文丘里管回收和生態(tài)碳纖維凈化水循環(huán)系統(tǒng)探析

摘要：文章從提高家庭廢水利用率的角度出發(fā)，提出了基于文丘里管回收和碳纖維凈化原理的家庭用水循環(huán)系統(tǒng)，希望通過對(duì)家庭廢水的采集凈化循環(huán)再利用為節(jié)水做出貢獻(xiàn)。整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)分為兩個(gè)大的組成部分，即凈化部分和自吸部分，核心及創(chuàng)新點(diǎn)在于生態(tài)碳纖維污水處理方案和文丘里管提水方案的運(yùn)用，系統(tǒng)幾乎不耗能。

關(guān)鍵詞：文丘里管原理；水循環(huán)利用；生態(tài)碳纖維；生物掛膜；廢水利用率 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH232 文章編號(hào)：1009-2374（2015）15-0083-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.043

目前我國水資源短缺，供水形勢(shì)嚴(yán)峻，因此提高水的利用效率，找出節(jié)水辦法迫在眉睫。本文中整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)通過碳纖維掛膜污水處理以及文丘里管自動(dòng)提水方案的應(yīng)用而使家庭用水得以循環(huán)使用，使污水轉(zhuǎn)化為可以利用的二類水。基于此種設(shè)備可以節(jié)約一半以上的家庭用水，從而大大提高水的利用率，減少了家庭用水對(duì)水資源的消耗。由于設(shè)計(jì)符合現(xiàn)代節(jié)能減排的理念且裝置成本較低、結(jié)構(gòu)簡單，因此可以大規(guī)模生產(chǎn)并在千家萬戶中推廣使用，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。如果每家每戶都采用此種生活用水循環(huán)利用裝置，那么將節(jié)約大量水資源，創(chuàng)造巨大的環(huán)境經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)今我國在生活污水的處理上存在一定的技術(shù)問題，已有的設(shè)備、所采用的城市污水資源化利用技術(shù)難以滿足實(shí)際需要。目前已報(bào)道的各種普通填料，均有各自難以克服的缺點(diǎn)：無機(jī)填料雖然大多比表面積大，但是水流阻力也相對(duì)大，容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象；有機(jī)填料不容易堵塞，但是表面光滑且比表面積小，使微生物掛膜困難。

另外，家庭的污水一般很少存在一體化的凈化回收系統(tǒng)。就目前來說，家庭污水主要處理途徑是通過統(tǒng)一的排污管道排入江河之中。這樣，對(duì)環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生的影響是巨大的。目前全國各地出現(xiàn)的水污染事件，與此不無聯(lián)系。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 方案構(gòu)想

家庭生活用水按使用范圍不同主要可分為三部分：第一部分為飲食用水，用于淘米、洗菜、洗餐具、刷牙等對(duì)水質(zhì)要求嚴(yán)格的水；第二部分為清潔用水，用于洗澡、洗衣服、清潔衛(wèi)生等一類對(duì)水質(zhì)要求較高的水；第三部分為沖廁用水，主要用于沖廁所，對(duì)水質(zhì)要求很低，只要沒有大的雜質(zhì)且相對(duì)澄凈即可。

考慮到飲食用水對(duì)水質(zhì)的要求和嚴(yán)格，并且人們心理上難以接受將循環(huán)用水用于飲用，因此我們只將循環(huán)水用于第二部分水和第三部分水。由于第三部分水對(duì)水質(zhì)要求不高，對(duì)用于沖廁的水質(zhì)做簡單的過濾和物質(zhì)沉降處理。第二部分用水根據(jù)國家規(guī)定，需要達(dá)到二類水標(biāo)準(zhǔn)，因此需經(jīng)過凈化后才可循環(huán)使用。

又因?yàn)樯钣盟脚_(tái)一般具有一定的高度，而且沖廁用水需要一定的水壓，因此循環(huán)水需具有一定的位能才能提供良好的生活用水。為實(shí)現(xiàn)利益最大化，我們就要盡可能地減少外界能量的消耗，因此我們就想到利用自來水的速度能使文丘里管產(chǎn)生負(fù)壓來提水。

基于上述分析，我們提出了一套“基于文丘里管回收和生態(tài)碳纖維凈化原理的家庭用水循環(huán)系統(tǒng)”。

2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)按功能可劃分為凈化裝置、循環(huán)裝置和閥門、管道等附屬部件三個(gè)部分。其中凈化裝置包括一個(gè)以生態(tài)碳纖維為凈化主體的污水處理系統(tǒng)和多個(gè)帶三通管的過濾網(wǎng)，用以凈化污水；循環(huán)裝置包括文丘里管、水壓控制塔、真空箱、儲(chǔ)水箱，主要用于儲(chǔ)水、提水以實(shí)現(xiàn)用水循環(huán)；閥門、水管等附屬設(shè)備則起連接和控制

