家庭废水回收利用装置.docx
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家庭废水回收利用装置
摘要
我国是一个极其缺水的国家，国家出台了许多政策，要求生产节水产品，并要求增强居民节水意识。
在国家大力号召下，许多生产厂家下大力度研发节水产品，来满足人们的需要，给人们带来更多的收益，节水产品在家庭生活中取得了良好的效果，人们从一系列的变化数字中领悟到节水减少了部分生活开支。
实际生活中，我们有部分水是可以在再利用的。
本设计基于中水回用的相关技术，通过集水箱收集家庭废水并进行简单处理，再输送至蓄水箱，最终用于厕所冲水、家庭浇花拖地以与厨房消防。
该设计主要解决家庭废水回收利用的问题，意义旨在节约家庭用水，提高水的回收利用率，为环保节能献力。
关键词：
家庭废水回收利用
Abstract
Ourcountryisaextremelywater-shortcountry.Thecountryhasissuedamanypolicies,callingontheproductionwatersavingproductrequirements,andenhancingresidentswatersavingconsciousness.Incountriesunderthecallvigorously,manymanufacturersofwatersupplyproductsresearchanddevelopment,tomeettheneedsofthepeople,givepeoplemoreearnings.Watersavingproductsinfamilylifehasobtainedgoodeffect.Peoplefromaseriesofchangesinthenumberofwatersavingawakentoreducethecostsofliving.Inreallife,wehavepartofthewatercanbeinrecycled.Thisdesignbasedonthewaterreuserelatedtechnology,throughthecollectionofwatertankcollectionandsimplefamilywastewatertreatmentandthentransportedtothewaterstoragebox,eventuallyusedintoilet,familywateringtheflowers，moppingthefloorandkitchenfire.Thisdesignismainlytosolvetheproblemofwastewaterrecyclingfamily,meaningthefamilytosavewaterandimprovewaterrecycling,environmentalprotectionandenergysavingfortheirpower.
Keywords:
FamilywastewaterRecycling
第一章绪论
1.1设计背景
我国是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一，淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。
扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，中国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为900立方米，据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。
