學(xué)生科技創(chuàng)新作品項(xiàng)目名稱： 洗手間廢水凈化循環(huán)利用申請(qǐng)者： 組織組組長(zhǎng) 所在學(xué)院： 石油化工學(xué)院電子郵件： 聯(lián)系電話： 蘭州理工大學(xué)

二0一三年十月洗手間廢水凈化循環(huán)利用

摘要：水是人類生存、生活、生產(chǎn)和維持良好生態(tài)環(huán)境不可缺少的基本條件，也是地球上一種重要的自然資源，它的多種功能其他資源無法替代，包括生命支持功能，生產(chǎn)支持功能，環(huán)境維護(hù)功能等。雖然水是可更新的資源，但隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)水資源狀況不容樂觀。本文首先從水資源的數(shù)量、質(zhì)量、時(shí)間與空間的分布特點(diǎn)以及利用和保護(hù)這幾方面來分析中國(guó)水資源現(xiàn)狀，然后重點(diǎn)介紹洗手間廢水凈化循環(huán)利用項(xiàng)目。關(guān)鍵詞:水資源、節(jié)約、可持續(xù)、循環(huán)利用關(guān)鍵詞:水資源、節(jié)約、可持續(xù)、循環(huán)利用正文:水是人類生存必不可少的條件之一，沒有水，也就沒有生命的存在，可見水資源的重要性。地球的儲(chǔ)水量是很豐富的，共有14.5億立方千米之多。地球上的水，盡管數(shù)量巨大，而能直接被人們生產(chǎn)和生活利用的，卻少得可憐。首先，海水又咸又苦，不能飲用，不能澆地，也難以用于工業(yè)。其次，地球的淡水資源僅占其總水量的2.5%，而在這極少的淡水資源中，又有70%以上被凍結(jié)在南極和北極的冰蓋中，加上難以利用的高山冰川和永凍積雪，有87%的淡水資源難以利用。人類真正能夠利用的淡水資源是江河湖泊和地下水中的一部分，約占地球總水量的0.26%。全球淡水資源不僅短缺而且地區(qū)分布極不平衡。面臨這嚴(yán)峻的水資源形勢(shì)，我們應(yīng)該做些什么去保護(hù)水資源呢？要有惜水意識(shí)。長(zhǎng)期以來，人們普遍認(rèn)為水資源是“取之不盡，用之不竭”的，不知道愛惜水資源，有的甚至將水白白浪費(fèi)。例如：洗手、洗臉、刷牙時(shí)，讓水一直流著；設(shè)備漏水，不及時(shí)修好等等。這使水資源越來越緊缺，自來水更加來之不易。愛惜水資源是節(jié)水的基礎(chǔ)，只有意識(shí)到“節(jié)約水光榮，浪費(fèi)水可恥”，珍惜生命之水，節(jié)約從我做起。中國(guó)水資源數(shù)量我國(guó)平均年水資源總量28124億m3，其中河川平均年徑流量27115億m3，地下水8288億m3居世界第六位，低于巴西、俄羅斯、加拿大、美國(guó)和印度尼西亞。我國(guó)是一個(gè)水資源短缺的國(guó)家，水資源總量居世界第六位，按人均水資源量計(jì)量，人均占有量為2500立方米，為世界人均水量的1/4,世界排名第110位，被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)家之一。表1-1中國(guó)分區(qū)年將水量、年河川徑流、年地下水、年水資源總量統(tǒng)計(jì)..審?計(jì)翼面粗下半?yún)^(qū)〔平亦.芯■里i德源?總宣［億立方米）源1億立亦米）〔化立米）黑曲江澈博片〔中國(guó)903418447649611661294311352正何源理片3450271901551487141194577閭隆河源毒片31816117815S028891265421黃河侃棒片7947123691164661S3406744椎河犯域甘3292112803晰741225393961柱江疽嫉片180S500193601071951352624649613味江祖理片580418967155446856071115470S浙闌臺(tái)諸河片239803842161758255710666132592西南■諸河肖8514Q693461098585363815445853內(nèi)陸諸河片33217135113L5410643282012005273020839510019043103全國(guó)95453226188964327115284828828124由上圖可知，我國(guó)各流域由于面積不同，加之自然地理?xiàng)l件的差

