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郑州大学宿舍节水系统设计
郑州大学宿舍节水系统设计
郑州大学宿舍节水系统设计
设计者：敖婷婷 刘楠楠 常坤 王晓刚 李建 赵世晓 刘旺波
指导教师:王素兰
（郑州大学 水利与环境学院 河南 郑州 450001）
作品内容简介
通过我们小组讨论设计了一个学校宿舍简易节水系统，即将洗漱用水经简易处理装置处理后，储存于储水箱中，用于下层的冲厕用水。储水处理箱设于盥洗池下方。其简易处理过程：在洗漱池的下水口处装一个滤网，先将大一点的杂物滤在上面，在下水口下面接一个毛发收集器，其出水接至处理水箱进行处理。处理水箱中设过滤层，溢流口，污泥出口，反冲洗装置，出水口接下层冲厕系统。我们根据统计计算所得的每层楼人数及洗漱用水量、冲厕用水量，并且考虑洗漱池下面的空间，设计了储水水池大小。联系人：敖婷婷，联系电话：13939086951，邮箱：attamy@163.com。
1 研制背景及意义
1.1 研制背景
水是生命之源，没有了水就几乎等于没有了生命。众所周知，中国，以至全世界都处于缺水状态中。水是生命的
摇篮，是地球的血液，为了生存下去，我们必须节约用水。
从全球来看，全球水储量共约13.86亿立方千米，其中包括海洋水在内的全部咸水储量占总储量的97.5%，约13.5亿立方千米，而淡水储量包括冰川与永久积雪，地下淡水，河流等水体，大气中的水分和生物体中的水分等在meiwen.anslib.com内，只占水总储量的2.5%，约0.35亿立方千米，其中人类难以利用的如冰川和永久积雪，永冻地层中的水就占淡水总储量的69.5%，地下淡水量占淡水总储量的30.1%，人类能够开发利用的地下水只占其极少的一部分。可见，全球水资源面临
严重短缺，而可供人类利用的水资源，更是微乎其微。
20世纪世界人口增加了近3倍，淡水消耗量增加了约6倍，目前世界上的人口约有1/3还处于极度缺水状态，水资源问题将成为21世纪全球资源环境的首要问题，水危机正是全人类面临的重大环境问题。世界经济论坛达沃斯论坛年会所发表的新报告指出，全球将在20年内陷入“水资源破产”(Water Bankruptcy)的困境。这除了将加剧水源争夺战，
还会导致谷物收成大大降低，真正危及生存问题。
中国水资源短缺、淡水资源总量约每年26200亿立方米，人均占有量为每年2392立方米，为世界人均占有量的四分之一，名列第110位。我国也被联合国列为13个水资源贫乏的国家之一。由于各地区处于不同的水文带及受季风气候影响，水资源与土地、矿产资源分布和工业用水结构不相适应。水污染严重，水质型缺水更加剧了水资源的短缺。随着国民经济的发展和城市生活水平的提高，很多地区特别在北方和某些沿海城市发生水资源短缺和污染问题。水资源
的本身不足和水源的污染已成为我国国民经济发展的一个制约因素。
实行水资源的统一规划与管理，把用水问题，特别是将节水工作纳入社会经济发展规划，建立与健全相应的规章制度，认真贯彻开源节流并重方针，加强节水的科学管理，全面开展节水工作，通过多种途径开辟水源，加强污废水处
理，搞好污废水回用，保护生态环境。
节约用水是指通过行政、技术、经济等手段加强用水管理，调整用水结构，改进用水工艺，实行计划用水，杜绝用水浪费，运用先进的科学技术建立科学地用水体系，有效地使用水资源，保护水资源，适应城市经济和城市建设持续发展的需要。节约用水、高效用水是缓解水资源供需矛盾的根本途径。节约用水的核心就是提高用水效率和效益。节水
是以减少短期和长期用水量为目标的。
重复利用污、废水已成为替代水源的一个重要途径。目前，国外有不少城市把处理过的城市污水和废水回用到各个方面，已成为替代水源的一个重要途径。城市污水经二级或三级处理净化后进行回收利用，例如用于冲厕所、浇灌绿化带，作为工业和商业设施的冷却水，也可作为人工补给地下水的水源。从一些国家的家庭用水调查来看，洗衣、冲洗厕所、洗澡等用水占家庭用水的80%左右。改进卫生设施，采用节水型家用设备是城市节约用水的重点。节水产品的使
用是非常有效的节水措施，既节约了用水又减少了用水费用的开支。
目前国内主要节水措施有：①水表安装与计量。②采用节水型器具，包括节水型水嘴、节水型便器、节水型便器系统、节水型便器冲洗阀、节水型淋浴器、节水型洗衣机等。③城市节水灌溉。随着人民生活水平的提高，城市绿化面积不断增加，城市灌溉用水量逐年增长。目前我国着重推广喷灌、微喷灌和滴灌等新技术，比原来的地面灌节水30%～50%，同时节省了大量劳力。④城市污水回用技术（中水技术）。通过污水回用，可以在现有供水量不变的情况下，使城镇的可用水量增加50％以上。国内外的实践经验表明，城市污水的再生利用是开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、解决城市缺水的有效途径之一，不仅技术可行，而且经济合理。⑤减少管网的漏损率。供水管网的漏损是城市供水过程中水损失的一个重要方面，由于城市管网老旧，漏损严重，既会造成水的损失，同时有可能会对地质环境造成安全事故。⑥利用价格杠杆，调整水价，促进节水工作。根据《城市供水价格管理办法》和有关规定，合理调整城市供水价格，在满足居民的基本用水要求的前提下超定额用水实行累进加价，鼓励居民选用节水器具、废水再利用的自觉性。
1.2研制意义
据统计,我国已有近80 %的城市缺水,北方尤严重。在人类各种活动总的用水量当中,室内用水约占总用水量的30 % ,也就是说,有相当多的水量是在建筑内部消耗的。由此可见,改造室内给排水工程体系,开发楼房生活用水的重复利用,
可以节约一部分用水量。
我国大中专院校近些年来在不断扩招，现在我国在校学生数量正逐年剧增，这一庞大群体的用水量也不是一个小数目。高等学校中的需水用户很多，包括学生宿舍楼、教学楼、实验室、图书馆等，其中，学生宿舍楼的用水量占学校总用水量的60%一70%，是学校的用水第一大户。现今，大多数大中专院校学生宿舍楼中学生日常生活，诸如洗漱、清洁以及冲厕均直接来源于自来水，而后直接排入下水道。这其中冲厕用水便要占生活用水中不小的一部分，因此，考虑到提高用水效率，可将学生洗漱、清洁用水经过简单处理之后用作冲厕水的来源，进而可以从中节约很大一部分清洁
的自来水。
由于高等学校水费的承担者不是用户本人，因此，用户的节水意识较差，水资源的浪费现象较为严重。在水质要求不高的方面使用中水代替自来水，一方面可以节约自来水消耗，另一方面可以减少污废水的排放。建筑的自来水水价相对较高，且经济规模较低，使用中水对于用水管理者有明显的经济效益;经处理后的污水回用于高等学校，不但减少了
污水的扫澈量，而且减轻了受纳水体的污染，同时也减少了治理环境污染的投资，社会环境效益显著。
2 设计方案
针对高校宿舍用水量大，可节约性强这一现象，我们小组讨论设计了一个宿舍简易中水回用系统——在宿舍内将
洗漱用水经简易处理后用于冲厕。
现以郑州大学为例，将我们的设计项目介绍如下。
2.1 水量及容量计算
2.1.1 水量计算
