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生活废水跨层自动有序流动再利用系统
何 文 亮

内容摘要：对各种生活废水再利用方式比较后认为，跨层生活废水再利用自动序流方式是投资最少、最简便宜行的节水方式。增加一根横管和配件，组成了生活废水或雨水收集部分。设置一个废水净化储水箱，完成了储水、过滤、加药、消毒、搅拌、排渣、冲便一体化。通过一个自动序流器控制，使第一水源生活废水或雨水和第二水源自来水，实现了自动序流控制。
主要解决了生活废水如何收集消毒变清，单户家庭如何利用雨水。第一水源和第二水源如何自动序流的问题。

关键词：节水、废水再利用、雨水利用、水质、自动序流、实施方法。

一、概述
目前在实践中被应用的生活废水再利用方式大体有“单一家庭回用”、“跨层再利用”、“建筑中水利用”、和“城市集中处理回用”四种方式。
“单一家庭回用”是指一个家庭内部收集洗浴、盥洗和洗菜、洗衣物等优质杂排水进行再利用，一般的做法是用盆或桶，有的用储水池，收集生活废水储存起来，直接用于冲便或拖地，这种方式通常用户直接参于废水收集和回用，是非工程化、非自动化的节水方式。使用这种方式不仅节水效果有限，而且节水过程需要人工劳作，是一种很麻烦的工作，工效比太低了，使人不易长期坚持。
“建筑中水利用”或小区中水利用，需要建泵房、过滤、消毒、沉渣排放、铺设管道等，建筑物设备较多，占地面积较大，影响整个社区景观。生产过程中要用人工操作和管理，还要耗电产生噪音，加工成一吨中水约需成本2-3元人民币。
“城市集中处理回用”是指生活废水输入城市污水处理厂，经集中处理水质得到很大程度的改善后被再利用。通常由城市污水处理厂输出的回水，一般不在用于生活用水，而是主要用于市政用水和景观生态用水。污水处理厂的投资运行费用更大，往往是单个小城市负担不起，还要国家之力帮扶。
“生活废水跨层再利用”，是指收集上层生活废水用于下层冲便，所收集的上层生活废水，依靠自重力送入下层冲便。该方法不需要对现有给排水管道做大的改动，附加设备投资很少，日常运行费用几乎为零，管理简便。
靠牺牲生活品质或增加其他类型的资源消耗和环境负荷的生活节水方式，都是综合绩效低下的方式，是在现实中难以实施的根本原因。找一种真正省钱、省力、省心、省事、省电又省水的方式，才是科学合理能够实际应用的方式。生活废水的跨层利用，是四种模式中最有推广价值的模式。
二、几种跨层方式的比较
长久以来，很多人对生活废水跨层再利用进行了研究和探索，提出了很多种行之有效的方式，有直排式、串联式、达标式、两次冲洗式、电脑控制式和自动序流式等。
直排式方法简单，在便器上部，设置一个集水箱，收集上层排下的废水，需要冲便时，直接冲便即可。它设置简单、使用方便、造价低廉，但也有很多缺陷
1、 它没有消毒程序，人们在使用时，有不洁净的恐惧心理。
2、 它没有自动序流控制装置，废水来源中断时，必须人为管理、调整使用自来水做补充水源，不能达到自动化管理。
3、 废水水源上下之间不能互补。
4、 自来水压力小的时候，自来水和废水容易串水。
联户串联式废水再利用系统，废水水源上下层之间可以互补，该系统每层住户内，分别装有废水处理装置，分别进行过滤、消毒、净化、排渣、储存等环节，出水水质较好。该系统缺陷是：
1、 结构不是很简化，设置较多。
2、 自来水作为备用水源，使用时需另行开启，使用不当易串水。
3、 整个系统不是全部自动化，各环节需人工操控，人们在使用时还是会感到麻烦
达标式是把中水处理工艺所需的设施，小型一体化技术，虽然已经有许多
研究，但适宜在跨层生活废水再利用中应用的技术，现在并不多见。实施生活废水跨层再利用，达标处理模式面临较大的技术障碍与经济合理性问题。
电脑控制式，自动化程度高，出水标准化，是达标式的技术提升，是高级化模式，但对普及大众使用，同样存在着较大技术障碍与经济合理性问题。
