用废弃塑料瓶拦截滇池水面垃圾

辅导老师 康实

一、选题目的

（图1）发明原理简图

高一上学期物理课，老师在讲授浮力与重力的关系时，我想到能否基于这样的原理来利用废弃的矿泉水瓶对景区水面垃圾进行拦储，这样就能以很低的成本来改善河流的水质，也不会伤害原有的生物。根据老师讲述的物理学原理，我构思出一种简单的对景区水面垃圾进行拦储的方法，我请教了老师，他们都认为这在物理学原理上是可行的，在实际生活中具有重要的实用价值，于是我开始进行计算并制作模型，并进行了相关实验。

二、设计目的和基本思路

设计目的：在日常生活中，我们经常会看到许多景区和城市河道被垃圾污染，导致城市环境污染。假如有一种成本低、不破坏环境、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：本发明所采用的技术方案是：用尼龙绳连接若干个大矿泉水瓶子组成浮力来源，大矿泉水瓶子中装有适当的沙（根据实际来测量沙的质量）以保持瓶子稳定性，将大矿泉水瓶子用细尼龙绳“一”字连接，以进一步保证整体的稳定性，从而形成对河道表面白色垃圾的拦储。

调查显示：河道中的白色垃圾不仅仅漂浮在河道的表面，由于太阳的暴晒以及泥水的冲刷等原因导致垃圾存在于水面到水下0.3米水流较急的河道。为了清理这部分垃圾，本发明采用水下拦截网和拦截网固定锚石的结构。将大矿泉水瓶连接水下拦截网，使水下拦截网能够均匀地在水下张开，同时把小矿泉水瓶（装沙）绑扎在水下拦截网的下方，在重力的作用下使水下拦截网在河道中能够垂直地张开。本发明采用矿泉水瓶中装沙的办法，可以根据水流速度来平衡浮力、重力以及水流冲击力之间的关系，制造了一种成本极低、不破坏生态环境、清理方便且能治理河道白色垃圾的简易装置。

三、研究计划

第一阶段：考察昆明主要景点水域的白色垃圾污染情况；

第二阶段：进行理论计算和模型设计；

第三阶段：选择材料，制作实物模型，进行试验，测试效果，再改进及再设计，最终完成实物模型；

第四阶段：实际测试阶段，到某景点进行水体浮游垃圾隔离。

（图2）昆明城区某河段

（图3）昆明城区人们在清理河道垃圾

四、研究过程

1．对该项目进行查新，没有发现同类研究发明。

2．为了发挥废弃塑料瓶的可循环再利用价值，同时对景区河道里的垃圾拦储，运用简单的物理知识和成本极低的材料，对景区的河道垃圾进行拦储。

3．根据水流的大小来调节大矿泉水瓶的浮力和小矿泉水瓶的重力使水下拦截网均匀张开，使大矿泉水瓶拦储漂浮的垃圾，小矿泉水瓶拦储悬浮的垃圾。

4．利用废弃的矿泉水瓶、尼龙绳以及隔离网，进行模型的初步加工和实验。

1）加工材料：矿泉水瓶、尼龙绳和隔离网；

2）加工工具：锯子、剪刀等；

3）制作过程：在家中，先将材料进行收集，制作水下拦截网，然后再将制作好的模型在河道内实验。

（图4）连接矿泉水瓶

（图5）水下拦截网的制作

（图6）废弃塑料瓶拦截水中垃圾的模型

五、改进项目的加工和实施过程

模型改进：在模型制作中，首先利用一个独立的模型来进行初步实验，根据结果再来完善模型。为了增强实验效果，本实验采用将大矿泉水瓶横向捆绑的改进方案，将原有的方案改进，最终完成了模型。

（图8）河道实验

六、实验报告

1）实验目的：测定利用废弃塑料瓶拦截水中垃圾。

2）实验仪器：利用废弃塑料瓶拦截水中垃圾的模型。

3）实验步骤：将模型放入河道进行实验。

4）实验原理：根据水流的大小来调节大矿泉水瓶的浮力和小矿泉水瓶的重力使水下拦截网均匀张开，使大矿泉水瓶拦储漂浮的垃圾，小矿泉水瓶拦储悬浮的垃圾。

5）实验方法：将实验模型放入实际河道观察实际效果，并记录拦储垃圾的数量和未被拦截的数量。

（图9）改进后的模型

（图10）实际的垃圾拦储

（图11）垃圾拦储模型应用前后，河道清洁度对比。

七、结论

测试结果较为理想，能够实现利用废弃塑料瓶拦截水面垃圾及水下0.3米的垃圾，同时成本极低，无需外在设备支持，可以自制，简单方便。与大型设备相比，不会伤害及破坏生态环境，简单可行，使用范围更加广泛，可以用在大型设备无法操作的河道。在城市中使用，拦储的垃圾给人们以警示，提醒人们爱护河道。

八、改进

模型的可靠性与产品还存在差异，城市河道的流速和实际景区的河道也存在差异，还需进一步实验改进。