作用。

各部分結(jié)構(gòu)功能詳細(xì)介紹如下。

2.2.1 凈化裝置。裝置簡介：裝置整體構(gòu)造為圓柱形，半徑0.1m，總長1m。計(jì)劃采用有機(jī)玻璃，包括五個(gè)池子：沉淀槽，厭氧濾床槽一室（放入懸浮球填料），厭氧濾床槽二室（放入立體彈性填料），接觸氧化槽（放入生態(tài)碳纖維），消毒槽，每個(gè)槽半徑0.1m，長度0.2m。該裝置不僅解決了傳統(tǒng)填料易堵塞，比表面積小，微生物掛膜困難以及類似活性炭陶粒易沖散的難題，而且巧妙利用了生態(tài)碳纖維比表面積大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)加速生物膜對(duì)污染物的降解。處理效果好，BOD去除率達(dá)80%，能達(dá)到二類水（可用于洗衣服、淋浴等）標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 循環(huán)裝置。主體是基于文丘里原理的自吸水裝置，由文丘里管、真空箱、控制閥等組成。利用自來水通過文丘里管時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓，使與文丘里管相連的密閉真空箱產(chǎn)生負(fù)壓，利用蓄水池與真空箱的壓差將低位蓄水池中的水壓入高位真空箱。

污水蓄水箱：污水蓄水箱主要用于收集、過濾、儲(chǔ)存污水。為外圍尺寸長*寬*高=80cm*40cm*100cm的長方體塑料箱體，在高30cm處設(shè)置過濾層、97cm處設(shè)置直徑為2cm的溢流孔。

文丘里管：利用異型管使流經(jīng)該管流體的速度發(fā)生變化從而產(chǎn)生壓差的管件。主要由入口圓錐段、圓錐收縮段、圓筒形喉部和圓錐擴(kuò)散段組成。

水壓控制塔：水壓控制塔主要起控制水壓的作用，使水壓保持特定的值。考慮到自來水水壓、流量的不穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)中水壓控制塔主要起降壓穩(wěn)壓的作用。

真空箱：真空箱是用于產(chǎn)生壓差、吸水并儲(chǔ)水的裝置，左側(cè)用于儲(chǔ)存凈水，右側(cè)用于儲(chǔ)存沖廁用水，在隔板處開有溢流孔，右側(cè)箱壁裝溢流閥，隔板處溢流孔位置高于右側(cè)箱壁溢閥。

3 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

本系統(tǒng)的核心創(chuàng)新點(diǎn)即在于碳纖維掛膜污水處理方案、文丘里管提水方案的運(yùn)用以及系統(tǒng)的幾乎不消耗

能量。

3.1 碳纖維掛膜污水處理方案

材料選取上的創(chuàng)新：目前被廣泛應(yīng)用的污水處理技術(shù)是生物膜法，生物填料是該技術(shù)的核心之一。而已投入使用的填料成分大多比較單一，而我們找到了一種新型填料——生態(tài)碳纖維可以有效改善上述缺陷。生態(tài)碳纖維是一種新型高效吸附材料，具有比表面積大、生物穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，且具有獨(dú)特的表面化學(xué)性能，可作為新型載體填料用于微生物的附著生長。endprint

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新：填料本體呈“卍”字形，包括豎向支撐和橫向支撐，豎向支撐與橫向支撐之間形成內(nèi)凹槽，通過內(nèi)凹槽可使填料本體相互嵌套。這種結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新設(shè)計(jì)使填料在生物啟動(dòng)階段且無碰撞摩擦的狀態(tài)下能快速掛膜，減少啟動(dòng)時(shí)間；同時(shí)提高了填料表面粗糙度，也有利填料的初期掛膜。

3.2 文丘里管提水方案

為了實(shí)現(xiàn)利益最大化，盡可能減少能耗，我們創(chuàng)新采用文丘里管提水法，利用自來水速度使文丘里管產(chǎn)生負(fù)壓來提水，文丘里管的應(yīng)用使得系統(tǒng)不需要耗能就可以達(dá)到預(yù)期效果，起到了節(jié)能的作用。

整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)通過碳纖維污水處理以及文丘里管自動(dòng)提水方案的應(yīng)用使家庭用水得以循環(huán)使用，基于此設(shè)備可以節(jié)約一半以上的家庭用水，大大提高水的利用率，減少了家庭用水對(duì)水資源的消耗。設(shè)計(jì)符合現(xiàn)代節(jié)能減排的理念，且成本較低，可以大規(guī)模生產(chǎn)并在千家萬戶中推廣使用，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳洪斌，李辰，劉富強(qiáng)，戴曉.膜生物反應(yīng)器用于居民區(qū)生活污水處理與回用[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，（2）.

[2] 郭軍，海熱提，鈕珊，范長健.生態(tài)碳纖維復(fù)合填料生物反應(yīng)器處理印染廢水[J].化工進(jìn)展，2012，31（10）.

[3] 張海林.城市污水處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].河南科技，2012，（4）.

[4] 王智成，王昶，酒井裕司，賈青竹.凈化槽中生物濾床種類對(duì)家庭生活污水處理效果的影響[J].水處理技術(shù)，2011，37（2）.

[5] 許春蓮，宋乾武，王文君，戴建坤，稻森悠平.日本凈化槽技術(shù)管理體系經(jīng)驗(yàn)及啟示[J].中國給水排水，2008，24（14）.

[6] 劉慶玉，王書文，焦銀珠.小型生活污水處理工藝和設(shè)計(jì)[J].水處理技術(shù)，2005，31（5）.

[7] 田娜，朱亮，張志毅，相文寧.高效生活污水處理裝置——高性能合并處理凈化槽[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2004，5（5）.

[8] 王增長，高羽飛.建筑給排水工程[M].北京：高等教育出版社，2010.

作者簡介：范雄杰（1993-），男，湖北武漢人，武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院本科在讀學(xué)生，研究方向：能源動(dòng)力。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint