CN104925951A - 可旋转式太阳能湿地污水处理系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可旋转式太阳能湿地污水处理系统及其方法,用于对污水进行多级生化处理。人工湿地处理系统由垂直流人工湿地和水平流人工湿地串联而成,均设置在棚式薄膜光伏太阳能温室中,棚式薄膜光伏太阳能温室的顶部外表面敷设非晶硅薄膜式太阳能电池板,太阳光能照射到非晶硅薄膜式太阳能电池板时,一部分转化为电能存储在蓄电池中,用于对整个处理系统进行供电,另一部分透过非晶硅薄膜式太阳能电池板用于植物的光合作用。本发明的污水处理系统处理效率高,且棚式薄膜光伏太阳能温室既满足了植物各个季节正常生长的光照和温度需要,又实现了低成本光能发电,具有良好的经济效益和环境效益。

Description

可旋转式太阳能湿地污水处理系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明属于污水处理领域,具体涉及一种可旋转式太阳能湿地污水处理系统及其 方法。
背景技术
[0002] 目前我国农村生活污水污水处理主流工艺主要有生态滤池、对介质土壤渗滤系 统、AVo技术、人工湿地技术、无动力厌氧处理系统,太阳能曝气好氧处理技术等。但这些处 理工艺普遍存在很多缺陷,如冬季和夜间处理效果明显降低、湿地植物在极端温度出现大 面积虫害和死亡现象、太阳能利用率过低甚至出现瘫痪现象、湿地填料容易堵塞、单个湿地 处理效率低下、降雨量较多季节湿地系统瘫痪等。即便现在出现了太阳能温室棚人工湿地 处理系统,污水处理效率得到了明显的改善,但由于太阳能板不可以旋转,加上现在某些地 区太阳能本来就不充裕,导致作为湿地供能和保温装置的太阳能利用率低下,甚至许多地 方的太阳能污水处理装置成了摆设参观用。鉴于以上问题,本专利的可旋转式太阳能湿地 污水处理系统及其方法很好的解决了这些问题,在湿地系统前加入了溢流井解决了降雨量 较多季节湿地系统瘫痪问题,在湿地系统中安装了可控式提升杆解决了光伏板随着太阳光 旋转问题,同时加入了喷淋、曝气、产热棒、通风等相关装置使得整个系统对污水的处理效 率大幅度提尚。
发明内容
[0003] 本发明的目的是解决现有技术中存在的问题,并提供一种可旋转式太阳能湿地污 水处理系统及其方法。
[0004] 可旋转式太阳能湿地污水处理系统包括串联设置的垂直流人工湿地和水平流人 工湿地,且垂直流人工湿地和水平流人工湿地均设置于棚式薄膜光伏太阳能温室中,棚式 薄膜光伏太阳能温室的顶部外表面敷设非晶硅薄膜式太阳能电池板,用于将太阳能转化为 电能,为可旋转式太阳能湿地污水处理系统供电的同时,将部分太阳光透过非晶硅薄膜式 太阳能电池板用于湿地植物的光合作用。
[0005] 所述的非晶硅薄膜式太阳能电池板上安装有角度调节装置,用于调节非晶硅薄膜 式太阳能电池板与太阳光线之间的角度。
[0006] 所述的角度调节装置包括第一电动提升杆、第二电动提升杆、第一提升杆电机和 第二提升杆电机,第一电动提升杆和第二电动提升杆分设在非晶硅薄膜式太阳能电池板底 部两侧,第一电动提升杆和第二电动提升杆与非晶硅薄膜式太阳能电池板连接的一端均设 有提升杆伸缩节,第一电动提升杆、第二电动提升杆的另一端分别设有第一提升杆电机和 第二提升杆电机。
[0007] 所述的垂直流人工湿地和水平流人工湿地底部设有湿地填料,湿地填料从上到下 依次为混合土层、粗砂层、铁渣层、细石层、粗卵石层、防渗层,其中铁渣层中设有固定化微 生物层,细石层中设有发热恒温棒和穿孔曝气管,穿孔曝气管与曝气鼓风机相连;水平流人 工湿地通过出水井和水位调节箱相连。
[0008] 所述的棚式薄膜光伏太阳能温室中还设有喷淋装置和通风装置,用于对温室温度 进行调节。
[0009] 所述的可旋转式太阳能湿地污水处理系统中设有控制柜,用于对可旋转式太阳能 湿地污水处理系统进行自动化控制,控制柜与喷淋装置、通风装置、微动力提升泵、曝气鼓 风机、发热恒温棒、穿孔曝气管和第一提升杆电机和第二提升杆电机相连。
