的净水被存入储水箱，储水箱中的水位达到一定高度时，水泵自动开启，把水泵到高位的储水箱，然后接连再利用水管，实现水的回收再利用。 系统具有以下特点：1.系统选取低污染度的生活污水进行处理，是处理过程相对简单。同时，就近污水源头处处理污水，避免了低污染度的污水受到二次污染，从而加大了处理难度，污水就近处理使污水的处理回用输运过程产生的能量消耗及碳排放减小为零。2.污水初级处理装置及二级处理装置在设计过程中保证处理效果的同时尽可能选取最有利于重力利用的形式，结合流体力学的知识尽量减少流阻，实现能量消耗的最小化。3.在系统中设计了置于水龙头出口的微型水管发电装置，实现了这部分能量的回收。太阳能电池板产生的电量与水管发电机的发电量通过控制系统整合，提供系统能量消耗的供给。因此在系统中实现了能量的循环以及水的部分循环。4.自动控制系统在处理装置的反冲洗、净水回用等方面的应用使系统稳定高效运行，太阳能和水管发电机的电能经控制系统统一整合到蓄电池中，由蓄电池统一供给。 通过系统的理论分析及运行试验，一套处理装置日处理水量为2.5m3/d，经处理后的净水达到回用指标，其细菌总数、COD、BOD、化学有害物质含量均低于国家规定的指标量。此外，还模拟在一个家庭及一个城市的数量上的参考值，由城市居民生活用水标准（GB/T50311—2002），黑龙江日用水量标准为80~135L/人•d，在此设为120 L/人•d。假设哈尔滨的一个四口之家，日用水量为480L/d，设对于普通家庭水的处理回用率为50%，即日节约水量为240L/d，即0.24m3/d。另外假设哈尔滨由100万户家庭安装了此装置，则哈尔滨的日节约水量为24万m3/d。网络上查询到哈尔滨水价为2.4元/m3，装置的成本及维护费用为0.15元/d，每户家庭日均水消费为0.576元/d，日均节约水消费为0.138元/d，对于哈尔滨一个城市，日均节约水消费为13.8万元/d。由此可见，此装置具有明显的经济效益和环境效益。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1. 作品设计、发明的目的 近年来水资源日益紧缺，水污染问题也日趋严重，人类正面临着前所未有的水资源危机，同时现今的城市污水处理系统存在着一些弊端，比如集中处理时处理难度大，要求高。我们自主设计并制作了一套处理低污染生活污水的装置，目的在于提供一种处理城市污水的模式，即结合本装置与传统处理方式的优点，实现合理的处理和利用城市水资源，减少碳排放和能量的浪费。 2. 基本思路 以低污染度的生活污水为处理对象，就近污水源头处理，经过污水的回收装置、处理装置、再利用装置结合自动控制装置实现污水的自动处理和再利用。同时处理过程中尽量减少能量的消耗和浪费，注重能量的收集利用。 3.创新点 1)在生活用水与生活污水之间形成部分的循环，大大增加了水资源的利用率。2)污水处理装置的合理设计。3)水龙头出口端的发电装置，利用水流的一部分水头发电，产生的能量与太阳能电池板的电能共同用于水处理装置及水的再利用中 4.技术关键 1)如何实现系统装置的一体化运行。2)关于流量压力等污水动力参数的测定以及数值模拟。3)微型发电装置的设计与制作。4)污水处理装置的设计制作。 5.主要技术指标 1)实现系统装置的一体化运行。2)对流量、压力、杂质浓度及分离率等污水动力、物化参数的测定并进行数值模拟。3)微型发电装置按照预期产生电能。4)污水处理装置按照设计目标使处理污水达标，同时实现自清洗及长久利用。
科学性、先进性
- 1.项目的硬件设计采用PROE软件先期模拟，然后加工制作。研究了污水的水力学特性以及各项指标，作为设计的参考，尽可能使设计更加完善。 2.着重考虑在家庭中寻求可以利用的能源并将之利用于污水处理过程中，减少了能量的浪费。例如微型水管发电机和太阳能的应用。 3.污水就近处理，避免输运过程能量消耗；家庭生活污水污染度低，避免输运及与高污染度污水混合的二次污染，减小处理难度和能量浪费。 参考文献： [1]徐强，污水处理节能减排新技术、新工艺、新设备，北京:化学工业出版社,2010 [2]李世华、 伍玉燕，污水处理工程，北京:中国建筑工业出版社,2008 [3]陈铁华,、赵万清、郭岩，水轮发电机原理及运行，北京:中国水利水电出版社,2009 [4]马健鹏，城市生活污水处理模式研究，北京：科技创新导报，2009
获奖情况及鉴定结果
- 2011年5月学校举办的“XX杯大学生科技创新大赛”中获得二等奖。
作品所处阶段
- 试验运行。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、 模型、 图纸 、 现场演示 、图片 、 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.技术特点和优势 1)从处理对象看，处理难度小，方法较简单。2)从处理装置看，处理一体化进行，稳定高效。3)系统能量实现自给，因此只需要设备成本和维护费用。4)自动控制系统使装置能够自动运行，减少了人力的参与。 2.适用范围 在城市家庭，以及学校、医院、办公楼等公共场所，水的用量很大，而且多为低污染水，同时又容易收集处理，加之人们环保意识的提高，水资源的回收利用也受到日益关注。 3.市场分析及经济效益预测 项目定位于城市家庭，以及学校、医院、办公楼等公共场所，客户源广泛，具有较强的针对性，市场开发上具有很强的可行性。经试验制作费用预测，产品成型后每套装置可控制在500元左右，每年的维护费用为50元，使用寿命为10年。对于一个四口之家正常用水，每天可节约水费每日节省水消费为0.391元/d，500/0.391=1278.8d，即3.5年可收回成本。因此具有明显的经济效益，同时随着人们节水环保意识的提高以及对低碳生活的追求，此装置具有很广的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 作为缓解水资源危机的途径之一，日本早在1962年就开始回用污水，70年代已初见规模。随着污水回用技术的不断发展，再生成本不断下降、水质不断提高，逐渐成为缓解水资源短缺的重要措施之一。污水回用技术使日本近年来的取水量逐年减少，节水已初见成效。美国也是世界上采用污水再生利用最早的国家之一，70年代初开始大规模污水处理厂建设，随后即开始回用污水。目前，有357个城市回用污水，再生回用点536个，城市污水回用总量约为9.4×109m3／年。除日本和美国外，俄罗斯、西欧各国、以色列、印度、南非和纳米比亚等国也开展了污水回用技术。此外，我国台湾地区也自70年代开始实施污水回用方案，许多污水处理厂不同程度地将深度处理后的污水回用于工业生产和厂内用水。我国大陆50年代就开始采用污水灌溉的方式回用污水，但是真正将污水经深度处理后回用于城市生活和工业生产仅有20年的历史。率先采用污水回用的是大楼污水的再利用，随着社会经济的发展和人们环境意识的不断提高，污水回用逐渐扩展到缺水城市的许多行业，但直到80年代中期，此项节水措施尚处于起步阶段。80年代末，随着我国大部分城市水危机的频频出现和污水回用技术趋于成熟，污水回用的研究与实践才得以迅速发展。 参考文献： [1]马健鹏.城市生活污水处理模式研究[J]科技创新导报,2009,(05). [2]刘小英. 城市污水再生回用费用模型与成本分析[D]西安建筑科技大学,2003. [3]王成芬. 关于城市污水处理的几个问题[J]科技创新导报, 2007,(31). [4]黄志. 城市排水设施建设与城市污水处理[J]科技创新导报, 2008,(17).
