一种家庭废水二次利用系统
1 一种家庭废水二次利用系统朱军、严宝、兰建、张跃华、莫莉（成都大学，工业制造学院，四川成都 610106）摘要：目前，全球水资源面临严重危机，而居民在用水过程中，存在一定的浪费。本家庭废水二次利用系统由集水箱（处理箱）、蓄水箱和一小型水泵及其控制电路组成，对具有二次利用价值的家庭废水进行收集、处理过滤和再利用。系统中控制电路由继电器等组成，实现了自动化，其结构简单，使用方便，安全可靠，成本低廉，能耗低，废水过滤效果较好。本系统能够有效的节省水资源，具有广泛的理论意义和实用价值。关键词：家庭废水、二次利用、液位继电器、自动控制 A SYSTEM OF SECONDARY USE OF FAMILY WASTEWATER ZHU Jun, YAN Bao, LAN Jian，ZHANG Yue-hua, MO Li (College of Industrial Manufacturing, Chengdu University, chengdusichuan 610106 ) Abstract ：At present, The global water resources is facing a serious crisis .But, There is a certain degree of waste on use of water. This design composed by the Collection box(processed box), Storage box, a small water pump and the control circuit. The system can achieved the purpose of collection , filtration and secondary used of family wastewater. This design have the simple structure, good safety, high reliability, low cost, low energy consumption, good filter effect and this equipment is easy to use. So this system can be effective to save water resources and have a wide range of theoretical and practical value. Key words: domestic wastewater, secondary use, liquid level relays, automatic
control 1. 前言目前，全球性的缺水问题对居民节约用水提出了更高的要求。本项目的研究能在一定程度上解决居民节水的问题。对于本课题前人已经做了一些有价值的研究，但他们的研究成果存在一些不足，有的过滤效果不佳，有的使用不便，有的能耗较高，有的需占用大量空间。未能得到推广，现有技术有进一步改进、完善的必要。而本项目的研究成果利用了活性炭层过滤颗粒杂质，利用海绵吸附油污，采用一只100W 交流电机及继电器控制电路实现自动控制，降低能源消耗，并合理利用厨房中水槽下及天花板上的空间，在一定程度上解决了现有技术的缺陷。本项目的研究结果适用于任何家庭中有二次利用价值的废水，其创新性主要在于实现自动或手动两种控制方式，采用多层过滤，且过滤层可定期更换等。实现功能：①集水箱（处理箱）水位达到上限时自动向蓄水箱抽水，达到下限时自动停止抽水；②蓄水箱水位达到上限时自动停止向蓄水箱抽水，达到下限自动开始抽水；③控制系统失效时由手动开关控制抽
水；④集水箱（处理箱）和蓄水箱都设有溢流口。本作品已于2008年10月获“第三届全国大学生机械创新设计大赛”四川赛区二等奖，证书编号：2008--0121 作者简介：朱军（1987年—），学士，成都大学工业制造学院2006级学生，主要从事模具设计制造方向的研究。通讯地址：四川省成都市外东十陵镇成都大学205信箱邮政编码：610106 联系方式：朱军 [1**********]
一种家庭废水二次利用系统
2 2. 系统组成本系统包括一个100W 电动机水泵、一个置于厨房中水槽以下的集水箱（处理箱）、一个设置于天花板以上的储水箱和由液位继电器、中间继电器、水位控制器以及开关等电器元件组成的控制电路。集水箱（处理箱）和储水箱均由防锈能力较强的锌铁皮制成。 2.1. 集水箱（处理箱）集水箱（处理箱）内部由固定隔板分为两部分，由“人工选择机构”决定“含油污”和“无油污”的废水分别进入这两部分进行处理[1]；无油污废水处理部分设置有废水过滤层，过滤层由上下交错的，且可更换的刚性隔板和一层活性炭层组成；含油污废水处理部分在无油污处理部分过滤的基础上，在活性炭过滤层之前设置一由海绵和铁筛组成的油污吸附层；集水箱（处理箱）的上部和下部分别设置有溢流口和排渣口；集水箱（处理箱）的侧壁设置控制水泵自动开、停的液位控制器及当水位过高时的报警装置。如图1所示：