[0010] 使用所述的污水处理系统的人工湿地污水处理方法,包括如下步骤: 1) 污水通过管网依次流经格栅池和溢流井,滤去悬浮物并对污水水量进行调节; 2) 通过微动力提升泵将经过步骤1)处理后的污水通过湿地进水管排入垂直流人工湿 地的湿地集水井中,再通过湿地水流通道由湿地填料底部从下往上流动,在纵向流动的过 程中污水依次经过粗卵石层、细石层、铁渣层、固定化微生物层、粗砂层和混合土层及湿地 植物的根系; 3) 将经过步骤2)处理后的污水排入水平流人工湿地,在推流过程中污水依次从水平 流的进水口经过填料层流向出水口,并利用预先埋设的穿孔曝气管进行供氧,同时,利用发 热恒温棒进行保温,以进一步去除污水中的污染物; 4) 将经过步骤3)处理后的污水排入出水井,进行达标排放,同时通过出水井中安装的 液面监测浮球开关监测水平流人工湿地中的水位高度,高于预设值时控制水流进入水位调 节箱。
[0011] 所述的步骤2)中污水纵向流动的过程中,利用在细石层中安装的发热恒温棒为 整个床体提供热量,同时利用曝气鼓风机通过穿孔曝气管进行曝气,使之在穿孔曝气管周 边按距离远近形成好氧区、缺氧区和厌氧区,达到脱氮除磷的目的。
[0012] 所述的垂直流人工湿地和水平流人工湿地均设置于棚式薄膜光伏太阳能温室中, 温室顶部敷设的非晶硅薄膜式太阳能电池板将太阳光分段利用,分别用于发电和供植物光 合作用;棚式薄膜光伏太阳能温室通过喷淋装置和通风装置对棚内温度进行控制,当温度 高于设定值时,开启喷淋装置和通风装置降温;同时,角度调节装置通过第一电动提升杆、 第二电动提升杆、第一提升杆电机和第二提升杆电机调节非晶硅薄膜式太阳能电池板与太 阳光间的夹角。
[0013] 所述的微动力提升泵、曝气鼓风机、发热恒温棒、穿孔曝气管和第一提升杆电机和 第二提升杆电机均通过与非晶硅薄膜式太阳能电池板相连的太阳能储能逆控一体机进行 供能,非晶娃薄膜式太阳能电池板吸收的太阳能经太阳能储能逆控一体机转化成整个湿地 污水处理系统所需要的交流电,整个湿地污水处理系统的运行通过控制柜进行自控。
[0014] 本发明的有益效果是: 1、棚式薄膜光伏太阳能温室既满足了植物各个季节正常生长的光照和温度需要,又实 现光电转换,低成本光能发电。
[0015] 2、采用了垂直流人工湿地和潜流人工湿地串联模式,占地面积较小,避免了潜流 对氨氮、磷处理效果不佳,该复合人工湿地对水体的各种污染物处理效率较高,满足了出水 达标排放要求。
[0016] 3、薄膜光伏太阳能板安装了自控太阳能电动提升杆,可随着太阳角度变化而伸缩 调节光伏板的朝向,提高太阳能的利用率。
[0017] 4、利用市电作为补给能源,保证了特殊天气情况和夜间污水处理系统的正常运 行。同时又设置了并网市电系统,满足系统正常运行的情况下多余的太阳能进入市电系统。
[0018] 5、复合人工湿地采用钢混结构建造并铺设防渗层,防止污水渗漏进入地表。
[0019] 6、人工湿地填料层中安装了发热恒温棒和微孔穿孔管,提升了污水处理效率。
[0020] 7、出水井安装了水位检测控制器,水力负荷过大时,调控部分水量进入水量调节 箱中。
附图说明
[0021] 图1是可旋转式太阳能湿地污水处理系统的示意图; 图2是本发明的太阳能供电装置系统示意图; 图3是本发明的太阳能电动提升杆示意图; 图4是本发明的垂直流人工湿地结构图; 图5是本发明的湿地填料示意图。
[0022] 图中,溢流井1、格栅池2、微动力提升泵3、第一电动提升杆4、非晶硅薄膜式太阳 能电池板5、垂直流人工湿地6、湿地填料7、湿地植物8、发热恒温棒9、穿孔曝气管10、喷淋 装置11、第二提升杆电机12、第二电动提升杆13、通风装置14、第一提升杆电机15、水平流 人工湿地16、出水井17、水位调节箱18、液面监测浮球开关19、曝气鼓风机20、提升杆伸缩 节21、湿地进水管22、湿地集水井23、湿地水流通道24、防渗层25、固定化微生物层26、混 合土层27、粗砂层28、铁渣层29、细石层30、粗卵石层31、控制柜32和太阳能储能逆控一体 机33。