郑州大学新校区占地4845亩，共有在校生约5万人，共有宿舍52栋。根据建筑给水排水设计规范，取人均宿舍用水量为60（L/人/d），冲厕用水约占其30%-40%，取20(L/人/d),洗漱用水取40（L/人/d）。洗漱用水完全可以满足
冲厕用水的需求，此方案在水量均衡方面具有可行性。
经计算可知，郑大新区每天学生宿舍的总洗漱用水量为40*50000=2吨，冲厕用水量为1吨，每天将洗漱用水用于冲厕将节约1吨的水。一年将可节约360多吨的水。（剩余的洗漱用水可将其利用至其他方面，鉴于本文讨论所限，
在此不再说明）
表1 不同条件下宿舍楼用水量及增长率
2.1.2 水箱容量计算
以第二生活园期宿舍的一层为例，每层约有人数200人，每层共设有3个公共盥洗室，每天洗漱用水量为
200*40=8m3，每个盥洗室需设水箱的容积为8/3≈3m3。经考察，水箱完全可放置到公共盥洗室内。为预防短期洗漱用
水量增加的情况，我们取条件允许的水箱容积的最大值。
2.2 设计流程
2.2.1 设计流程图
自来水
（反冲）（补给） 冲厕
（主要流向）
生活污水 地漏过滤 毛发收集器 储水处理箱
下水道
（污物及多余水量流向）
图2-1 系统设计的基本流程图
洗漱用水水质特点：有机物浓度低，悬浮物浓度高，皂液的含量高。
洗漱污水中经常含有较大的食物颗粒，塑料袋，茶渣等，在地漏处设计过滤网，将这些较大的颗粒去除，方便后续的处理。经过过滤网后，水中存在的毛发等物，通过毛发收集器进行收集处理。经过以上两道工序的处理，水中基本不存在较大的颗粒悬浮物，有机物量也大为减少，剩余的多为皂液，悬浮物的浓度高，故认为仅采用储水处理箱中简单的过滤处理，即可达到冲厕用水的标准。自储水箱流出后，经管道进入下层的厕所，作为冲厕用水使用。装置设有反
冲洗系统，洗后污水排入下水管道。若水量过多，冲厕用不完，设有溢流管，将水排入下水管道。
2.2.2 储水处理箱设置
水箱设置位置如图2-2所示
支撑隔墙 水箱
图2-2
水箱位置示意图如图2-3
图2-3
由于盥洗池下有起支撑作用的隔墙，我们设计在靠近下水口处的一格设处理水箱，另几格做储水箱，将底部隔墙
打通让水流过。
处理水箱设置方式如图2-4
图2-4
水箱设在上面楼层盥洗槽的下方，考虑到长时间运行可能产生异味，故采用密封的水箱。即可在下方加砌水泥墙，
做成集水池。
毛发处理器设置在盥洗槽下水口下，在储水箱外侧，便于定期的清理，其出水口通过管道与水箱相连。
经处理的水由出水口进入下层冲厕系统用于冲厕，这种将储水与用水分层设置的方式保证了冲厕时所需的水压。 设溢流管接入下层水箱，及由自来水管道接入的反冲洗管道，若滤料层被污泥附着而堵塞则采用反冲洗系统，产
生的污泥经排污管排入下水管道。
2.2.3 管道布置方案
楼层间管道布置示意图：
图2-5
我们的设计将上层水箱的溢流管接到下层水箱上，用以将上层过多的污水导入下层水箱处理后再用，依次循环，直到最底层溢流管接到下水管道。上层下来的溢流接入口比此层的溢流出口稍低，以防水还未处理就直接流走。这
样充分利用了整栋楼的污水，又减少了某一层缺处理原水的概率，提高了污水利用率。
2.2.4 储水处理箱设计
处理水箱内部构造图如下：
图2-6
①过滤层
过滤层稍微斜置，以便反冲洗时污水易于流走。滤料采用粒径为0.5-1.0mm的石英砂，滤料下面放一层砾石起承托作用，上面也放一层砾石分散水的冲力。总滤料层为10cm，距盥洗池底15cm。滤料层上下用铁丝网固定，以防滤料
膨胀。
②反冲洗装置
