家庭用水管道改造的创新设计

摘 要：针对现在城市家庭用水情况存在的缺点，非常有必要对家庭用水进行分级利用，对不同的水质要求进行不同的处理，并对家庭用水管道改造进行创新性设计，此项设计具有十分重要的经济效益和环保价值。

关键词：家庭用水；管道改造；创新设计

当前，水资源的危机已经威胁到了全世界的所有国家。在未来的世界里，引起战争的可能不再是石油而是淡水资源，其中最重要的问题就是城市用水问题，对于解决城市缺水这一问题除了加大节水力度，治理城市污水的同时，还应积极开展污水资源化的研究，提高污水的回用率。目前许多地方都提出了大的市政工程进行中水的回用。这些工程实施起来节水效果显著，但是其工程过于庞大操作起来所需的人力、物力、财力都十分巨大。针对这一问题，我们研究了一套能够使家用自来水分级利用的管道改造的创新性设计，将大型的污水回用工程缩小到每家每户，这样既可以减小其工程量，增加其可实用性，也可以达到节水的目的，并产生十分重要的经济效益和环保价值。

1 城市家庭用水情况分析

目前城市水循环模式很大程度上依赖于水分的不断流动，即采水-用水-排水的粗放利用型模式。以日常家庭用水为例：其中消耗最多的为个人卫生用水，然后依次为冲厕用水、洗衣用水、饮用水、做饭用水等等。我们可以简单的对其水质进行分级，一级为对卫生要求极高的饮用水；二级为个人卫生用水及洗衣用水，这类水需要进行一定的除杂和硬度处理并达到一定的卫生要求；三级用水为除冲厕所以外的其它杂排水；四级用水为对卫生无要求的冲厕用水。经过分级后，如果对家庭用水进行分级利用就可以省去四级用水，并对二、三级用水进行简单的循环利用。而目前的大部分城市，对所有水质的水都采用同一套管道进行输送，造成了大量优质水源的浪费、污染，即用的越多污染的越多！因此，设计出一套既能对不同水质的水进行分级利用又能使优质水源回用的节水方案刻不容缓！

2 工艺的选择

根据不同杂排水的水质，污染成分及其用途设计不同的处理工艺对水进行处理，这样既可以达到相应水质的标准还能减少不必要的浪费。我们采用的处理技术主要有：物理法、生物法、物化法等，可以将这些方法单独使用，也可以根据不同的需求将几种方法串联使用，达到更好的效果。其中应用较多的工艺主要有絮凝、沉淀、过滤、生物处理和活性炭吸附等。

经过研究本设计对于二级用水采用以下处理工艺流程（命名为过滤装置一）：二级用水→毛发聚集器→调节池→混凝沉淀→过滤→消毒→出水。

三级用水采用较为复杂的工艺流程（命名为过滤装置二）：三级用水→筛滤→调节池→微絮凝→过滤→活性炭吸附→微滤→过滤→消毒→出水[1]。

3 装置的具体设计模型

该装置的工作主体为中间的中介装置，在该装置中设计出过滤装置和分流装置，使不同水质的水从不同的水管流出、过滤、储存，再根据人们不同的需求打开不同的阀门，即可完成水的分级利用。

3.1 装置的各部分组成及其作用

该设计的中介装置由过滤装置：1、储水箱1、过滤装置2、储水箱2、水泵以及相应的管道结构组成。过滤装置负责处理由上方流下的使用过的水，水箱负责储存，并由水泵负责提升水位加以循环利用。

3.2 过滤装置的设计

家庭用水一般有两条输水管线，一条位于卫生间用于面盆、淋浴、抽水马桶。另一条位于厨房用于洗菜盆。面盆中的水和淋浴用水一般为个人卫生用水和洗衣用水，定义为二级用水，此类水为优质杂排水，因此在其下方采用第一套工艺进行水的处理。洗菜盆中的水多用于平时洗菜、做饭、刷碗等，因有大量的油污及其他物质，水质较差为三级用水。需采用第二套工艺对水进行处理。该设计中的每个过滤装置都设计为可拆卸的，这样便于平时的清理和过滤药品的更换。

3.3 分流装置的设计

分流功能由三部分得以实现：

3.3.1 面盆、淋浴、洗菜盆上的水龙头采用三通阀门来控制水。左侧为优质自来水，右侧为处理后的循环水以此实现分流。

3.3.2 储水箱内设计溢流管道和指示灯。当水位过低时指示灯闪烁，采用左侧自来水供水；水箱内水量充足时采用右侧循环水供水。当水量超出水箱水位时，通过溢流槽流出进入下水管道，实现水的分流。

3.3.3 根据流程图设计的不同管道实现水的分流。

3.4 该装置的工作原理

使用时我们可以根据自己的需要，选择不同的阀门来控制出水。如我们要刷牙，则可将水龙头拧至左侧进行洗漱。若要满足我们洗脸洗衣的需要，我们可以观看水箱上指示灯的情况。若水量充足，我们可以将水龙头调至右侧使用循环水；水量不足时，再将水龙头调至左侧用自来水进行补给。洗菜盆处的使用情况同上。

当使用马桶时，按下冲水马桶的开关，马桶自动从储水箱内汲取水源进行冲厕，最终流入下水管道。

4 具体器材的选择

4.1 水泵的选择

水泵选择的原则：小型家用水泵，占地面积小，重量轻，价格合理，功率低，噪声小，适合频繁启动[2]。在反复研究后最终选用DB -125A型的水泵。

4.2 管道材质的选择

根据污水回用设计规范规定，可以采用的金属管包括以下几种材料：钢管（SP管）、钢套筒预应力钢筋混凝土管（PCCP管）、玻璃钢夹砂管（0Mp管）和球墨铸铁管（IP管）等等，用金属管输送再生水，需要对腐蚀控制采取比较严格的措施，经分析比较，设计选用较为常用的钢管（sp管）。

4.3 阀门的选择

为了能满足不同水质的水能从不同的管道流出，应该选用三通阀门。

5 结束语

目前水资源现状十分严峻，淡水资源短缺，人均资源不足，水资源浪费情况较为常见，废水资源化应用不够广泛，因此，对家用自来水管道进行改造，改变用水方式刻不容缓。通过对自来水管道的创新性设计，能够实现水的分级循环利用，并在细节处着手，考虑到了生活中可能遇到的问题，并进行了合理的解决，优于其他的普通家用自来水管道。如果每家每户都能应用这种方式根据人们的需求将不同水质的水分级循环利用，那么积年累月将节约大量的水资源，也减少了污水的排放量，会为每户家庭带来实际的经济效益，减小了对环境的压力，具有十分重要的经济价值和环保价值。这是用水方式的一次革命，势在必行。

参考文献

[1]王宝贞，王琳.水污染治理新技术[M].北京：科学出版社，2004

[2]刘廷俊.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社，2004.

通讯作者：朱团（1969-），男，毕业于东北师范大学化学系，黑河学院物理化学系副教授，主要研究方向为无机及分析化学教学与实验研究。