基于浊度检测的洗衣机废水自动回收装置的设计

周圣强

宿州职业技术学院机电工程系，安徽宿州，234101

洗衣机在洗涤过程中所排废水的回收再利用，一直是城市家庭及节水专业人员思考的问题[1-3]，特别是在漂洗过程中排出的废水，即标准洗涤过程中第二次和第三次排除的废水，洁净度比较高，类似于中水，完全可以用于马桶及地面的冲洗。按马桶一次耗水6 L[1]，三口之家一天使用10次计算，再假定一户家庭一天洗一次衣物，根据一般波轮洗衣机在标准洗涤流程、中等洗衣量情况下的用水量约100 L[4]，经简单估算，马桶使用一天的耗水量基本上等于洗衣机漂洗过程排除的废水的量。国外曾经有将洗衣机与马桶合二为一的产品问世，国内也曾有类似的专利申请，但这种方式对用户生活习惯的改变比较大，并未真正普及使用。在原型机试验的基础上，本文提出洗衣机废水自动回收装置，该装置无需改变卫生间原有格局，即不需改变洗衣机、马桶结构，只需增添一个约50 cm×20 cm×200 cm(长、宽、高)的箱体，放置于马桶后，并且，该装置有选择性的回收洗衣机排出的废水，洁净度比较高，这对于很多家庭来说，是可以接受的节水方式。

1 自动回收装置整体结构及原理

如图1所示，洗衣机排水后，经废水进口1进入回收装置，首先由浊度传感器2检测到水流进入，并判断水的浊度[5-7]，若浊度低，即清洁度比较高，则启动电磁阀3(常开)[8]，关闭废水出口4，这样箱体单元Ⅰ开始蓄水，待水位经过滤网5上升到液位开关6(常开)，则微型潜水泵7自动启动，向蓄水箱Ⅱ泵水。若蓄水箱水位到达液位开关9(常闭)，则排水电磁阀3断电，进入常开排水状态，箱体单元Ⅰ中的水位开始下降，微型潜水泵7自动停止。在蓄水箱Ⅱ上端，有自来水接入，并用浮球控制，目的是维持蓄水箱最低水位，以保证因某些原因未能回收洗衣机废水注入蓄水箱情况下，马桶能正常冲洗。该装置中也安排有溢水管，防止某些原因导致蓄水箱水满外溢。在蓄水箱Ⅱ下端安置出水口，可用于连接马桶进水口或连接水龙头。

图1 洗衣机废水自动回收装置结构示意图

箱体Ⅲ用于安置控制电路，应保持干燥。从安全角度考虑，装置采用的电源宜采用低压直流电源，所用电器件均有现成产品供设计使用，不过，本试验用于原型机上，采用AC 220 V电源。控制电路如图2所示。

图2 废水回收装置的控制电路图

2 浊度传感器组件

本装置采用GE公司专门用于家电产品的TS浊度传感器[5]，TS有一对光发射和接受元件，当TS浸于水中时，光线穿透量随水的浊度改变，从而测定水的清洁程度，如图3中虚线框所示。

图3 浊度传感器组件

表1列出了浊度值与水质清洁度(感官感受)之间的关系。

表1 浊度值与水质清洁度之间关系

当单片机采集到的浊度值较低时(小于等于10)，说明洗衣机未排水；当浊度值介于10到200之间时，说明洗衣机排水且水质较清洁，此时负载驱动模块(用继电器实现)导通，若同时蓄水箱Ⅱ蓄水未满，则电磁阀3启动，关闭排水管，开始在箱体Ⅰ中蓄水；当浊度值高于200时，水质较差，此时不回收。若想多蓄积洗衣机废水，容忍更高浊度的水进入蓄水箱Ⅱ，可调高浊度值标准。反之，若想让回收的水质更高一些，可调低浊度值标准，显示模块用于显示当前废水浊度。单片机检测浊度值时宜连续测量，取平均值，这样结果更接近实际。单片机还有定时断开电磁阀3电流的功能，如图2所示。设想箱体Ⅰ蓄水过程中，微型潜水泵7向蓄水箱Ⅱ泵水，但还未泵满时洗衣机废水已排完，箱体I还有部分积水，这时，浊度传感器组件导通，液位开关9导通(常闭触点)，则电磁阀3仍处于通电状态(水路关闭)，这样会浪费电能。故设置单片机在启动电磁阀3后10分钟(洗衣机一次排水所用大概时间，可根据实际情况调节)再次断开电磁阀3的电流，使废水出口4处于导通状态。

