隔層式中水系統裝置及應用

■ 張學武 Zhang Xuewu 岳維玉 Yue Weiyu王學娟 Wang Juan

0 前言

隨著社會的快速發展，人口的增加，人類每年的用水量和污、廢水的排放量在不斷增加，水資源的短缺正成為城市發展的一大障礙。全國約有三分之二的城市常年處于供水不足的狀態，其中嚴重缺水的城市達110個，缺水問題嚴重制約了經濟的發展。充分利用衛生間洗浴廢水是解決水資源不足的途徑之一。隔層式（上行下給）中水利用系統即是節水設備中的一種。它適用于各種住宅樓、宿舍樓的非頂層住戶使用，可有效地節約水資源，社會效益和經濟效益可觀。且本裝置結構簡單，制作安裝方便，安裝費用低，便于居民使用。

1 中國水資源現狀

中國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為28 000億m3，約占全球水資源的6%，人均淡水資源僅為世界人均量的1/4，居世界第109位。中國已被列入全世界人均水資源13個貧水國家之一。而且分布不均，大量淡水資源集中在南方，北方淡水資源只有南方水資源的1/4。據統計，全國600多個城市中有一半以上城市不同程度缺水，沿海城市也不例外，甚至更為嚴重。目前我國城市供水以地表水或地下水為主，或者兩種水源混合使用。有些城市因地下水過度開采，造成地下水位下降；有的城市形成了幾百平方公里的大漏斗，使海水倒灌數十公里。由于工業廢水的肆意排放，導致80%以上的地表水、地下水被污染。

目前全國多數城市地下水受到一定程度的點狀和面狀污染，且有逐年加重的趨勢。日趨嚴重的水污染不僅降低了水體的使用功能，進一步加劇了水資源短缺的矛盾，對中國正在實施的可持續發展戰略帶來了嚴重影響，而且還嚴重威脅到城市居民的飲水安全和人民群眾的健康。

2 我國水處理現狀及發展趨勢

2.1 水處理技術在污水處理中的意義及其前景

水處理在國民生產和生活中占有非常重要地位,有無水處理、水處理技術的先進與否,是一個國家生產、生活水平高低和文明程度的重要標志之一,而水處理服務在中國還是一個新型行業。隨著國家建設步伐的不斷加快,水處理服務會遍及各個行業,覆蓋面相當廣泛,如石油、電力、化工、核工業、煤炭、冶金、水泥、造紙、卷煙、制藥、啤酒、郵電、民航、鐵路、銀行、酒店、賓館、商場、家庭、機關、學校、城鎮等,市場潛力巨大,有人類生存的地方就涉及到水處理服務,水處理服務是一個永恒的市場。水處理服務走專業道路將成為必然。

2.2 中水處理技術

中水回用的處理技術按其機理可分為物理化學法、生物化學法和物化生化組合法等。通常回用技術需多種污水處理技術的合理組合，即各種水處理方法結合起來深度處理污水，這是因為單一的某種水處理方法一般很難達到回用水水質的要求。

發展到目前，中水回用的工藝流程有：生物化學法和物理化學法。

生物化學法（簡稱生化法）利用自然界存生的各種細菌微生物，將廢水中有機物分解轉化成無害物質，使廢水得以凈化。

物理化學法是運用物理和化學的綜合作用使廢水得到凈化的方法。通常是指由物理方法和化學方法組成的廢水處理系統，或指包括物理過程和化學過程的單項處理方法，如浮選、吹脫、結晶、吸附、萃取、電解、電滲析、離子交換、反滲透等。 1935年W.魯道夫和E.H.特魯尼克開始試驗用物理化學處理系統處理污水。隨著工業的發展，工業廢水水質日趨復雜，廢水中許多污染物，如重金屬離子，用通常的生物處理法難以去除；許多復雜的有機物、生物難以降解；對有毒的污染物其濃度超過微生物的耐受限度時，生物處理法又不適用。為了保護環境和合理利用水資源，廢水排放標準越來越嚴格，對廢水回用率的要求越來越高。因此，70年代以來，物理化學處理法得到廣泛重視和迅速發展。

