隔层式中水系统装置及应用

■ 张学武 Zhang Xuewu 岳维玉 Yue Weiyu王学娟 Wang Juan

0 前言

随着社会的快速发展，人口的增加，人类每年的用水量和污、废水的排放量在不断增加，水资源的短缺正成为城市发展的一大障碍。全国约有三分之二的城市常年处于供水不足的状态，其中严重缺水的城市达110个，缺水问题严重制约了经济的发展。充分利用卫生间洗浴废水是解决水资源不足的途径之一。隔层式（上行下给）中水利用系统即是节水设备中的一种。它适用于各种住宅楼、宿舍楼的非顶层住户使用，可有效地节约水资源，社会效益和经济效益可观。且本装置结构简单，制作安装方便，安装费用低，便于居民使用。

1 中国水资源现状

中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28 000亿m3，约占全球水资源的6%，人均淡水资源仅为世界人均量的1/4，居世界第109位。中国已被列入全世界人均水资源13个贫水国家之一。而且分布不均，大量淡水资源集中在南方，北方淡水资源只有南方水资源的1/4。据统计，全国600多个城市中有一半以上城市不同程度缺水，沿海城市也不例外，甚至更为严重。目前我国城市供水以地表水或地下水为主，或者两种水源混合使用。有些城市因地下水过度开采，造成地下水位下降；有的城市形成了几百平方公里的大漏斗，使海水倒灌数十公里。由于工业废水的肆意排放，导致80%以上的地表水、地下水被污染。

目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对中国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。

2 我国水处理现状及发展趋势

2.1 水处理技术在污水处理中的意义及其前景

水处理在国民生产和生活中占有非常重要地位,有无水处理、水处理技术的先进与否,是一个国家生产、生活水平高低和文明程度的重要标志之一,而水处理服务在中国还是一个新型行业。随着国家建设步伐的不断加快,水处理服务会遍及各个行业,覆盖面相当广泛,如石油、电力、化工、核工业、煤炭、冶金、水泥、造纸、卷烟、制药、啤酒、邮电、民航、铁路、银行、酒店、宾馆、商场、家庭、机关、学校、城镇等,市场潜力巨大,有人类生存的地方就涉及到水处理服务,水处理服务是一个永恒的市场。水处理服务走专业道路将成为必然。

2.2 中水处理技术

中水回用的处理技术按其机理可分为物理化学法、生物化学法和物化生化组合法等。通常回用技术需多种污水处理技术的合理组合，即各种水处理方法结合起来深度处理污水，这是因为单一的某种水处理方法一般很难达到回用水水质的要求。

发展到目前，中水回用的工艺流程有：生物化学法和物理化学法。

生物化学法（简称生化法）利用自然界存生的各种细菌微生物，将废水中有机物分解转化成无害物质，使废水得以净化。

物理化学法是运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。通常是指由物理方法和化学方法组成的废水处理系统，或指包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、电解、电渗析、离子交换、反渗透等。 1935年W.鲁道夫和E.H.特鲁尼克开始试验用物理化学处理系统处理污水。随着工业的发展，工业废水水质日趋复杂，废水中许多污染物，如重金属离子，用通常的生物处理法难以去除；许多复杂的有机物、生物难以降解；对有毒的污染物其浓度超过微生物的耐受限度时，生物处理法又不适用。为了保护环境和合理利用水资源，废水排放标准越来越严格，对废水回用率的要求越来越高。因此，70年代以来，物理化学处理法得到广泛重视和迅速发展。