異，水資源稟賦差別很大，全國(guó)年降水總量為61889億立方米，多年平均地表水資源（即河川徑流量）為27115億立方米，平均地下水資源量為8288億立方米，扣除重復(fù)利用量以后，全國(guó)平均年水資源總量為28124億立方米。表1-2世界主要國(guó)家年徑流量、人均和單位面積耕地占有量室、巴西加澈犬中國(guó)印尼印度全世界年笠源呈室、巴西加澈犬中國(guó)印尼印度全世界年笠源呈〔億立方瑞）單慳國(guó)M〔萬立方米占平齊公里〕人口人均占有水晝3米（ioe平方米）簞位耕定而農(nóng)水是〔立亦米,100平一平｝6950081.51.4?4680&泌215170,54頒24-.52.80195212^6.7冠4111.2901023.30.2&10360743.6665沔"11528.411.542瑚37.3273命25300132.91.9313&2514.21781692478026.42.509&121的3130902085060.2830冠4641S4；?126625470147Q1.24.4-411+.3312*532346S00031,452.^48840132fi.O35294從表1-2可以看出，在世界主要國(guó)家中比較，我國(guó)水資源總量是可觀的，但是由于人口眾多，導(dǎo)致人均水資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述主要國(guó)家，也大大低于全世界的平均水平。如果從單位耕地面積水量來看，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于世界的平均水平，我們用全世界7.2%的耕地，養(yǎng)育了全球1/5的人口，從中可以窺測(cè)我國(guó)的水土資源是多么稀缺。中國(guó)水資源質(zhì)量2.1中國(guó)水資源污染問題我國(guó)水資源面臨嚴(yán)峻形勢(shì)，人均淡水資源量低，淡水資源的時(shí)空分布不均衡，水資源利用效益差、浪費(fèi)嚴(yán)重。水污染嚴(yán)重，不少地區(qū)和流域水污染呈現(xiàn)出支流向干流延伸，城市向農(nóng)村蔓延，地表向地下滲透，陸地向海洋發(fā)展的趨勢(shì)。近幾年來我國(guó)廢水、污水排放量以每年18億立方米的速度增加，全國(guó)工業(yè)廢水和生活污水每天的排放量近1.64億立方米，其中80%未經(jīng)處理直接排入水域。水資源已成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的短缺資源，成為制約建設(shè)小康社會(huì)的瓶頸之一。因此，對(duì)我國(guó)的水污染防治需給予高度的重視，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的保障。2.2中國(guó)水資源污染特點(diǎn)由于歷史欠賬過多和眾多的主、客觀原因，縱觀全國(guó)，水污染仍呈發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的污染物（COD、BOD）未能控制住，富營(yíng)養(yǎng)化和有毒化學(xué)物質(zhì)的污染卻相繼增加；點(diǎn)源污染還沒有效控制住，非點(diǎn)源污染問題在一些地區(qū)又突出起來。由于80%以上的污水未經(jīng)處理就直接排入水域，已造成我國(guó)三分之一以上的河段受到污染，90%以上的城市水域嚴(yán)重污染，近50%的重點(diǎn)城鎮(zhèn)水源不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。水資源不合理的開發(fā)利用，尤其是水污染的不斷加重，引起了普遍缺水和嚴(yán)重的生態(tài)后果。2.3造成中國(guó)水資源污染的原因造成我國(guó)水污染嚴(yán)重的主要原因在于：我國(guó)許多企業(yè)生產(chǎn)工藝落后，管理水平較低，物料消耗高，單位產(chǎn)品的污染物排放量過高；城市人口增長(zhǎng)速度過快，工業(yè)集中，而城市下水道和污水處理設(shè)施的建設(shè)發(fā)展速度極為緩慢，欠賬太多，與整個(gè)城市建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展不相適應(yīng)；防治水污染投資少，加之管理體制和政策上、技術(shù)上的原因，僅有的投資亦未發(fā)揮應(yīng)有的效果；有些地方對(duì)工業(yè)廢水處理提出了過高的要求，耗資很大，而設(shè)施建成后卻不能正常運(yùn)行，投資效益差；不少新建的城市污水費(fèi)用，而不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。