家庭小型中水回用装置说明书

家庭小型中水回用装置设计说明书

指导老师：曹长春

（桂林理工大学环境科学与工程学院，给水排水工程08级）

作品内容简介

通过市场了解及调查，发现绝大多数居民家庭还没有可以有效的对中水进行回收和再利用的手段或设备，市面上有一些家庭中水回用设备中大部分因操作繁琐、占用地面空间大、耗电等原因而不被广泛使用。据此通过理论论证、模拟实验设计了一套家庭小型中水回用装置。

本装置按节能减排的思路进行设计，定位于小型家庭用户洗浴废水等的回收利用，整个装置占用地面空间小，安全、环保、易用，不需机械动力，同时可降低污、废水的排放。达到节能减排的目的。

装置中占用空间最大的集水箱设于卫生间地面以下下沉层，由地漏、集水箱（收集洗浴废水）、进压水管道、人工加压装置、溢流管和泄空管等部分组成。

首先装置通过水的重力自流作用收集普通居民住宅内部淋浴废水和洗涤废水，经过简单过滤处理后贮存，通过人工加压装置加压后作为卫生间大便器的冲洗用水。实现中水回用、节约用水和减少污水的排放的目的。

其次，本装置从收集废水到再利用的过程中完全采用水的重力自流和人工加压的

方法，相比其他的中水回用装置，不需要借助其他耗能动力来实现废水回用，节能减排效果明显。

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1 装置研制背景及意义

水是一切生命组织的主要成分和最重要的基础物质,是社会发展和人民生活不可或缺、 又不可替代的自然资源, 也是重要的环境要素。当前水资源紧缺、水环境日趋恶化已成为我国经济发展的重要制约因素。我国是一个缺水大国， 根据水利部 《21世纪中国水供求》调查分析，2010 年我国工业、农业、生活及生态环境总需水量在中等干旱年为6988亿m3， 供水总量6670亿m3，缺水318亿m3。这表明，2010年后我国将开始进入严重的缺水期。

随着我国经济的迅猛发展,城市规模的不断扩大, 城市用水量和废水量不断增加,造成城市水源水量日益不足, 水资源的供需矛盾更加突出。而且水质的污染也日趋严重,使原来具有良好水质的新鲜水供应受到限制。如果不能加快建设节约型社会，有限的水资源和严峻的环境约束将对经济的持续快速增长产生不利的影响。为了解决日益突出的水资源供需矛盾, 一方面需要节约利用有限的水资源, 另一方面更应积极推进污水的回收利用技术,走水资源利用的可持续发展道路。中水回用技术正是符合这一目标的技术, 它有着投资省、见效快、运营成本低的特点。这一技术的广泛推广,将节约宝贵的水资源, 缓和城市水资源的供需矛盾,减少城市排水系统的负担,控制了水污染, 保护生态环境, 具有重要的环境效益和社会效益,并可带来显著的经济效益。

而据专家预测，未来20 年人均家庭用水量增长将逐渐变缓并趋于稳定，城市水资源紧缺的压力更多来自城市化进程中城市人口的增加。通过调查居民家庭生活用水的现状、居住的条件，发现绝大多数居民家庭还没有可以有效的对中水进行回收和再利用的手段或设备，因此若能研究设计出一种使用方便、成本低廉、效益明显、又能解决占用空间问题的家庭中水回用设备，将有可能被广泛推广使用，能够有效地实现节约用水和提高家庭的经济效益。对国家提倡的全民节能减排具有重大意义。

2 国内外家庭小型中水回用现状

当今世界各国解决缺水问题时，城市污水被选为可靠且可以重复利用的第二水源。因此多年来，城市污水回用一直成为国内外研究的重点。

在国外，城市污水回用已有很长的历史，规模也很大，并收到了相当可观的经济效益和社会效益。我国城市污水回用技术起步较晚，1958 年才将中水回用列入国家科研课题。从21 世纪以来，国内很多城市的污水处理厂再生水回用工程相继投入使用，中水回用的范围迅速扩大。

随着科技的发展，中水回用不仅仅极限于农业、景观、污水处理厂的回用，在家庭中自行收集污水回用也不失为一个很好的选择。但是，如前所述，现今国内外污水的回用主要集中于大型的污水回用，家庭小型污水的回收利用还得不到很大的推广，在国内更是很少。其原因主要为：国民的节水和利用中水的观念还不强；国内水价低；小型中水回用技术还不成熟等。

