城镇家庭节水系统的研究与探讨

王 冰

(太原理工大学土木工程学院，山西 太原 030024)

水是人类生存过程中一种基础的自然资源和重要的战略资源，也是整个生态系统中不可缺少的控制性要素。近年来，随着经济的快速发展，水资源布局已经逐步与之不相适应，成为经济社会可持续发展的重要制约因素。因此，进一步加强水资源的节约、保护和管理工作，才能更好地发挥水资源在可持续发展中的基础作用。

《2019年中国水资源公报》显示：2019年全国水资源总量29041.0亿m3，北方六区5610.8亿m3，南方四区23430.2亿m3，而山西省作为缺水大省，水资源总量为97.3亿m3，位居全国倒数第二。《2019年山西省水资源公报》公布：全省2019年总用水量75.7亿m3，其中居民生活用水量11.3亿m3，占总用水量的14.9%，而城镇居民生活用水又占生活用水的69.0%。因此，降低城镇居民家庭用水量对于节约水资源、推进节水型社会的建设具有重要意义[1]。

1 家庭节水系统的研究与设计

1.1 节水系统的研究

家庭日常用水主要集中于厨房、卫生间，用水过程主要包括烹饪、洗衣、洗浴、冲厕等，其中卫生间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，厨房用水量的消耗主要是用于清洗餐具和蔬果[2]。为了高效地节约家庭用水总量，需提高家庭用水的重复利用率，从厨房和卫生间进行节水设计。

1.2 节水系统方案设计

1.2.1 厨房节水系统设计

厨房节水系统的装置主要是对厨房清洗蔬果和餐具所产生的废水的回收，通过一个可拆卸的过滤装置(过滤装置主要是由滤网层、水油分离装置、抽屉过滤层和排污口组成，用来过滤废水中的大颗粒物质和油污，防止管道堵塞)，再通过各级管道连接，将过滤后的废水储存于小型水箱里面，小型水箱可以外接一个水龙头，这部分过滤后的废水可以直接作为厨房的日常清洁用水，还可以作为家庭中的浇花用水。厨房节水系统设计见图1。

图1 厨房节水系统

1.2.2 卫生间节水系统组成

卫生间的节水回收系统主要分为3个部分：洗衣机节水系统、淋浴节水系统、淋浴水收集系统。

a.洗衣机节水系统的主要组成有过滤设备、小型管道泵、组合水箱和储水设备。洗衣的耗水量占卫生间用水量的比例非常大，由于洗过衣服的水是轻污染用水，可通过一个简易的过滤装置将洗衣服产生的污水通过管路储存在一个储水水箱中，用于马桶的日常冲水，还可以把洗衣机产生的一次废水和二次废水分别利用起来，一次废水污染程度较高，可以直接用于冲马桶，二次废水的污染程度较低，可以用于清洗拖布和卫生间日常清洁，设计结构见图2。

图2 洗衣机节水系统

对于面积较小的卫生间，可以把两个储水水箱合并，通过两个管路分别连接，起到一箱多用的效果。设计结构见图3。

图3 组合水箱示意图

b.淋浴节水系统主要由插入式温度传感器、单片机系统、驱动装置、电磁阀、小型潜水泵、管道泵和管路系统连接组成。在每次淋浴头流出热水之前，淋浴头会排出原来管道里面未被利用的凉水，很多家庭会直接排放这一部分水量，导致了水资源的浪费，所以需要设置一个感应系统在管路之中，在淋浴水流出来之前，插入式温度检测装置对管路流出的水温度进行检测，并与预先设定的水流温度进行比较，温度传感器发送信号到单片机，通过单片机控制驱动装置，控制电磁阀，两个电磁阀分别连接不同管路，控制水流流向，达到余水收集的目的，但由于水流支管位置较低，水流不会自动流入水箱，所以需要一个小型潜水泵，将支管中的不适宜洗浴的水流抽回水箱供居民下次淋浴使用，设计结构见图4。

