摘要:家庭污水回收与清洁一体化系统为一种自动化程度较高的装置，在体现高效节水理念的同时，把智能自动化理念带进家庭，特别是降低了中高层建筑家庭清洁室外玻璃的危险性。本系统主要分为两大模块：①家庭室内水源收集及蓄水装置。家庭污水通过室内水源收集模块经物理沉降、过滤进入蓄水池存储。利用水泵将蓄水池的存水从下往上送入过滤装置，实现反冲洗。②中高层家庭室外玻璃自动清洁装置。通过手机APP打开控制器开关，在定时模块控制下真空泵和升降机配合工作带动清洗工作台面上下移动。同时微型水泵将蓄水池存水提供给清洁刷头，两者配合工作实现清洁玻璃的目的。
关键词:家庭污水;回收与清洁;智能控制
1研究背景
全球现有超过12亿人面临严重缺水的压力，80个国家水源不足，20亿人的饮水得不到保证。预计到2025年，形势将会进一步恶化，缺水人口将达到28亿～33亿。世界银行的官员预测，在未来的5年内“水将像石油一样在全世界运转”。我国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位。但是，我国的人均水资源量只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。然而，中国又是世界上用水量最多的国家。仅2002年，全国淡水取用量达到5497亿立方米，大约占世界年取用量的13%。统计资料表明，在我国家庭用水中，有相当部分的污水资源可以回收、处理，用于家庭清洁方面，如厨房、卫生间用水等。因此，以家庭为单元充分利用可回收污水不仅有利于减少家庭生活成本，而且有利于整个社会有效节约水资源，真正实现高效节水、环保节能的可持续发展的目标，所以家庭污水的回收与再利用不可忽视。
2设计原理
基于高效节水、环保节能的可持续发展理念，以家庭清洁为目的，对其中可再回收利用的污水资源进行二次回收、净化处理以及清洁利用。通过模型试验设计出一套家庭污水回收与清洁一体化系统，主要用于家庭特别是中高层建筑家庭室外玻璃的自动清洁。
2.1设计思路
1）基于高效利用水资源的理念，开展可再利用家庭污水的回收与处理装置的研究。2）基于智能化家居理念，开展可再回收利用的污水用于中高层家庭清洁装置的研究。
2.1.1系统模块设计
基于集水与清洁的需要，本系统设计分为两大模块：家庭室内水源收集及蓄水装置与中高层家庭室外玻璃自动清洁装置。如图1所示。①家庭室内水源收集及蓄水装置。该装置由水体收集管道、室内过滤装置、蓄水池等组成。室内过滤装置设计巧妙，内置纱网、石英砂。利用石英砂硬度大、抗腐蚀性强、载污能力强、使用周期长等特点，有效过滤掉污水中的固体杂物。采用反冲洗设计，增长滤料使用寿命，同时也防止长时间使用细菌滋生，经济环保高效。过滤装置设计思路新颖便利，过滤充分，便于拆卸检修。②中高层家庭室外玻璃自动清洁装置。接通电源，系统处于预工作状态，通过手机APP打开远程控制器开关，系统处于正常工作状态，真空泵工作，通过调节吸盘内外压强，调控工作台面跟玻璃表面的距离。蓄水池存水由微型水泵提供给工作台面下端处两个清洁刷头，四个清洁刷头干湿结合，共同配合工作实现自动清洁玻璃的目的。此系统在体现高效节水理念的同时，减少了清洁中高层家庭室外玻璃的安全隐患。
2.1.2系统工作流程
家庭污水经室内过滤装置进入蓄水池。通过手机APP打开控制器开关，系统处于工作状态，真空泵工作，吸走吸盘内空气，利用吸盘内外压差使工作台面紧密贴合在玻璃表面，蓄水池存水由微型水泵提供给工作台面下端处两个清洁刷头，四个清洁刷头干湿结合，共同配合工作达到清洁玻璃的目的。一次清洁完成后，微型水泵和清洁刷头电机暂停工作，调节减压阀，吸盘内压强回升，吸盘松动，升降电机工作带动工作台面运动，到达下一清洗区反复以上过程。周期循环以达到清洁整面玻璃的目的（如图2）。
2.2结构设计
2.2.1家庭室内水源收集及蓄水装置
家庭污水通过污水进水口流入，经物理沉降、过滤后通过②管进入蓄水池，利用水质检测笔检测经过滤后的水体质量达到可二次利用的标准。过滤后杂质通过①管排入污水管道。利用水泵将蓄水池的存水通过④管送入过滤装置底部，向上浸过滤料漫入右侧溢流堰，流经③管进入污水管道，实现反冲洗。此过程延长了滤料的使用寿命，而且可以防止长时间使用细菌滋生。
2.2.2中高层建筑家庭室外玻璃自动清洁装置
该装置由远程控制装置、定时装置、机械装置与供水管路装置等组成。中高层家庭室外玻璃清洁部分采用定时控制装置实现周期性自动清洁。手机远程控制方便快捷，保证蓄水箱有水的情况下实现真正的自动智能化。
3系统优势
家庭污水回收与清洁一体化系统设计秉承高效利用水资源的理念，通过对家庭污水回收利用现状的调研，对家庭中可利用污水回收的可行性分析提出新的设计构想。通过模型试验设计出一套家庭污水回收与清洁一体化系统，主要用于家庭特别是中高层建筑家庭室外玻璃的自动清洁。其优势在于：（1）家庭污水收集、处理再利用紧扣当今社会节能环保的主题，符合绿色可持续发展观。（2）有效解决了中高层建筑家庭室外玻璃清洁困难的问题，降低了人工清洁的安全隐患。（3）该系统采用智能化远程控制设计，依靠定时装置控制电路进行周期性自动清洁，方便快捷。家庭污水回收与清洁一体化系统实现了家庭污水收集、处理、存储与再利用，系统设计将智能化家居理念引入家庭，为家庭生活带来便利的同时也美化了家居环境。本系统具有较好的应用前景，值得推广利用。
参考文献
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[3]机械设计手册委员会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2007.
[4]付艳清.高层建筑墙壁与玻璃清洁机的研制方向[J].科技传播,2011,8(下):30.
作者:王福平 李长星 王晶 张辉 苗世玉 张锦程 刘欢 单位:大连海洋大学海洋与土木工程学院
