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鄭州大學(xué)宿舍節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計
鄭州大學(xué)宿舍節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計
鄭州大學(xué)宿舍節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計
設(shè)計者：敖婷婷 劉楠楠 常坤 王曉剛 李建 趙世曉 劉旺波
指導(dǎo)教師:王素蘭
（鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院 河南 鄭州 450001）
作品內(nèi)容簡介
通過我們小組討論設(shè)計了一個學(xué)校宿舍簡易節(jié)水系統(tǒng)，即將洗漱用水經(jīng)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(shè)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(wǎng)，先將大一點(diǎn)的雜物濾在上面，在下水口下面接一個毛發(fā)收集器，其出水接至處理水箱進(jìn)行處理。處理水箱中設(shè)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(tǒng)。我們根據(jù)統(tǒng)計計算所得的每層樓人數(shù)及洗漱用水量、沖廁用水量，并且考慮洗漱池下面的空間，設(shè)計了儲水水池大小。聯(lián)系人：敖婷婷，聯(lián)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(tài)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(jié)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(nèi)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m.clearvueentertainment.com內(nèi)，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(fā)利用的地下水只占其極少的一部分�？梢�，全球水資源面臨
嚴(yán)重短缺，而可供人類利用的水資源，更是微乎其微。
20世紀(jì)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(tài)，水資源問題將成為21世紀(jì)全球資源環(huán)境的首要問題，水危機(jī)正是全人類面臨的重大環(huán)境問題。世界經(jīng)濟(jì)論壇達(dá)沃斯論壇年會所發(fā)表的新報告指出，全球?qū)⒃?0年內(nèi)陷入“水資源破產(chǎn)”(Water Bankruptcy)的困境。這除了將加劇水源爭奪戰(zhàn)，
還會導(dǎo)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(lián)合國列為13個水資源貧乏的國家之一。由于各地區(qū)處于不同的水文帶及受季風(fēng)氣候影響，水資源與土地、礦產(chǎn)資源分布和工業(yè)用水結(jié)構(gòu)不相適應(yīng)。水污染嚴(yán)重，水質(zhì)型缺水更加劇了水資源的短缺。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市生活水平的提高，很多地區(qū)特別在北方和某些沿海城市發(fā)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(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個制約因素。
實行水資源的統(tǒng)一規(guī)劃與管理，把用水問題，特別是將節(jié)水工作納入社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，建立與健全相應(yīng)的規(guī)章制度，認(rèn)真貫徹開源節(jié)流并重方針，加強(qiáng)節(jié)水的科學(xué)管理，全面開展節(jié)水工作，通過多種途徑開辟水源，加強(qiáng)污廢水處
理，搞好污廢水回用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
節(jié)約用水是指通過行政、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等手段加強(qiáng)用水管理，調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，改進(jìn)用水工藝，實行計劃用水，杜絕用水浪費(fèi)，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)建立科學(xué)地用水體系，有效地使用水資源，保護(hù)水資源，適應(yīng)城市經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)持續(xù)發(fā)展的需要。節(jié)約用水、高效用水是緩解水資源供需矛盾的根本途徑。節(jié)約用水的核心就是提高用水效率和效益。節(jié)水
是以減少短期和長期用水量為目標(biāo)的。
重復(fù)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(jīng)二級或三級處理凈化后進(jìn)行回收利用，例如用于沖廁所、澆灌綠化帶，作為工業(yè)和商業(yè)設(shè)施的冷卻水，也可作為人工補(bǔ)給地下水的水源。從一些國家的家庭用水調(diào)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(jìn)衛(wèi)生設(shè)施，采用節(jié)水型家用設(shè)備是城市節(jié)約用水的重點(diǎn)。節(jié)水產(chǎn)品的使
用是非常有效的節(jié)水措施，既節(jié)約了用水又減少了用水費(fèi)用的開支。
