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鄭州大學宿舍節水系統設計
鄭州大學宿舍節水系統設計
鄭州大學宿舍節水系統設計
設計者：敖婷婷 劉楠楠 常坤 王曉剛 李建 趙世曉 劉旺波
指導教師:王素蘭
（鄭州大學 水利與環境學院 河南 鄭州 450001）
作品內容簡介
通過我們小組討論設計了一個學校宿舍簡易節水系統，即將洗漱用水經簡易處理裝置處理后，儲存于儲水箱中，用于下層的沖廁用水。儲水處理箱設于盥洗池下方。其簡易處理過程：在洗漱池的下水口處裝一個濾網，先將大一點的雜物濾在上面，在下水口下面接一個毛發收集器，其出水接至處理水箱進行處理。處理水箱中設過濾層，溢流口，污泥出口，反沖洗裝置，出水口接下層沖廁系統。我們根據統計計算所得的每層樓人數及洗漱用水量、沖廁用水量，并且考慮洗漱池下面的空間，設計了儲水水池大小。聯系人：敖婷婷，聯系電話：13939086951，郵箱：attamy@163.com。
1 研制背景及意義
1.1 研制背景
水是生命之源，沒有了水就幾乎等于沒有了生命。眾所周知，中國，以至全世界都處于缺水狀態中。水是生命的
搖籃，是地球的血液，為了生存下去，我們必須節約用水。
從全球來看，全球水儲量共約13.86億立方千米，其中包括海洋水在內的全部咸水儲量占總儲量的97.5%，約13.5億立方千米，而淡水儲量包括冰川與永久積雪，地下淡水，河流等水體，大氣中的水分和生物體中的水分等在salifelink.com內，只占水總儲量的2.5%，約0.35億立方千米，其中人類難以利用的如冰川和永久積雪，永凍地層中的水就占淡水總儲量的69.5%，地下淡水量占淡水總儲量的30.1%，人類能夠開發利用的地下水只占其極少的一部分。可見，全球水資源面臨
嚴重短缺，而可供人類利用的水資源，更是微乎其微。
20世紀世界人口增加了近3倍，淡水消耗量增加了約6倍，目前世界上的人口約有1/3還處于極度缺水狀態，水資源問題將成為21世紀全球資源環境的首要問題，水危機正是全人類面臨的重大環境問題。世界經濟論壇達沃斯論壇年會所發表的新報告指出，全球將在20年內陷入“水資源破產”(Water Bankruptcy)的困境。這除了將加劇水源爭奪戰，
還會導致谷物收成大大降低，真正危及生存問題。
中國水資源短缺、淡水資源總量約每年26200億立方米，人均占有量為每年2392立方米，為世界人均占有量的四分之一，名列第110位。我國也被聯合國列為13個水資源貧乏的國家之一。由于各地區處于不同的水文帶及受季風氣候影響，水資源與土地、礦產資源分布和工業用水結構不相適應。水污染嚴重，水質型缺水更加劇了水資源的短缺。隨著國民經濟的發展和城市生活水平的提高，很多地區特別在北方和某些沿海城市發生水資源短缺和污染問題。水資源
的本身不足和水源的污染已成為我國國民經濟發展的一個制約因素。
實行水資源的統一規劃與管理，把用水問題，特別是將節水工作納入社會經濟發展規劃，建立與健全相應的規章制度，認真貫徹開源節流并重方針，加強節水的科學管理，全面開展節水工作，通過多種途徑開辟水源，加強污廢水處
理，搞好污廢水回用，保護生態環境。
節約用水是指通過行政、技術、經濟等手段加強用水管理，調整用水結構，改進用水工藝，實行計劃用水，杜絕用水浪費，運用先進的科學技術建立科學地用水體系，有效地使用水資源，保護水資源，適應城市經濟和城市建設持續發展的需要。節約用水、高效用水是緩解水資源供需矛盾的根本途徑。節約用水的核心就是提高用水效率和效益。節水