日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对中国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。
全国668座建制市中，约有400多座城市缺水，其中100多座城市严重缺水。
在这种水资源极度缺乏，并且在不断的浪费的情况下，需要采取节水措施[1]。
我们每个家庭或者个人都应将节水当作分之事。
家庭废水的回收利用是很重要的节水手段。
在日常生活中，重复利用废水的方法很多。
例如用洗漱用过的水来冲厕就是很好的节约方式。
实际生活中人们早有这种意识并采取了这种方式，不少家庭已经把洗漱用过的水用桶收集起来，以备冲厕用，这是最原始的收集利用的方式。
现在，人们在研制家庭废水再利用产品来丰富节水市场，在众多的废水利用产品中，还未有更简单、更实用、更好的产品来推向市场，满足人们生活的需要。
1.2家庭废水情况
1.2.1家庭废水统计
在调查显示中，家庭卫生间用水占生活用水60-70%，就用水冲厕这一块，一人平均一个月用水约1立方米，如果家庭不是用节水坐便器，用水量会更多。
一个人一年用水12立方米。
如果水费为每吨3.7元（），一个三口之家所用费用133.2元，在调查显示中，城市污水处理费用每吨0.9元（）左右。
如果一个城市有200万人口，那么一年有1920万吨自来水被冲厕使用，同时有1920万吨废水产生，相关的污水处理费用为1728万元，产生了双向浪费，如果我们用可再利用的废水来冲厕，产生的经济效益和社会效益是很可观的[2]。
1.2.2家庭废水特点
出去厕所排水外的家庭废水都可称为洗涤水。
洗涤水的构成成分非常广泛，这反映了居民的生活方式以与家庭洗衣服洗澡等所选用的化学药品。
洗涤水广泛含有高浓度的易降解有机物，比如做饭产生的油脂类、肥皂或其他洗涤剂产生的表面活性剂和其他剩余物。
理论上来说，只有当洗涤水被排泄物污染过菜可能造成洗涤水轻微含有病原体。
尽管如此，洗涤水的自身环境是很有利于病原体的生长，也就是说，洗涤水在回收利用前是需要经过处理的。
此外，未处理的洗涤水会很容易变成厌氧（即含有的氧气被耗光，），而因此产生臭味。
洗涤水的养分含量通常比一般的混合污水要低。
在某些情况下，其磷的含量可能会很高，但是氮的含量通常都很低。
如果人们都使用无磷洗涤剂，那么洗涤水中的磷含量将会减至比经过预处理过的污水中磷含量更低。
因此也将会把洗涤水重复利用的步骤降到最少[3]。
1.2.3家庭污废水的分类
空调系统排水、盥洗排水和沐浴排水等，其污染程度较轻，称为优质杂排水，在设计时应优先选择其作为中水水源；冲厕以外的生活排水组合，其污染程度中等，称为杂排水；所有生活排水的总称，其污染程度最重，称为生活污水，由于其处理费用较高，且难处理，所以在设计时应尽量不采用其作为中水水源[4]。
1.2.4家庭废水的处理要求
处理需求的预防在任何洗涤水管理中都应被看作一个重要的部分。
这可以通过控制污染负荷或者使用的水量来实现。
因此，所有的洗涤水系统应当提供用户关于环境友好家用化学药品和保护水技术的信息。
将节水设备与经济奖励政策相结合，比如消耗水的费用系统，洗涤水的产生量将在很大程度上得到减少。
在规划城市下水道设施时，目标是每个人每天不产生超过80升的洗涤水。
要收集和输送洗涤水，一个管道系统是必须的。
和传统混合污水系统不同的是，因为不用输送厕所水此处我们可以用管径较小的管道。
为了方式被油脂堵塞，管道应当用不少于0.5%的坡度笔直安装（没有凸出或凹陷）[3]。
1.3家庭废水的处理
1.3.1中水回用的概念
将生活污水作为水源，经过适当处理后作杂用水，其水质指标间于上水和下水之间，称为中水，相应的技术称为中水技术。
经处理后的中水可用到厕所冲洗、园林灌溉、道路保洁、城市喷泉等。