此外，由于用水和排水的收費(fèi)偏低，使得人們（包括工礦企業(yè)）不重視節(jié)約用水、不合理利用水資源、不積極降低污染物排放量，造成水資源嚴(yán)重浪費(fèi)和水污染不能得到有效控制的局面。2.4中國(guó)水資源污染現(xiàn)狀我國(guó)水污染狀況觸目驚心?？傮w看，水環(huán)境惡化趨勢(shì)尚未得到根本扭轉(zhuǎn)，水污染形勢(shì)仍然嚴(yán)峻。江、河、湖泊水污染負(fù)荷早已超過其水環(huán)境容量。污水排放量仍在增長(zhǎng)，七大江河水質(zhì)繼續(xù)在惡化，V類和劣于V類水所占比例仍很高。水污染嚴(yán)重河流，依次為：海河、遼河、淮河、黃河、松花江、長(zhǎng)江、珠江。其中海河劣于V類水質(zhì)河段高達(dá)56.7%，遼河達(dá)37%，黃河達(dá)36.1%。長(zhǎng)江干流超過III類水的斷面已達(dá)38%，比8年前上升了20.5%。除西藏、青海外，75%的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化問題突出?，F(xiàn)在工業(yè)水污染仍舊突出，仍是江河水污染的主要來源。近年來水污染事故頻繁，平均每年達(dá)1000起左右。不少老企業(yè)無錢治理，高污染的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)仍大量存在，企業(yè)違法排污現(xiàn)象普遍。有61.5%的城市沒有建成污水處理廠，相當(dāng)多的城市沒有建立污水處理收費(fèi)制度，污水收采管網(wǎng)建設(shè)滯后，污水處理收費(fèi)普遍過低。因此除特大城市外，許多城鎮(zhèn)污水沒有得到有效地處理。城鄉(xiāng)居民飲用水安全問題嚴(yán)重。地表飲用水源地不合格的約占25%，其中淮河、遼河、海河、黃河、西北諸河近一半水質(zhì)不合格。華北平原地下水水源地，有35%不合格。全國(guó)尚有3億多人飲用水不安全，其中約有1.9億人飲用水有害物質(zhì)含量超標(biāo)，農(nóng)村有6300萬人飲用高氟水，200多萬人飲用高砷水，3800多萬人飲用苦咸水，另外南方血吸蟲疫區(qū)農(nóng)村飲水也不夠安全。這不僅僅是因?yàn)楸娝苤某鞘屑辛舜罅康墓I(yè)生產(chǎn)企業(yè)，工業(yè)廢水排放量巨大；而且，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及人口的進(jìn)一步增長(zhǎng)，生活污水排放量與日俱增。中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站今年一至四月對(duì)全國(guó)地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，流經(jīng)上述限批城市的水質(zhì)多數(shù)為重度污染。如長(zhǎng)江安徽段的巢湖全湖平均為V類（V類水已不能和人體接觸，劣V類水更是喪失基本生態(tài)功能）；黃河支流渭河的渭南市、淮河支流沙潁河的周口市的國(guó)控?cái)嗝娼衲昵八膫€(gè)月的監(jiān)測(cè)結(jié)果全部為劣V類。國(guó)家環(huán)?？偩纸諏?duì)海河和淮河流域干流和支流六十七個(gè)斷面水質(zhì)抽樣監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，全部為劣V類。兩年前的松花江事件標(biāo)志著中國(guó)進(jìn)入了水污染事故高發(fā)期；今年入夏以來太湖、滇池、巢湖的藍(lán)藻接連暴發(fā)，標(biāo)志著中國(guó)進(jìn)入了水污染密集爆發(fā)階段。中國(guó)水資源的時(shí)間分布特點(diǎn)從時(shí)間分配來看，中國(guó)大部分地區(qū)冬春少雨，夏、秋雨量充沛，降水量大都集中在5?9月，占全年雨量的70%以上，且多暴雨。黃河和松花江等河，近70年來還出現(xiàn)連續(xù)11?13年的枯水年和7?9年的豐水年。中國(guó)地下水補(bǔ)給量約為7718億立方米/年，其中長(zhǎng)江流域最多，為2130億立方米/年。