
研究性学习-有关洗澡间废水回收再利用系统的研究及制作
课题小组组长:符传泽
课题小组成员:王秋霜 陈发琪 史志辉 王经豪 伍倩云 杨驰
指导老师: 潘志明 林海丽
目录
一、《洗澡间废水收集再利用系统设计》研究背景及现状分析 2
二、《洗澡间废水收集再利用系统设计》总体方案设计 2
三、制作过程 4
四、设备测试 6
五、创新点分析…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7
六、设计反思………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 9
七、后记……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 9
附录一: …10
活动记录 11
附录二: 12
活动记录 12
第二次 12
附录三: 12
活动记录 12
第三次 12
附录四: 13
活动记录 13
第四次 13
附录五: 13
活动记录 13
第五次 13
附录六: 14
自我评价 14
附录七: 15
互评 15
附录八: 18
研究性学习开题报告表 18
导师评价………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 19
一、《洗澡间废水收集再利用系统设计》研究背景及现状分析
(一)研究背景及意义 。
长期以来,我国社会经济发展一直受缺水困扰,水资源成为国民经济发展的 “瓶颈”。据预测,2010 年,全国总供水量为 6200-6500 亿立方米,相应的总 需水量将达 7300 亿立方米,供需缺口近 1000 亿立方米;2030 年全国总需水量 将达 10000 亿立方米,全国将缺水 4000-4500 亿立方米,到 2050 年全国将缺水 6000-7000 亿立方米。目前我国共有 687 个城市,正处在高速发展阶段,中心城 市、中心城镇正在一批批地形成与扩建。随着城市建设的发展,城市生活和工业 用水大量增加,城市水资源供需矛盾日趋尖锐。 城市用水出现供需矛盾,解决的唯一办法是“开源节流”。“开源”的主要 途径有合理开发利用地下水;防治水污染,提高水资源的可利用程度;扩大可利 用水资源的范围等。“节流”的主要途径有动用技术、经济、行政、法制和宣传 教育等多种手段,杜绝水的浪费,提高水的有效利用率,节省或减少用水等。本 研究提出了一种基于“节流”的系统方案,将生活用水例如淋浴、洗漱台、地漏 等废水通过储水箱收集起来,用于马桶冲水,达到废水再利用的功能,减少资源 的浪费,达到“节流”以缓解城市用水供需矛盾,进一步缓解水资源危机。
(二)现状研究
国外在研究废水收集再利用系统这方面相对比较成熟,不仅在技术上有相对 领先,在节约用水的意识上也相对超前。而国内这方面相对来说起步较晚,前期 主要以发展经济为主,故在这方面并没有过多的认识,而随着经济的发展,我国 也越来越重视节约水资源的问题。例如,在国内,对城市节水水平进行评价和对 城市节水工作进行统一管理,主要由建设部城市节约用水办公室组织,研究并实施。1993 年发表的《城市和工业节约用水计划指标体系》、1996 年印发的《节 水型城市目标导则》是目前城市节水管理和水平评价的主要成果。国家也正在积 极倡导节约用水,国民素质显著提高,节约用水的意识越来越强。研究相关废水 再利用系统,可以帮助提高水资源利用率,缓解水资源危机。
二、《洗澡间废水收集再利用系统设计》总体方案设计
本设计为传统的嵌入式产品,主控模块主要负责接收外界控制信号,然后发 出指令控制继电器状态,从而达到控制水泵的目的。具体来讲,首先是供电部分, 本装置采用电池供电,电池电压为 5V,主要通过继电器给水泵供电。本设计中 采用按钮触发,当按钮被按下时,接通继电器开关,由于水泵是由继电器控制的, 所以当继电器被打开时,水泵即可以处于工作状态,当按钮未被触发时,继电器 将断开,水泵将停止工作。整个系统的电路设计就基本完成,如图 1 所示,然后 是设计系统的机械结构,机械结构的设计如图 2 所示。 本设计模拟了家庭卫生间的情况,设计了一个立方体结构,分为上下两层上面一层主要是模拟家庭卫生间的使用空间,例如常用的洗手台,淋浴间等均在 上面一层,下面一层主要是模拟家庭卫生间的废水收集空间,在这一层主要是放 置废水收集箱,将上面一层的废水通过管道或地漏收集到废水箱中。将水泵安装 在下面一层,由电路系统控制,将废水箱中的水通过水泵输送到马桶。将系统电 路放置在防水盒中,安装在立方体的外部,以达到尽量隔水防潮的目的
三、制作过程
(一)材料准备,首先需要绘制好需要切割的亚克力面板图纸
装置设计示意图
(二)需要准备好制作需要的导线,电池,焊台,胶水,水泵以及电钻等工具
图6-8
(三)在制作的过程中需要先将整个框架全部搭建,在一切准备就绪后就是手工,在制作的过程中需要仔细小心,在使用电钻进行转孔的时候如果操作不当会出现钻破模型板材,但是在制作电路部分需要理清楚思路然后再将其接好线,测试无误才可以通电,否则会出现烧毁器材的情况。
(四)首先进行板材的组装,制作外框结构再接好线路,装到盒子里面
图 9 制作外壳结构
图10组装电路
图11组装线路
(五)接好相应的水管粘贴好模型,将电路固定在盒子上
图 12固定线路盒子以及结构
图13 成品图
图14外设包装成品图
四、设备测试
将水用瓶子倒进洗澡间内部,模拟洗澡产生的水,可见水都漏到下方的废水仓中回收。
图 14 倒水测试
然后打开电源开关,可见水从底部回收仓中被抽上来,用于再次利用。水管的出水口由于模型体积限制,无法直接利用来冲洗马桶,直接冲水到地漏中模拟演示。
图15抽取上来的废水出水口
五、《洗澡间废水收集再利用系统设计》创新点分析
经对检索出的相关文献进行分析、对比,结论如下:
文献1 [题名] 一种生活废水自动收集装置
主要研究的是一种生活废水自动收集装置,与本设计原理不一样。
文献2 [题名] 一种家庭洗澡间废水利用系统
主要研究的是一种家庭洗澡间废水利用系统,与本设计原理也不一样。
文献3 [题名] 节水卫生间
主要研究的是一种节水卫生间,将洗漱后的废水循环用于抽水马桶冲洗,达到一种节约用水的目的;通过力学原理,将废水压缩至废水集中缸中,不需要用电器的作用,达到节能的效果。与本设计中目标一样,实现手段不一样。
综上所述,我国在洗澡间废水收集再利用系统方面有相关研究报道,但本设计创新特点如下:
1.可以通过按钮实现水泵的打开和关闭功能。
2.通过使用继电器隔离控制水泵,减少安全隐患。
本设计电路成本相对较低,可以大幅降低系统成本。按照人均每日0.2吨废水收集量,每吨水5元来计算,一年人均可节省约365元,对于一个5口之家,一年家庭可省1825元。从个人的角度来说,能节约一笔用水支出,从宏观的角度来看,能有效缓解人类的水资源危机。进一步来讲,该系统仍有一定的改进空间,例如可以将手动按钮触发改成马桶自动冲洗功能,融入智能化的元素。
成品图
六、设计反思
我们小组参加了参加第九届全国青年科普创新实验暨作品大赛,赛后我们根据专家的意见,我们的作品进行了反思设计,将从以下几个方面来进一步完善我们作品:
1.过滤与净化:确保收集的废水经过有效的过滤和净化处理,以符合再利用标准。例如,可以采用多种过滤技术,如筛网过滤、活性炭过滤和反渗透等,以确保水质达到再利用的要求。这样可以将经过处理的水用于冲厕所、灌溉或其他非饮用用途,从而实现水资源的循环利用。
2.系统设计:在设计系统时,需要考虑到效率、耐用性和易于维护的因素。这可能包括选择合适的材料、泵和过滤设备,以确保系统的长期稳定运行。同时,还要考虑系统的可扩展性,以便在需要时进行升级或扩展。