3 家庭中水回用的可行性

目前大部分民宅的卫生间大便器的冲洗都采用干净的自来水来冲洗，造成很大的浪费。日常生活中很多人都有将水质较好的废水留作其他用途的经验，但有时很多水质较好且可以回用的废水却因为无法收集或不方便收集而排掉，使得水资源不能得到充分的利用。冲洗厕所用水的水质要求相对较低，而淋浴废水经过过滤、沉淀之后可以满足用来做冲厕用水，以此达到节约优质自来水，同时又减少污水的排放量。

4 家庭小型中水回用装置

4.1 工作原理

本装置按节能减排的思路进行设计，定位于普通住宅的家庭洗浴用水回用，整个装置不需机械动力，同时能够降低污、废水的排放。真正做到节能减排的目的。

本装置由洗浴水收集装置（集水箱）、加压和储能装置、溢流管和泄空管等部分组成。其工作流程为：简单过滤→中水收集→经加压装置（人工）加压→有压水被储存到储能罐→冲厕所。

简单过滤：是通过在进水口（地漏）处设置一层纱滤层过滤掉较大颗粒的固体杂质，以防止大的颗粒杂质沉淀到集水箱的底部引起臭味跟堵塞出水口。为防止地漏口被固体杂物堵塞，需要定期清扫地漏口的滤层。

中水收集：本装置主要收集普通居民住宅内部淋浴废水等，通过卫生间内的地漏利用重力流的方式收集到一特定的集水箱内，该集水箱置于下沉式卫生间地面以下的填充层内。形状分两部分，上部分为矩形，矩形下面是锥体（如图1）。锥体底面有一定的向排泄口的坡度，其目的是让水箱内沉积物集中在排污口以方便排出，避免沉积物在水箱内聚集。在锥顶处设置的泄空口可以利用出水时抽吸力将沉淀在箱底的沉积物随水排走。连接集水箱的官道上设有止回阀、泄空阀、溢流阀等。

人工加压：在卫生间内设计活塞式加压器及储能罐，加压器工作时将贮水箱内收集到的中水输送至储能罐内，储能罐内空气被压缩，形成有压水，打开冲洗阀门即可进行冲洗厕所。

4.2 贮水箱容积

水箱体积计算：按照建筑中水设计规范GB 50336—2003说明3.1中建筑物中水水源中给出的住宅冲厕用水量为32~40（L/人.d），每户家庭按4人计算，即每户家庭一天用水量Q=4*33L=132L。因此，结合卫生间的大少和用水量综合考虑来确定水箱的尺寸，上部分为800*800*250的矩形，下部分是以800×800的正方形为底的五面体。如图1所示，容器的总体积V=0.8*0.8*0.35+2*0.0128=0.1792m3=179.2L。吸水口处设置成漏斗状，口朝上（减少吸水时局部水流对箱底沉淀物的影响），吸水口距底部60mm，除去此部分体积，水箱的有效储水容积为V‘=140.8L，可满足全家一天的冲厕用水量要求。

图1：水箱形状示意图

4.3 加压装置

（1）储能罐

卫生器具一次和一小时用水量标准与器具类型、设置场所、使用对象有关。我国规范内未作规定,一般自闭式冲洗阀一次用水量为5~12升，在本装置设计中每次冲洗厕所水量取6L。密闭储能罐压缩有效储水体积为储能罐容积的3/5，计算得储能罐体积为10L。储能罐置于室内地面上。储能罐设计为圆柱形，上下呈弧形，直径为200mm。由容积与横截面积确定压力罐的高H=V/A=0.318m，取高H=0.35m。

（2）储能罐理论压力计算

压力罐所要承受的压力计算：根据理想气体状态方程PV=nRT可以得储能罐装满6L水后的压强P1。即：

P0V0=P1V1=nRT

式中P0——标准大气压（Pa）

V0——储能罐的总容积（m3）

P1——装满6L水后储能罐的压强（Pa）

V1——装满6L水后剩余体积（m3）

n——气体的物质的量（mol）

R——比例系数[J/（mol/k）]