对于淡水资源缺乏，城市供水严重不足的缺水地区，采用中水技术既能节约水源，又能使污水无害化，是防治水污染的重要途径，也是我国目前与将来长时间重点推广的新技术、新工艺[5]。
本设计要求“家庭生活废水包括洗碗洗菜等污水（厕所排水除外）。
这些废水通过该装置的处理能够用于厕所冲洗用水和家庭浇花拖地等，其意义可以节约用水充分利用水资源。
”故本次设计回收利用废水的方式与中水相类似，因此以中水为基础来介绍一些工艺。
1.3.2中水水质要求
中水水质必须要满足以下条件：
1、满足卫生要求。
其指标主要有大肠菌群数、细菌总数、余氯量、悬浮韧、BOD5等；
2、满足人们感观要求，即无不快的感觉。
其衡量指标主要有浊度、色度、臭味等；
3、满足设备构造方面的要求，即水质不易引起设备、管道的严重腐蚀和结垢。
其衡量指标有pH值、硬度、蒸发残渣、溶解性物质等。
近年来，我国对中水研究越来越深入，为保证中水作为生活杂用水的安全可靠和合理利用，于一九八九年正式颁布了《生活杂用水水质标准》[6]。
1.3.3中水的分类
中水因用途不同有三种处理方式
1、将其处理到饮用水的标准而直接回用到日常生活中，即实现水资源直接循环利用，这种处理方式适用于水资源极度缺乏的地区，但投资高，工艺复杂；
2、将其处理到非饮用水的标准，主要用于不与人体直接接触的用水，如便器的冲洗，地面、汽车清洗，绿化浇洒，消防，工业普通用水等，这是通常的中水处理方式；
3、工业上可以利用中水回用技术将达到外排标准的工业污水进行再处理，一般会加上混床等设备使其达到软化水水平，可以进行工业循环再利用，达到节约资本，保护环境的目的[6]。
本次设计可以归为第二类当中，即通常的中水处理方式。
1.3.4中水处理方法
按处理方法，中水处理工艺一般分为3种类型：
1、物理处理法：
膜滤法，适用于水质变化大的情况。
采用这种流程的特点是：
装置紧凑，容易操作，以与受负荷变动的影响小。
膜滤法是在外力的作用下，被分离的溶液以一定的流速沿着滤膜表面流动，溶液中溶剂和低分子量物质、无机离子从高压侧透过滤膜进入低压侧，并作为滤液而排出；而溶液中高分子物质、胶体微粒与微生物等被超滤膜截留，溶液被浓缩并以浓缩形式排出。
2、物理化学法：
适用于污水水质变化较大的情况。
一般采用的方法有：
砂滤、活性炭吸附、浮选、混凝沉淀等。
这种流程的特点是：
采用中空纤维超滤器进行处理，技术先进，结构紧凑，占地少，系统间歇运行，管理简单。
3、生物处理法
适用于有机物含量较高的污水。
一般采用活性污泥法、接触氧化法（如图所示）、生物转盘等生物处理方法。
或是单独使用，或是几种生物处理方法组合使用，如接触氧化+生物滤池；生物滤池+活性炭吸附；转盘十砂滤等流程。
这种流程具有适应水力负荷变动能力强、产生污泥量少、维护管理容易等优点[7]。
本设计以物理处理法为主。
1.4家庭废水处理中存在的问题
建筑中水回用存在的问题较多，首先，中水系统运行往往不正常，水质水量不稳定，用户难以放心依赖，造成这种现象的主要原因是有些工艺、设备不过关，达不到预想效果，同时对系统的运行管理水平不高，出现问题不能与时解决，使水质水量常常发生较大的波动，甚至停产。
其次，中水回用在实际工程中并不比使用城市给水更经济。
对22个运行中的中水设施进行调研，通过分析发现普遍存在设施能力不能充分利用、运行成本过高的现象，其总运行成本有的甚至高达11.37元/m3，且平均总运行成本也为3.24元/m3，这主要是因为中水设施的设计规模得不到充分发挥。
再次，中水回用水质标准太高。
目前我国建筑中水回用执行的水质标准是现行的《生活杂用水水质标准》，该标准中总大肠菌群的要求与《生活饮用水卫生标准》一样，比发达国家的回用水水质标准与我国适用于游泳区的Ⅲ类水质标准还严格，这一方面使得许多现有中水工程不达标，另一方面，也限制了建筑中水工程的推广和普与。