中國(guó)水資源空間分布特點(diǎn)從空間分布來說，長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)，水資源約占全國(guó)水資源總量的80%，但耕地面積只為全國(guó)的36%左右；黃、淮、海流域，水資源只有全國(guó)的8%,而耕地則占全國(guó)的40%。表4-1中國(guó)主要流域年徑流及人均、畝均占有量河川年較澈〔包立方米）人口㈤?珈此〔萬由予人均水墾（立方米『火）由均水是1［立方米臨）.松蒞江7425112156621451474遼河14S3網(wǎng)6643435223得檢河2SSL093716蚣262170黃河616191416913牯3439京7長(zhǎng)江9J1337972拓1712如52705.3Sfifl820270324-0974773H演，潘，遼1729377S9€0293盤2&5咐江，味江1287346174-422032.7^3050(IJAS(%)13.4S21431635.3表4-1表明，我國(guó)水資源分布同人口、耕地分布極不協(xié)調(diào)，長(zhǎng)江流域及其以南的珠江流域、 浙閩臺(tái)諸河、西南諸河等流域，國(guó)土面積、耕地和人口分別占全國(guó)的 36.5%、36%和54.4%，但水資源總量卻占全國(guó)的81%，人均水量為全國(guó)平均水平的 1.6倍，畝均占有量是全國(guó)平均值 2.3倍；遼河、海灤河、黃河、淮河流域，面積為全國(guó)的 18.7%（相當(dāng)于南方的一半），水資源總量卻只為南方4片的10%；北方耕地占全國(guó)的45.2%，人口占全國(guó)的38.4%，水資源總量更少，特別是海灤河流域尤為明顯，人均占有水量為全國(guó)平均水平的 16%，畝均為全國(guó)平均水平的14%，水資源這種不均衡分布，嚴(yán)重地制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，調(diào)水成為經(jīng)濟(jì)和政治的熱門話題。洗手間廢水循環(huán)利用項(xiàng)目簡(jiǎn)介在現(xiàn)代化生活中，人們的用水量很大，特別在洗手間，用完的廢水直接排掉，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)。其實(shí)我們可以安裝一個(gè)廢水凈化系統(tǒng)，將凈化的水裝入儲(chǔ)箱，用來沖洗廁所（停水時(shí)也可使用）。此方案著重于廢水凈化循環(huán)利用，減少污染，節(jié)約水資源的原則而設(shè)計(jì)。研究目的我國(guó)的“水”存在兩大主要問題：一是水資源短缺，二是水污染嚴(yán)重。有資料顯示，我國(guó)是一個(gè)干旱缺水嚴(yán)重的國(guó)家。人均淡水資源僅為世界平均水平的1/4、在世界上名列110位，是全球人均水資源最貧乏的國(guó)家之一。為緩解嚴(yán)峻的水形勢(shì)，我們必須得節(jié)約用水，這主要體現(xiàn)在控制需求，創(chuàng)建節(jié)水型社會(huì)，杜絕水資源浪費(fèi)。同時(shí)需要采用良好的管理和技術(shù)手段，提高水資源利用率。因此，為了緩解我國(guó)嚴(yán)峻的水資源形式，我便設(shè)計(jì)了一種能使污水凈化并且循環(huán)利用的方案。此方案符合中國(guó)水資源的可持續(xù)發(fā)展觀，樹立了人人珍惜，人人節(jié)約用水的良好風(fēng)尚。此方案的優(yōu)點(diǎn)有：（1） 循環(huán)利用廢水資源，節(jié)約用水。（2） 如果停水時(shí)，我們可以利用儲(chǔ)箱的水清洗廁所，改良生活環(huán)境。（3） 循環(huán)節(jié)約用水，為我國(guó)構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)做貢獻(xiàn)。設(shè)計(jì)思想及原理此設(shè)計(jì)項(xiàng)目涉及到的原理有過濾原理、重力、流體特性等。其重點(diǎn)介紹過濾器及工作原理。過濾器由簡(jiǎn)體、不銹鋼濾網(wǎng)、排污部分、傳動(dòng)裝置及電氣控制部分組成。過濾器工作時(shí)，待過濾的水由水口過濾器流經(jīng)濾網(wǎng)，通過出口進(jìn)入用戶所須的管道進(jìn)行工藝循環(huán)，水中的顆粒雜技被截留在濾網(wǎng)內(nèi)部。