王 冰

(太原理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山西 太原 030024)

水是人類(lèi)生存過(guò)程中一種基礎(chǔ)的自然資源和重要的戰(zhàn)略資源，也是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中不可缺少的控制性要素。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源布局已經(jīng)逐步與之不相適應(yīng)，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)水資源的節(jié)約、保護(hù)和管理工作，才能更好地發(fā)揮水資源在可持續(xù)發(fā)展中的基礎(chǔ)作用。

《2019年中國(guó)水資源公報(bào)》顯示：2019年全國(guó)水資源總量29041.0億m3，北方六區(qū)5610.8億m3，南方四區(qū)23430.2億m3，而山西省作為缺水大省，水資源總量為97.3億m3，位居全國(guó)倒數(shù)第二?！?019年山西省水資源公報(bào)》公布：全省2019年總用水量75.7億m3，其中居民生活用水量11.3億m3，占總用水量的14.9%，而城鎮(zhèn)居民生活用水又占生活用水的69.0%。因此，降低城鎮(zhèn)居民家庭用水量對(duì)于節(jié)約水資源、推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)的建設(shè)具有重要意義[1]。

1 家庭節(jié)水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1.1 節(jié)水系統(tǒng)的研究

家庭日常用水主要集中于廚房、衛(wèi)生間，用水過(guò)程主要包括烹飪、洗衣、洗浴、沖廁等，其中衛(wèi)生間的用水量在家庭用水中所占的比例最高，占到了家庭用水量的70%左右，廚房用水量的消耗主要是用于清洗餐具和蔬果[2]。為了高效地節(jié)約家庭用水總量，需提高家庭用水的重復(fù)利用率，從廚房和衛(wèi)生間進(jìn)行節(jié)水設(shè)計(jì)。

1.2 節(jié)水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.2.1 廚房節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廚房節(jié)水系統(tǒng)的裝置主要是對(duì)廚房清洗蔬果和餐具所產(chǎn)生的廢水的回收，通過(guò)一個(gè)可拆卸的過(guò)濾裝置(過(guò)濾裝置主要是由濾網(wǎng)層、水油分離裝置、抽屜過(guò)濾層和排污口組成，用來(lái)過(guò)濾廢水中的大顆粒物質(zhì)和油污，防止管道堵塞)，再通過(guò)各級(jí)管道連接，將過(guò)濾后的廢水儲(chǔ)存于小型水箱里面，小型水箱可以外接一個(gè)水龍頭，這部分過(guò)濾后的廢水可以直接作為廚房的日常清潔用水，還可以作為家庭中的澆花用水。廚房節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 廚房節(jié)水系統(tǒng)

1.2.2 衛(wèi)生間節(jié)水系統(tǒng)組成

衛(wèi)生間的節(jié)水回收系統(tǒng)主要分為3個(gè)部分：洗衣機(jī)節(jié)水系統(tǒng)、淋浴節(jié)水系統(tǒng)、淋浴水收集系統(tǒng)。

a.洗衣機(jī)節(jié)水系統(tǒng)的主要組成有過(guò)濾設(shè)備、小型管道泵、組合水箱和儲(chǔ)水設(shè)備。洗衣的耗水量占衛(wèi)生間用水量的比例非常大，由于洗過(guò)衣服的水是輕污染用水，可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)易的過(guò)濾裝置將洗衣服產(chǎn)生的污水通過(guò)管路儲(chǔ)存在一個(gè)儲(chǔ)水水箱中，用于馬桶的日常沖水，還可以把洗衣機(jī)產(chǎn)生的一次廢水和二次廢水分別利用起來(lái)，一次廢水污染程度較高，可以直接用于沖馬桶，二次廢水的污染程度較低，可以用于清洗拖布和衛(wèi)生間日常清潔，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 洗衣機(jī)節(jié)水系統(tǒng)