图1 集水箱（处理箱）
一种家庭废水二次利用系统
3 2.2. 储水箱储水箱设置于厨房天花板之上的隐蔽空间，其一侧设置有溢流管，底部设置有出水管。控制电路的各个探头安装于集水箱（处理箱）和储水箱的侧壁；水箱之间以管道相连。
图2 系统工作过程 1——水槽，2——人工分水机构，3——集水箱（处理箱），4——隔板（海绵吸附层），5——活性炭层， 6——水满溢出口，7——排渣口，8——电动机水泵，9——PVC 管，10——储水箱，11——马桶⑤、⑥、⑦、A 、B 、C 、D 、E ——水位控制器和液位继电器探头 3. 系统工作过程（如图2）无油污废水从水槽1经人工分水机构2流入集水箱（处理箱），废水从隔板4翻越经活性炭层5进行处理。含油污废水经水管流入集水箱（处理箱），废水从隔板4翻越经海绵吸油层后再经活性炭层5进行处理。6和7分别是水满溢出口和排渣口。集水箱（处
理箱）的另一端连接水泵，水泵和继电器[2]、水位控制器组成控制系统。A 、B 、C 、D 、E 是由水位控制器控制，⑤、⑥、⑦由继电器控制。水位达到A 点，水位控制器控制水泵抽水，下降到B 点停止抽水；当储水箱10的水位到达E 点时水位控制器控制水泵也不再抽水（无论3中水量多少）。在水泵停止抽水、溢出口6被堵导致水位上升到⑤时继电器控制的报警装置将报警。水泵与储水箱10用PVC 管相连，储水箱的排水口与马桶11连接，加以利用。 3.1. 废水的过滤
图3 由刚性隔板、海绵吸油层和活性炭层构成的集水箱（处理箱）集水箱（处理箱）用固定刚性隔板分为两部分。无油污处理部分又被分为4个部分。含油污处理部分被固定在箱壁上的隔板、海绵吸油层和活性炭过滤层分为5个部分。如图3所示：
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4 3.1.1. 无油污废水的过滤当无油污废水从进水口进入集水箱（处理箱），即进入第一个部分，第一部分和第二部分靠连通器原理接通，废水在这个空间里经过足够时间的沉积，除去了密度较大的颗粒杂质。当水位达到第二块隔板的高度时，此时废水已经过了足够时间的沉积而从第二部分翻到第三部分。第三块隔板是为钢丝网和活性炭夹层。从第二部分翻过来的废水经过活性炭层的过滤进入第四部分。 3.1.2. 含油污废水的过滤当无油污废水从进水口进入集水箱（处理箱），即进入第一个部分，第一部分和第二部分靠连通器原理接通，废水在这个空间里经过足够时间的沉积，除去了密度较大的颗粒杂质。当水位达到第二块隔板的高度时，此时废水已经过了足够时间的沉积而从第二部分翻到第三部分。经过海绵吸油层吸附油污后进入第四部分，再经活性炭层的过滤进入第五部分。 3.2. 废水的抽取、储存当第四部分水位达到上限位置时，水位控制器控制电动机[3]带动水泵自动向储水箱抽水；当水源不足，即第四部分水位达到下限位置时，水位控制器控制电动机自动停止抽水；储水箱水位达到上限位置时，水位控制器控制控制电动机停止抽水（无论集水箱（处理箱）中水量多少都不再抽，若集水箱（处理箱）中水量过多则由溢出口排入下水道）。水位控制器和继电器安装如图4所示：
图4 控制电路探头接线方式 A 、B 、C 、D 、E 由水位控制器控制，5、6、7由液位继电器控制； A-为储水箱上限水位控制点，水位上升到A 点水与探头接触，水位控制器自动断泵； B-为储水箱下限水位控制点，水位下降到B 点水与探头脱离，水位控制器自动开泵； C-为上、下水箱公用线，放在上、下水箱的最低点； D-为集水箱（处理箱）
下限水位控制点，水位下降到D 点，水与探头脱离，水位控制器自动断泵； E-为集水箱（处理箱）上限水位控制点，水位上升到E 点，水与探头接触，水位控制器自动开泵； 5-为报警水位控制点，水位上升到5点，开启报警器； 6-为报警下限水位控制点，水位下降到6点，解除报警； 7-放在水箱最低位。
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5 3.3. 系统的安全在集水箱（处理箱）进水的第一部分上部开有一个溢水口，在储水箱的上部也开有一个溢水口。这两个溢水口都直接与下水道相连。集水箱（处理箱）上的溢出口如果被渣滓封堵不能正常排水，在水位达到溢出口中部时液位继电器控制的报警装置将启动提醒人们排渣；储水箱边的溢出口是防止水位控制器出现异常情况，在储水箱水满时不能控制电动机停止工作所设的应急排水口。在集水箱（处理箱）的下部开有一个排渣孔，用于在清洗水箱时排出渣滓。系统工作一段时间之后，可以将隔板从箱体里抽出来，分别对箱体和隔板进行清洗。 4. 系统的特点（1）、自动控制使用方便：本系统只需接通电源，即可在水位控制器和继电器的控制下自动完成各功能。若控制部分出现故障还可人工控制电动机起动或停止。（2）、设有多重过滤：在集水箱（处理箱）中设置有多重过滤层，一二块隔板相互交错以去除密度较大的颗粒和漂浮在水面的杂质，第三块活性炭层将进一步净化水质。（3）、处理过的水有多种用途：可用于冲洗便器，洗刷墩布、拖把、浇花、养鱼等。（4）、过滤层可定期清洗或者更换：过滤用的隔板、活性炭层都可以反复使用，定期清洗或者更换。（5）、本系统成本低廉：本系统所用材料均为市场廉价产品，造价低。电动机的额定功率 [4] 为100W,
流量为hm35.0 ，电动机抽5方水才一度电，相当于1度电=5方水。 5. 结论: （1）、通过对城市居民家庭用水的观察及各种数据的收集，发现存在一定的浪费，因此，设计制作这样一个节水系统是很有必要的；（2）、本系统各部分均采用现阶段较为成熟的技术，可靠性高，加之其结构简单、成本低廉、所占空间小、全自动控制，适合于所有城市家庭，能为广大居民所接受. 具有非常大的市场推广价值；（3）、本系统的理论研究可为家庭废水二次利用方式的研究提供一些启发，系统各方面的优势也具有较高的市场推广价值和实际利用价值；（4）、本系统改进的方向：①、产品外观结构改进：可将控制部分放入集水箱（处理箱）以下，使其更紧凑更合理；②、功能增加：可以在储水箱的出水口安置微型水轮机，将其产生的电能储存于蓄电池中，用于其他场合；还可改进为采用太阳能电池板为电动机供电；采用更为先进方式去除油污；③、储水箱容量增加：若家庭所产生有二次利用价值的废水较多可并联多个储水箱。参考文献: 1. 机械设计方法学（第二版）华南理工大学出版社朱文坚 2. 电工学（少学时）（第二版）高等教
育出版社唐介 3. 电工学电工技术（第五版）高等教育出版社秦曾煌 4. 机电传动技术大厦（第三版）华中科技大学出版社邓兴钟
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1 一种家庭废水二次利用系统朱军、严宝、兰建、张跃华、莫莉（成都大学，工业制造学院，四川成都 610106）摘要：目前，全球水资源面临严重危机，而居民在用水过程中，存在一定的浪费。本家庭废水二次利用系统由集水箱（处理箱）、蓄水箱和一小型水泵及其控制电路组成，对具有二次利用价值的家庭废水进行收集、处理过滤和再利用。系统中控制电路由继电器等组成，实现了自动化，其结构简单，使用方便，安全可靠，成本低廉，能耗低，废水过滤效果较好。本系统能够有效的节省水资源，具有广泛的理论意义和实用价值。关键词：家庭废水、二次利用、液位继电器、自动控制 A SYSTEM OF SECONDARY USE OF FAMILY WASTEWATER ZHU Jun, YAN Bao, LAN Jian，ZHANG Yue-hua, MO Li (College of Industrial Manufacturing, Chengdu University, chengdusichuan 610106 ) Abstract ：At present, The global water resources is facing a serious crisis .But, There is a certain degree of waste on use of water. This design composed by the Collection box(processed box), Storage box, a small water pump and the control circuit. The system can achieved the purpose of collection , filtration and secondary used of family wastewater. This design have the simple structure, good safety, high reliability, low cost, low energy consumption, good filter effect and this equipment is easy to use. So this system can be effective to save water resources and have a wide range of theoretical and practical value. Key words: domestic wastewater, secondary use, liquid level relays, automatic
