恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)

文四川省綿陽中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校高二33班 頡虹麟

恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)

文四川省綿陽中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校高二33班 頡虹麟

我國(guó)雖是一個(gè)水資源豐富的國(guó)家，但淡水資源匱乏，人均占有量更少，城市水資源短缺造成的水危機(jī)已經(jīng)成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

要想為人們樹立提高水資源的利用率、減少水資源浪費(fèi)的觀念，就必須運(yùn)用科技手段實(shí)現(xiàn)有效節(jié)水。

一、設(shè)計(jì)目的

城市家庭排水可分為污水和廢水兩種。污水是指由衛(wèi)生潔具排放的有色、有味及嚴(yán)重污濁的水體，如抽水馬桶的排水和廚房洗滌油污后的排水等。廢水是指清潔器具、瓜果等排放的無色、無味但衛(wèi)生指數(shù)超標(biāo)的水體，如初洗水果、蔬菜的排水和凈水設(shè)備的排水等。

如果在廢水流入排水系統(tǒng)之前，以家庭為單位對(duì)其進(jìn)行回收再利用，將是一項(xiàng)簡(jiǎn)單有效的節(jié)水措施。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相比以往，絕大部分家庭對(duì)用水安全有了更高的標(biāo)準(zhǔn)，很多家庭在廚房安裝了兩個(gè)洗滌盆。一個(gè)用于清潔帶油污的餐具、對(duì)帶泥土的蔬菜進(jìn)行粗洗，這部分排水如果要實(shí)現(xiàn)再利用，需用多種設(shè)備進(jìn)行多項(xiàng)處理，目前在家庭中很難實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)洗滌盆則用于對(duì)瓜果、蔬菜等的再清洗，這部分廢水可用來沖洗便池、馬桶或拖布。

另外，很多家庭為改善水質(zhì)，還在洗滌盆下安裝了凈水設(shè)備，凈水設(shè)備在凈化水的同時(shí)會(huì)排放廢水，這些水同樣可以收集后再利用。圖1為恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)的流程圖。

圖1恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)流程圖

二、設(shè)計(jì)原理

恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)以家庭廢水為源水，通過水泵加壓向用水器具提供恒壓水，可在節(jié)水模式與常規(guī)模式之間自由切換。圖2為恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖。

該系統(tǒng)由若干個(gè)閥門、常壓儲(chǔ)水罐、水泵、過濾器、壓力傳感器、控制單元、給水管和排水管組成。常壓儲(chǔ)水罐是廢水收集器，設(shè)計(jì)容積為25升，由不銹鋼材料制成。它包括罐體和可拆卸的蓋子，罐體底部設(shè)有放空管，廢水可通過閥門15被放空，罐體底部的出水管與水泵入口連接，罐體上部接清洗盆排水管道和凈水機(jī)排水管道。水位過高時(shí)，廢水通過溢流管流入排水管道。

圖2恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

水泵由控制單元決定何時(shí)啟、閉，是廢水再利用的動(dòng)力源，向潔具提供足夠壓力的廢水。圖3是主要部件圖。

圖2中虛線框內(nèi)的設(shè)備、閥門、管道及控制單元等可以集成后藏入廚柜中，不影響家居美觀。

三、工作方式

該系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式：常規(guī)供水模式和節(jié)水模式，節(jié)水模式即廢水再利用模式。

當(dāng)斷開水泵電源，開啟閥門4后，系統(tǒng)在常規(guī)供水模式下運(yùn)行。經(jīng)家庭主供水管道分流的給水通過閥門1和閥門4向拖布池、便池及抽水馬桶等正常供水，此時(shí)，洗滌盆和凈水機(jī)產(chǎn)生的廢水經(jīng)儲(chǔ)水罐的溢流管道全部排放出去。在這種模式下，由于止回閥12通水的單向性，自來水不會(huì)流入儲(chǔ)水罐。

常規(guī)供水模式主要用于保障在廢水再利用系統(tǒng)的維護(hù)和檢修期間，衛(wèi)生器具可正常使用。

圖3 恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)部件三維分布圖

相反，當(dāng)接通電源，關(guān)閉閥門4，系統(tǒng)在廢水再利用模式下運(yùn)行。使用潔具時(shí)，連接潔具的給水管道內(nèi)的壓力迅速降低，且通過壓力傳感器把壓力傳遞給控制單元。當(dāng)壓力降低到設(shè)定的下限值時(shí)，控制單元自動(dòng)啟動(dòng)水泵，把儲(chǔ)水罐內(nèi)的廢水輸送到給水管道，為管道內(nèi)的水流加壓，以保證正常壓力供水。

停止使用潔具時(shí)，由于連接潔具的閥門6、7、8、9均關(guān)閉，管道內(nèi)的壓力迅速升高，當(dāng)壓力超過設(shè)定上限值時(shí)，控制單元停止水泵工作。此時(shí)，水泵出口處的止回閥12阻止管道內(nèi)的帶壓水回流到儲(chǔ)水罐，使管道內(nèi)的水維持在一定壓力下，提供下次使用潔具所需水的壓力。

當(dāng)儲(chǔ)水罐內(nèi)的水位不斷降低至液位下限時(shí)，液位傳感器19把信號(hào)傳遞給控制單元，由控制單元停止水泵運(yùn)行。同時(shí)打開電磁閥17接入自來水，此時(shí)，廢水再利用模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換為常規(guī)用水模式。衛(wèi)生器具由自來水供水，直到儲(chǔ)水罐被再次灌滿廢水。此種情況下止回閥12也將起到阻止自來水流向儲(chǔ)水罐的作用。

當(dāng)罐體內(nèi)水位達(dá)到水位上限時(shí)，液位傳感器18把信號(hào)傳遞給控制單元，由控制單元關(guān)閉電磁閥切斷自來水，同時(shí)向水泵發(fā)送啟動(dòng)的信號(hào)。此時(shí)如果不使用潔具，管道內(nèi)的水會(huì)維持一定的壓力，水泵在壓力傳感器的作用下不會(huì)啟動(dòng)。否則，壓力減小，水泵啟動(dòng)。

系統(tǒng)還在過濾器16的前、后端分別裝有安全閥。安全閥13會(huì)在過濾器堵塞時(shí)自動(dòng)起跳泄壓，保護(hù)水泵。安全閥14則在常規(guī)運(yùn)行模式壓力過高時(shí)自動(dòng)起跳，保護(hù)閥門和管道。兩個(gè)安全閥在壓力減小后均可自動(dòng)關(guān)閉。安全閥的排水直接流入排水管道。

四、結(jié)論

經(jīng)計(jì)算，恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)一個(gè)月可為一個(gè)家庭節(jié)水9.63%。系統(tǒng)出水與自來水完全分開，互不影響，水質(zhì)滿足潔具的衛(wèi)生要求。由于可利用的家庭廢水基本無色無味，因此不會(huì)在視覺上給人帶來不快的感覺。

系統(tǒng)組件選用不銹鋼材質(zhì)和衛(wèi)生級(jí)別的管道，不會(huì)銹蝕設(shè)備和管道，且不易結(jié)垢。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了安全閥和傳感器，滿足使用的安全要求。

今后我還將不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)以提高廢水利用率，使其更安全、節(jié)能。