3 部件选型

本研究中使用的洗衣机型号为三洋XQB45-428，下排水方式，排水流量为19 L/min，微型潜水泵的出水量应比洗衣机排水量相当或略低一些，以便箱体Ⅰ中始终有水，方便水泵抽水和连续工作。故采用的微型潜水泵为广州联五金电气科技公司WDT型号，参数如表2所示。

表2 潜水泵参数

电磁阀3为常开式，即断电时是通水的，供电后闭合阀门，参数如表3所示。

表3 电磁阀及液位开关参数

液位开关6为常开式，只有当水位上升到一定高度，传感器才导通，微型潜水泵启动；液位开关9为常闭式，当蓄水箱Ⅱ水位未到达传感器高度时是导通的，这样允许微型潜水泵上电工作，参数如表3所示。当水位到达蓄水箱一定高度时，液位开关9断开，停止电磁阀、微型潜水泵工作。

过滤网5的作用是滤除洗衣机废水中毛发、大的颗粒等杂质，防止这些杂质进入蓄水箱或缠绕阻塞水泵。滤网采用6目不锈钢丝滤网，应水平放置，这样，废水中的杂质会粘附在滤网底面，若箱体Ⅰ中蓄水较多，则当电磁阀导通排水后，废水会反流过滤网，因此，滤网具有一定的反冲洗功能[9]，加之杂质在底面，在重力作用下，杂质脱离滤网，被排出箱体Ⅰ。

4 自动回收装置的安装要求

自动回收装置正常工作的前提是安装高度符合要求。液位开关6的位置应比洗衣机转筒位置稍低，防止箱体Ⅰ中蓄水较多，水位较高(若传感器位置高，则水泵停机时，箱体Ⅰ中水位仍高)，影响洗衣机正常排水。

装置的废水出口4和废水进口1的位置应在同一水平线上。这样，既能让箱体Ⅰ积水，又不至于积太多的水，有利于浊度传感器组件判断是否洗衣机废水流入(洗衣机废水刚流入时电磁阀是导通的，箱体Ⅰ不蓄水)，浊度传感器相对于进水口底部位置要略高几个毫米。另外，该装置最好与洗衣机公用一个电源插座，这样，两者同时供电，同时断电，节省了装置的静态电流消耗，这样会更加节省能源。

5 待改进之处

本装置中的浊度传感器组件需要始终处在工作状态，时刻监测箱体Ⅰ中是否有洗衣废水流过，这样会在洗衣机未工作、未排水时消耗静态电流，而且考虑到浊度传感器的可靠性，可能会发生误报(有水流过，误报无水，或反之)情况，对此的改进方案是：当洗衣机排水时，其位于底部的排水阀上电工作，排水结束后，洗衣机自动断开此电流。这样，可以将此电流引出，并经转换处理成低压直流信号，并向本回收装置提供，驱动回收装置中加装的继电器导通，使装置中其余电器部分工作，从而替代浊度传感器组件需要始终工作以检测有无水流的情况。

6 结 论

本文提出了洗衣机废水自动回收装置的设计，经过原型实验，证明能正常运行，具有可行性。针对家庭排放的污染程度不高的废水的回收利用，在目前所提方案中，大都是将整栋楼或小区的废水集中回收、处理、转换成中水，然后再次供给家庭使用，这样的方式无疑会消耗更多的能源及较高的处理费用，因此，本文所提的这种废水在住宅内部的简易再利用的设计方案更具经济效益。随着水资源消耗的加剧，以及水污染导致的水处理成本的提高，这种设计方案具有一定的实践意义。

参考文献：

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