周家秀，张 丹



可回收利用生活污水的坐便器管路系统的可行性分析与设计

周家秀，张 丹

（辽宁工业大学 土木建筑工程学院，辽宁 锦州 121001）

分析了当前全国的水资源紧缺形势和家庭用水量的分配比例，针对家庭坐便冲厕用水量较大，其节水空间较大这一特点，设计了一套人工回收生活污水，利用高位污水的重力势能与自来水合流的方式进入坐便器给水的方式回收生活污水的坐便器给水管路系统。由于该系统结构简单，附加成本投资低，无二次能源消费等优点，该节水管路系统有进一步推广的空间。

坐便器；污水回用；水箱容积；管路设计

1 当前我国水资源形势

淡水资源紧缺是当今世界范围内备受关注的问题。我国幅员辽阔、水资源较为丰富，但人均占有量较少，是多水患国家。随着我国经济的飞速发展和水资源开发力度的增强，水资源节约与保护压力日趋明显。我国是世界上水资源最缺乏的国家之一，属于联合国名下的13个贫水国家之一。受“水资源丰富”的传统价值观念影响，水资源被浪费使用现象明显，人们的节水意识低下，导致了巨大的水资源浪费和水资源不可持续开发利用，水资源日益短缺。想尽一切办法合理利用水资源，节约利用水资源，已经成为新生代关注的问题之一[1]。

目前，我国约有2/3的城市供水不足，1/6城市严重缺水。由于人民生活水平逐步提高，我国城镇生活用水和农村生活用水都逐年上升。与发达国家相比，我国生活水平还较低，但用水量相对较高。因此，生活节水势在必行且任重而道远[2]。

2 开发新型节水器具的必要性

城市生活用水浪费现象严重。在城市生活用水中管网陈旧、用水器具及设备质量差、结构不合理、用水管理松弛等，是造成城市生活用水量大的一个主要因素。

我国家庭生活用水比例如表1所示。由表1可知，我国居民家庭生活用水量中约1/3为冲厕用水，据相关报道,当前家庭使用坐便器绝大多数都是虹吸式坐便器，其用水量每次一般为9~12 L，用水量较大。开发设计出一种性能优越的，能够方便回收利用生活污水的管路系统，使用水量较大的坐便器能同时利用经简单处理过的生活污水和自来水相结合的方式来冲洗，使得生活污水被二次利用，从而达到节约用水的目的，这也是从根源节约用水的一种措施[3-4]。

表1 我国居民家庭生活用水类别比例 %

3 各种生活污水回收系统对比分析

目前的各种节水型大便器基本都是通过对坐便器水箱的研究来达到节水的目的。

3.1 压力式冲洗水箱式坐便器

该原理如图1所示。它是在厨房的盥洗池上设置2个排水口，当用过的水比较脏时，堵塞向水箱排水的排水口，脏水将进入通常的下水道；当用过的水较清洁时，用木塞堵住进入下水道的排水口，让水自流进入污水回收水箱。由于水位差的存在，水流将顶起水箱进水管口上的简易止回阀，进入水箱，当水达到设计水位后, 继续进水溢流阀将被自动打开，多余的水量将会被排入便池。当水箱放在卫生间地面上,没有足够的动能促使水流入便池，因此在水箱上部加装橡胶密封罩,使用时用脚踏动联接橡胶罩踏板，使橡胶罩向下压，由于罩内空气增多，增加了水箱上部的压强, 迫使箱内水排入坐便器，此时,溢流管口上的溢流阀、进水管口上的止回阀将自动关闭，用后在踏板自重的作用下，将橡皮罩拉回原来的位置。可以通过脚踏踏板时用力的大小和时间来控制水箱出水的流速和水量。

其优点是水箱体及各零部件简单，易于制造，因而水箱的造价与现行使用的蹲式大便器的冲洗水箱相差不多，使用较方便, 就目前厕所布置情况，将水箱放在大便器后面的地面上是可以的。其缺点是安装该水箱要求厕所与厨房的水洗池紧邻，以避免管道跨越空间带来不便。同时需要人工开、闭向水箱排水的排水管路，因厨房盥洗槽的水不是干净的，可能会有堵塞的危险性。

图1 压力式冲洗水箱系统流程图

3.2 模块化排水与分户中水集成系统

模块化排水与分户中水集成系统又称为模块化同层排水节水系统，是指将卫生器具的排水横置管集成模块化，集同层排水与户内三洗污水收集，过滤，储存，消毒，自动回收利用冲厕为一体的节水装置系统。模块化排水系统流程图如图2所示[5]。

在标准工况下，小区采用分户中水系统比不采用措施节约用水2.1万m3/a，全寿命期节水105万m3。按照计算标准工况，分户中水系统比小区集中中水系统的初投资成本增加约35%，运营期成本比小区集中中水系统成本降低53%，按照50年计算，可节约总成本的14%。小区集中中水系统还依赖于现场施工，考虑到目前人工费，钢材材料费，混凝土材料费等初投资成本主要组成呈上升趋势，其初投资增速将大于分户中水系统，预计二者初投资差距将会逐步减小[6]。

图2 模块化排水系统流程图

以上是模块化排水与分户中水集成系统，对于居民用户来说，初投资较高，系统比较复杂，占用卫生间面积较大，维修也较困难，污水回收量与投资比较起来相差甚远。

3.3 半自动可回收利用生活污水坐便器管路系统的可行性分析与设计

根据分析其他各种各样类型的污水回收系统的优缺点，本次设计的原理是用一个储水箱将洗脸盆、洗菜盆、洗衣机等设备产生的污水以人工的方法收集并过滤掉其中的杂物，储存在水箱中，并将该水箱安装于坐便器上方一定高度处，以便放水时有足够的动力，其流程图见图3所示。

图3 半自动可回收生活污水坐便器系统流程图

污水与自来水通过一合流三通方便地进入坐便器蓄水箱，当污水充足时，可将自来水侧的阀门关闭，否则当无可回收利用的污水时，关闭污水水箱阀门，打开自来水侧的阀门，保证坐便器的正常使用，其原理见图4。

图4 可回收利用生活污水的坐便器管路系统原理图

该管路系统结构简单，安装方便，价格低廉，可操作性强，该系统可以起到节水作用也可以保证停水时坐便器的正常使用。实验研究显示，该污水回收装置每天节约用水100～120 L，每月节约用水3 t以上，节约水费10元/月。减少排污3 t以上。减少污水处理费用4~6元/月，详见表2。

表2 每个家庭月节约水量及费用

经水力计算与实验测量可以确定，污水水箱底部距离坐便器水箱最高液面应大于250 mm，同时水箱高度不宜大于1.5 m。水箱容积因不同的家庭用水状况而异，一般推荐值为30~50 L。为不影响美观和占用空间，水箱宜为长方体，垂直于墙面的厚度不超过150 mm。管路的管径为De12、De15即可。同时，根据调查，居民用户平均日生活污水累计储量和坐便器时时用水量曲线分布如图5所示。

图5 居民用户平均日生活污水累计储量和坐便器累计使用水量曲线图

如居民采用该生活污水回收坐便器管路系统时，并能适当调整生活用水，使之与蓄水箱储存水量相搭配，生活污水的累积量基本能够与坐便器累计使用水量相吻合，也就是说，居民每天的生活污水量基本可以满足冲厕用水量，它们的数值基本每天基本维持在120 L水左右，也就是每天可以节约用水120 L。该可回收利用生活污水的坐便器管路系统的缺点在于需要人工主动收集可用的生活污水，对于生活节奏较快的家庭存在一定的困难。但同时对于节约用水这一问题，不仅仅是经济效益的问题，更重要的是一种社会责任，每个公民都有责任和义务节约每一滴水。该污水回收管路系统结构紧凑，占地较小，水箱设置专用滤网，清洗方便，运行可靠，且滤网价格便宜，系统需要投资的装置仅为水箱和简单的管路及阀门，附加投资仅在200元左右。同时，通过100户家庭对该污水回收管路系统接受程度的调查，结果表3所示。其中有约65%的居民愿意尝试安装该管路系统。

表3 居民对该系统接受程度调查统计 %

4 结束语

可回收利用生活污水的坐便器管路系统为半自动系统，避免了全自动收集系统结构复杂、易出现故障、维修复杂、占用楼体空间、需要消耗二次能源、投资费用高、投资与回收污水的收益相差悬殊等缺点。该管路系统结构简单，安装方便，价格低廉，可操作性强，与投资相比，回收污水数量可观，回收成本快。这既可以让居民得到污水回收在经济上的实惠，又在“节约每一滴水，别让子孙后代的眼泪成为最后一滴水”的这一社会责任感上得到满足，减轻人们对水资源枯竭这一可怕后果的担忧，唤起人们在生活中的其他衣食住行等方面节约能源、保护环境的意识，不要等到水资源已经要枯竭的那一天才想到去节约用水。

如果相关部门能在政策和设计规范中给予一定的引导，如在既有居民住宅中对安装该系统提供适当的鼓励政策（如政府补贴、增大阶梯水价的梯度等），让人们意识到节约用水的重要性；在新建住宅中提出相应的规范设计，该系统的经济效益和社会效益将会是显著的。

[1] 张金梅. 浅析中国水资源的可持续利用[J]. 微量元素与健康研究, 2010, 27(2): 57-58.

[2] 刘卫东, 陆大道. 水资源短缺对区域经济发展的影响[J].地理科学, 1993, 13(1): 9-15.

[3] 李生荣. 我国水资源的现状与对策——水资源短缺制约着我国经济社会的发展[J]. 延安职业技术学院学报, 2009, l23(6): 23-24.

[4] 张立成, 兰宇. 住宅冲厕用水比例问题探讨[J]. 给水排水, 2014, 40(9): 156-157.

[5] 徐焕杏. 卫生间模块化排水节水装置系统与设计[J]. 民营科技, 2008(1): 131.

[6] 陈洪洪, 陈洪斌. 用于冲厕回用水的水质稳定性探讨[J].水处理技术, 2014, l40(1): 118-122.

责任编校：孙 林

Practicability Analysis and Design About Pipeline System of Water Closet Using Domestic Sewage

ZHOU Jia-xiu, ZHANG Dan

（College of Civil and Architectural Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）

Current water resource situation and water consumption distribution ratio in families are analyzed, a pipeline system of water closet using domestic sewage is designed, and domestic sewage is transported in the same pipeline with city water by using gravitational potential energy with high position according to the characteristic that family water closets use a large amount of water consumption and the space to saving water is big. The advantages of the pipeline system are as follows: its form is simple, attached investment cost is low, and there is no repeated energy consumption and so on, it is worthy to be recommended to use in families.

water closet; sewage recycling; water tank volume; tubing design

10.15916/j.issn1674-3261.2017.02.008

TU821.1

A

1674-3261(2017)02-0104-03

2015-12-05

周家秀(1996-)，女，辽宁锦州人，本科生。张 丹(1981-)，女，辽宁昌图人，讲师，硕士。