采用渐缩管莲蓬式喷头，对于较大面积的过滤层具有较好的反冲洗处理效果，且用渐缩管有一定冲击力，有利于冲洗。需要反冲洗时，打开此管的阀门，进行反冲洗滤料层，再打开排污管阀门排出污泥，设计为一星期反冲洗一次。
③自来水补给装置
我们的设计用反冲洗管道也作为自来水补给管道，需要自来水补给时，打开此管阀门，而不开排污管阀门。
④溢流管
我们设计将各楼层水箱的溢流管两两相连，故只在最底层设总溢流管出水口即可。该管道的存在，使只有在各层
水箱都达到蓄满状态时才会产生溢流，增大了污水的利用率。
⑤排污管
此管道在开启反冲洗系统后打开阀门，它距滤料层很近，以便冲洗后污水流出。
⑥储水箱
由于盥洗池下支撑隔墙的存在，储水箱设在处理水箱旁边的另几格，这样还可节省滤料层面积，增大储水容积。
3 设计运行效果分析
整个设计流程及管路布置都比较简单，可行性较好。有效的实现了房屋内部水的重复利用，节约了大半宿舍用水。设备所需的材料来源广，而且价格比较便宜。所用反冲洗系统能较为有效的对滤料进行反冲洗，减少了人工清理的麻烦。反冲洗管与自来水补给管用一个管道，使整个装置更简便。再一点整栋楼的上层水箱溢流口连接到下层水箱，能
更好的满足各楼层的用水需要，使污水利用率提高。
由于我们设计小组人员能力有限，及考虑此设计的具体操作情况，一些步骤的设计存在缺陷，希望以后改进。对于反冲洗系统和补水系统只能采用手动清理，不能实现自身的自动清理，反冲洗还要定期进行，比较麻烦。另外储水
箱密闭，对于内部装置的维修也会带来一定的麻烦。
4 创新点及应用
4.1 创新点
较之前的各种宿舍用水回用系统的设计，本设计具有以下创新点：
首先，渐缩莲蓬式喷头反冲洗装置的设置，使反冲洗的效果极大的提升。其次，反冲洗管与自来水补给管用一个管道，节省材料，使装置更简便。再次，楼层间水箱溢流管两两连接，只在最低层设置总的溢流管，保证了只有在全部储水箱均蓄满的状态下才会溢流，极大程度的较少了由于各层不同时段用水量不同，造成的有的楼层缺水有的楼层水却
大量溢流走所带来的浪费，较以往的各层均设溢流管的设计，提高了总的污水回用率。
4.2 应用
该设计可以实用于各大高校的宿舍洗漱水回用。若用水量允许还可用于教学楼，办公楼，实验楼等。
5 结束语
由于时间与我们课题小组成员水平有限，该系统设计也会存在不少容易被忽略的细节问题，这些问题还有待各位专家在审阅过程中发现并指出。我们期望我们的这个设计能够在实际生活中运行，发现并解决实际应用中的问题后，推广到全国各高校，这样带来的节水效益将是有所期待的。我们也坚信该系统自动智能化的实现在不远的将来是完全可以解决的。考虑到个高校学生宿舍楼中用水系统的不同，该系统设计应根据实际情况做出相应修改，但其基本内容不会有太大改变。我们也更希望高校能采用整体的中水回用系统，这样能节约更多的水。另外，我们还要做好宣传及带头作用，号召大家从生活的点点滴滴节约用水。我国节水工程要不断进行，不断发现新思路，提高全民节水素质也将在我国节水
工程中发挥其巨大作用。
在此次设计过程中，我们另一个大的收获就是，我们小组的成员都发挥了各自的设计才能，大家一起讨论设计出了这个节水系统，体现出了很好的合作精神，共同为一个目标而奋斗。我们的指导老师给我们做了重点指导，在此表示
诚挚的谢意！感谢大家的合作！
参考文献
[1] 韩剑宏主编.中水回用技术及工程实例.北京：化学工业出版社,2004.10
[2] 上海市建设和管理委员会.建筑给排水设计规范.北京：中国计划出版社，2003
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