城鎮家庭節水系統的研究與探討

王 冰

(太原理工大學土木工程學院，山西 太原 030024)

水是人類生存過程中一種基礎的自然資源和重要的戰略資源，也是整個生態系統中不可缺少的控制性要素。近年來，隨著經濟的快速發展，水資源布局已經逐步與之不相適應，成為經濟社會可持續發展的重要制約因素。因此，進一步加強水資源的節約、保護和管理工作，才能更好地發揮水資源在可持續發展中的基礎作用。

《2019年中國水資源公報》顯示：2019年全國水資源總量29041.0億m3，北方六區5610.8億m3，南方四區23430.2億m3，而山西省作為缺水大省，水資源總量為97.3億m3，位居全國倒數第二。《2019年山西省水資源公報》公布：全省2019年總用水量75.7億m3，其中居民生活用水量11.3億m3，占總用水量的14.9%，而城鎮居民生活用水又占生活用水的69.0%。因此，降低城鎮居民家庭用水量對于節約水資源、推進節水型社會的建設具有重要意義[1]。

1 家庭節水系統的研究與設計

1.1 節水系統的研究

家庭日常用水主要集中于廚房、衛生間，用水過程主要包括烹飪、洗衣、洗浴、沖廁等，其中衛生間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，廚房用水量的消耗主要是用于清洗餐具和蔬果[2]。為了高效地節約家庭用水總量，需提高家庭用水的重復利用率，從廚房和衛生間進行節水設計。

1.2 節水系統方案設計

1.2.1 廚房節水系統設計

廚房節水系統的裝置主要是對廚房清洗蔬果和餐具所產生的廢水的回收，通過一個可拆卸的過濾裝置(過濾裝置主要是由濾網層、水油分離裝置、抽屜過濾層和排污口組成，用來過濾廢水中的大顆粒物質和油污，防止管道堵塞)，再通過各級管道連接，將過濾后的廢水儲存于小型水箱里面，小型水箱可以外接一個水龍頭，這部分過濾后的廢水可以直接作為廚房的日常清潔用水，還可以作為家庭中的澆花用水。廚房節水系統設計見圖1。

圖1 廚房節水系統

1.2.2 衛生間節水系統組成

衛生間的節水回收系統主要分為3個部分：洗衣機節水系統、淋浴節水系統、淋浴水收集系統。

a.洗衣機節水系統的主要組成有過濾設備、小型管道泵、組合水箱和儲水設備。洗衣的耗水量占衛生間用水量的比例非常大，由于洗過衣服的水是輕污染用水，可通過一個簡易的過濾裝置將洗衣服產生的污水通過管路儲存在一個儲水水箱中，用于馬桶的日常沖水，還可以把洗衣機產生的一次廢水和二次廢水分別利用起來，一次廢水污染程度較高，可以直接用于沖馬桶，二次廢水的污染程度較低，可以用于清洗拖布和衛生間日常清潔，設計結構見圖2。

圖2 洗衣機節水系統

對于面積較小的衛生間，可以把兩個儲水水箱合并，通過兩個管路分別連接，起到一箱多用的效果。設計結構見圖3。

圖3 組合水箱示意圖

b.淋浴節水系統主要由插入式溫度傳感器、單片機系統、驅動裝置、電磁閥、小型潛水泵、管道泵和管路系統連接組成。在每次淋浴頭流出熱水之前，淋浴頭會排出原來管道里面未被利用的涼水，很多家庭會直接排放這一部分水量，導致了水資源的浪費，所以需要設置一個感應系統在管路之中，在淋浴水流出來之前，插入式溫度檢測裝置對管路流出的水溫度進行檢測，并與預先設定的水流溫度進行比較，溫度傳感器發送信號到單片機，通過單片機控制驅動裝置，控制電磁閥，兩個電磁閥分別連接不同管路，控制水流流向，達到余水收集的目的，但由于水流支管位置較低，水流不會自動流入水箱，所以需要一個小型潛水泵，將支管中的不適宜洗浴的水流抽回水箱供居民下次淋浴使用，設計結構見圖4。

