文四川省綿陽中學實驗學校高二33班 頡虹麟

恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)

文四川省綿陽中學實驗學校高二33班 頡虹麟

我國雖是一個水資源豐富的國家，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已經(jīng)成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。

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

一、設計目的

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)超標的水體，如初洗水果、蔬菜的排水和凈水設備的排水等。

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

通過調查發(fā)現(xiàn)，相比以往，絕大部分家庭對用水安全有了更高的標準，很多家庭在廚房安裝了兩個洗滌盆。一個用于清潔帶油污的餐具、對帶泥土的蔬菜進行粗洗，這部分排水如果要實現(xiàn)再利用，需用多種設備進行多項處理，目前在家庭中很難實現(xiàn)。另一個洗滌盆則用于對瓜果、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，還在洗滌盆下安裝了凈水設備，凈水設備在凈化水的同時會排放廢水，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、設計原理

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)的設計圖。

該系統(tǒng)由若干個閥門、常壓儲水罐、水泵、過濾器、壓力傳感器、控制單元、給水管和排水管組成。常壓儲水罐是廢水收集器，設計容積為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排水管道。水位過高時，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)設計圖

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

圖2中虛線框內的設備、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，洗滌盆和凈水機產(chǎn)生的廢水經(jīng)儲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，自來水不會流入儲水罐。

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

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

當儲水罐內的水位不斷降低至液位下限時，液位傳感器19把信號傳遞給控制單元，由控制單元停止水泵運行。同時打開電磁閥17接入自來水，此時，廢水再利用模式自動轉換為常規(guī)用水模式。衛(wèi)生器具由自來水供水，直到儲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水罐的作用。

當罐體內水位達到水位上限時，液位傳感器18把信號傳遞給控制單元，由控制單元關閉電磁閥切斷自來水，同時向水泵發(fā)送啟動的信號。此時如果不使用潔具，管道內的水會維持一定的壓力，水泵在壓力傳感器的作用下不會啟動。否則，壓力減小，水泵啟動。

系統(tǒng)還在過濾器16的前、后端分別裝有安全閥。安全閥13會在過濾器堵塞時自動起跳泄壓，保護水泵。安全閥14則在常規(guī)運行模式壓力過高時自動起跳，保護閥門和管道。兩個安全閥在壓力減小后均可自動關閉。安全閥的排水直接流入排水管道。

四、結論

經(jīng)計算，恒壓家庭廢水再利用系統(tǒng)一個月可為一個家庭節(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和衛(wèi)生級別的管道，不會銹蝕設備和管道，且不易結垢。系統(tǒng)內設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設計以提高廢水利用率，使其更安全、節(jié)能。