物理化學處理既可以是獨立的處理系統，也可以是生物處理的后續處理措施。其工藝的選擇取決于廢水水質、排放或回收利用的水質要求、處理費用等。為除去懸浮的和溶解的污染物而采用的化學混凝-沉淀和活性炭吸附的兩級處理，就是比較典型的一種物理化學處理系統。處理過程是在廢水中投加石灰，快速混合后，進行絮凝沉淀，除去大部分懸浮的和膠體的物質，同時除去一部分磷酸鹽。沉淀后的出水，流過活性炭接觸床，經活性炭的吸附作用，除去溶解的污染物（如溶解的有機物）等?；钚蕴恳M行反沖洗和再生。沉淀池的沉渣經脫水、煅燒后，其中石灰可回收利用；煅燒產生的二氧化碳氣體可用作調整沉淀出水的pH。

2.3 建筑給排水節水技術

2.3.1 減少馬桶沖洗水量

目前，我國普遍采用的坐便器沖水量≥11 L，耗水量極大。若根據建設部的規定，全部使用沖水量≤9L的馬桶，則住宅可節水4%，賓館、飯店可節水3%，辦公樓可節水11%。而美國及歐洲一些國家已經普遍使用6L的馬桶，若我國能實現全部馬桶采用6L沖洗水，則住宅可節水14%，賓館、飯店可節水4%，辦公樓可節水27%。

2.3.2 廚房、沐浴、盥洗的節水

廚房的洗滌盆、沐浴水嘴和盥洗室的面盆龍頭若采用充氣水嘴，非但可節約用水，而且還不減小水柱的直徑。

2.3.3 真空節水技術

為了保證衛生潔具及下水道的沖洗效果，可將真空技術運用于排水工程，用空氣代替大部分水，依靠真空負壓產生的高速氣水混合物，快速將潔具內的污水、污物沖洗干凈，達到節約用水、排走污濁空氣的效果。一套完整的真空排水系統包括：帶真空閥和特制吸水裝置的潔具、密封管道、真空收集容器、真空泵、控制設備及管道等。真空泵在排水管道內產生40～50kPa的負壓，將污水抽吸到收集容器內，再由污水泵將收集的污水排到市政下水道。在各類建筑中采用真空技術，平均節水超過40%。若在辦公樓中使用，節水率可超過70%。

2.3.4 中水處理

在公寓、住宅和賓館中，排放大量的沐浴及盥洗水，應考慮將其經適當處理后供生活雜用及補充冷卻水，主要包括廁所沖洗、園林灌溉和道路保潔等。

3 隔層式中水系統原理、技術、應用

3.1 隔層式中水系統設計、原理

廢水回收利用系統適用于各種住宅樓、宿舍樓的非頂層住戶使用，可有效地節約水能源，社會效益和經濟效益均可觀，且本裝置結構簡單，制作安裝方便，安裝費用低，便于居民使用。

住宅、宿舍除頂層外，在其余層衛生間頂部設一個不銹鋼儲箱，上層生活中的洗臉盆、洗衣機、洗浴等廢水由自動清洗過濾器過濾、消毒、除味進入儲水箱備用(實驗證明每天洗手洗臉的廢水足夠沖馬桶用)由管道接至馬桶沖洗水箱，儲水箱設有溢流管、補水管，溢流管排至污水管道，補水管接自來水管，自來水管由浮球閥控制，保持儲水箱中有一定高度水位，當廢水缺水時可輕松切換到自來水補水管補水，不影響正常使用。

3.2 隔層式中水系統在建筑工程中的應用

馬桶是現代家庭生活中必不可少的潔具，在家庭生活中沖廁用水大約占到30%左右，再加上馬桶的配件非常容易老化，經常出現近水關不嚴，水位控制不住，自來水白白地從溢水口浪費了，水是生命之源全球水資源正在慢慢減少，用水價格正逐年提高，用自來水沖廁所太浪費了，能用生活中的洗臉盆、洗衣機、洗浴等廢水代替自來水沖廁，每戶一年能節省凈水幾十噸，也就意味著污水處理廠污水處理量相應減少，為此再現實生活中，部分家庭早已開始將洗滌廢水儲存到水桶里，然后用來沖洗廁所，但由于收集存儲廢水很麻煩，對沖洗也非常不方便。推行隔層式中水系統回收利用，使洗滌、洗衣、洗浴廢水通過實現廢水循環利用，達到廢水零排放，可以大大減少污染物排放量，減輕城市排水系統及污水處理系統的負荷，為保護城市及周邊環境提供有利的保障，創造無形的社會環境效益。

