「可持续设计理念」课程系列10丨住：游泳，你健康了环境健康了吗？(下)

/课程综述/

可持续设计理念

Sustainability consciousness

我们的星球是一个巨大的生态系统，由无数相互关联互动的子系统构成，可持续性既在于宏观星球尺度，也在于无数细小短暂的微观层面。

设计属于人类的基本活动，而每一件设计都将对可持续性产生积极或消极的影响。如果设计师能理解人类活动是如何影响环境的，设计就能使人类的命运重获生机。在年轻的设计专业学生中根植可持续意识，是迈向真正的可持续发展的重要一步。

在这样的背景下，同济大学设计创意学院多年前便开设了 “可持续设计理念”(Sustainability consciousness)课程，希望培养具有“可持续理念”的设计师。课程的核心是引导同学们理解人类系统与自然系统之间的互动关联，洞察生活中可持续性的议题：在衣、食、住、行、文、弃等诸多生活场景中，研究人类行为对生态环境的影响；探讨现有的设计实践、潜在的设计策略，可以/可能在哪些环节、怎样的层面上、如何影响到人类系统的衣、食、住、行、文、弃，进而影响到自然系统的大气、水体、土地环境、生物圈等等，领悟设计所能产生的影响。

近年来我院朱小村、姚雪艳、曹静、刘洋、莫娇、童毓舟等多位老师，与校内外专家共同开展了这项课程的教学和指导工作。课程结题作业要求学生们3-6人一组，从日常生活出发挖掘可持续议题，探究“熟视无睹、习以为常、理所当然”的现象背后的深远影响，并通过设计专业技能，将这些分析和思考呈现传达出来，鼓励同学们在探究的基础上提出新颖、创新的想法和概念。

我们选取了自2017年至2021年五年间的共约20个有代表性的学生作业，按照衣、食、住、行、文、弃几个方面的顺序依次向读者呈现，希望与社会各界人士共同交流和探讨“可持续”相关议题的同时，激发和引导公众在日常生活中增强可持续发展意识，践行可持续发展理念。

「可持续设计理念」课程系列 10

研究回顾：住 · 游泳，你健康了环境健康了吗？(1)

02/

研究部分

2. 过滤系统

游泳池耗水量体现为补充水量，用量巨大，一般由池水水面蒸发、过滤设备冲洗水量、游泳池排污水量及游泳者身体带走水量等部分组成 [6]。嘉定游泳馆的比赛池规格为25m×50m×1.2~2.2m, 容量为 2125m³, 按年平均每天游泳池补充水量为游泳池总容积 5% 计算（游泳池设计手册规定 5%-10%），平均每天需要补充约 106m³ 水。经过实地调研，我们了解到比赛池每天排污水量为 12m³, 约占总补充水量的10%，游泳池过滤设备冲洗水量占了总补充水量的绝大部分，约为 80%，而水面蒸发、人带走的水量几乎可以忽略不计。由此可见，过滤系统（尤其是过滤设备）对于游泳池耗水量的影响是最大的。

图 8 游泳池各部分耗水量占比（图片来源：作者自绘）

经过实地考察，我们发现嘉定游泳馆采用的是单层石英砂过滤器。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的，具有无杂质、抗压耐磨、化学性能稳定、截污能力强和效益高等优点。当游泳池水通过时，池水中的悬浮杂物经过石英砂上层，被石英砂阻挡和吸附，停留在石英砂上层的悬浮物堆积形成一种滤膜，也起到过滤作用。石英砂过滤就是用这种反复过滤的方法来净化游泳池水 [7]。

图 9 单层石英砂过滤器工作原理（图片来源：作者自绘）

嘉定游泳馆的石英砂过滤器过滤速度为 25m/h, 过滤面积为24m²,能过滤掉直径大于5μm的悬浮物，有效去除多种杂质。

图 10 石英砂过滤器能有效过滤的杂质类型（图片来源：作者自绘）

我们从工作人员口中得知嘉定比赛池循环周期为 6h，再通过循环周期法计算循环流量：q=α×V/T=1.05×2125m³/6h ≈ 372m³/h（q 为循环流量；a 为管道和过滤净化设备的水容积附加系数，可取 1.05-1.1，这里暂取 1.05；V 为泳池容积；T 为循环周期）[8]。根据资料，反冲洗的水量一般为 2 倍的循环流量 [9]，即 744m³/h，而反冲洗时间一般为 10min, 则每次反冲洗排水量约为 124m³。经过估算，每人平均每天淋浴用水 60L[10]，则夏季每月反冲洗排水量达到一个人 62 天的淋浴用水量之多，冬季每月反冲洗排水量也相当于一个人 12 天的淋浴用水量。由此可见，现有过滤设备消耗了大量水资源。