[0023]
具体实施方式: 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0024] 如图1所示,可旋转式太阳能湿地污水处理系统,包括垂直流人工湿地6和水平流 人工湿地16,垂直流人工湿地6和水平流人工湿地16串联设置,且均设置于棚式薄膜光伏 太阳能温室中,棚式薄膜光伏太阳能温室的顶部外表面敷设非晶硅薄膜式太阳能电池板5, 用于将太阳能转化为电能,为可旋转式太阳能湿地污水处理系统供电的同时,将部分太阳 光透过非晶硅薄膜式太阳能电池板5用于湿地植物8的光合作用。非晶硅薄膜式太阳能电 池板是一种以非晶硅化合物为基本组成的薄膜太阳能电池,其独有的分光技术,可以将太 阳光伏分段利用:紫外光和紫、靛、蓝、绿、黄光用来发电,进行光电转化,而一部分的橙光和 红光透过电池板,由于植物光合作用主要依靠红光,电池板下的植物可以正常生长。由此, 及解决了供电问题,也同时保证了湿地植物的正常生长,且非晶硅薄膜式太阳能电池板可 以利用特殊功能膜,根据人工湿地对温度的要求,将红外光选择性透过或反射,从而调节棚 式薄膜光伏太阳能温室内的温度。
[0025] 所述的非晶硅薄膜式太阳能电池板5上安装有角度调节装置,用于调节非晶硅薄 膜式太阳能电池板5与太阳光线之间的角度。在一天中的不同时间段,可通过调节非晶硅 薄膜式太阳能电池板5与太阳光光线的角度,从而最大限度的利用太阳能。角度调节装置 可以采用多种方式,如在太阳能电池板底部设置升降机或电动提升杆等。
[0026] 如图3所示,本实施例中采用设置电动提升杆的形式。所述的角度调节装置包括 第一电动提升杆4、第二电动提升杆13、第一提升杆电机15和第二提升杆电机12,第一电动 提升杆4和第二电动提升杆13分设在非晶硅薄膜式太阳能电池板5底部两侧,第一电动提 升杆4和第二电动提升杆13与非晶硅薄膜式太阳能电池板5连接的一端均设有提升杆伸 缩节21,第一电动提升杆4、第二电动提升杆13的另一端分别设有第一提升杆电机15和第 二提升杆电机12。提升杆伸缩节21由第一提升杆电机15和第二提升杆电机12驱动,实现 伸长或缩短,由此使非晶硅薄膜式太阳能电池板5的角度产生变化。两侧的电动提升杆可 以独立伸缩,也可以联动伸缩,使非晶硅薄膜式太阳能电池板5尽可能保持与太阳光照射 方向垂直。提升杆电机12由控制柜32进行自动化控制。
[0027] 如图4和5所示,所述的垂直流人工湿地6和水平流人工湿地16底部设有湿地填 料7,湿地填料7从上到下依次为混合土层27、粗砂层28、铁澄层29、细石层30、粗卵石层 31、防渗层25,其中铁渣层29中设有固定化微生物层26,细石层30中设有发热恒温棒9和 穿孔曝气管10,穿孔曝气管10与曝气鼓风机20相连;水平流人工湿地16通过出水井17和 水位调节箱18相连。出水井17内设有液面监测浮球开关19,用于监控与出水井17相连的 湿地污水处理系统的水位高度,当水位过高,通过液面监测浮球开关19进行检测控制,把 多余的水排到水位调节箱18中,保持人工湿地处理系统的运行负荷不超过处理负荷。人工 湿地采用钢混结构建造并铺设防渗层,防止污水渗漏进入地下水。
[0028] 所述的棚式薄膜光伏太阳能温室中还设有喷淋装置11和通风装置14。棚式薄膜 光伏太阳能温室内温度高于湿地植物8的耐受温度时,利用温控开关打开喷淋装置11和通 风装置14进行降温。通风装置14可采用多种设置方式,如开设通风窗或设置通风机。本 实施例中通风装置14采用通风窗和通风机结合的方式。
[0029] 如图2所示,可旋转式太阳能湿地污水处理系统中设有控制柜(32),用于对可旋 转式太阳能湿地污水处理系统进行自动化控制。喷淋装置11、通风装置14、微动力提升泵 3、曝气鼓风机20、发热恒温棒9、穿孔曝气管10和第一提升杆电机15和第二提升杆电机12 均与控制柜32相连。控制柜32中设有自动化控制设备,用于自动化控制整个污水处理系 统的各种组成装置的运行和调控。非晶硅薄膜式太阳能电池板5转化的电能通过太阳能储 能逆控一体机33进行转化和存储,并用于整个湿地污水处理系统的供能。此外,非晶硅薄 膜式太阳能电池板5产生的电能与市电系统构成光电互补系统,两者并接,相互作为补充 供能;当持续阴天或太阳能供给不足时,市电可对整个系统进行补给。