二次冲洗方式的核心技术是，设计双水箱便器，该便器包含一大一小两个冲水箱，大水箱主要由简单处理后的上层生活废水供水，小水箱由本层自来水供水。每次冲便由两次冲洗完成，第一次冲洗由大水箱完成，第二次冲洗由小水箱供水，通过两次冲洗，解决跨层直冲式出水水质不达标所引起的问题。但也有一定的缺陷，主要问题是，废水冲洗过后再用自来水冲洗，对自来水的节水量不大。其次的问题是两次冲洗操控起来繁琐、易串水，不易实现全自动化，目前来看还达不到省钱、省力、省事、省心、省电又省水的要求
自动序流方式，具有直排式和串联式的优处又克服它们的缺陷，所谓序流就是按照人的设想，两种或两种以上水源有秩序的流动，哪个需要先流就先流，哪个需要后流就后流。无废水供应时，自动调换成自来水供水，有了废水供应，自来水自动关闭。自来水和废水，不能相互串流。最新设计结构简单，造价低廉，不用电，无运行费用，不 需要管理，无菌的，完全自动化的，真实能省钱、省力、省事、省心、省电又省水理想化方式。该方式的技术核心，是用一个自动序流器来控制两个水源自动序流，往下我们着重介绍跨层废水再利用自动序流最新方案。
三、自动序流方式的实施方法
整个跨层废水再利用自动序流体系有三部分组成，立体的看上部是废水收集部分，往下是废水消毒储存部分，再往下是自动序流控制部分，再往下进入抽水马桶的存水箱。具体做法是：（以旧楼改造为例）
废水收集部分——在本层卫生间的天棚下，加安一根排水横管，把上层原洗浴、盥洗、洗衣、洗菜的排水竖管截断，安装一个三通，三通的竖直段下口用S弯头和新加安的横管连通，三通横口用U型弯头和原主排水管继续连通。再用一根竖管把新加的横管和储水箱连接起来，在竖管上接近储水箱部位安装一个控制阀门，这个阀门平常不用关它，只有在安装、检修或需要阻止上部排水下来时再关闭它。这样这部分安装完成后，上层排出的废水全部被收集。只有本层不想让上层的废水排下来时关闭阀门，上层排出的废水通过三通横口U型弯头，继续流入原主排水管。从三通至储水箱上的阀门为收集部分。
废水消毒储存部分——主要是一个废水净化储水箱，固定在便器水箱上面的墙上，形状是长方形尖底，宽度不超过250MM为易（不至于妨碍人使用便器），进水口设在储水箱上端中部和废水收集部分的排水口同为一口，进水口下设一个抽屉式药池，抽屉底和药池底同为一底，用过滤网做底，过滤药渣和废水中的粗颗粒，药池底设置一根带孔眼的横管，以利于药水在储水箱内均匀散开。储水箱上端侧旁设一溢流口，用管道连通本层地漏，当上部排水量大储水箱容纳不下时，通过溢流管排入下层楼房。
多功能储水箱根据卫生间空间，尽量用大一点的水箱，一般要有160L以上的容量，因为普通洗衣机洗一次衣服约需水150L，盆浴泡澡一次约需水130——180L。没有足容量的水箱，要使可利用废水全部被利用，也是无法完成的。
在储水箱底部尖端处，是排水口，安装排水管，排水管中部安装阀门一个，以备检修之用。储水箱上下阀门之间为储存部分。
自动序流控制部分——主要是一个自动序流器，储水箱的水通过序流器，供给抽水马桶（便器）的水箱。自来水的水也通过序流器，供给抽水马桶（便器）的水箱，当储水箱没水时它自动打开自来水，由自来水向抽水马桶的水箱供水，当储水箱有水供应时，它又自动关闭自来水，继续由储水箱供水。而且保证自来水和储水箱里的水不串流。从储水箱下阀门至马桶水箱为自动序流控制部分。
生活废水跨层自动有序流动再利用系统的工作方法是：通过新加的横管，收集上层排出的废水，流过储水箱上部药池时，把消毒药溶解成药水，靠水的流动使药水和生活废水均匀掺和，对生活废水进行消毒杀菌。消毒杀菌过程中，有细小松软沉淀物，沉集在储水箱底尖部出水口处，当需要排水时，首先排出是沉淀物，然后排出的是消过毒已净化的生活废水，进入抽水马桶（便器）的水箱后，沉淀物又沉降在抽水马桶水箱底，我们知道抽水马桶水箱的出水口在水箱的底部，冲便时底部的沉淀物首先排出和粪便一起被排走，然后是消过毒已净化的水冲洗便器。整个过程达到了，先排渣后冲洗的自动一体化流程。