T——气体温度（K）

P1= P0V0/ V1=2.5 P0

因此，储能罐连接管上的止回阀处的压强P2= P1+pgh1

=2.5 P0+1.87Kpa

=254.37Kpa（25.4mH20，满足最小工作压力10~15 m水压的要求）

式中h1为储能罐装满6L水后的水面到止回阀中心间的垂直距离。

（3）加压器

a、原理：采用活塞式加压装置。

b、材料选用不锈钢材料。直径为80mm，容积3.2L的加压器。

c、活塞推杆。

d、密封设备密封圈。采用圆形密封圈。

e、外形基本尺寸为：高h=500mm。容积约3.2L。

（4）有关单位换算

1MPa=10kg/cm

1kg=9.8N

加压器向储能罐中压水需克服与储能罐连接的管上止回阀所受到的压力。以储能罐装满6L水时止回阀的压力P2为最不利情况，计算装满6L水时作用在活塞推杆上的力。

P2A2=F2

式中：A2为连接管的截面积，连接管管径为DN25。

代入数据求得：F2=124.8N

而活塞截面积S1=3.14*(80/2×10-3)=0.005024m3

因此，作用在活塞推杆上的力F1，可以由F1/ F2= A2/ A1关系求得：F1=12.2N。

从数据可知本加压装置可以用较小的力使储能罐完成充水，并达到所需的水压要求。

4.4 装置附件

地漏：采用较细网格的地漏，用于收集淋浴用水并起到隔离毛发、较粗大杂物等作用。

管件：采用PVC塑料管。连接加压装置和溢流管的管径为DN25，连接地漏的进水管管径为DN32，泄空管径为DN40。

水箱：采用塑料材质，价格成本较低，抗腐蚀能力强，耐冲击性好，耐用，防水，质轻。

冲洗阀：用于冲洗大便器，采用脚踩式冲洗阀，方便卫生。

止回阀：保持管道内的压力，以防止水倒流。

泄水阀：排出水箱内的沉淀物，清空水箱中的水，同时对管道起到冲刷的作用，可排出集水箱内不用的水，防止水箱中水过久而发臭。

防水措施：正常的卫生间防水措施，即防水砂浆层、沥青防水层。水箱、管件衔接处严格防漏。

5 家庭小型中水回用装置设计制作中的问题及解决方案

5.1 污水的回收

经过计算，一般家庭中用于淋浴的水量较大（每人每次淋浴用水量60-100L），只要收集到淋浴水的一部分即可满足用于冲洗大便器的用水量。洗脸盆、洗衣与厨房用水不易收集，因为洗衣机与厨房与卫生间有一定的距离，淋浴用水更易于收集，故主要收集淋浴废水，这样就便于了我们中水回用装置的安装与定位，同时也减少了一些不必要的管件。

在卫生间内，淋浴有水的传统排水方式为沿着地面一定的坡度流向蹲便器或地漏排出。基于此，我们在卫生间里设置一个专门用于收集淋浴废水的地漏，卫生间地面坡向地漏，使淋浴用水沿地面流向地漏依靠重力作用进入集水箱，达到收集中水的目的。

5.2加压装置的设计

在整个设备中，加压装置起着至关重要的地位，而如何采用人工的方式将收集到的水来冲洗厕所是本装置的关键所在，冲洗大便器的水要有一定的压力，而我们的动力来源于人工加压，安装在地面以下的水箱的水将由加压装置加压来完成冲洗大便器。

活塞加压器工作时，水箱中收集到的水即被挤压到储能罐中形成有压水，需要冲洗大便器时打开冲洗阀门，储能罐中的有压水便能跟自来水一样对大便器进行冲洗（详见上文）。

5.3 水箱及加压装置的安装位置

在当今社会，可利用的土地资源越来越少，对于高居不下的房价，每一寸空间都显得那么的珍贵。半辈子努力来的房子却还要跟一个水箱一起挤，是不可以接受的。倘若不合理的安装此中水回用装置，对于大多数人来说就没有什么实际的意义了。而要在卫生间里有限的空间下安装一个可以装下一百多升水的容器，是我们要解决的一个问题。

因为我们收集的是淋浴用水，装置自然就得放在卫生间里，而现代住房中，卫生间的排水绝大部分为同层排水，卫生间同层排水的楼板面一般有40厘米左右的下沉，故我们可将集水箱放在卫生间地面以下的填充层内，这样就可以很好地解决了水箱占用空间大的问题。如图2所示。