目前國內(nèi)主要節(jié)水措施有：①水表安裝與計量。②采用節(jié)水型器具，包括節(jié)水型水嘴、節(jié)水型便器、節(jié)水型便器系統(tǒng)、節(jié)水型便器沖洗閥、節(jié)水型淋浴器、節(jié)水型洗衣機(jī)等。③城市節(jié)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(shù)，比原來的地面灌節(jié)水30%～50%，同時節(jié)省了大量勞力。④城市污水回用技術(shù)（中水技術(shù)）。通過污水回用，可以在現(xiàn)有供水量不變的情況下，使城鎮(zhèn)的可用水量增加50％以上。國內(nèi)外的實踐經(jīng)驗表明，城市污水的再生利用是開源節(jié)流、減輕水體污染、改善生態(tài)環(huán)境、解決城市缺水的有效途徑之一，不僅技術(shù)可行，而且經(jīng)濟(jì)合理。⑤減少管網(wǎng)的漏損率。供水管網(wǎng)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(wǎng)老舊，漏損嚴(yán)重，既會造成水的損失，同時有可能會對地質(zhì)環(huán)境造成安全事故。⑥利用價格杠桿，調(diào)整水價，促進(jìn)節(jié)水工作。根據(jù)《城市供水價格管理辦法》和有關(guān)規(guī)定，合理調(diào)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(jìn)加價，鼓勵居民選用節(jié)水器具、廢水再利用的自覺性。
1.2研制意義
據(jù)統(tǒng)計,我國已有近80 %的城市缺水,北方尤嚴(yán)重。在人類各種活動總的用水量當(dāng)中,室內(nèi)用水約占總用水量的30 % ,也就是說,有相當(dāng)多的水量是在建筑內(nèi)部消耗的。由此可見,改造室內(nèi)給排水工程體系,開發(fā)樓房生活用水的重復(fù)利用,
可以節(jié)約一部分用水量。
我國大中專院校近些年來在不斷擴(kuò)招，現(xiàn)在我國在校學(xué)生數(shù)量正逐年劇增，這一龐大群體的用水量也不是一個小數(shù)目。高等學(xué)校中的需水用戶很多，包括學(xué)生宿舍樓、教學(xué)樓、實驗室、圖書館等，其中，學(xué)生宿舍樓的用水量占學(xué)�？傆盟康�60%一70%，是學(xué)校的用水第一大戶�，F(xiàn)今，大多數(shù)大中專院校學(xué)生宿舍樓中學(xué)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(xué)生洗漱、清潔用水經(jīng)過簡單處理之后用作沖廁水的來源，進(jìn)而可以從中節(jié)約很大一部分清潔
的自來水。
由于高等學(xué)校水費(fèi)的承擔(dān)者不是用戶本人，因此，用戶的節(jié)水意識較差，水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。在水質(zhì)要求不高的方面使用中水代替自來水，一方面可以節(jié)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(jīng)濟(jì)規(guī)模較低，使用中水對于用水管理者有明顯的經(jīng)濟(jì)效益;經(jīng)處理后的污水回用于高等學(xué)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(huán)境污染的投資，社會環(huán)境效益顯著。
2 設(shè)計方案
針對高校宿舍用水量大，可節(jié)約性強(qiáng)這一現(xiàn)象，我們小組討論設(shè)計了一個宿舍簡易中水回用系統(tǒng)——在宿舍內(nèi)將
洗漱用水經(jīng)簡易處理后用于沖廁。
現(xiàn)以鄭州大學(xué)為例，將我們的設(shè)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(xué)新校區(qū)占地4845畝，共有在校生約5萬人，共有宿舍52棟。根據(jù)建筑給水排水設(shè)計規(guī)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(jīng)計算可知，鄭大新區(qū)每天學(xué)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(jié)約1噸的水。一年將可節(jié)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(shù)200人，每層共設(shè)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(shè)水箱的容積為8/3≈3m3。經(jīng)考察，水箱完全可放置到公共盥洗室內(nèi)。為預(yù)防短期洗漱用
水量增加的情況，我們?nèi)l件允許的水箱容積的最大值。
2.2 設(shè)計流程
2.2.1 設(shè)計流程圖
自來水
（反沖）（補(bǔ)給） 沖廁
（主要流向）
生活污水 地漏過濾 毛發(fā)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(tǒng)設(shè)計的基本流程圖
洗漱用水水質(zhì)特點(diǎn)：有機(jī)物濃度低，懸浮物濃度高，皂液的含量高。
洗漱污水中經(jīng)常含有較大的食物顆粒，塑料袋，茶渣等，在地漏處設(shè)計過濾網(wǎng)，將這些較大的顆粒去除，方便后續(xù)的處理。經(jīng)過過濾網(wǎng)后，水中存在的毛發(fā)等物，通過毛發(fā)收集器進(jìn)行收集處理。經(jīng)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(jī)物量也大為減少，剩余的多為皂液，懸浮物的濃度高，故認(rèn)為僅采用儲水處理箱中簡單的過濾處理，即可達(dá)到?jīng)_廁用水的標(biāo)準(zhǔn)。自儲水箱流出后，經(jīng)管道進(jìn)入下層的廁所，作為沖廁用水使用。裝置設(shè)有反
沖洗系統(tǒng)，洗后污水排入下水管道。若水量過多，沖廁用不完，設(shè)有溢流管，將水排入下水管道。
2.2.2 儲水處理箱設(shè)置
水箱設(shè)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(shè)計在靠近下水口處的一格設(shè)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(shè)置方式如圖2-4
圖2-4
水箱設(shè)在上面樓層盥洗槽的下方，考慮到長時間運(yùn)行可能產(chǎn)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(fā)處理器設(shè)置在盥洗槽下水口下，在儲水箱外側(cè)，便于定期的清理，其出水口通過管道與水箱相連。