是以減少短期和長期用水量為目標的。
重復利用污、廢水已成為替代水源的一個重要途徑。目前，國外有不少城市把處理過的城市污水和廢水回用到各個方面，已成為替代水源的一個重要途徑。城市污水經二級或三級處理凈化后進行回收利用，例如用于沖廁所、澆灌綠化帶，作為工業和商業設施的冷卻水，也可作為人工補給地下水的水源。從一些國家的家庭用水調查來看，洗衣、沖洗廁所、洗澡等用水占家庭用水的80%左右。改進衛生設施，采用節水型家用設備是城市節約用水的重點。節水產品的使
用是非常有效的節水措施，既節約了用水又減少了用水費用的開支。
目前國內主要節水措施有：①水表安裝與計量。②采用節水型器具，包括節水型水嘴、節水型便器、節水型便器系統、節水型便器沖洗閥、節水型淋浴器、節水型洗衣機等。③城市節水灌溉。隨著人民生活水平的提高，城市綠化面積不斷增加，城市灌溉用水量逐年增長。目前我國著重推廣噴灌、微噴灌和滴灌等新技術，比原來的地面灌節水30%～50%，同時節省了大量勞力。④城市污水回用技術（中水技術）。通過污水回用，可以在現有供水量不變的情況下，使城鎮的可用水量增加50％以上。國內外的實踐經驗表明，城市污水的再生利用是開源節流、減輕水體污染、改善生態環境、解決城市缺水的有效途徑之一，不僅技術可行，而且經濟合理。⑤減少管網的漏損率。供水管網的漏損是城市供水過程中水損失的一個重要方面，由于城市管網老舊，漏損嚴重，既會造成水的損失，同時有可能會對地質環境造成安全事故。⑥利用價格杠桿，調整水價，促進節水工作。根據《城市供水價格管理辦法》和有關規定，合理調整城市供水價格，在滿足居民的基本用水要求的前提下超定額用水實行累進加價，鼓勵居民選用節水器具、廢水再利用的自覺性。
1.2研制意義
據統計,我國已有近80 %的城市缺水,北方尤嚴重。在人類各種活動總的用水量當中,室內用水約占總用水量的30 % ,也就是說,有相當多的水量是在建筑內部消耗的。由此可見,改造室內給排水工程體系,開發樓房生活用水的重復利用,
可以節約一部分用水量。
我國大中專院校近些年來在不斷擴招，現在我國在校學生數量正逐年劇增，這一龐大群體的用水量也不是一個小數目。高等學校中的需水用戶很多，包括學生宿舍樓、教學樓、實驗室、圖書館等，其中，學生宿舍樓的用水量占學校總用水量的60%一70%，是學校的用水第一大戶。現今，大多數大中專院校學生宿舍樓中學生日常生活，諸如洗漱、清潔以及沖廁均直接來源于自來水，而后直接排入下水道。這其中沖廁用水便要占生活用水中不小的一部分，因此，考慮到提高用水效率，可將學生洗漱、清潔用水經過簡單處理之后用作沖廁水的來源，進而可以從中節約很大一部分清潔
的自來水。
由于高等學校水費的承擔者不是用戶本人，因此，用戶的節水意識較差，水資源的浪費現象較為嚴重。在水質要求不高的方面使用中水代替自來水，一方面可以節約自來水消耗，另一方面可以減少污廢水的排放。建筑的自來水水價相對較高，且經濟規模較低，使用中水對于用水管理者有明顯的經濟效益;經處理后的污水回用于高等學校，不但減少了
污水的掃澈量，而且減輕了受納水體的污染，同時也減少了治理環境污染的投資，社會環境效益顯著。
2 設計方案
針對高校宿舍用水量大，可節約性強這一現象，我們小組討論設計了一個宿舍簡易中水回用系統——在宿舍內將
洗漱用水經簡易處理后用于沖廁。
現以鄭州大學為例，將我們的設計項目介紹如下。
2.1 水量及容量計算
2.1.1 水量計算