很多人对中水的卫生性、安全性等存有顾虑，在感情上无法接受中水，从而影响了其普与。
当然当前的水价偏低也是造成中水回用成本较高从而难以推广的重要原因之一[8]。
1.5中水回用技术的现状与发展
中水回用设备开发与回用技术近期得到了迅速发展，在美国、日本、印度、英国等国家（尤以日本为突出）得到了广泛的应用。
这些国家均以本国度、区域的特点确定出适合其国情国力的中水回用技术，使中水回用技术越来越臻于完善。
在中国，这一技术已受到各级政府与有关部门重视并对建筑中水回用做了大量理论研究和实践工作，在全国许多城市如、、、、等开展了中水工程的运行并取得了显著的效果。
目前，我国的国有工业企业和部分民企，比如污染严重和水资源利用较多的企业都建成了中水回用项目，为低碳生产和节能减排的国家级号召做出了贡献[9]。
1.6课题主要设计容与章节安排
本次课题主要介绍了一种小型家庭废水回收利用装置的设计，本装置采用以活性碳吸附为主要工艺进行处理，包含除油污手段。
本装置由几部分组成，包括集水箱（处理箱）、储水箱，小型水泵，液位控制器等（见图1-1）。
本装置适用于家庭废水回收利用。
图1-1
各章节主要容与具体安排如下：
第一章：
绪论。
本章主要介绍家庭废水收受利用装置的设计背景与国外中水回用技术的现状与发展。
第二章：
家庭废水回收利用装置的总体设计说明。
本章主要介绍装置总体设计方案，家庭废水回收利用装置整体视图进行结构与管段布置详解。
第三章：
家庭废水回收利用装置各管段的详细介绍。
本章主要对装置中各管段与组成部分进行单个详解，并阐述选择各类材料的理由。
第四章：
家庭废水回收利用装置的设计计算。
本章主要介绍家庭废水回收利用装置尺寸计算，确定装置中各管段的详细长度与管径，从而确定装置的详细尺寸。
第五章：
家庭废水回收利用装置造价的计算。
本章主要进行装置造价的计算，造价包括管段材料，填充材料，组装费用，以与部耗材更替时所需的各项费用。
第六章：
家庭废水回收利用装置的设计参考资料与附录。
第七章：
家庭废水回收利用装置设计总结。
第二章家庭废水回收利用装置的总体设计说明
2.1总体设计方案与定位
本次设计是基于家庭废水回收利用的基础上，使得除厕所排水外的其他废水通过该装置的处理能够用于厕所冲洗用水和家庭浇花拖地等，其意义可以节约用水充分利用水资源。
故本次设计对水质处理的要求并不很高，但是在可行性与成本方面有较高要求。
2.1.1家庭废水水质标准
家庭废水没有明确的水质标准，本次设计家庭废水水量水质参照《戈蕾等城市生活污水水量调查与水质分析》。
表2-1城市家庭日用水量调查结果统计[10]（L/人·d）
对象
各类型用水量
洗澡水
洗衣水
淘米水
洗漱水
洗菜水
洗碗水
厕所用水
其他
排水量
户1
72.3
3.72
9.15
5.21
42.48
9.54
37.44
9.11
122.41
户2
60.0
65.0
8.0
3.0
32.0
8.0
50.0
12.0
220.0
户3
50.00
50.0
4.0
5.0
20.0
5.0
100.0
30.0
225.0
平均值
60.8
39.57
7.05
4.40
31.50
7.51
62.48
17.04
189.2
百分比/%
26.4
17.2
3.1
1.9
13.7
3.3
27.1
7.4
100
根据表2-1显示，3户平均日总用水量为230.32L/人·d。
在各类型用水量中，洗澡水和厕所用水占的比例最大，分别为26.4%和27.1%；洗衣水和洗菜水次之，分别为17.2%和13.7%。
而3户的平均日排水量为189.2L/人·d，这说明在城市家庭用水中，绝大部分用水质利用一次后便作为污水直接排出，并未进行循环利用。
表2-2城市家庭生活污水水质分析[10]
项目
洗澡水
洗衣水
淘米水
洗漱水
洗菜水