圖4 淋浴節水系統

c.淋浴水量回收系統主要是由擋水條、過濾系統、小型潛水泵、儲水水箱和一些管路連接而成的，由于這部分水經過居民淋浴使用后，水質較差，所以不適宜日常清潔，在經過簡單的處理后便可以直接連接沖水馬桶，供日常沖廁使用。可以在家庭洗浴的地方安裝一個擋水條，在擋水條上面安裝一個排水管，周圍用透明防水膠密封，防止在收集淋浴水時發生滲漏，并且在水管內部安裝一個可拆卸的圓形擋板，用于阻擋頭發，防止因為洗浴時掉落的頭發堵塞水管，后外接一個微型過濾器和小型水泵，使過濾后的水直接流向儲水水箱，用于沖廁用水。設計結構見圖5。

圖5 淋浴水收集系統

2 家庭節水系統分析

2.1 節水量分析

整個系統的節水量不是持續穩定的，是根據家庭每日用水量的變化而發生變化。假設一個家庭廚房的日用水量為60L，因廚房所設計的系統是回收利用廢水，廚房的日用水量并沒有減少，而是讓過濾后的廢水產生二次利用的價值，過濾后可以使用的水量大約為40%～50%，即每日可以回收利用的水資源量為24～30L。

假設洗衣機每次洗衣服耗水50L，由于這部分廢水的回收用途是用于沖廁，其回收效率可以達到50%～60%，即最少可以回收利用25～30L廢水。

淋浴系統所節約的水量，家庭成員按3人計算，每人每次淋浴需要50L水，每日淋浴總計1人次，如果使淋浴前的那部分余水流回到水箱中，大約每次回收的水量為3L。居民淋浴用水的回收用途是沖廁，在經過處理后，回收效率也可以達到50%～55%，可節水25～27.5L。

2.2 成本分析

廚房的節水系統為了處理廚房產生的油污廢水需安裝過濾油污裝置。過濾油污的裝置市場價格約80元，普通50L儲水水箱市場價格為24元左右，小型家用水泵(揚程為2.2m)的價格為34元，4分水龍頭的價格為6～7元，4分水管價格為15元，所以廚房節水系統的總成本大約為160元。

洗衣所產生的廢水由于每次清洗衣物的不同產生的水質不同，所以可以使用組合水箱，把不同水質的水分別供給，一個小型水泵的價格為34元，水龍頭的價格為6～7元，由于洗衣機不會產生太多的油污，所以只需要一個簡易的過濾棒接入排水管，價格大致為58元，100L的組合水箱的價格為100元，外加一個4分的閥門和水龍頭，價格為25元，故洗衣機廢水收集系統成本為225元。

淋浴余水收集系統主要是由溫度傳感器(由一個三轉接頭連接溫度傳感器)、單片機系統、電磁閥、潛水泵和管道泵等組成，在通過把未被使用的余水進行溫度檢測后，再通過小型水泵使余水流回水箱。插入式溫度傳感器的價格為50元，單片機系統的價格為35～40元，4分12V的電磁閥的價格為50元，管道泵的價格為45元，揚程為2.2m的潛水泵的價格為34元，電容式觸摸屏定制的價格大約為150元，所以淋浴余水節水系統的總體成本為450元。

淋浴后的廢水收集系統需要設置干濕分離區，對淋浴后的廢水進行收集利用，首先需要擋水條把使用過的水進行收集，起到一個微型蓄水池的作用，長度為1.2m的擋水條價格為37.6元，然后需要在擋水條的側面打通一個直徑為12.7mm的圓孔，用于穿過4分的水管，在穿過水管后使用透明防水膠密封，防止漏水，還需要過濾裝置處理淋浴產生的廢水，后通過小型水泵流入水箱，水箱可以直接使用洗衣機所使用的組合水箱，由于水質較差，直接排入接通沖水馬桶的一個水箱，直接用于沖廁用水，所以這部分系統的成本為150元。

通過對以上節水系統中幾個部分的成本分析，整套家庭節水系統的成本在1000元左右。

3 結 語

本文設計的家庭節水系統使廚房和衛生間的水資源利用率達到最高，既防止大量水資源的浪費，也減輕了居民家庭每月水費的支出，具有簡單實用、成本低、見效快等特點，可根據家庭需求自由組合選擇。

如果該節水系統能在城鎮家庭中廣泛使用，可很大程度可實現家庭水資源的充分利用，提高家庭用水的重復利用率，達到真正意義上的節約水資源的目的，這對水資源較為缺乏的北方地區來說具有較大的意義。在水資源緊缺的今天，只有真正地做到全民節水，才能實現水資源的保護和高效利用。