图4 淋浴节水系统

c.淋浴水量回收系统主要是由挡水条、过滤系统、小型潜水泵、储水水箱和一些管路连接而成的，由于这部分水经过居民淋浴使用后，水质较差，所以不适宜日常清洁，在经过简单的处理后便可以直接连接冲水马桶，供日常冲厕使用。可以在家庭洗浴的地方安装一个挡水条，在挡水条上面安装一个排水管，周围用透明防水胶密封，防止在收集淋浴水时发生渗漏，并且在水管内部安装一个可拆卸的圆形挡板，用于阻挡头发，防止因为洗浴时掉落的头发堵塞水管，后外接一个微型过滤器和小型水泵，使过滤后的水直接流向储水水箱，用于冲厕用水。设计结构见图5。

图5 淋浴水收集系统

2 家庭节水系统分析

2.1 节水量分析

整个系统的节水量不是持续稳定的，是根据家庭每日用水量的变化而发生变化。假设一个家庭厨房的日用水量为60L，因厨房所设计的系统是回收利用废水，厨房的日用水量并没有减少，而是让过滤后的废水产生二次利用的价值，过滤后可以使用的水量大约为40%～50%，即每日可以回收利用的水资源量为24～30L。

假设洗衣机每次洗衣服耗水50L，由于这部分废水的回收用途是用于冲厕，其回收效率可以达到50%～60%，即最少可以回收利用25～30L废水。

淋浴系统所节约的水量，家庭成员按3人计算，每人每次淋浴需要50L水，每日淋浴总计1人次，如果使淋浴前的那部分余水流回到水箱中，大约每次回收的水量为3L。居民淋浴用水的回收用途是冲厕，在经过处理后，回收效率也可以达到50%～55%，可节水25～27.5L。

2.2 成本分析

厨房的节水系统为了处理厨房产生的油污废水需安装过滤油污装置。过滤油污的装置市场价格约80元，普通50L储水水箱市场价格为24元左右，小型家用水泵(扬程为2.2m)的价格为34元，4分水龙头的价格为6～7元，4分水管价格为15元，所以厨房节水系统的总成本大约为160元。

洗衣所产生的废水由于每次清洗衣物的不同产生的水质不同，所以可以使用组合水箱，把不同水质的水分别供给，一个小型水泵的价格为34元，水龙头的价格为6～7元，由于洗衣机不会产生太多的油污，所以只需要一个简易的过滤棒接入排水管，价格大致为58元，100L的组合水箱的价格为100元，外加一个4分的阀门和水龙头，价格为25元，故洗衣机废水收集系统成本为225元。

淋浴余水收集系统主要是由温度传感器(由一个三转接头连接温度传感器)、单片机系统、电磁阀、潜水泵和管道泵等组成，在通过把未被使用的余水进行温度检测后，再通过小型水泵使余水流回水箱。插入式温度传感器的价格为50元，单片机系统的价格为35～40元，4分12V的电磁阀的价格为50元，管道泵的价格为45元，扬程为2.2m的潜水泵的价格为34元，电容式触摸屏定制的价格大约为150元，所以淋浴余水节水系统的总体成本为450元。

淋浴后的废水收集系统需要设置干湿分离区，对淋浴后的废水进行收集利用，首先需要挡水条把使用过的水进行收集，起到一个微型蓄水池的作用，长度为1.2m的挡水条价格为37.6元，然后需要在挡水条的侧面打通一个直径为12.7mm的圆孔，用于穿过4分的水管，在穿过水管后使用透明防水胶密封，防止漏水，还需要过滤装置处理淋浴产生的废水，后通过小型水泵流入水箱，水箱可以直接使用洗衣机所使用的组合水箱，由于水质较差，直接排入接通冲水马桶的一个水箱，直接用于冲厕用水，所以这部分系统的成本为150元。

通过对以上节水系统中几个部分的成本分析，整套家庭节水系统的成本在1000元左右。

3 结 语

本文设计的家庭节水系统使厨房和卫生间的水资源利用率达到最高，既防止大量水资源的浪费，也减轻了居民家庭每月水费的支出，具有简单实用、成本低、见效快等特点，可根据家庭需求自由组合选择。

如果该节水系统能在城镇家庭中广泛使用，可很大程度可实现家庭水资源的充分利用，提高家庭用水的重复利用率，达到真正意义上的节约水资源的目的，这对水资源较为缺乏的北方地区来说具有较大的意义。在水资源紧缺的今天，只有真正地做到全民节水，才能实现水资源的保护和高效利用。