經(jīng)處理的水由出水口進(jìn)入下層沖廁系統(tǒng)用于沖廁，這種將儲水與用水分層設(shè)置的方式保證了沖廁時所需的水壓。 設(shè)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(tǒng)，產(chǎn)
生的污泥經(jīng)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(shè)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(dǎo)入下層水箱處理后再用，依次循環(huán)，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(shè)計
處理水箱內(nèi)部構(gòu)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�？倿V料層為10cm，距盥洗池底15cm。濾料層上下用鐵絲網(wǎng)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(jìn)行反沖洗濾料層，再打開排污管閥門排出污泥，設(shè)計為一星期反沖洗一次。
③自來水補(bǔ)給裝置
我們的設(shè)計用反沖洗管道也作為自來水補(bǔ)給管道，需要自來水補(bǔ)給時，打開此管閥門，而不開排污管閥門。
④溢流管
我們設(shè)計將各樓層水箱的溢流管兩兩相連，故只在最底層設(shè)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(dá)到蓄滿狀態(tài)時才會產(chǎn)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(tǒng)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(shè)在處理水箱旁邊的另幾格，這樣還可節(jié)省濾料層面積，增大儲水容積。
3 設(shè)計運(yùn)行效果分析
整個設(shè)計流程及管路布置都比較簡單，可行性較好。有效的實現(xiàn)了房屋內(nèi)部水的重復(fù)利用，節(jié)約了大半宿舍用水。設(shè)備所需的材料來源廣，而且價格比較便宜。所用反沖洗系統(tǒng)能較為有效的對濾料進(jìn)行反沖洗，減少了人工清理的麻煩。反沖洗管與自來水補(bǔ)給管用一個管道，使整個裝置更簡便。再一點(diǎn)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(shè)計小組人員能力有限，及考慮此設(shè)計的具體操作情況，一些步驟的設(shè)計存在缺陷，希望以后改進(jìn)。對于反沖洗系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)只能采用手動清理，不能實現(xiàn)自身的自動清理，反沖洗還要定期進(jìn)行，比較麻煩。另外儲水
箱密閉，對于內(nèi)部裝置的維修也會帶來一定的麻煩。
4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用
4.1 創(chuàng)新點(diǎn)
較之前的各種宿舍用水回用系統(tǒng)的設(shè)計，本設(shè)計具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：
首先，漸縮蓮蓬式噴頭反沖洗裝置的設(shè)置，使反沖洗的效果極大的提升。其次，反沖洗管與自來水補(bǔ)給管用一個管道，節(jié)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(shè)置總的溢流管，保證了只有在全部儲水箱均蓄滿的狀態(tài)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(fèi)，較以往的各層均設(shè)溢流管的設(shè)計，提高了總的污水回用率。
4.2 應(yīng)用
該設(shè)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(xué)樓，辦公樓，實驗樓等。
5 結(jié)束語
由于時間與我們課題小組成員水平有限，該系統(tǒng)設(shè)計也會存在不少容易被忽略的細(xì)節(jié)問題，這些問題還有待各位專家在審閱過程中發(fā)現(xiàn)并指出。我們期望我們的這個設(shè)計能夠在實際生活中運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)并解決實際應(yīng)用中的問題后，推廣到全國各高校，這樣帶來的節(jié)水效益將是有所期待的。我們也堅信該系統(tǒng)自動智能化的實現(xiàn)在不遠(yuǎn)的將來是完全可以解決的�？紤]到個高校學(xué)生宿舍樓中用水系統(tǒng)的不同，該系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際情況做出相應(yīng)修改，但其基本內(nèi)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(tǒng)，這樣能節(jié)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(diǎn)點(diǎn)滴滴節(jié)約用水。我國節(jié)水工程要不斷進(jìn)行，不斷發(fā)現(xiàn)新思路，提高全民節(jié)水素質(zhì)也將在我國節(jié)水
工程中發(fā)揮其巨大作用。
在此次設(shè)計過程中，我們另一個大的收獲就是，我們小組的成員都發(fā)揮了各自的設(shè)計才能，大家一起討論設(shè)計出了這個節(jié)水系統(tǒng)，體現(xiàn)出了很好的合作精神，共同為一個目標(biāo)而奮斗。我們的指導(dǎo)老師給我們做了重點(diǎn)指導(dǎo)，在此表示
誠摯的謝意！感謝大家的合作！
參考文獻(xiàn)
[1] 韓劍宏主編.中水回用技術(shù)及工程實例.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.10
[2] 上海市建設(shè)和管理委員會.建筑給排水設(shè)計規(guī)范.北京：中國計劃出版社，2003
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