control 1. 前言目前，全球性的缺水问题对居民节约用水提出了更高的要求。本项目的研究能在一定程度上解决居民节水的问题。对于本课题前人已经做了一些有价值的研究，但他们的研究成果存在一些不足，有的过滤效果不佳，有的使用不便，有的能耗较高，有的需占用大量空间。未能得到推广，现有技术有进一步改进、完善的必要。而本项目的研究成果利用了活性炭层过滤颗粒杂质，利用海绵吸附油污，采用一只100W 交流电机及继电器控制电路实现自动控制，降低能源消耗，并合理利用厨房中水槽下及天花板上的空间，在一定程度上解决了现有技术的缺陷。本项目的研究结果适用于任何家庭中有二次利用价值的废水，其创新性主要在于实现自动或手动两种控制方式，采用多层过滤，且过滤层可定期更换等。实现功能：①集水箱（处理箱）水位达到上限时自动向蓄水箱抽水，达到下限时自动停止抽水；②蓄水箱水位达到上限时自动停止向蓄水箱抽水，达到下限自动开始抽水；③控制系统失效时由手动开关控制抽
水；④集水箱（处理箱）和蓄水箱都设有溢流口。本作品已于2008年10月获“第三届全国大学生机械创新设计大赛”四川赛区二等奖，证书编号：2008--0121 作者简介：朱军（1987年—），学士，成都大学工业制造学院2006级学生，主要从事模具设计制造方向的研究。通讯地址：四川省成都市外东十陵镇成都大学205信箱邮政编码：610106 联系方式：朱军 [1**********]
一种家庭废水二次利用系统
2 2. 系统组成本系统包括一个100W 电动机水泵、一个置于厨房中水槽以下的集水箱（处理箱）、一个设置于天花板以上的储水箱和由液位继电器、中间继电器、水位控制器以及开关等电器元件组成的控制电路。集水箱（处理箱）和储水箱均由防锈能力较强的锌铁皮制成。 2.1. 集水箱（处理箱）集水箱（处理箱）内部由固定隔板分为两部分，由“人工选择机构”决定“含油污”和“无油污”的废水分别进入这两部分进行处理[1]；无油污废水处理部分设置有废水过滤层，过滤层由上下交错的，且可更换的刚性隔板和一层活性炭层组成；含油污废水处理部分在无油污处理部分过滤的基础上，在活性炭过滤层之前设置一由海绵和铁筛组成的油污吸附层；集水箱（处理箱）的上部和下部分别设置有溢流口和排渣口；集水箱（处理箱）的侧壁设置控制水泵自动开、停的液位控制器及当水位过高时的报警装置。如图1所示：
图1 集水箱（处理箱）
一种家庭废水二次利用系统
3 2.2. 储水箱储水箱设置于厨房天花板之上的隐蔽空间，其一侧设置有溢流管，底部设置有出水管。控制电路的各个探头安装于集水箱（处理箱）和储水箱的侧壁；水箱之间以管道相连。
图2 系统工作过程 1——水槽，2——人工分水机构，3——集水箱（处理箱），4——隔板（海绵吸附层），5——活性炭层， 6——水满溢出口，7——排渣口，8——电动机水泵，9——PVC 管，10——储水箱，11——马桶⑤、⑥、⑦、A 、B 、C 、D 、E ——水位控制器和液位继电器探头 3. 系统工作过程（如图2）无油污废水从水槽1经人工分水机构2流入集水箱（处理箱），废水从隔板4翻越经活性炭层5进行处理。含油污废水经水管流入集水箱（处理箱），废水从隔板4翻越经海绵吸油层后再经活性炭层5进行处理。6和7分别是水满溢出口和排渣口。集水箱（处
理箱）的另一端连接水泵，水泵和继电器[2]、水位控制器组成控制系统。A 、B 、C 、D 、E 是由水位控制器控制，⑤、⑥、⑦由继电器控制。水位达到A 点，水位控制器控制水泵抽水，下降到B 点停止抽水；当储水箱10的水位到达E 点时水位控制器控制水泵也不再抽水（无论3中水量多少）。在水泵停止抽水、溢出口6被堵导致水位上升到⑤时继电器控制的报警装置将报警。水泵与储水箱10用PVC 管相连，储水箱的排水口与马桶11连接，加以利用。 3.1. 废水的过滤
图3 由刚性隔板、海绵吸油层和活性炭层构成的集水箱（处理箱）集水箱（处理箱）用固定刚性隔板分为两部分。无油污处理部分又被分为4个部分。含油污处理部分被固定在箱壁上的隔板、海绵吸油层和活性炭过滤层分为5个部分。如图3所示：