對(duì)于面積較小的衛(wèi)生間，可以把兩個(gè)儲(chǔ)水水箱合并，通過(guò)兩個(gè)管路分別連接，起到一箱多用的效果。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 組合水箱示意圖

b.淋浴節(jié)水系統(tǒng)主要由插入式溫度傳感器、單片機(jī)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置、電磁閥、小型潛水泵、管道泵和管路系統(tǒng)連接組成。在每次淋浴頭流出熱水之前，淋浴頭會(huì)排出原來(lái)管道里面未被利用的涼水，很多家庭會(huì)直接排放這一部分水量，導(dǎo)致了水資源的浪費(fèi)，所以需要設(shè)置一個(gè)感應(yīng)系統(tǒng)在管路之中，在淋浴水流出來(lái)之前，插入式溫度檢測(cè)裝置對(duì)管路流出的水溫度進(jìn)行檢測(cè)，并與預(yù)先設(shè)定的水流溫度進(jìn)行比較，溫度傳感器發(fā)送信號(hào)到單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)裝置，控制電磁閥，兩個(gè)電磁閥分別連接不同管路，控制水流流向，達(dá)到余水收集的目的，但由于水流支管位置較低，水流不會(huì)自動(dòng)流入水箱，所以需要一個(gè)小型潛水泵，將支管中的不適宜洗浴的水流抽回水箱供居民下次淋浴使用，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 淋浴節(jié)水系統(tǒng)

c.淋浴水量回收系統(tǒng)主要是由擋水條、過(guò)濾系統(tǒng)、小型潛水泵、儲(chǔ)水水箱和一些管路連接而成的，由于這部分水經(jīng)過(guò)居民淋浴使用后，水質(zhì)較差，所以不適宜日常清潔，在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理后便可以直接連接沖水馬桶，供日常沖廁使用?？梢栽诩彝ハ丛〉牡胤桨惭b一個(gè)擋水條，在擋水條上面安裝一個(gè)排水管，周?chē)猛该鞣浪z密封，防止在收集淋浴水時(shí)發(fā)生滲漏，并且在水管內(nèi)部安裝一個(gè)可拆卸的圓形擋板，用于阻擋頭發(fā)，防止因?yàn)橄丛r(shí)掉落的頭發(fā)堵塞水管，后外接一個(gè)微型過(guò)濾器和小型水泵，使過(guò)濾后的水直接流向儲(chǔ)水水箱，用于沖廁用水。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 淋浴水收集系統(tǒng)

2 家庭節(jié)水系統(tǒng)分析

2.1 節(jié)水量分析

整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)水量不是持續(xù)穩(wěn)定的，是根據(jù)家庭每日用水量的變化而發(fā)生變化。假設(shè)一個(gè)家庭廚房的日用水量為60L，因廚房所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是回收利用廢水，廚房的日用水量并沒(méi)有減少，而是讓過(guò)濾后的廢水產(chǎn)生二次利用的價(jià)值，過(guò)濾后可以使用的水量大約為40%～50%，即每日可以回收利用的水資源量為24～30L。

假設(shè)洗衣機(jī)每次洗衣服耗水50L，由于這部分廢水的回收用途是用于沖廁，其回收效率可以達(dá)到50%～60%，即最少可以回收利用25～30L廢水。

淋浴系統(tǒng)所節(jié)約的水量，家庭成員按3人計(jì)算，每人每次淋浴需要50L水，每日淋浴總計(jì)1人次，如果使淋浴前的那部分余水流回到水箱中，大約每次回收的水量為3L。居民淋浴用水的回收用途是沖廁，在經(jīng)過(guò)處理后，回收效率也可以達(dá)到50%～55%，可節(jié)水25～27.5L。