根据所述用图示的方法展示，生活废水跨层再利用自动有序流动改造前后的变化，见图1、图2从正、侧面展示改造前卫生间马桶和给排水实况，见图3、图4从正、侧面展示改造后的实况。

图1

图2

图3
四、生活废水跨层自动有序流动再利用系统，使用中几个问题的探讨
（一） 水质问题：
这个问题是人们一直以来最为关注的，也是长期以来困绕生活废水跨层再利用的理论障碍，首先我们必须清醒的认识到，原来使用自来水冲便就是一种浪费。在没有其他水源代替自来水的情况下，便不能不冲洗，是不得已而为的行为。我们现在把生活废水再利用，在被排掉的时候，顺便再做一次功，把粪便捎走。
人们主要有一个担心，别人用过的废水，我再用是否卫生；废水在储水箱内是否会变质变味，经常散发出难闻的气味；还担心各种病毒细菌在储水箱内大量繁植，危害人体健康；通过实验观察，这种现象一般情况下是不会发生的。因为：
1、生活废水在产生的过程中，其中易变霉、变质的有机物被稀释水解、药解已无味。整个收集、储存、排放都在封闭管道中运行，别说没有气味，就是少有气味也不易散发。储水箱中的水一会供一会排，生活废水一般在里面停留几个小时或一两天，在没经消毒的情况下，也等不到变坏已被排掉。
2、储水箱的排水口在最下部，水中悬浮物经药解沉淀，随着每次排水先被排掉，不产生存留，不会引起水质速变。
3、生活废水的来源主要有：洗衣水、洗浴水、盥洗水和洗菜水。洗衣要用洗衣粉、洗涤剂、肥皂等，洗浴要用沐浴露、洗发水等，盥洗要用香皂、牙膏等，洗菜洗餐具要用洗洁净、去污剂等。
洗衣粉的成分共有五大类，最主要的成分表面活性剂，具有消毒杀菌作用。沐浴液的活性成分也有消毒杀菌消炎和驱虫的功能，洗发水中的活性成分更强。洗洁净、去污剂等都具有消毒杀菌的功能。
不用洗衣粉的洗衣机，在水循环时与“活性氧发生器”产生的活性氧，具有极强的消毒杀菌作用。
5、 我们收集的生活废水，已经基本处于被灭过菌毒的状态，为了更安全我们在储水箱的上部设置了药池，每天加进足量的消毒药，生活废水进入储水箱时，必须流经储水箱上的药池，带着消毒药水流进储水箱，这样就被再次消毒，进一步保障跨层再利用生活废水的无毒无害。
6、 跨层废水再利用的管道、储水箱、序流器等都是全封闭的，一般不是特意打开，是触摸不到生活废水的。在冲便时水在便器内壁流过，正常情况下，人体接触不到生活废水流过地方。人们所担心是，非正常情况所发生偶尔情况有几种：A生活废水排水冲便时水量猛，水浅到便器上沿或盖上，被人体再接触。B偶尔身体某部位触碰到生活废水流过的内壁。C空气传播。
就是为了防止这个可能的偶尔我们设置了药池，再次消毒。
实验证明，带有洗衣粉、洗发水等的生活废水，放置三天后观察，水质没有变质变味的情况发生，显微镜下观察，没有发现有活体微生物细菌繁殖。加有五千分之二漂白粉的生活废水，五分钟水中悬浮物、浑浊物絮凝沉淀。十五分钟后观察水中的悬浮物、浑浊物凝聚成细小颗粒沉淀水底，水质清澈，透明度接近自来水。一小时后显微镜下观察，没有发现活体微生物、细菌等。五天后观察没有变质变味的情况发生，显微镜下观察，没有发现活体微生物、细菌、病毒。
依上所述，是不是在收集的生活废水中就可以不用放药消毒了？那是不对的，我们要防止有重度污染的生活废水和没有使用洗涤产品生活废水，被收集进储水箱。再次经我们自己放药消毒的生活废水，我们自己放心洁净安全度。
（二）放药
储水箱内每天有很多次供水、储水、排水发生，我们每天只要在药池内放一次药就可以了，靠水体的流动把药物和生活废水掺匀。