[0030] 可旋转式太阳能湿地污水处理系统的整体连接方式如下: 格栅池2、溢流井1、垂直流人工湿地6、水平流人工湿地16、出水井17和水位调节箱 18通过管道顺次相连,棚式薄膜光伏太阳能温室设置于垂直流人工湿地6、水平流人工湿 地16上方,温室内上部设有喷淋装置11、通风装置14 ;温室室体与非晶硅薄膜式太阳能电 池板5间通过第一电动提升杆4和第二电动提升杆13相连,两条提升杆顶部均设有提升杆 伸缩节21,底部分别设有第一提升杆电机15和第二提升杆电机12。垂直流人工湿地6、水 平流人工湿地16内均设有湿地填料7和湿地水流通道24,两者填料设置方式一致,湿地上 种植有湿地植物8,湿地集水井23设置于垂直流人工湿地6前端,微动力提升泵3设置于溢 流井1中,通过湿地进水管22将溢流井1中污水输送到湿地集水井23中,出水井17内设 有液面监测浮球开关19,穿孔曝气管10与曝气鼓风机20相连。微动力提升泵3、第一电动 提升杆4、发热恒温棒9、穿孔曝气管10、喷淋装置11、第二提升杆电机12、第二电动提升杆 13、通风装置14、第一提升杆电机15、曝气鼓风机20均与控制柜32相连。非晶硅薄膜式太 阳能电池板5产生的直流电经过太阳能储能逆控一体机33转变成交流电后,并通过控制柜 32控制各个耗电装置。
[0031] 使用所述的人工湿地污水处理系统的污水处理方法包括如下步骤: 1) 污水通过管网依次流经格栅池2和溢流井1,利用格栅池2滤去悬浮物并利用溢流 井1对污水水量进行调节; 2) 通过微动力提升泵3将经过步骤1)处理后的污水通过湿地进水管22排入垂直流人 工湿地6的湿地集水井23中,再通过湿地水流通道24由湿地填料7底部从下往上流动,在 纵向流动的过程中污水依次经过粗卵石层31、细石层30、铁渣层29、固定化微生物层26、粗 砂层28和混合土层27及湿地植物8的根系;污水纵向流动的过程中,利用在细石层30中 安装的发热恒温棒9为整个床体提供热量,同时利用曝气鼓风机20通过穿孔曝气管10进 行曝气,使之在穿孔曝气管10周边按距离远近形成好氧区、缺氧区和厌氧区,达到脱氮除 磷的目的;同时穿孔曝气管10的使用还能有效地避免填料堵塞问题的发生。
[0032] 3)将经过步骤2)处理后的污水排入水平流人工湿地16,在推流过程中污水依次 从水平流的进水口经过填料层流向出水口,并利用预先埋设的穿孔曝气管10进行供氧,同 时,利用发热恒温棒9进行保温,以进一步去除污水中的污染物;所述的垂直流人工湿地和 水平流人工湿地均设置于棚式薄膜光伏太阳能温室中,棚式薄膜光伏太阳能温室可通过喷 淋装置11和通风装置14对棚内温度进行控制,当温度高于设定值时,开启喷淋装置11和 通风装置14降温; 4)将经过步骤3)处理后的污水排入出水井17,进行达标排放,同时通过出水井17中 安装的液面监测浮球开关19监测水平流人工湿地16中的水位高度,高于预设值时控制水 流进入水位调节箱18。
[0033] 所述的垂直流人工湿地和水平流人工湿地均设置于棚式薄膜光伏太阳能温室中, 温室顶部的非晶硅薄膜式太阳能电池板5将太阳光分段利用,分别用于发电和供植物光合 作用;棚式薄膜光伏太阳能温室通过喷淋装置11和通风装置14对棚内温度进行控制,当温 度高于设定值时,开启喷淋装置11和通风装置14降温;同时,角度调节装置通过第一电动 提升杆4、第二电动提升杆13、第一提升杆电机15和第二提升杆电机12调节非晶硅薄膜式 太阳能电池板5与太阳光线间的夹角。
[0034] 所述的微动力提升泵3、曝气鼓风机20、发热恒温棒9、穿孔曝气管10和第一提升 杆电机15和第二提升杆电机12均通过与非晶硅薄膜式太阳能电池板5相连的太阳能储能 逆控一体机33进行供能,非晶硅薄膜式太阳能电池板5吸收的太阳能经太阳能储能逆控一 体机33转化成整个湿地污水处理系统所需要的交流电,整个湿地污水处理系统的运行通 过控制柜32进行自控。