加压和储能装置将被安装在靠近墙角的位置，加压装置的体积较小，安装在墙角可以节省空间且方便使用。如图3所示。

5.4中水管与给水管的连接

加压装置出水管与冲洗大便器的给水管连接进行使用，为防止在使用中水冲洗的时候污染到给水水管中干净的水，在使用本装置时需要在给水管上设置止回阀，防止污水进入给水管导致污染。如图2所示。

图2：地下集水箱安装位置（模型 1:5）

图3：卫生间平面布置（模型 1:5）

图4：中水回用装置整体布置 （模型 1:5）

6 创新特色

1） 本装置集水箱设于卫生间地面之下，解决了占用地面空间大的问题；

2） 将实现淋浴废水的自动回收过滤和贮存，将所收集到的废水进行再利用（冲洗大便器），解决了水资源不能充分利用的问题。

3） 装置设有人工手动加压系统，操作简单方便，不需借助其他动力设施来实现大便器的中水冲洗，相比其他装置减少了能耗。最大化地实现节能减排的目标。

本装置是集自动集水、过滤、贮存、人工加压冲洗于一身的环保节能装置，具有安全、实用性强等特点。节能减排效果显著。

7 家庭中水回用装置的应用前景

家庭中水利用是一个潜力巨大的广阔领域，具有良好的发展前景。家庭生活污水回用将成为未来家庭节水设备建设的目标，也必将成为一种趋势。而对于发展中国家的中国来说，家庭中水的回用不仅可以缓解城市给水管网的供水压力、减少污水的排放量，从而减轻污水处理厂处理污水的负担。同时可有效减少家庭的水费开支，具有多重现实作用。这对与国家提出的节能减排政策具有重大的意义。应用前景广阔。

7.1 社会效益

本装置一经广泛推广使用，将可以有效节约宝贵的自来水资源，缓和城市水的供需矛盾，减少城市污水排放，降低城市给、排水系统以及污水处理厂运行的负担。同时有利于培养国民的节约意识和环保意识，改变水消费模式，对建设节约型社会和保护生态环境将产生积极的作用。

7.2 经济效益

目前，住宅居民每户按四口人计算，每人每天冲厕用水合计在32—40L,每户每天冲厕用水在128—160L.本家庭中水回用装置集水箱可有效收集水量大约140L，假设每天收集到的中水全部用完，一个月30天可收集到大约4200L水，一年365天51100L水。如果按照桂林市目前生活用水水价 1.63元/立方米来计算，即每户每年可省下用于冲洗大便器的水费83.3元。如果按照本装置使用年限为20-30年计算，可省下1666-2499元。以50万人口的城市中80%的家庭使用中水为例计算，每天可节省用于冲洗厕所的自来水约14000立方米，每个月即420000立方米，这对于城市自来水厂是一个不小的数字，对于水资源紧缺的地区具有重大意义。可同时减少城市对市政给水和排水管网建设的投资。

8 结语

综上所述，针对水资源紧缺的状况，一方面可通过自来水价格杠杆作用，促使人们较快地树立节水意识；另一方面要推广污水资源再生利用技术。在家庭生活用水中，冲洗厕所的水量在家庭室内用水中占相当大的一个比例,而家庭中用于冲厕的水量与淋浴用水量相当，且淋浴用水量比冲厕用水量还大。若收集淋浴用水来代替冲厕用水，仅此一项即可节约一定比例的室内供水，实现污水资源再利用。家庭小型中水回用装置正能实现这一功能，它是集自动集水、过滤、贮存、人工加压冲洗于一身的环保节能装置，具有安全、实用性强等特点，节能减排效果显著。家庭小型中水回用是一项切实可行, 行之有效的节水技术。这一技术的广泛推进, 可以节约宝贵的水资源, 缓和城市水的供需矛盾, 减少城市排水系统的负担, 控制水污染, 保护生态环境, 具有良好的社会效益、环境效益和显著的经济效益。

参考文献

[1] 水利部南京水文水资源研究所，中国水利水电科学研究院水资源研究所.21世纪中国水供求［M］.北京：中国水利水电出版社,1999

[2] 浅谈生活小区的中水回用 李 萍，郑淑英，陈巧平，谢鸿芳，薛 岚（宁德学院化学与环境科学系，福建 宁德 352100）

[3] 中国工程建设标准化协会. CEC530: 91 建筑中水设计规范, 1991

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/4f329cf7f61fb7360b4c65fd.html