如此不斷的循環(huán)，被截留下來的顆粒越來越多，過濾速度越來越慢，而進(jìn)口的污水仍源源不斷地進(jìn)入，濾孔會(huì)越來越小，由此在進(jìn)、出口之間產(chǎn)生壓力差，當(dāng)大度差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，差壓變送器將電信號(hào)傳送到控制器，控制系統(tǒng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過傳動(dòng)組件帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)排污口打開，由排污口排出，當(dāng)濾網(wǎng)清洗完畢后，壓差降到最小值，系統(tǒng)返回到初始過濾狀，系統(tǒng)正常運(yùn)行。過濾器由殼體、多元濾芯、反沖洗機(jī)構(gòu)、和差壓控制器等部分組成。殼體內(nèi)的橫隔板將其內(nèi)腔分為上、下兩腔，上腔內(nèi)配有多個(gè)過濾芯，這樣充分利用了過濾空間，顯著縮小了過濾器的體積，下腔內(nèi)安裝有反沖洗吸盤。工作時(shí)，濁液經(jīng)入口進(jìn)入過濾器下腔，又經(jīng)隔板孔進(jìn)入濾芯的內(nèi)腔。大于過濾芯縫隙的雜質(zhì)被截留，凈液穿過縫隙到達(dá)上腔，最后從出口送出。過濾器采用高強(qiáng)度的楔形濾網(wǎng)，通過壓差控制、定時(shí)控制自動(dòng)清洗濾芯。當(dāng)過濾器內(nèi)雜質(zhì)積聚在濾芯表面引起進(jìn)出口壓差增大到設(shè)定值，或定時(shí)器達(dá)到預(yù)置時(shí)間時(shí)，電動(dòng)控制箱發(fā)出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)反沖洗機(jī)構(gòu)。當(dāng)反沖洗吸盤口與濾芯進(jìn)口正對(duì)時(shí)，排污閥打開，此時(shí)系統(tǒng)泄壓排水，吸盤與濾芯內(nèi)側(cè)出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)壓力低于濾芯外側(cè)水壓的負(fù)壓區(qū)，迫使部分凈循環(huán)水從濾芯外側(cè)流入濾芯內(nèi)側(cè)，吸附在濾芯內(nèi)內(nèi)壁上的雜質(zhì)微粒隨水流進(jìn)穰盤內(nèi)并從排污閥排出。特殊設(shè)計(jì)的濾網(wǎng)使得濾芯內(nèi)部產(chǎn)生噴射效果，任何雜質(zhì)都將被從光滑的內(nèi)壁上沖走。當(dāng)過

濾器進(jìn)出口壓差恢復(fù)正?；蚨〞r(shí)器設(shè)定時(shí)間結(jié)束，整個(gè)過程中，物料不斷流，反洗耗水量少，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化，自動(dòng)化生產(chǎn)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖項(xiàng)目的任務(wù)及意義水是地球生物賴以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，水資源是維系地球生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的首要條件，因此，保護(hù)和合理利用水資源是人類最偉大、最神圣的天職。首先，保護(hù)水資源，首先要全社會(huì)動(dòng)員起來，改變傳統(tǒng)的用水觀念，要在全社會(huì)呼吁節(jié)約用水，一水多用，充分利用循環(huán)水。要樹立惜水意識(shí)，開展水資源警示教育。地球上水資源并不是用之不盡的，尤其是我國(guó)的人均水資源量并不豐富，地區(qū)分布也不均勻，而且年內(nèi)變化莫測(cè)，年際差別很大，再加上污染嚴(yán)重，造成水資源更加緊缺的狀況，黃河水多處多次斷流就是生動(dòng)體現(xiàn)。所以說，人們一定要建立起水資源危機(jī)意識(shí)，把節(jié)約水資源作為我們自覺的行為準(zhǔn)則，采取多種形式進(jìn)行水資源警示教育。其次，必須合理開發(fā)水資源，避免水資源破壞。水資源的開發(fā)包括地表水資源開發(fā)和地下水資源開發(fā)。水在開采地下水的時(shí)候，由于各含水層的水質(zhì)差異較大，應(yīng)當(dāng)分層開采；對(duì)已受污染的潛水和承壓水不得混合開采；對(duì)揭露和穿透水層的勘探工程，必須按照有關(guān)規(guī)定嚴(yán)格做好分層止水和封孔工作，有效防止水資源