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4 3.1.1. 无油污废水的过滤当无油污废水从进水口进入集水箱（处理箱），即进入第一个部分，第一部分和第二部分靠连通器原理接通，废水在这个空间里经过足够时间的沉积，除去了密度较大的颗粒杂质。当水位达到第二块隔板的高度时，此时废水已经过了足够时间的沉积而从第二部分翻到第三部分。第三块隔板是为钢丝网和活性炭夹层。从第二部分翻过来的废水经过活性炭层的过滤进入第四部分。 3.1.2. 含油污废水的过滤当无油污废水从进水口进入集水箱（处理箱），即进入第一个部分，第一部分和第二部分靠连通器原理接通，废水在这个空间里经过足够时间的沉积，除去了密度较大的颗粒杂质。当水位达到第二块隔板的高度时，此时废水已经过了足够时间的沉积而从第二部分翻到第三部分。经过海绵吸油层吸附油污后进入第四部分，再经活性炭层的过滤进入第五部分。 3.2. 废水的抽取、储存当第四部分水位达到上限位置时，水位控制器控制电动机[3]带动水泵自动向储水箱抽水；当水源不足，即第四部分水位达到下限位置时，水位控制器控制电动机自动停止抽水；储水箱水位达到上限位置时，水位控制器控制控制电动机停止抽水（无论集水箱（处理箱）中水量多少都不再抽，若集水箱（处理箱）中水量过多则由溢出口排入下水道）。水位控制器和继电器安装如图4所示：
图4 控制电路探头接线方式 A 、B 、C 、D 、E 由水位控制器控制，5、6、7由液位继电器控制； A-为储水箱上限水位控制点，水位上升到A 点水与探头接触，水位控制器自动断泵； B-为储水箱下限水位控制点，水位下降到B 点水与探头脱离，水位控制器自动开泵； C-为上、下水箱公用线，放在上、下水箱的最低点； D-为集水箱（处理箱）
下限水位控制点，水位下降到D 点，水与探头脱离，水位控制器自动断泵； E-为集水箱（处理箱）上限水位控制点，水位上升到E 点，水与探头接触，水位控制器自动开泵； 5-为报警水位控制点，水位上升到5点，开启报警器； 6-为报警下限水位控制点，水位下降到6点，解除报警； 7-放在水箱最低位。
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5 3.3. 系统的安全在集水箱（处理箱）进水的第一部分上部开有一个溢水口，在储水箱的上部也开有一个溢水口。这两个溢水口都直接与下水道相连。集水箱（处理箱）上的溢出口如果被渣滓封堵不能正常排水，在水位达到溢出口中部时液位继电器控制的报警装置将启动提醒人们排渣；储水箱边的溢出口是防止水位控制器出现异常情况，在储水箱水满时不能控制电动机停止工作所设的应急排水口。在集水箱（处理箱）的下部开有一个排渣孔，用于在清洗水箱时排出渣滓。系统工作一段时间之后，可以将隔板从箱体里抽出来，分别对箱体和隔板进行清洗。 4. 系统的特点（1）、自动控制使用方便：本系统只需接通电源，即可在水位控制器和继电器的控制下自动完成各功能。若控制部分出现故障还可人工控制电动机起动或停止。（2）、设有多重过滤：在集水箱（处理箱）中设置有多重过滤层，一二块隔板相互交错以去除密度较大的颗粒和漂浮在水面的杂质，第三块活性炭层将进一步净化水质。（3）、处理过的水有多种用途：可用于冲洗便器，洗刷墩布、拖把、浇花、养鱼等。（4）、过滤层可定期清洗或者更换：过滤用的隔板、活性炭层都可以反复使用，定期清洗或者更换。（5）、本系统成本低廉：本系统所用材料均为市场廉价产品，造价低。电动机的额定功率 [4] 为100W,
流量为hm35.0 ，电动机抽5方水才一度电，相当于1度电=5方水。 5. 结论: （1）、通过对城市居民家庭用水的观察及各种数据的收集，发现存在一定的浪费，因此，设计制作这样一个节水系统是很有必要的；（2）、本系统各部分均采用现阶段较为成熟的技术，可靠性高，加之其结构简单、成本低廉、所占空间小、全自动控制，适合于所有城市家庭，能为广大居民所接受. 具有非常大的市场推广价值；（3）、本系统的理论研究可为家庭废水二次利用方式的研究提供一些启发，系统各方面的优势也具有较高的市场推广价值和实际利用价值；（4）、本系统改进的方向：①、产品外观结构改进：可将控制部分放入集水箱（处理箱）以下，使其更紧凑更合理；②、功能增加：可以在储水箱的出水口安置微型水轮机，将其产生的电能储存于蓄电池中，用于其他场合；还可改进为采用太阳能电池板为电动机供电；采用更为先进方式去除油污；③、储水箱容量增加：若家庭所产生有二次利用价值的废水较多可并联多个储水箱。参考文献: 1. 机械设计方法学（第二版）华南理工大学出版社朱文坚 2. 电工学（少学时）（第二版）高等教
育出版社唐介 3. 电工学电工技术（第五版）高等教育出版社秦曾煌 4. 机电传动技术大厦（第三版）华中科技大学出版社邓兴钟