2.2 成本分析

廚房的節(jié)水系統(tǒng)為了處理廚房產(chǎn)生的油污廢水需安裝過(guò)濾油污裝置。過(guò)濾油污的裝置市場(chǎng)價(jià)格約80元，普通50L儲(chǔ)水水箱市場(chǎng)價(jià)格為24元左右，小型家用水泵(揚(yáng)程為2.2m)的價(jià)格為34元，4分水龍頭的價(jià)格為6～7元，4分水管價(jià)格為15元，所以廚房節(jié)水系統(tǒng)的總成本大約為160元。

洗衣所產(chǎn)生的廢水由于每次清洗衣物的不同產(chǎn)生的水質(zhì)不同，所以可以使用組合水箱，把不同水質(zhì)的水分別供給，一個(gè)小型水泵的價(jià)格為34元，水龍頭的價(jià)格為6～7元，由于洗衣機(jī)不會(huì)產(chǎn)生太多的油污，所以只需要一個(gè)簡(jiǎn)易的過(guò)濾棒接入排水管，價(jià)格大致為58元，100L的組合水箱的價(jià)格為100元，外加一個(gè)4分的閥門(mén)和水龍頭，價(jià)格為25元，故洗衣機(jī)廢水收集系統(tǒng)成本為225元。

淋浴余水收集系統(tǒng)主要是由溫度傳感器(由一個(gè)三轉(zhuǎn)接頭連接溫度傳感器)、單片機(jī)系統(tǒng)、電磁閥、潛水泵和管道泵等組成，在通過(guò)把未被使用的余水進(jìn)行溫度檢測(cè)后，再通過(guò)小型水泵使余水流回水箱。插入式溫度傳感器的價(jià)格為50元，單片機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格為35～40元，4分12V的電磁閥的價(jià)格為50元，管道泵的價(jià)格為45元，揚(yáng)程為2.2m的潛水泵的價(jià)格為34元，電容式觸摸屏定制的價(jià)格大約為150元，所以淋浴余水節(jié)水系統(tǒng)的總體成本為450元。

淋浴后的廢水收集系統(tǒng)需要設(shè)置干濕分離區(qū)，對(duì)淋浴后的廢水進(jìn)行收集利用，首先需要擋水條把使用過(guò)的水進(jìn)行收集，起到一個(gè)微型蓄水池的作用，長(zhǎng)度為1.2m的擋水條價(jià)格為37.6元，然后需要在擋水條的側(cè)面打通一個(gè)直徑為12.7mm的圓孔，用于穿過(guò)4分的水管，在穿過(guò)水管后使用透明防水膠密封，防止漏水，還需要過(guò)濾裝置處理淋浴產(chǎn)生的廢水，后通過(guò)小型水泵流入水箱，水箱可以直接使用洗衣機(jī)所使用的組合水箱，由于水質(zhì)較差，直接排入接通沖水馬桶的一個(gè)水箱，直接用于沖廁用水，所以這部分系統(tǒng)的成本為150元。

通過(guò)對(duì)以上節(jié)水系統(tǒng)中幾個(gè)部分的成本分析，整套家庭節(jié)水系統(tǒng)的成本在1000元左右。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的家庭節(jié)水系統(tǒng)使廚房和衛(wèi)生間的水資源利用率達(dá)到最高，既防止大量水資源的浪費(fèi)，也減輕了居民家庭每月水費(fèi)的支出，具有簡(jiǎn)單實(shí)用、成本低、見(jiàn)效快等特點(diǎn)，可根據(jù)家庭需求自由組合選擇。

如果該節(jié)水系統(tǒng)能在城鎮(zhèn)家庭中廣泛使用，可很大程度可實(shí)現(xiàn)家庭水資源的充分利用，提高家庭用水的重復(fù)利用率，達(dá)到真正意義上的節(jié)約水資源的目的，這對(duì)水資源較為缺乏的北方地區(qū)來(lái)說(shuō)具有較大的意義。在水資源緊缺的今天，只有真正地做到全民節(jié)水，才能實(shí)現(xiàn)水資源的保護(hù)和高效利用。