物理化学处理既可以是独立的处理系统，也可以是生物处理的后续处理措施。其工艺的选择取决于废水水质、排放或回收利用的水质要求、处理费用等。为除去悬浮的和溶解的污染物而采用的化学混凝-沉淀和活性炭吸附的两级处理，就是比较典型的一种物理化学处理系统。处理过程是在废水中投加石灰，快速混合后，进行絮凝沉淀，除去大部分悬浮的和胶体的物质，同时除去一部分磷酸盐。沉淀后的出水，流过活性炭接触床，经活性炭的吸附作用，除去溶解的污染物（如溶解的有机物）等。活性炭要进行反冲洗和再生。沉淀池的沉渣经脱水、煅烧后，其中石灰可回收利用；煅烧产生的二氧化碳气体可用作调整沉淀出水的pH。

2.3 建筑给排水节水技术

2.3.1 减少马桶冲洗水量

目前，我国普遍采用的坐便器冲水量≥11 L，耗水量极大。若根据建设部的规定，全部使用冲水量≤9L的马桶，则住宅可节水4%，宾馆、饭店可节水3%，办公楼可节水11%。而美国及欧洲一些国家已经普遍使用6L的马桶，若我国能实现全部马桶采用6L冲洗水，则住宅可节水14%，宾馆、饭店可节水4%，办公楼可节水27%。

2.3.2 厨房、沐浴、盥洗的节水

厨房的洗涤盆、沐浴水嘴和盥洗室的面盆龙头若采用充气水嘴，非但可节约用水，而且还不减小水柱的直径。

2.3.3 真空节水技术

为了保证卫生洁具及下水道的冲洗效果，可将真空技术运用于排水工程，用空气代替大部分水，依靠真空负压产生的高速气水混合物，快速将洁具内的污水、污物冲洗干净，达到节约用水、排走污浊空气的效果。一套完整的真空排水系统包括：带真空阀和特制吸水装置的洁具、密封管道、真空收集容器、真空泵、控制设备及管道等。真空泵在排水管道内产生40～50kPa的负压，将污水抽吸到收集容器内，再由污水泵将收集的污水排到市政下水道。在各类建筑中采用真空技术，平均节水超过40%。若在办公楼中使用，节水率可超过70%。

2.3.4 中水处理

在公寓、住宅和宾馆中，排放大量的沐浴及盥洗水，应考虑将其经适当处理后供生活杂用及补充冷却水，主要包括厕所冲洗、园林灌溉和道路保洁等。

3 隔层式中水系统原理、技术、应用

3.1 隔层式中水系统设计、原理

废水回收利用系统适用于各种住宅楼、宿舍楼的非顶层住户使用，可有效地节约水能源，社会效益和经济效益均可观，且本装置结构简单，制作安装方便，安装费用低，便于居民使用。

住宅、宿舍除顶层外，在其余层卫生间顶部设一个不锈钢储箱，上层生活中的洗脸盆、洗衣机、洗浴等废水由自动清洗过滤器过滤、消毒、除味进入储水箱备用(实验证明每天洗手洗脸的废水足够冲马桶用)由管道接至马桶冲洗水箱，储水箱设有溢流管、补水管，溢流管排至污水管道，补水管接自来水管，自来水管由浮球阀控制，保持储水箱中有一定高度水位，当废水缺水时可轻松切换到自来水补水管补水，不影响正常使用。

3.2 隔层式中水系统在建筑工程中的应用

马桶是现代家庭生活中必不可少的洁具，在家庭生活中冲厕用水大约占到30%左右，再加上马桶的配件非常容易老化，经常出现近水关不严，水位控制不住，自来水白白地从溢水口浪费了，水是生命之源全球水资源正在慢慢减少，用水价格正逐年提高，用自来水冲厕所太浪费了，能用生活中的洗脸盆、洗衣机、洗浴等废水代替自来水冲厕，每户一年能节省净水几十吨，也就意味着污水处理厂污水处理量相应减少，为此再现实生活中，部分家庭早已开始将洗涤废水储存到水桶里，然后用来冲洗厕所，但由于收集存储废水很麻烦，对冲洗也非常不方便。推行隔层式中水系统回收利用，使洗涤、洗衣、洗浴废水通过实现废水循环利用，达到废水零排放，可以大大减少污染物排放量，减轻城市排水系统及污水处理系统的负荷，为保护城市及周边环境提供有利的保障，创造无形的社会环境效益。