3.3 隔層式中水系統的計算與技術

3.3.1 沖廁所所需用水量

按照1人1d1次大便，5次小便，沖水一次消耗6L水，1人1d上廁所用水量為6L/次×6=36L/d。

3.3.2 洗臉產生的廢水水量

按照1人1d洗臉3次，每次洗臉消耗5L水,1人1天洗臉用水量為5L/次×3=15L/d。

3.3.3 洗衣服產生的廢水水量

按照1人1d洗一次衣服，洗衣服消耗20L水，1人1d洗衣服用水為20L/d。

3.3.4 洗澡產生的廢水水量

按照1人1d洗一次澡，洗澡消耗20 L水，1人1d洗澡用水量為：20L/d。

3.3.5 水量平衡分析

收集污水量為：洗臉廢水+洗衣廢水+洗澡廢水=15L+20L+20L=45L/d。

沖洗馬桶用水量為15L/d。

由此得出結論，將洗臉廢水、洗衣廢水、洗澡廢水收集起來就足以滿足沖洗廁所的用水量（若某1d沖洗馬桶的水量增加，則用水量由自來水管道補給）。不言而喻，沖洗馬桶的水量就可以節省下來。

3.4 自動清洗過濾消毒器

自清洗過濾器是一種利用濾網直接攔截水中的雜質，去除水體懸浮物、顆粒物，降低濁度，凈化水質，減少系統污垢、菌藻、銹蝕等產生；該過濾器主要由優質碳鋼筒體，不銹鋼楔型濾網，蝶閥和排污裝置所組成。當過濾器工作時，蝶閥處于開啟狀態，水流自入口進入過濾器，經過濾網過濾后到出口，水中污物雜質被濾網攔截。當過濾器需要排污時，關閉蝶閥。打開排污閥，水流經過濾前半程過濾，一部分水流直接流入系統，另一部分水流由濾網外側流入內側，經排污口排出。起到反向自動沖洗濾網和排除污物雜質的作用。整個反沖排污過程不用關閉系統，實現了在線排污（圖1）。

3.5 常用三種衛生間隔層式中水系統的設計（圖2、3、4）

3.6 隔層式中水系統節能效益

按照每人每天節省36L水（沖洗馬桶的水量）。

圖2 公寓衛生間給排水設計

圖3 整體式衛生間給排水設計

圖4 分離式衛生間給排水設計

按照我國城鎮人口為6.4億人計算。假設中國城鎮人口都住樓房，農村人口都住平房，則上面節水人口中只計算城鎮人口，由此節約水量為：36×6.4=230L/d。按照2.5元/m3計算，一年可節約的水費約為207億元人民幣。

3.7 隔層式中水系統與傳統衛生間洗浴給排水系統工程投資成本對比

采用改進隔層式中水系統，安裝費用每戶比傳統衛浴多投資約2 900元，改進為隔層式中水系統后每戶每天節水0.126m3，25年后即可以收回投資成本。

3.8 隔層式中水系統的發展前景

據有關資料表明：全國每年因缺水造成的經濟損失達到2 500億元，其中工業產值2 300億元，農業產值200億元；因水污染造成的經濟損失400多億元，其中人體健康損失為192.8億元，工業損失為137.8億元，農業損失96.2億元。更令人憂慮的是，這兩類經濟損失都呈上升趨勢。由此可見，實現住宅、宿舍樓中水回用功在當代，利在千秋！

4 結語

隨著市政自來水水價的不斷提高和相關政策法規的陸續出臺，使投資中水設施已具備了初步的經濟動力。因此，建設管理中水處理設施，將是房地產開發商及物業管理公司未來必須面對的一個課題，而經濟、有效、安全的處理并使用中水，使投資商在最大限度節水，滿足社會效益的同時，產生最大的經濟效益，將是政策制定及技術研究的重要內容。城市中水回用既是節水治污的一項有效的舉措，同時又是水資源可持續性發展的功能性朝陽產業。盡管中水回用的全面推廣還需要若干年的時間，但中水回用進入千家萬戶已是大勢所趨。