一種灰水及雨水聯(lián)合再生利用系統(tǒng)

張虎 楊毅 許偉文 王楚源

摘要：本文主要對該系統(tǒng)進(jìn)行介紹并列舉出了系統(tǒng)在具體實(shí)施工作階段所面臨的主要問題與解決辦法，該系統(tǒng)主要包括：樓頂雨水收集管道、樓內(nèi)蓄水池、粗濾循環(huán)裝置、發(fā)電機(jī)、葉輪、電機(jī)保護(hù)殼，動(dòng)力傳送皮帶、防倒轉(zhuǎn)卡死裝置、整流穩(wěn)壓裝置、蓄電池、地下蓄水池、地下處理池。該系統(tǒng)的主要目的是充分的利用高樓下水道中流出物所具備的勢能進(jìn)行發(fā)電以及對生活污水中的灰水和收集到的雨水進(jìn)行較為簡單的處理后進(jìn)行充分利用，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的目的。

關(guān)鍵詞：節(jié)能;環(huán)保;可持續(xù)管理;灰水;雨水

引言

在現(xiàn)如今社會(huì)中，雖說發(fā)電的形式多種多樣，但隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，常規(guī)的能源已經(jīng)無法滿足需求，而且常規(guī)能源的開采會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。我們除了開發(fā)新綠色能源，并在生活中節(jié)約能源之外，還可以開發(fā)一些未被充分利用或者說是根本沒有得到利用的能源。近些年來，各地的高樓拔地而起，在這些高樓中的住戶生活用水被利用完后，排放出來其所具備的勢能是非常巨大的，所以本系統(tǒng)在基于充分利用高樓下水道流出物的勢能進(jìn)行發(fā)電的同時(shí)，開發(fā)出來對生活污水中較為潔凈的灰水和在屋頂收集到的雨水的處理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，節(jié)水減污的多重效果。

1 背景調(diào)查

目前，我國城鎮(zhèn)污水存增量需求，再生水的發(fā)展剛剛起步，根據(jù)中國統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國總用水量自2000年至2017年是在持續(xù)上升的，而其中的生活用水量的上升幅度是較為明顯的，這也意味著在城鎮(zhèn)居民的生活用水的二次利用是存在巨大的前景與利益的。同時(shí)通過這樣的環(huán)保綠色的手段也能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提高對水資源的利用。2017年我國總生活用水量為838.1億立方米，產(chǎn)生的生活污水量為用水量的80%左右，則污水總量為670.48億立方米，按中國2017年城鄉(xiāng)比例，城鎮(zhèn)人口約占49.68%，則污水總量為333.09億立方米。通過這樣粗略的計(jì)算，就可以很直觀的感受到居民的生活污水的二次利用所帶來的效益和前景是巨大的。

2 系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)主要主要分為四個(gè)部分：

第一部分是收集部分主要有雨水收集管道部分和灰水收集部分。

第二部分是粗濾裝置 雨水收集后需進(jìn)行粗濾 同時(shí)生活污水經(jīng)樓內(nèi)蓄水池收集后也要進(jìn)行粗濾。

第三部分是發(fā)電部分 設(shè)置在下水管道中處在特殊高度的葉輪式發(fā)電機(jī)。

第四部分是地面的配套設(shè)施 包括第二級過濾裝置、地下處理池及蓄水池。

3 工作原理分析

首先在樓頂?shù)挠晁占b置將收集的雨水通過管道進(jìn)入樓內(nèi)蓄水池進(jìn)行粗濾處理，其次樓內(nèi)每個(gè)住戶的灰水經(jīng)管道也收集于樓內(nèi)蓄水池進(jìn)行與雨水的混合和粗濾處理。蓄水池中的水經(jīng)過混合和粗濾處理過后，雜質(zhì)含量達(dá)到了一定的要求后，蓄水池內(nèi)水位達(dá)到設(shè)定水位后，蓄水池排水口自動(dòng)打開排放水對管道內(nèi)的發(fā)電葉輪進(jìn)行沖擊，使其帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電流。電流經(jīng)過整壓穩(wěn)流裝置后所得到的電能儲存于蓄電池當(dāng)中。同時(shí)蓄水池內(nèi)水位降低到一定程度后，排水口自動(dòng)關(guān)閉，再次進(jìn)行蓄水。

初次處理過的水對葉輪進(jìn)行沖擊過后，落入地下的蓄水池當(dāng)中，接下來對水進(jìn)行灰水的處理流程，依次經(jīng)過腐化池、調(diào)節(jié)池、水解池、好氧池、二沉池、中間池、纖維過濾、再加入消毒劑與絮凝劑后能夠得到較為潔凈的四類或五類水質(zhì)的水，這樣的水可用于消防用水，街道噴灑，澆灌城市綠化設(shè)施等等。通過這樣的手段達(dá)到了對灰水和雨水進(jìn)行就地處理的目的，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能、節(jié)水、綠色、環(huán)保的效果。