3.3 隔层式中水系统的计算与技术

3.3.1 冲厕所所需用水量

按照1人1d1次大便，5次小便，冲水一次消耗6L水，1人1d上厕所用水量为6L/次×6=36L/d。

3.3.2 洗脸产生的废水水量

按照1人1d洗脸3次，每次洗脸消耗5L水,1人1天洗脸用水量为5L/次×3=15L/d。

3.3.3 洗衣服产生的废水水量

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

3.3.4 洗澡产生的废水水量

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

3.3.5 水量平衡分析

收集污水量为：洗脸废水+洗衣废水+洗澡废水=15L+20L+20L=45L/d。

冲洗马桶用水量为15L/d。

由此得出结论，将洗脸废水、洗衣废水、洗澡废水收集起来就足以满足冲洗厕所的用水量（若某1d冲洗马桶的水量增加，则用水量由自来水管道补给）。不言而喻，冲洗马桶的水量就可以节省下来。

3.4 自动清洗过滤消毒器

自清洗过滤器是一种利用滤网直接拦截水中的杂质，去除水体悬浮物、颗粒物，降低浊度，净化水质，减少系统污垢、菌藻、锈蚀等产生；该过滤器主要由优质碳钢筒体，不锈钢楔型滤网，蝶阀和排污装置所组成。当过滤器工作时，蝶阀处于开启状态，水流自入口进入过滤器，经过滤网过滤后到出口，水中污物杂质被滤网拦截。当过滤器需要排污时，关闭蝶阀。打开排污阀，水流经过滤前半程过滤，一部分水流直接流入系统，另一部分水流由滤网外侧流入内侧，经排污口排出。起到反向自动冲洗滤网和排除污物杂质的作用。整个反冲排污过程不用关闭系统，实现了在线排污（图1）。

3.5 常用三种卫生间隔层式中水系统的设计（图2、3、4）

3.6 隔层式中水系统节能效益

按照每人每天节省36L水（冲洗马桶的水量）。

图2 公寓卫生间给排水设计

图3 整体式卫生间给排水设计

图4 分离式卫生间给排水设计

按照我国城镇人口为6.4亿人计算。假设中国城镇人口都住楼房，农村人口都住平房，则上面节水人口中只计算城镇人口，由此节约水量为：36×6.4=230L/d。按照2.5元/m3计算，一年可节约的水费约为207亿元人民币。

3.7 隔层式中水系统与传统卫生间洗浴给排水系统工程投资成本对比

采用改进隔层式中水系统，安装费用每户比传统卫浴多投资约2 900元，改进为隔层式中水系统后每户每天节水0.126m3，25年后即可以收回投资成本。

3.8 隔层式中水系统的发展前景

据有关资料表明：全国每年因缺水造成的经济损失达到2 500亿元，其中工业产值2 300亿元，农业产值200亿元；因水污染造成的经济损失400多亿元，其中人体健康损失为192.8亿元，工业损失为137.8亿元，农业损失96.2亿元。更令人忧虑的是，这两类经济损失都呈上升趋势。由此可见，实现住宅、宿舍楼中水回用功在当代，利在千秋！

4 结语

随着市政自来水水价的不断提高和相关政策法规的陆续出台，使投资中水设施已具备了初步的经济动力。因此，建设管理中水处理设施，将是房地产开发商及物业管理公司未来必须面对的一个课题，而经济、有效、安全的处理并使用中水，使投资商在最大限度节水，满足社会效益的同时，产生最大的经济效益，将是政策制定及技术研究的重要内容。城市中水回用既是节水治污的一项有效的举措，同时又是水资源可持续性发展的功能性朝阳产业。尽管中水回用的全面推广还需要若干年的时间，但中水回用进入千家万户已是大势所趋。