用廢棄塑料瓶攔截滇池水面垃圾

輔導(dǎo)老師 康實(shí)

一、選題目的

（圖1）發(fā)明原理簡圖

高一上學(xué)期物理課，老師在講授浮力與重力的關(guān)系時(shí)，我想到能否基于這樣的原理來利用廢棄的礦泉水瓶對(duì)景區(qū)水面垃圾進(jìn)行攔儲(chǔ)，這樣就能以很低的成本來改善河流的水質(zhì)，也不會(huì)傷害原有的生物。根據(jù)老師講述的物理學(xué)原理，我構(gòu)思出一種簡單的對(duì)景區(qū)水面垃圾進(jìn)行攔儲(chǔ)的方法，我請(qǐng)教了老師，他們都認(rèn)為這在物理學(xué)原理上是可行的，在實(shí)際生活中具有重要的實(shí)用價(jià)值，于是我開始進(jìn)行計(jì)算并制作模型，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

二、設(shè)計(jì)目的和基本思路

設(shè)計(jì)目的：在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)看到許多景區(qū)和城市河道被垃圾污染，導(dǎo)致城市環(huán)境污染。假如有一種成本低、不破壞環(huán)境、效果好且能治理河道白色垃圾的方法那真的是太好了。

基本思路：本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：用尼龍繩連接若干個(gè)大礦泉水瓶子組成浮力來源，大礦泉水瓶子中裝有適當(dāng)?shù)纳常ǜ鶕?jù)實(shí)際來測量沙的質(zhì)量）以保持瓶子穩(wěn)定性，將大礦泉水瓶子用細(xì)尼龍繩“一”字連接，以進(jìn)一步保證整體的穩(wěn)定性，從而形成對(duì)河道表面白色垃圾的攔儲(chǔ)。

調(diào)查顯示：河道中的白色垃圾不僅僅漂浮在河道的表面，由于太陽的暴曬以及泥水的沖刷等原因?qū)е吕嬖谟谒娴剿?.3米水流較急的河道。為了清理這部分垃圾，本發(fā)明采用水下攔截網(wǎng)和攔截網(wǎng)固定錨石的結(jié)構(gòu)。將大礦泉水瓶連接水下攔截網(wǎng)，使水下攔截網(wǎng)能夠均勻地在水下張開，同時(shí)把小礦泉水瓶（裝沙）綁扎在水下攔截網(wǎng)的下方，在重力的作用下使水下攔截網(wǎng)在河道中能夠垂直地張開。本發(fā)明采用礦泉水瓶中裝沙的辦法，可以根據(jù)水流速度來平衡浮力、重力以及水流沖擊力之間的關(guān)系，制造了一種成本極低、不破壞生態(tài)環(huán)境、清理方便且能治理河道白色垃圾的簡易裝置。

三、研究計(jì)劃

第一階段：考察昆明主要景點(diǎn)水域的白色垃圾污染情況；

第二階段：進(jìn)行理論計(jì)算和模型設(shè)計(jì)；

第三階段：選擇材料，制作實(shí)物模型，進(jìn)行試驗(yàn)，測試效果，再改進(jìn)及再設(shè)計(jì)，最終完成實(shí)物模型；

第四階段：實(shí)際測試階段，到某景點(diǎn)進(jìn)行水體浮游垃圾隔離。

（圖2）昆明城區(qū)某河段

（圖3）昆明城區(qū)人們?cè)谇謇砗拥览?/p>

四、研究過程

1．對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行查新，沒有發(fā)現(xiàn)同類研究發(fā)明。

2．為了發(fā)揮廢棄塑料瓶的可循環(huán)再利用價(jià)值，同時(shí)對(duì)景區(qū)河道里的垃圾攔儲(chǔ)，運(yùn)用簡單的物理知識(shí)和成本極低的材料，對(duì)景區(qū)的河道垃圾進(jìn)行攔儲(chǔ)。

3．根據(jù)水流的大小來調(diào)節(jié)大礦泉水瓶的浮力和小礦泉水瓶的重力使水下攔截網(wǎng)均勻張開，使大礦泉水瓶攔儲(chǔ)漂浮的垃圾，小礦泉水瓶攔儲(chǔ)懸浮的垃圾。

4．利用廢棄的礦泉水瓶、尼龍繩以及隔離網(wǎng)，進(jìn)行模型的初步加工和實(shí)驗(yàn)。

1）加工材料：礦泉水瓶、尼龍繩和隔離網(wǎng)；

2）加工工具：鋸子、剪刀等；

3）制作過程：在家中，先將材料進(jìn)行收集，制作水下攔截網(wǎng)，然后再將制作好的模型在河道內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

（圖4）連接礦泉水瓶

（圖5）水下攔截網(wǎng)的制作

（圖6）廢棄塑料瓶攔截水中垃圾的模型

五、改進(jìn)項(xiàng)目的加工和實(shí)施過程

模型改進(jìn)：在模型制作中，首先利用一個(gè)獨(dú)立的模型來進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)，根據(jù)結(jié)果再來完善模型。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，本實(shí)驗(yàn)采用將大礦泉水瓶橫向捆綁的改進(jìn)方案，將原有的方案改進(jìn)，最終完成了模型。

（圖8）河道實(shí)驗(yàn)

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y定利用廢棄塑料瓶攔截水中垃圾。

2）實(shí)驗(yàn)儀器：利用廢棄塑料瓶攔截水中垃圾的模型。

3）實(shí)驗(yàn)步驟：將模型放入河道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4）實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)水流的大小來調(diào)節(jié)大礦泉水瓶的浮力和小礦泉水瓶的重力使水下攔截網(wǎng)均勻張開，使大礦泉水瓶攔儲(chǔ)漂浮的垃圾，小礦泉水瓶攔儲(chǔ)懸浮的垃圾。

5）實(shí)驗(yàn)方法：將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头湃雽?shí)際河道觀察實(shí)際效果，并記錄攔儲(chǔ)垃圾的數(shù)量和未被攔截的數(shù)量。

（圖9）改進(jìn)后的模型

（圖10）實(shí)際的垃圾攔儲(chǔ)

（圖11）垃圾攔儲(chǔ)模型應(yīng)用前后，河道清潔度對(duì)比。

七、結(jié)論

測試結(jié)果較為理想，能夠?qū)崿F(xiàn)利用廢棄塑料瓶攔截水面垃圾及水下0.3米的垃圾，同時(shí)成本極低，無需外在設(shè)備支持，可以自制，簡單方便。與大型設(shè)備相比，不會(huì)傷害及破壞生態(tài)環(huán)境，簡單可行，使用范圍更加廣泛，可以用在大型設(shè)備無法操作的河道。在城市中使用，攔儲(chǔ)的垃圾給人們以警示，提醒人們愛護(hù)河道。

八、改進(jìn)

模型的可靠性與產(chǎn)品還存在差異，城市河道的流速和實(shí)際景區(qū)的河道也存在差異，還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。