洗碗水
PH值
7.02
7.43
6.14
7.00
7.43
6.57
浊度（度）
34.8
183.4
221.6
21.95
13
142.65
总磷（mg/L）
3.18
8.04
0.99
0.94
0.69
1.85
COD（mg/L）
81.42
21.24
368.8
217.12
5.9
889.72
从表2-2中可以看出，各类型用水水质差别很大。
综合表2-1与表2-2的统计结果，本次设计的家庭废水水质按照以下数值考虑（厕所排水不计算在）。
PH值：
7.20；
浊度（NTU）：
54.32；
总磷（mg/L）：
2.42；
COD（mg/L）：
107.50；
BOD5以COD的0.57倍计算，则BOD5（mg/L）：
61.28。
2.1.2中水回用水质标准
根据《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）标准，中水回用水质要求如下：
表2-3中水回用水质要求[11]
序号
项目
冲厕
道路清扫、
消防
城市
绿化
车辆
冲洗
建筑
施工
1
pH
6.0-9.0
2
色度≤
30
3
嗅
无不快感
4
浊度/NTU≤
5
10
10
5
20
5
溶解性总固体/（mg/L）≤
1500
1500
1000
1000
-
6
（BOD5）/（mg/L）≤
10
15
20
10
15
7
氨氮/（mg/L）≤
10
10
20
10
20
8
阴离子表面活性剂/（mg/L）
1.0
1.0
1.0
0.5
1.0
9
铁/（mg/L）≤
0.3
-
--
0.3
--
10
锰/（mg/L）≤
0.1
-
--
0.1
--
11
溶解氧/（mg/L）≥
1.0
12
总余氯（mg/L）
接触30min后≥1.0，管网末端≥0.2
13
总大肠菌群/（个/L）≤
3
通过生活废水水质与中水回用水质标准的比较，我们发现浊度以与BOD5超出指标，需进行相关处理。
同时也要考虑到并未列出的色度以与嗅。
2.2装置设计方技术比较与选择
方案一：
自然沉淀。
此方案适用于多数家庭，但是沉淀时间长，且只能降低水的浊度，在有机物和色度等去除上没有太大的作用。
方案二：
投加氯，过滤消毒，此方案雷同于水厂出水消毒，通过对需要用的水体通入氯气或者投加液氯的方法进行消毒。
此方案出水水质一般能达到规标准，但浊度可能不能得到有效地降低。
且加氯在普通家庭中可行性不是很高，存在很多问题。
方案三：
活性炭吸附，此方案适用围广，并且效果显著，能有效的去除水中的有色，有毒微生物和悬浮物质，同时成本非常低，使用简洁方便，使用时间长，能去除本设计所需除去浊度、色度与气味。
方案四：
臭氧消毒，此方案雷同于方案二，出水水质一般能达到规标准，但水中的悬浮物质并未能得到有效的去除，臭氧在普通家庭中使用并不实际，存在一定困难。
方案五：
超滤膜分离，此方案安全高效，且能有效的去除水中的各类杂质，微生物等各类有害物质，达到净化水体的目的，但缺点是单独使用成本太高，且超滤膜的清洗不方便。
总结：
经过以上五种方案的可行性，经济性与操作性的技术类比，对一、二、四三种方案进行了排除，不适合本类设计。
对于二、四两种方案则进行比较，由于是家庭废水回收利用装置的设计，本身目的就是节能减排，因此不采用造价较高的超滤膜方案。
初步确定采用石英砂过滤、活性炭吸附以与紫外线消毒工艺相结合的处理工艺。
考虑到家庭废水含有大量油脂类污染物，而这类污染物极易堵塞管道，需通过一定工艺去除。
2.3家庭废水回收利用装置外观与部详细图解
本设计主要处理工艺为活性炭吸附，并辅以除油脂与紫外线杀菌的方案。
家庭废水包括厨房洗涤水以与卫生间洗漱水，通过排水管道收集汇合，由一根管送人该装置中先经纱布粗滤，砂过滤以排出大型固体物质。