图 11 石英砂过滤器夏季每月反冲洗排水量 / 图 12 石英砂过滤器冬季每月反冲洗排水量（图片来源：作者自绘）

3. 高效消毒剂真的健康吗？

在游泳池的水循环系统中，消毒和过滤均是控制水质的重要过程。

通过对游泳馆的 调研，我们了解到同济大学嘉定校区的游泳馆消毒主要分为两部分，一部分为机器自动投入的混凝剂等，另一部分为人工投入的净水消毒剂。其中使用消毒剂量最大的部分在于人工投入的净水消毒剂部分。

首先我们对几种常用净水消毒剂进行了对比。

图 13 常用消毒剂性质对比（作者自绘，数据来源：李锦煜《三氯异氰尿酸对泳池水消毒效果及应用研究》）

根据对比研究分析，目前嘉定游泳馆所用的消毒剂——三氯异氰尿酸在消毒效果和安全性上都有较好保障，是市面上最好的消毒剂之一。

同时我们也观察到含氯消毒剂的作用机制之一是通过保持水中的余氯量以防止细菌的生成，在相同时间内，余氯量衰减越慢，消毒效果也就越好。

图 14 次氯酸钠和三氯异氰尿酸的余氯衰减图（作者自绘，数据来源：李锦煜《三氯异氰尿酸对泳池水消毒效果及应用研究》）

水中的余氯在后续的水循环处理中并不会被刻意处理掉，因此，泳池排出的水中往往含有大量余氯。经过调研发现，余氯的排放实际上会对水环境和土壤环境产生较大影响。

图 15 余氯对海洋生物和土壤性质的影响（作者自绘）

同时我们了解到，三氯异氰尿酸作为高效消毒剂的同时，在工业生产中产生的废水、废气污染也相当严重。

图 16 三氯异氰尿酸 LCA 示意图（作者自绘）

根据游泳馆规定，游泳池每天至少消毒 1 次，使用 1.5kg 三氯异氰尿酸消毒剂。根据生产过程，1.5kg 三氯异氰尿酸需要至少 4.5kg NaOH，全年至少使用 547.5kg NaOH，根据中国质量认证中心给出的每千克NaOH的碳排放因子数据——11.542kg，共会产生 547.5×11.542=6319.245kg 碳足迹。

根据游泳馆管理人员的讲述，我们了解到，如果人在游泳池内进行不当行为，那么水变浑浊后，会额外增加一次消毒，一年便多产生 6319.245kg 碳足迹，相当于7个人一年呼吸的CO2 量。

图 17 额外消毒产生的碳足迹（作者自绘）

03 /

设计思考

1. 选择节水过滤器

（1）硅藻土特性

随着技术的发展，硅藻土也开始广泛应用在游泳池水处理中。硅藻土具有多孔的特性，能够有效地拦截和吸附杂质。根据实践效果表面硅藻土过滤精度是砂过滤的 10 倍以上，净化过滤后的水质清澈透明。由于过滤精度高，硅藻土在游泳池水处理中还能过滤掉池水中的一部分细菌、病毒及微生物，所以在消毒过程中减少了消毒药剂的使用量，使游泳环境更适宜 [13]。

（2）硅藻土过滤器和石英砂过滤器优缺点比较

图 18 硅藻土过滤器和石英砂过滤器优缺点比较（图片来源：作者自绘）

经过对比，硅藻土过滤器具有很大优势：

1、与处理水量相同的砂缸过滤器相比，硅藻土过滤面积大、设备体积小、质量小、安装简便。

2、使用化学药品少，仅需要投加消毒剂药品，无需投加絮凝剂，减少了配套设备。

3、过滤精度高，能滤除 1 μm 以上的各类杂质，出水浊度接近于 0，水质清澈透明。能滤除大肠菌、隐孢子虫、贾第鞭毛虫等细菌、病毒。同济大学试验研究证明 : 细菌的滤除率大于99.5 %，病毒的滤除率大于 85%。

4、硅藻土过滤器的反冲洗强度与过滤强度相同；比石英砂过滤器更加节水和节能。

其中我们重点研究硅藻土过滤器的节水性能：采用硅藻土过滤器相比较于砂缸过滤器，保守估算可减少过滤设备冲洗水量 85%，减少泳池补水量 80%×85%=68%。日节约用水：2125m³/d×5%×68% ≈ 72（m³/d）。

图 19 和石英砂过滤器处理相同水量的硅藻土过滤器日节水量（图片来源：作者自绘）

国内规范规定 5%-10% 的日补充水量是以石英砂过滤为前提确定的，目的是为了稀释投加在池水中的化学药剂以及所引发的TDS 升高。并在规范中写明“是在资料不完备的情况下的参考数值”[14]。但实际情况因为硅藻土过滤器的过滤精度高以及臭氧系统的使用，大大降低了化学药剂的投加量，所以应按实际情况减少补充水量。按世界卫生组织的推荐可采用每人 30L 的补充水量。以运行项目统计最高峰游泳每天 1000 人计，最高每天需要补水量为：0.03m³/ 人 ×1000 人 /d=30（m³/d），采用硅藻土过滤器可减少泳池补水量 68%，仍保留的 32% 泳池补水量：2125m³/d×5%×32%=34（m³/d），故对池水中的化学药剂以及所引发的 TDS 升高的控制仍是安全可靠的，且最高峰时间段硅藻土过滤器宜略增多反冲洗次数，补充水量也会适当增加。