3.成本效益:在实施系统之前,需要分析系统的初期投资和长期节省成本之间的关系,以及可能的回报周期。这可以帮助我们评估系统的经济可行性,并确定是否值得投入资金和资源。
4.实施可行性:在设计和实施系统之前,需要考虑所在地区的法规和规范,确保系统的设计符合当地政策和法律要求。这可以确保我们的系统合法运作,并避免潜在的法律风险。
5.教育与倡导:除了设计和实施系统外,还可以考虑如何将我们的设计理念和成果分享给更多人,提高公众对水资源保护的意识。可以通过举办宣传活动、撰写文章或制作视频等方式,向公众传达水资源保护的重要性,并鼓励他们采取行动。
6.安全卫生:在再利用水的过程中,需要保证水的安全性,避免交叉污染,并确保使用再利用水不会对人体健康造成风险。这可能需要采取适当的消毒措施,并定期检测水质,以确保水的安全性。
七、后记
在我们的中学生学习生涯中,有幸参与了一个具有实践意义的项目——设计一个洗澡间废水收集再利用系统。这个项目是在老师的悉心指导和鼓励下进行的,它不仅对我们的学习产生了深远的影响,也让我们团队成员们获得了宝贵的实践经验。
在这个项目中,我们小组的成员们共同投入了大量的时间和精力,从最初的研究阶段开始,我们就全程参与其中。我们通过查阅资料、讨论方案、实验验证,一步步地将这个系统从概念变为现实。在设计过程中,我们不断地遇到挑战和困难,但每一次克服这些问题都让我们的团队更加成熟,也让我们的设计方案更加完善。
这个洗澡间废水收集再利用系统的设计,是我们小组成员第一次完整地经历了从零到一的创造过程。我们不仅学会了如何将理论知识应用到实际问题中,还学会了如何在团队合作中发挥各自的长处,共同解决问题。这次经历对我们来说是一次宝贵的学习机会,也是一次成长的体验。
展望未来,我们小组的成员们都充满了信心和动力。我们相信,通过不断的学习和实践,我们能够设计出更多更好的产品,为社会的可持续发展做出贡献。我们也希望能够将在这个项目中学到的知识和技能,应用到未来的学习和生活中,不断地探索和创新,为环境保护和资源节约做出我们的努力。
参加第九届全国青年科普创新实验暨作品大赛答辩现场
附录一:
活动记录
第一次
活动时间:2023年12月15日 星期五下午第三节课放学
活动地点:高二(6)教室
参加活动人员:全组人员
活动形式:讨论
活动目的:得出研究课题
活动记录(蔡洁):
在2023年12月中旬发出学校发出研究性学习时,组长符传泽就开始组织大家,一起参与此次活动
今天全组组员聚集一起,确定将《洗澡间的废水回收再利用系统》设为本组研究性学习课题,商量找哪位老师做指导老师更合适,确定此次研究的方向和方法。
(附录:请指导老师时各个组员发表对课题的看法)
符传泽:水资源稀缺是目前人类的最大困难之一,所以国家提倡节约用水,因此,我认为此课题拥有很大的发展空间,此课题的初衷是希望能够为节约用水献上自己的一份力。
王秋霜:这个活动大大提升了我们的动手能力,并且有很多相关物理的知识,可以让我们去更好的学习
杨驰:这个活动的创意是满满,有很大的意义,并且很锻炼我们的动手能力
史志辉:这个课题可以尽情的发挥动手能力,我很喜欢
蔡洁:这个课题是从生活中发现问题,节约生活用水,我认为这是一个很好的出发点
王经豪:我很喜欢这个课题中所需要的动手部分,我很喜欢,这是我的强项
陈发琪:课题所设计到的电学知识是我很感兴趣的,走出课本,进行实践,这对我有莫大的帮助
伍倩云:我很喜欢课题所蕴含的意义,也许这只是一个小小的活动,但是,却表现了我们对于节约用水的决心
附录二:
活动记录
第二次
活动时间:2023年12月19日 星期二下午第四节课放学
活动地点:指导老师办公室
参加活动人员:全组人员
活动形式:指导老师分析原理
活动目的:初步了解废水回收再利用系统的制作原理
在潘志明老师的指导下,弄清楚动力废水回收再利用系统的制作过程,方法如下:
材料准备,首先需要绘制好需要切割的亚克力面板图纸。
将画好的图纸发到淘宝上找专业的亚克力加工店铺切割好后,利用胶水粘贴组装。
需要准备好制作需要的导线,电池,焊台,胶水,水泵以及电钻等工具。
在制作的过程中需要先将整个框架全部搭建,在一切准备就绪后就是手工,在制作的过程中需要仔细小心,在使用电钻进行转孔的时候如果操作不当会出现钻破模型板材,但是在制作电路部分需要理清楚思路然后再将其接好线,测试无误才可以通电,否则会出现烧毁器材的情况。首先进行板材的组装,制作外框结构;再接好线路,装到盒子里面,接好相应的水管粘贴好模型,将电路固定在盒子上。以上就是废水回收再利用系统制作过程
附录三:
活动记录
第三次
活动时间:2023年12月29日 星期五下午第四节课放学
活动地点:图书馆
参加活动人员:全组人员
活动形式:动手制作
活动目的:制作洗澡间的废水回收再利用系统
材料中有切割好的亚克力板面板、电池、水泵、蓄水池,以及焊台、电钻、胶水等工具。拿到工具以后,我们想着如何才能将电路组装好,避免发生短路、漏电等状况。还得保证水泵能够将水抽取并进行二次回收利用。
这时候,我们遭遇了第一个难题,因为事先没有了解,所以我们在拿到材料的时候也不懂得怎么组装。不过好在,经过老师的讲解和指导,我们便得到了启发。在组装的过程中,组员们戮力同心,分工协作,一部分组装亚克力面板,一部分负责连接电路。
我们将线路连接妥当后,接通电源,观察到水泵能够正常的工作,说明装置已组装完成。其次,我们开始了我们的第一次实验,将水从浴室地漏模型中倒入,观察到水流进了蓄水池。但是结果很不喜人,因为没有考虑到防水的原因,水流从水管的连接口流出,水不能被水泵抽取成功并进行二次回收利用。所以第一次研究只能以失败告终。
附录四:
活动记录
第四次
活动时间:2024年1月5日 星期五下午第四节课放学
活动地点:图书馆
参加活动人员:全组人员
活动形式:动手制作
活动目的:改进制作的废水回收再利用系统
我们进行了第二次实验,在此之前,我们讨论了如何解决水管的漏水问题,但是,当我们再次仔细观察时发现,并不是水管漏水,而是固定住水管上方的胶水发现松动,模拟的浴室中残留的水顺着缝隙流下,造成了像水管漏水一般的景象,所以我们解决了“水管流水问题”,实验正常进行,但随后发现水吸不上来,第二次实验以失败告终
附录五:
活动记录
第五次
活动时间:2024年1月12日 星期五下午第四节课放学
活动地点:图书馆
参加活动人员:全组人员
活动形式:动手制作
活动目的:改进制作的废水回收再利用系统
我们在制作前,对实验装置进行了检擦,寻找找水吸不上来的罪魁祸首,最终发现是马达出现了问题,原来是马达的吸水孔没有对准,所以我们采用将马达固定在底部的方式,解决了吸水问题,第三次实验正常进行,之前所出现的问题没有发生,也没有出现新的故障,我想我们是成功了
附录六:
自我评价
符传泽的自我评价:在课题研究中,我主要负责数据分析和整理工作。在数据分析中充分发挥自身理论知识以及操作能力等方面的优点取得优异的研究成果,我将继续加强理论知识和实践相结合的力度不断优化数据整体分析把握的能力争取提高自身综合水平。
王秋霜的自我评价:在课题研究中,我主要负责实验操作和数据整理工作。在实验操作中能够严格按照实验要求进行操作并且能够准确记录数据,在数据整理中能够按照要求对数据进行整理并且能够发现数据中存在的问题,并及时解决问题。
杨驰的自我评价:在课题研究中,我主要负责文献调研和实验设计。我通过深入阅读相关文献,为研究提供了有力的理论支持。同时,我与团队成员紧密合作,共同完成实验操作和数据分析。
史志辉的自我评价:在课题研究中,我主要负责实验操作和数据整理。我严格遵循实验流程,确保数据的准确性和可靠性。同时,我与团队成员积极沟通,共同解决问题。
伍倩云的自我评价:在课题研究中,我主要负责文献调研和实验设计。我通过深入阅读相关文献,为研究提供了有力的理论支持。同时,我与团队成员紧密合作,共同完成实验操作和数据分析。
陈发琪的自我评价:在课题研究中,我主要负责文献调研和实验设计。我通过深入阅读相关文献,为研究提供了有力的理论支持。同时,我与团队成员紧密合作,共同完成实验操作和数据分析。
蔡洁的自我评价:在课题研究中,我主要负责实验设计和数据分析。我充分发挥自己的专业知识和实验技能,确保实验的准确性和可靠性。同时,我与团队成员密切合作,共同完成研究任务。
王经豪的自我评价:在课题研究中,我主要负责实验操作和数据整理。我严格遵循实验流程,确保数据的准确性和可靠性。同时,我与团队成员积极沟通,共同解决问题。
附录七:
互评
对符传泽的评价:
史志辉:他是我们队的组长,对这个整体的付出大,比较擅长出主意和管理一个整体,是一个优秀的组长。
杨 驰:他是我们的组长,在团队管理和组织团队协作上出了很大的力量,是组内的管理者。
王秋霜:团队的核心人物,领导者,领导团队进行学习,具有非常重要的作用。
王经豪:作为我们组的组长,在团队中发挥了极大的作用,领导能力很行。
伍倩云:身为我们组组长是团队的主心骨,在各个方面都有发挥自己的特点。
陈发琪:他有着较强的统帅能力。可以调动组员积极性。
蔡 洁:对团队贡献巨大,对管理和协助有很大力量。
对王秋霜的评价:
史志辉:这位同学的思路极强,是我们队伍的核心大脑,并且对技术的掌握十分熟练,为团队作出的贡献很大。
蔡 洁:善于动手,实践探索能力强,但不擅长提出自己的观点。
王经豪:团队里的“课代表”,主要进行总结的工作,文学水平高,积极帮助其他成员。
符传泽:有上进的团队精神,思路清晰。
杨 驰:任务熟练,提供了很多思路。
陈发琪:积极配合组内成员,有知识储备。
伍倩云:思维担当
对史志辉的评价:
王秋霜:这位同学的语言谈吐对整个队伍的交流有一个促进作用,对问题的探究也提出了许多问题。
符传泽:动手能力超强,负责废水回收利用装置的组装工作,是整个组组建装置的主力。
杨 驰:全能型成员,在团队协作上强,在组建风帆车也付出贡献。
蔡 洁:研究态度优秀,动手探索能力强。
王经豪:动手能力极强,组装主力。
陈发琪:动手担当之一,脑力组核心之一。
伍倩云:善于动手,是组装回收装置的主力。
对杨驰的评价:
符传泽:是废水回收利用装置制作的助手为装置问题的解决又十分突出的作用,也成功帮助队伍制作出了完整的系统。
史志辉:调查问卷的出体人,有很好的思维能力
王秋霜:他十分擅长动手,动手能力十分强,对团队最后的测试起了很大的作用。
蔡 洁:收集很多资料,给团队提供很多方案
王经豪:调查问卷的主要收集者,为我们组提供了很多的资料。
伍倩云:在团队中思维担当之一。
陈发琪:善于发掘问题,有很强的团队能力。
对蔡洁的评价:
符传泽:装置制作助手,为其出现问题的解决发挥重要作用。
王秋霜:动手能力强,在制作中是一个好的副手,帮助其他组员圆满做成。
杨 驰:经常参与讨论,经常发表自己的意见。
王经豪:动手能力强,思路广。
伍倩云:动手能力较强,在各个方面都能做到辅助。
史志辉:本次的辅助之一,做了许多善后工作。
陈发琪:作为组内气氛调节者,用自己的见解维护组织内和谐。
对王经豪的评价:
符传泽:对实验的探究提出了很多问题,并且很好的解决了问题。
史志辉:思路清晰,有十分上进的团队精神。
杨 驰:态度积极,集体荣誉感强。
王秋霜:积极性高,与组员配合得当。
蔡 洁:对团队的沟通交流和方案的完善有很大作用。
伍倩云:善于沟通,使任务完成效率高。
陈发琪:思维灵活,有创新能力。
对伍倩云的评价:
符传泽:他为整个装置的模型的制作起了巨大的作用,使回收装置的制作更为清晰和便捷,并且他的计算能力比较强,对队伍作用突出。
王秋霜:对团队贡献巨大,是组内的物理好手,为研究风帆车的工作原理做出了很好的理论基础。
杨 驰:调查问卷制作人,是一个很好的出题人,全权负责调查工作。
