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太阳能污水净化器
团队成员:赵璞张佳萌张梦笛成人领队:韩磊
技术指导:王蜀豫
所在学校:西安市铁一中学
摘要
在近几个世纪中,由于人类活动对地球的肆意破坏,导致越来越多的灾难频频发生,如何在灾后将损害降到最小,也是各国共同想要解决的难题。针对灾后利用太阳能为能源进行重建,本小组设计了一款太阳能与风能相结合的“太阳能风能污水净化器”以解决灾后最重要的问题——饮水。
灾难评估及背景介绍
在近些年频频发生的灾难中,我们就以地震为例展开讨论:
1976 年,唐山大地震死伤20万人;
2010 年,海山大地震死伤人数42万人;
2010 年,汶川大地震死伤9万人;
2010 年,青海玉树地震死伤9000 人;
一列列惨痛的数字摆在我面前,无数同胞离我们远去。其实这些同胞更多不是被灾难所吞噬,而是在震后因生活必需品紧缺致死,这更是数字背后的悲剧性所在。对于生活必需品的输入,一些地区即便采用最先进的技术,最充足的人力,物资仍然无从法在第一时间送到,以汶川地震为例,救援人员只能途步进入
山区,大型的救援设施根本无法进入灾区。如果能够缓解饮用水问题,就等于直接挽救了万人的生命!
而本小组就这一问题采取措施,就地取材,以灾区当地难以使用的污水为原料第一时间为灾民送上饮用水。
另外,由于灾难对当地供能设施造成的破坏,能源紧缺也成了我们无法回避的重大问题。
回顾人类能源消费历史,大约经历了木---水---风---煤---石油这几个阶段,现在正向太阳能时代迈进。
火电需要燃料有限,污染严重。
水电受当地自然状况限制众多。
核电在正常情况下固然是干净的,但会造成大量核辐射。
这些都迫使人们去寻找新能源。新能源要同时符合两个条件:一是蕴藏丰富不会枯竭;二是安全、干净,不会威胁人类和破坏环境。目前最理想的新能源就是太阳能。
因此我们以采用太阳能为基础,后来又延伸出风能为主要能量来
源,用于水的净化。
设计和研究过程
一、本小组设计的产品中主要运用了三项技术:
⑴太阳能电池
太阳能电池利用半导体的光电效应,称为量子效应,是一种具有半永久的发电现象。电池材料来源广泛,发电量可大可小,转换率很高,成本低廉,寿命长,发展前景十分广阔。
⑵风能发电机
风能是非常重要并且储量巨大的能源,它安全、清洁、充足。能提供源源不断、稳定的能源。
而本小组的产品则采用风力独立发电的形式,以适应不同地区自然状况而充分利用风能。
⑶反渗透技术
反渗透技术是当今最先进和最节能的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下,依据其它物质不能透过半透膜这一性质,而将这些物质与水分离开来。由于反渗透膜的孔径非常小(仅为10A左右),因此能够有效去除水中的溶解盐类、肢体、微生物、有机物等。(去除率达97%-98%)。
反渗透设施生产纯水的关键有两个,一个是有选择性的膜,即
半透膜;二是一定的压力。简单地说,反渗透半透膜上有重多的孔,这些孔与水分子大小相同,而细菌、病毒、大部分有机污染物和水合离子均比水分子大得多,因此不能透过半透膜,从而使水与杂质分离。
这里还将插入一张折叠照片
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反渗透膜目前主要运用于海水的淡化处理工业用水等。它主要有以下几点优点:1、持续运行,产水水质稳定;2、高效且无再生污水,不须污水处理设施;3、能在较低操作压力下发挥作用;4、化学、生化、PA值、温度等影响较小;5、制膜原料来源容易、加工简便,成本低廉;6、设备构型紧凑,占地面积小。所以将渗透技术运用到灾后产水上效果一定显著。
二、本小组的设计原理如下:
产品原理总体来说分为两大板块:①采用太阳能和风能技术供给能源;②使用反渗透膜技术净水。
⑴.是供能问题的说明:供能又分为风力供能、太阳能供能以及蓄电池供能三部分:
ⅰ关于风力发电,产品以小型风车的支撑轴主体,风车支撑轴的下端连接有保持风车匀速转动的恒速恒频器以保证扇叶的稳速转动,从而进行稳定的风力发电;另外,若风力发电量大于恒速恒频器的用电量时,就启动风力发电;反之,则仅仅使用太阳能发电。
ⅱ关于太阳能发电,支撑轴外部连接有可折叠的太阳能板,在亮度允许的情况下,太阳能表面有感光器会控制太阳能板展开从而配合风力进行发电。
ⅲ太阳能风能发电量在供给净水装置外,如有多余,则可储存于蓄电池中。在夜晚以及无风的情况下,风能、太阳能发电都无法使用,此时蓄电池中的电量可保证装置的持续工作。
⑵.是主体净化原理的说明:当装置产生电能时,主要用于风扇转轴下设置的小型电动机轮轴转动,转动会带动联动拉杆上下运动,联动拉杆又带动净水器的活塞活动:上拉——净水容器内外产生压强差——
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