对水消毒的药物很多，家庭中可使用的也很多，比如二氧化氯可强力杀病毒；东立铵碘1：2000——2500广谱灭菌；百毒杀基本上对所有病毒细菌高效；福尔马林也有广谱杀菌作用，对细菌、真菌、病毒和芽孢等均有效；复合双链季铵盐（菌毒灭）对细菌、病毒、霉菌及支原体等病原体都有杀灭作用，具有广谱高效、无毒等特点。
比较常用的，市场上易购又价廉的有氧化钙（生石灰）和五氯酸盐（漂白粉），这也是自来水厂和污水处理厂常用的消毒药。
从市场上购置的生石灰是氧化钙，它本身没有消毒作用，只有加入水后生成熟石灰氢氧化钙的过程中，离解出的氢氧根离子有杀菌作用。生石灰还是最佳水质调节剂，它能和过量酸沉淀有毒金属离子，促进水体有机物、悬浮物凝聚，生成的熟石灰可使硬水软化。但熟化过程中解离出来的氢氧根离子不多，消毒作用不强，能杀死水中微生物和繁殖型细菌、沙门菌等，对芽孢和结核菌无效。一般生活废水需按5%用量（药物用量太大，产生沉渣太多，对家庭生活废水处理不是最佳选择）。
漂白粉卤素类消毒剂，灰白色粉末状（市场上也有漂白粉精粉和片），有氯臭味，可为光、热、潮湿及二氧化碳所分解，故应密闭保存于阴暗干燥处。有效成分次氯酸可渗入细胞内，氧化细胞酶的硫氢基因，破坏胞浆代谢，酸性环境中杀菌力强而迅速，有广谱杀菌作用，对沙门菌、真菌、病毒和芽孢、结核菌、霉菌、支原体等病原体均有效。生活污水常用预防消毒按1：5000配比，150升生活废水约需30克，市场价约需人民币4——5分钱。
（三）水量问题
实际上由于人们的生活习惯不一样，每户人口数量、工作性质等各不相同，每人用水量、用水时间各不相同，，无有一定规律可言，存在着一定的随机波动性。有的人喜欢每天洗浴一次，有的人几天洗浴一次。有的人淋浴一冲即可，有的人喜欢泡一泡。有的人经常出差，在家的时候没有在外面的时候多，有的天天在家不喜欢在外面洗浴。夏天洗浴多，冬天洗浴次数相应减少。有的人一二天洗一次衣服，有的人把脏衣服放一堆，星期天集中处理。有的用的是普通洗衣机，有的用的是滚筒洗衣机，有的用的是全自动洗衣机等等，它们用水量各不相同。上层的储水箱满了，溢流到下层去，下层的储水箱又满了，溢流到下下层去，同一个单元楼住着，高层水源供量可能远低于低层的供水量，最低层可能有时因储水箱容量限度，上层来水被无功排掉。人们不需用水时被白白溢流掉，需用水时有时可能没有水，人们不可能统一命令，每天定时定量必须耗用多少水。解决这个问题的办法只有两个途径：一是储水箱尽量大一些，多储存一些水。二是用自来水做第二水源。自动序流器就是专门为此而设置。如果人们为了废水的再利用，整天忙碌劳累是无法长期坚持的。没有自动序流控制，生活废水再利用可能永远都是空谈，只有两个水源自动互补，人们才能舒适的享受节水带来的快乐。
（四）雨水利用
生活废水跨层自动有序流动再利用，对楼房顶层住户而言，没有生活废水来源怎么办？可以接雨水使用。一般楼房屋顶都是集中排水（把自由排水的屋顶稍加改造就可变为集中排水），把屋檐落水口处稍加改造，就可以收集雨水了。
具体做法是，把伸入落水斗内的屋面排水管向下弯部分截断，接上一个侧向弯头，距离该弯头出水口下方一些，设置一个带过滤罩的雨水接收口，两口距离50MM左右，上下错位平行，雨水接口用管道和室内储水箱连通。
刚下雨的时候，屋面排的水比较脏，排水量也比较小，没什么冲劲，屋檐排水口因和雨水接口有50MM的距离，冲不到雨水接口网罩上，落在落水斗内，通过落水管排掉。随着雨量的增加，屋面排水量的加大，水也变的清澈了，冲劲也大了，雨水冲到接水的网罩上，进入接水口，通过管道流进顶层住户的储水箱，储存备用。如果有小石子或较大颗粒杂物等，通不过接水口网罩掉落在落水斗内，随着雨水从落水管排掉，起到了过滤作用。
雨水在降落的路上，携带有空气中的细菌和病毒，也需要消毒，可用一万五千分之一漂白粉掺加雨水中，即150升雨水需5克漂白粉，市场价不到人民币1分钱。