废水在处理箱过纱布与活性炭粗滤后再经过除油工艺进行除油，除油工艺完成后再经过活性炭工艺进行最后的过滤程序。
处理箱中的出水经水泵加压送至卫生间顶部的蓄水箱，进入蓄水箱之前设有紫外线消毒灯进行消毒以完成净水目的。
蓄水箱中的水有三个用途，冲厕，消防自动喷淋以与放入盥洗盆用于拖地或浇花等等。
活性炭工艺可以有效地降低废水的浊度，对水中色、嗅的去除也有很大作用，除油工艺则用于除油，而最后的紫外线消毒进行深度处理，完全能达到中水回用的相关标准。
集水箱部分构造见图2-1
图2-1集水箱
本装置主要由液位继电器控制装置的运行。
图2-1为集水箱部分，集水箱左壁设有溢水口与排渣口。
集水箱（处理箱）的右侧连接水泵，水泵和液位继电器A、B、C相连，并受液位继电器控制。
水位达到A点，水位继电器控制水泵抽水，上升到B点停止抽水。
在水泵停止抽水且集水箱的溢出口被堵导致水位上升到C时继电器C控制的报警装置将报警。
水泵与蓄水箱用直径为25mm的PVC管相连。
在集水箱部分，水流按照图中水流方向前进，分别通过石英石过滤、除油吸附、活性炭吸附三个阶段，并最终出水。
蓄水箱部分构造见图2-2
图2-2蓄水箱
图2-2为装置的蓄水箱部分。
蓄水箱中同样设置了液位继电器来控制水泵。
蓄水箱左壁设有进水口，由一根直径25mm的PVC管将集水箱中的水输送进入蓄水箱。
蓄水箱有效水位之上设置了直径为50mm的溢水口，底部设置直径50mm的放空口，溢水口与放空口通过同一根排水管排水。
当蓄水箱中的水位下降到D处时，液位继电器控制水泵从集水箱中抽水，优先等级高于B处的液位继电器；当蓄水箱中的水位上升到E处时，液位继电器控制水泵停止从集水箱中抽水，优先等级高于A点的液位继电器。
蓄水箱中的一部分出水通过蓄水箱中的潜水泵和管径40mm的管进行厨房消防喷淋供水，另一部分通过管径25mm的PVC管供给厕所用水与洗涤盆并用于拖地或浇花。
消防水由于经常不被调用，因此需要定期放空。
图2-3集水箱俯视图
图2-4集水箱左视图
在装置运行一定时间之后，需要对处理箱进行排渣排油。
排渣排油的周期定为2周。
如图2-3所示，需要排渣排油时，先停止蓄水箱的进水并通过放空口将蓄水箱中的水放空，蓄水箱第一部分产生的杂质可以通过排渣口清理排出，第二部分产生的油脂可以通过排油口清理排出。
石英石隔板、除油隔板以与活性炭隔板都是可以拆卸进行清洗或更换的。
当集水箱中的水位超过50mm时，水便会通过溢水口溢出并排放。
图2-5蓄水箱俯视图
图2-6蓄水箱左视图
蓄水箱中设置了两根紫外线灯管对进入蓄水箱中的水进行最后一步处理。
紫外线灯管的长度为800mm。
集水箱设有放空口与溢水口。
2.4本章小结
经过五种方案技术与经济比较，最终确定本装置采用活性炭技术为核心，辅以过滤、除油以与紫外线消毒技术。
能高效完成废水处理的任务要求，同时能做到整个过程完全自动控制，安全性也有极大的保证。
处理箱中的活性炭、过滤用的石英砂以与除油构件都可以拆卸进行维修或清洗。
整个装置无毒无害，经济合理，对环境没有任何副产物与危害。
第三章小型饮用水应急处理装置各类材料的选择与介绍
3.1家庭废水回收利用装置材料的选择
3.1.1砂滤料的选择
净水滤料是水处理行业中常用的净水材料之一，它的围较为广泛，包涵种类也很多，用途、功能、性能各不一样，较为常用的有：
石英砂滤料、鹅卵石滤料、锰砂滤料、麦饭石滤料、沸石滤料、无烟煤滤料、磁铁矿滤料、海绵铁滤料、粒滤料、石榴石滤料、金刚砂滤料、火山岩滤料、泡沫滤料、果壳滤料、稀土瓷砂滤料......
本次设计中本着经济合理的原则，选用石英砂滤料。
石英砂滤料是采用天然石英矿为原料，经破碎，水洗精筛等加工而成，目前是水处理行业中使用最广泛、量最大的净水材料，无杂质，抗压耐磨，机械强度
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