鄭州大學新校區占地4845畝，共有在校生約5萬人，共有宿舍52棟。根據建筑給水排水設計規范，取人均宿舍用水量為60（L/人/d），沖廁用水約占其30%-40%，取20(L/人/d),洗漱用水取40（L/人/d）。洗漱用水完全可以滿足
沖廁用水的需求，此方案在水量均衡方面具有可行性。
經計算可知，鄭大新區每天學生宿舍的總洗漱用水量為40*50000=2噸，沖廁用水量為1噸，每天將洗漱用水用于沖廁將節約1噸的水。一年將可節約360多噸的水。（剩余的洗漱用水可將其利用至其他方面，鑒于本文討論所限，
在此不再說明）
表1 不同條件下宿舍樓用水量及增長率
2.1.2 水箱容量計算
以第二生活園期宿舍的一層為例，每層約有人數200人，每層共設有3個公共盥洗室，每天洗漱用水量為
200*40=8m3，每個盥洗室需設水箱的容積為8/3≈3m3。經考察，水箱完全可放置到公共盥洗室內。為預防短期洗漱用
水量增加的情況，我們取條件允許的水箱容積的最大值。
2.2 設計流程
2.2.1 設計流程圖
自來水
（反沖）（補給） 沖廁
（主要流向）
生活污水 地漏過濾 毛發收集器 儲水處理箱
下水道
（污物及多余水量流向）
圖2-1 系統設計的基本流程圖
洗漱用水水質特點：有機物濃度低，懸浮物濃度高，皂液的含量高。
洗漱污水中經常含有較大的食物顆粒，塑料袋，茶渣等，在地漏處設計過濾網，將這些較大的顆粒去除，方便后續的處理。經過過濾網后，水中存在的毛發等物，通過毛發收集器進行收集處理。經過以上兩道工序的處理，水中基本不存在較大的顆粒懸浮物，有機物量也大為減少，剩余的多為皂液，懸浮物的濃度高，故認為僅采用儲水處理箱中簡單的過濾處理，即可達到沖廁用水的標準。自儲水箱流出后，經管道進入下層的廁所，作為沖廁用水使用。裝置設有反
沖洗系統，洗后污水排入下水管道。若水量過多，沖廁用不完，設有溢流管，將水排入下水管道。
2.2.2 儲水處理箱設置
水箱設置位置如圖2-2所示
支撐隔墻 水箱
圖2-2
水箱位置示意圖如圖2-3
圖2-3
由于盥洗池下有起支撐作用的隔墻，我們設計在靠近下水口處的一格設處理水箱，另幾格做儲水箱，將底部隔墻
打通讓水流過。
處理水箱設置方式如圖2-4
圖2-4
水箱設在上面樓層盥洗槽的下方，考慮到長時間運行可能產生異味，故采用密封的水箱。即可在下方加砌水泥墻，
做成集水池。
毛發處理器設置在盥洗槽下水口下，在儲水箱外側，便于定期的清理，其出水口通過管道與水箱相連。
經處理的水由出水口進入下層沖廁系統用于沖廁，這種將儲水與用水分層設置的方式保證了沖廁時所需的水壓。 設溢流管接入下層水箱，及由自來水管道接入的反沖洗管道，若濾料層被污泥附著而堵塞則采用反沖洗系統，產
生的污泥經排污管排入下水管道。
2.2.3 管道布置方案
樓層間管道布置示意圖：
圖2-5
我們的設計將上層水箱的溢流管接到下層水箱上，用以將上層過多的污水導入下層水箱處理后再用，依次循環，直到最底層溢流管接到下水管道。上層下來的溢流接入口比此層的溢流出口稍低，以防水還未處理就直接流走。這
樣充分利用了整棟樓的污水，又減少了某一層缺處理原水的概率，提高了污水利用率。
2.2.4 儲水處理箱設計
處理水箱內部構造圖如下：
圖2-6
①過濾層
過濾層稍微斜置，以便反沖洗時污水易于流走。濾料采用粒徑為0.5-1.0mm的石英砂，濾料下面放一層礫石起承托作用，上面也放一層礫石分散水的沖力。總濾料層為10cm，距盥洗池底15cm。濾料層上下用鐵絲網固定，以防濾料
膨脹。
②反沖洗裝置