顶层住户所摊房顶面积按100平方米计算，按下一次雨10毫米雨量计算，有1立方米的水量，按三分之一的水量被接收是三百多升（如果下中大雨接收的水量比例更大），如果顶层住户的储水箱容纳不下，可以通过溢流管流向下层储水箱或下下层储水箱。每当下中雨或大雨时，整座楼都可以使用上天然蒸馏水——雨水冲便了。如果我们有精力的话，在下大雨或暴雨时，利用雨水冲洗一下我们家的排水管道。
由于各地区的降雨量差别很大，又有雨季和旱季之分，全部使用雨水冲便是不可能的，自来水第二水源作用是不能取消的，没有自动序流系统的控制，雨水也不可能长期坚持利用。
（五）新建楼房安装
新建的楼房，可把生活废水收集部分纳入整个排水系统，在绘制施工图时，绘制到施工图纸上，施工时直接把收集部分和排水系统一起安装至控制阀门，关闭阀门即可。
和新建楼房一起安装的目的，是为了避免以后改造时，还要凿墙打洞。几米长一根塑料管，几个弯头，一个阀门，成本价值人民币几十元，对于新建楼房来说，算不上增加投资，但是对以后废水利用很方便了。
下层住户按照便器上部空间，选一个合适的水箱，再购一个自动序流器和配件，一会的时间就可以安装好，打开阀门放上药就可以使用。
新楼房的上下层住户，进住时间有早有晚不一致，对于上层住户来讲，早入住并不影响自家的排水，新加的集水管下阀门虽被关闭，自己的排水通过U型弯头继续走自己的排水管道，照常排出。
（六）经济问题
经济是生命，一切事情特别是关系千家万户老百性的事情，经济上不合算，老百性就不会乐意接受它，是没有生命力的。生活废水跨层再利用自动序流系统，使用者大多数是千家万户普通老百姓，必须惠及千家万户普通老百姓。
以每户为核算单位，仅增设一个储水箱，一个自动序流器，几米塑料管，几个弯头、螺钉、吊环等配件，其材料费不足二百元人民币。另外再加上安装的人工费，整个下来二百多元人民币就够了。生活废水再利用可节自来水百分之三十多，再加上雨水综合利用，约节自来水在40%左右，约合每人每月节水一吨多每年15吨多，三口之家可年节自来水45吨。各地水价不同，45吨自来水价94——150，减掉每天5分钱，每年18.25元药钱，价值75——130元。安装一套生活废水再利用自动序流系统的投资，只需节约二三年的自来水费就够了，一但安装，永远受益。
五、额外之功
我们安装生活废水跨层自动有序流动再利用系统的目的，是为了节水。除节水之外，还同时产生两个无法用金钱计算的额外功效：
1、一旦遇到自来水管道改造维修等情况，需停水半天或一两天，餐饮的用水量小，我们好凑合。澡和衣服停一二天再洗，也能忍受。恭不出是不行的，便不冲也不行。冲便用水量之大，以前家里没有储水设备很难办，现在家里储水箱内有存水，就不再害怕了，应付一二天没有问题。
2、由于我们生活废水再利用，排出去的水是带有消毒药物的水，对蚊蝇的繁殖也是一个遏止。蚊蝇的数量将大为减少，这对我们生活品质的提高，身心健康的提高，居住环境的改善等等，益处是金钱无法计算清楚的。
六、结语
本文着重介绍了，生活废水跨层自动有序流动再利用系统的具体做法，和水质问题的说明。到目前为止，和其他节水措施比较而言，只有生活废水跨层自动有序流动再利用系统是经济、实用、成熟的、可普及推广实施的节水技术。
我们仅举住宅楼为例，办公楼、宾馆、学校、医院等可照样使用。
现在城市生活用水已占到城市用水量的60%左右，在一个城市中若能普及使用，生活废水跨层自动有序流动再利用系统，不需要政府投资，就能节省城市供水量的60% X 40% = 24%
一个小小措施，就可以产生巨大的利国利民的效益，让我们尽快的早日行动起来吧，时不我待。政府推动，全民行动，迅速收效。

作者简介：何文亮、男、1955年6月1日、高工、手机：[phone]、邮编476000、河南商丘市神火大道“商”字南路西城信社5单元二楼东、电子信箱:hwenliang2007@

2008年 10 月 6 号