史志辉:在学习活动中利用自己的物理知识改善整体系统,动手能力强,友爱同学 。
王经豪:此人乐于与团队交流协作,团队意识强大。
蔡 洁:团队的核心人物,领导者,领导团队进行学习,具有非常重要的作用。
陈发琪:思维组织能力很强,研究组装原理中发挥了极大作用。
对陈发琪的评价:
史志辉:反应速度快,能够很好的解决问题。
符传泽:为制作提供了思路,并且动手能力强。
王秋霜:团队的核心人物,领导者,领导团队进行学习,具有非常重要的作用。
蔡 洁:独立工作能力很强,并有良好的交际技能,愿意在压力下工作,并具领导的素质。
王经豪:能够按时完成应该做的那份工作和 学习任务。
伍倩云:经常督促小组工作,积极协作完成任务
附录八:
海口市长流中学
研究性学习开题报告表
( 2022)级( 六 )班
课题名称 |
有关洗澡间废水回收再利用系统的研究及制作 |
|||
开题时间 |
2023年12月15号 |
拟结题时间 |
2024年1月12号 |
|
组 长 |
符传泽 |
指导教师 |
潘志明 林海丽 |
|
指导教师博客号 |
80586 |
|||
小组成员 |
主要负责事项 |
|||
符传泽 |
组织队员开展研究,协调各方面工作 |
|||
王经豪 |
实验操作和数据整理工作 |
|||
王秋霜 |
实验操作和数据整理工作 |
|||
杨驰 |
实验操作和数据整理工作 |
|||
陈发琪 |
文献调研和实验设计 |
|||
史志辉 |
文献调研和实验设计 |
|||
蔡洁 |
文献调研和实验设计 |
|||
伍倩云 |
文献调研和实验设计 |
|||
研究背景 及研究的意义 |
20世纪以来,由于工业农业的不断发展,人口数量急剧增加,并且随着城市化的发展,城市人口数量庞大,许多城市出现了水资源供需矛盾日益尖锐,水资源短缺问题突出,许多国家、地区和城市出现了水资源危机,解决该问题的方法是提高水资源的利用率。我们希望通过对于废水回收再利用系统的研究,能够有效缓解水资源短缺的问题。 |
|||
研究内容及涉及的范围 |
水资源的回收利用和解决水资源匮乏问题 |
|||
方法和措施 |
动手制作,上网查询相关资料 |
|||
研究所需条件 |
||||
计划访问的专家 |
校内 |
潘志明老师,物理老师 |
导师评价:
学生的作品《有关洗澡间废水回收再利用系统的研究及制作》不仅展现了其对环境问题的关注,也证明了其在创新思维、实践操作、综合分析和问题解决方面的能力。这份作品对于推动环保理念和技术创新具有重要意义,值得鼓励和肯定,他们的作品具有以下特点
1.创新性:该研究关注于当前全球性的水资源短缺问题,提出了一个具有实际应用价值的废水回收再利用方案。通过设计一种淋浴洗澡水回收装置,体现了学生对环境保护和资源节约的深刻认识,这一点值得肯定。
2.实用性强:研究中提到的废水收集装置、过滤系统等技术细节,显示出学生在实际操作和应用方面的考虑非常周到。这种对实用性的追求,能够确保研究成果不仅仅停留在理论层面,而是可以转化为实际可行的技术和产品。
综合分析能力:学生在研究中不仅考虑了废水回收的技术问题,还涉及到了经济性分析,如节省运行费用等。这表明学生具有较强的综合分析能力,能够从多角度评估项目的可行性。
3.关注环境与可持续性:通过对现有洗浴废水处理技术的讨论,学生展现了对环境友好和可持续发展的关注。这种关注是当代科技发展的重要趋势,也是未来创新的关键方向。
4.深入研究潜力:虽然已经提出了一些有效的处理方法,但学生也指出了需要解决的技术问题。这说明学生对自己的研究有着清晰的认识,并且意识到了未来研究的方向和潜力。
5.社会责任感:学生在选择研究主题时,考虑到了节能减排和低碳经济的发展需求,这反映出学生对社会责任感的重视。
希望学生能够在未来的学习和研究中,继续深化相关技术,为环境保护和资源节约做出更多贡献。