4 問題分析及解決辦法

本系統(tǒng)雖能夠充分的利用下水道中的流出物的勢能進(jìn)行發(fā)電以及對灰水和雨水進(jìn)行處理，但是由于現(xiàn)實(shí)因素還是會(huì)存在一些問題，具體問題和解決辦法如下：

4.1 發(fā)電機(jī)在下水道中很容易與水接觸造成電機(jī)的損壞

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，就很充分的考慮到這個(gè)問題，系統(tǒng)中發(fā)電部分可以說是分為兩個(gè)部分，第一個(gè)部分是處在下水道中的葉輪，第二部分是發(fā)電機(jī)部分，水對葉輪產(chǎn)生的沖擊使得葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力由葉輪的軸所連接的皮帶帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能，同時(shí)在發(fā)電機(jī)的部分設(shè)置放水涂料以及保護(hù)殼，通過這樣的設(shè)計(jì)就可以使得發(fā)電機(jī)部分與水完全隔離開來，從而達(dá)到保護(hù)電機(jī)目的。

4.2 發(fā)電部分的葉輪設(shè)置在狹小的下水道中很容易造成堵塞

在系統(tǒng)中樓內(nèi)蓄水池部分設(shè)置有粗濾裝置，提前對一些較大顆粒的雜質(zhì)進(jìn)行過濾，防止造成發(fā)電機(jī)部分損壞以及堵塞。同時(shí)發(fā)電機(jī)葉輪部分，其葉輪軸是在管道之外，相當(dāng)于葉輪的1/2是是處于下水管道中，另一部分是在管道之外。這樣就能夠有效的避免雜物對葉輪的轉(zhuǎn)軸的損害及堵塞。

5 效果分析

此產(chǎn)品主要是通過自身發(fā)電和凈水系統(tǒng)做到將生活用水二次利用于住戶衛(wèi)生間馬桶用水。通過“高層住宅樓生活用水二次循環(huán)利用系統(tǒng)”，將生活中各方面生活污水進(jìn)行集中處理再利用于各個(gè)住戶中馬桶清潔，使得生活污水在樓體內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。目前市面上常用規(guī)格馬桶的容量為6L，一般使用一次的用水量為2-3L，這造成了極大的生活用水的浪費(fèi)。可以做一個(gè)估算，按沖一次馬桶的用水量為3L，每人每天使用馬桶數(shù)量為5次，假設(shè)居住在高層住宅中的人口總數(shù)為5000萬，一年當(dāng)中高層住宅住戶用于清潔馬桶的總用水量=3*5*5000萬*365/1000=273750000m3。而利用“高層住宅樓生活用水二次循環(huán)利用系統(tǒng)”進(jìn)行生活污水的二次循環(huán)利用，每年用于清潔馬桶的水資源將會(huì)減少80%-90%，約占總生活用水的1/10，這對于水資源將會(huì)是極大的保護(hù)。同時(shí)此系統(tǒng)中未曾利用過的凈化后的生活廢水可以利用于住宅小區(qū)的花園養(yǎng)護(hù)與公路養(yǎng)護(hù)。所有通過循環(huán)再利用系統(tǒng)二次使用過的水將會(huì)排放到城市污水處理廠進(jìn)行處理，處理過的水資源將會(huì)用于工廠進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，做到水資源利用最大化。

6 總結(jié)

該系統(tǒng)對于一些缺水較為嚴(yán)重的地區(qū)，生活污水中的灰水以及雨水的就地處理綜合利用是有很大的開發(fā)潛力的，通過這樣的系統(tǒng)不僅可以使灰水與其他的生活污水進(jìn)行分離，也可以使得水資源得到更加充分的利用，同時(shí)就地對灰水和雨水進(jìn)行處理回收利用在一定程度上減輕了城市污水處理廠的壓力，減輕工廠的負(fù)荷。我國目前大多數(shù)城市的市政管網(wǎng)中均采用自來水對城市園林綠化、道路、消防、廁所沖洗進(jìn)行供水。

為了能達(dá)到水資源二次利用的效果，我們采用了一系列過濾處理手段，并且在最下端的蓄水池也進(jìn)行了動(dòng)態(tài)處理，使二次利用的水中微量元素處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。我們希望通過我們的“高層住宅樓生活用水二次循環(huán)利用系統(tǒng)“能真正做到將生活用水二次循環(huán)利用，通過這種方式將每棟高層住宅樓中的生活廢水再次集中處理，循環(huán)到每家清潔馬桶用水當(dāng)中去，減少清潔馬桶時(shí)不必要的過于潔凈的水資源，將有限的水資源能真正用于有需要的地方。

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作者簡介：

張虎，出生年月：1998.11.13，性別：男，民族：漢族，籍貫（精確到市）：陜西省西安市，學(xué)歷：本科，研究方向：灰水及雨水聯(lián)合再生利用.