采用漸縮管蓮蓬式噴頭，對于較大面積的過濾層具有較好的反沖洗處理效果，且用漸縮管有一定沖擊力，有利于沖洗。需要反沖洗時，打開此管的閥門，進行反沖洗濾料層，再打開排污管閥門排出污泥，設計為一星期反沖洗一次。
③自來水補給裝置
我們的設計用反沖洗管道也作為自來水補給管道，需要自來水補給時，打開此管閥門，而不開排污管閥門。
④溢流管
我們設計將各樓層水箱的溢流管兩兩相連，故只在最底層設總溢流管出水口即可。該管道的存在，使只有在各層
水箱都達到蓄滿狀態時才會產生溢流，增大了污水的利用率。
⑤排污管
此管道在開啟反沖洗系統后打開閥門，它距濾料層很近，以便沖洗后污水流出。
⑥儲水箱
由于盥洗池下支撐隔墻的存在，儲水箱設在處理水箱旁邊的另幾格，這樣還可節省濾料層面積，增大儲水容積。
3 設計運行效果分析
整個設計流程及管路布置都比較簡單，可行性較好。有效的實現了房屋內部水的重復利用，節約了大半宿舍用水。設備所需的材料來源廣，而且價格比較便宜。所用反沖洗系統能較為有效的對濾料進行反沖洗，減少了人工清理的麻煩。反沖洗管與自來水補給管用一個管道，使整個裝置更簡便。再一點整棟樓的上層水箱溢流口連接到下層水箱，能
更好的滿足各樓層的用水需要，使污水利用率提高。
由于我們設計小組人員能力有限，及考慮此設計的具體操作情況，一些步驟的設計存在缺陷，希望以后改進。對于反沖洗系統和補水系統只能采用手動清理，不能實現自身的自動清理，反沖洗還要定期進行，比較麻煩。另外儲水
箱密閉，對于內部裝置的維修也會帶來一定的麻煩。
4 創新點及應用
4.1 創新點
較之前的各種宿舍用水回用系統的設計，本設計具有以下創新點：
首先，漸縮蓮蓬式噴頭反沖洗裝置的設置，使反沖洗的效果極大的提升。其次，反沖洗管與自來水補給管用一個管道，節省材料，使裝置更簡便。再次，樓層間水箱溢流管兩兩連接，只在最低層設置總的溢流管，保證了只有在全部儲水箱均蓄滿的狀態下才會溢流，極大程度的較少了由于各層不同時段用水量不同，造成的有的樓層缺水有的樓層水卻
大量溢流走所帶來的浪費，較以往的各層均設溢流管的設計，提高了總的污水回用率。
4.2 應用
該設計可以實用于各大高校的宿舍洗漱水回用。若用水量允許還可用于教學樓，辦公樓，實驗樓等。
5 結束語
由于時間與我們課題小組成員水平有限，該系統設計也會存在不少容易被忽略的細節問題，這些問題還有待各位專家在審閱過程中發現并指出。我們期望我們的這個設計能夠在實際生活中運行，發現并解決實際應用中的問題后，推廣到全國各高校，這樣帶來的節水效益將是有所期待的。我們也堅信該系統自動智能化的實現在不遠的將來是完全可以解決的。考慮到個高校學生宿舍樓中用水系統的不同，該系統設計應根據實際情況做出相應修改，但其基本內容不會有太大改變。我們也更希望高校能采用整體的中水回用系統，這樣能節約更多的水。另外，我們還要做好宣傳及帶頭作用，號召大家從生活的點點滴滴節約用水。我國節水工程要不斷進行，不斷發現新思路，提高全民節水素質也將在我國節水
工程中發揮其巨大作用。
在此次設計過程中，我們另一個大的收獲就是，我們小組的成員都發揮了各自的設計才能，大家一起討論設計出了這個節水系統，體現出了很好的合作精神，共同為一個目標而奮斗。我們的指導老師給我們做了重點指導，在此表示
誠摯的謝意！感謝大家的合作！
參考文獻
[1] 韓劍宏主編.中水回用技術及工程實例.北京：化學工業出版社,2004.10
[2] 上海市建設和管理委員會.建筑給排水設計規范.北京：中國計劃出版社，2003
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