2. 对人的行为规范思考

额外消毒产生的碳足迹不容小觑，根据调研和采访，我们了解到这种额外消毒的需求主要来自于人在游泳池内的不当行为，游泳馆已经针对这些情况制定了一些规定：如进入泳池前需淋浴、戴泳帽等，但效果并不理想。

我们制作了问卷，来了解大家对于游泳馆规定的相关认知。

图 20 游泳馆使用者对淋浴和泳帽的认知（作者根据问卷自绘）

图 21 游泳馆使用者对浸脚池的认知（作者根据问卷自绘）

根据问卷调查的结果显示，对于强制型的规定（戴泳帽等）拥有较好的执行度，对于非强制型的规定（淋浴等）则执行度并不理想，同时执行度与人们对该行为目的的认知呈现正相关的

表现。

另外，进入水池之前冲一冲，让皮肤和头发吸附了自来水，进入泳池之后就会减少对池水中氯的吸附量，对身体有利。[3]

我们可以通过将部分规定及其目的进行可视化解读，将其展示给游泳馆使用者，来对使用者的行为进行引导。 

参考文献 REFERENCE：

[1] 中国碳排放交易网[EB/OL].[2020-11-8]http://www.tanpaifang.com.

[2] 刘宜峰,苏士尧,卢巧梅.你知道你一天浪费了多少水吗？[EB/OL].(2015-08-21) [2020-11-8]https://udn.com/upf/newmedia/2015_vist/08/20150821_wastwater_08/index.html.

[3] 中国科学院微生物研究所.游泳池里,有哪些你不知道的秘密？[EB/OL].(2019-09-24)[2020-11-8]http://www.im.cas.cn/kxcb/kphd/201909/t20190924_5400178.html.

[4] 每日头条.游泳池中的化学[EB/OL].(2018-07-17)[2020-11-8]https://kknews.cc/zh-hk/news/5onq598.html.

[5] 宋涛,徐志嫱.游泳池设计中不同循环方式的合理选择[J].山西建筑,2009,35(10):177-178. [6][9] 宝蓝学院.泳池水处理中石英砂过滤和硅藻土过滤对比[J/OL].(2020-4-17)[2020-11-8]https://zhuanlan.zhihu.com/p/132447892.

[7] 刘春生.游泳池石英砂过滤设备[J].游泳,2012(05):68-70.

[8] 住房城乡建设部.游泳池给水排水工程技术规程:CJJ 122-2017[S].北京:中国建筑工业出版社.2017:45.

[10] 何人斯.“淋浴力量”组织告诉你：你洗澡会浪费多少水[N].中国青年报，2009-9-12（15）.

[11] 李锦煜.三氯异氰尿酸对泳池水消毒效果及应用研究[D].山东建筑大学,2020.

[12] 曾江宁,陈全震,郑平,高爱根,廖一波,杨关铭.余氯对水生生物的影响[J].生态学报,2005(10):2717-2724.

[13] 靳伟伟.游泳池水过滤工艺的比较与应用[A].中国建设科技集团股份有限公司、全国给水排水技术信息网.全国给水排水技术信息网42届技术交流会论文集[C].中国建设科技集团股份有限公司、全国给水排水技术信息网:全国给水排水技术信息网,2014:3.

[14] 住房城乡建设部.游泳池给水排水工程技术规程：CJJ 122-2017[S].北京:中国建筑工业出版社.2017:30.

点评

游泳池的水体循环与净化是一个相当复杂、涉及多个学科背景的过程，为了比较深入地了解和认知游泳池底部空间的构造，田一淸、朱昕怡和李玉玺三名同学从同济四平校区的游泳馆到嘉定校区游泳馆，在相关老师的帮助下得以进入蔚为壮观的机房一探究竟，同时将课题研究聚焦于游泳池水循环过滤系统和消毒过程。她们采用生动形象的表达方式，使原本复杂乏味的机械过程变得清新易懂，而这一系统潜在的不可持续问题和可能的解决方案也在她们的笔下得到清楚呈现，引发读者对水环境问题的深思。（指导老师：姚雪艳）

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2020年秋季本科可持续设计理念课程

教学团队 | 朱小村、姚雪艳、曹静、刘洋、莫娇、龚万彬、周玲玲、郭光普

助教 | 唐小娟、朱梦婵、姚佳艳、顾乃全、周怡

编辑 | 朱梦婵

校对 | 朱梦婵

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编辑 / 榴莲责编 / 雪青

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