[0035] 本套装置在污水处理工程项目应用过程中,处理效果良好。其出水水质均达到国 家相关标准,且高于一般人工湿地的处理效果。装置施工简便,实际运行过程中运行成本较 低。本实施例中,利用上述人工湿地污水处理系统进行处理时,该系统进出水水质的具体参 数如表1所示: 表1实际运行过程中人工湿地处理系统进出水水质
Figure CN104925951AD00081
Figure CN104925951AD00091
值得注意的是,以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,然其并非用以限制 本发明,凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围 内。

Claims (10)

1. 一种可旋转式太阳能湿地污水处理系统,其特征在于:包括串联设置的垂直流人工 湿地(6)和水平流人工湿地(16),且垂直流人工湿地(6)和水平流人工湿地(16)均设置于 棚式薄膜光伏太阳能温室中,棚式薄膜光伏太阳能温室的顶部外表面敷设非晶硅薄膜式太 阳能电池板(5),用于将太阳能转化为电能,为可旋转式太阳能湿地污水处理系统供电的同 时,将部分太阳光透过非晶硅薄膜式太阳能电池板(5)用于湿地植物(8)的光合作用。
2. 如权利要求1所述的可旋转式太阳能湿地污水处理系统,其特征在于:所述的非晶 硅薄膜式太阳能电池板(5)上安装有角度调节装置,用于调节非晶硅薄膜式太阳能电池板 (5)与太阳光线之间的角度。
3. 如权利要求2所述的可旋转式太阳能湿地污水处理系统,其特征在于:所述的角度 调节装置包括第一电动提升杆(4)、第二电动提升杆(13)、第一提升杆电机(15)和第二提 升杆电机(12),第一电动提升杆(4)和第二电动提升杆(13)分设在非晶娃薄膜式太阳能电 池板(5)底部两侧,第一电动提升杆(4)和第二电动提升杆(13)与非晶硅薄膜式太阳能电 池板(5)连接的一端均设有提升杆伸缩节(21),第一电动提升杆(4)、第二电动提升杆(13) 的另一端分别设有第一提升杆电机(15)和第二提升杆电机(12)。
4. 如权利要求1所述的可旋转式太阳能湿地污水处理系统,其特征在于:所述的垂直 流人工湿地(6 )和水平流人工湿地(16 )底部设有湿地填料(7 ),湿地填料(7 )从上到下依次 为混合土层(27)、粗砂层(28)、铁渣层(29)、细石层(30)、粗卵石层(31)、防渗层(25),其 中铁渣层(29 )中设有固定化微生物层(26 ),细石层(30 )中设有发热恒温棒(9 )和穿孔曝气 管(10),穿孔曝气管(10)与曝气鼓风机(20)相连;水平流人工湿地(16)通过出水井(17) 和水位调节箱(18)相连。
5. 如权利要求1所述的可旋转式太阳能湿地污水处理系统,其特征在于:所述的棚式 薄膜光伏太阳能温室中还设有喷淋装置(11)和通风装置(14),用于对温室温度进行调节。
6. 如权利要求1所述的可旋转式太阳能湿地污水处理系统,其特征在于:所述的可旋 转式太阳能湿地污水处理系统中设有控制柜(32),用于对可旋转式太阳能湿地污水处理系 统进行自动化控制,控制柜(32)与喷淋装置(11)、通风装置(14)、微动力提升泵(3)、曝气 鼓风机(20)、发热恒温棒(9)、穿孔曝气管(10)和第一提升杆电机(15)和第二提升杆电机 (12)相连。
7. -种使用如权利要求1所述的污水处理系统的人工湿地污水处理方法,其特征在 于:包括如下步骤: 1) 污水通过管网依次流经格栅池(2)和溢流井(1),滤去悬浮物并对污水水量进行调 T; 2) 通过微动力提升泵(3)将经过步骤1)处理后的污水通过湿地进水管(22)排入垂直 流人工湿地(6 )的湿地集水井(23 )中,再通过湿地水流通道(24 )由湿地填料(7 )底部从下 往上流动,在纵向流动的过程中污水依次经过粗卵石层(31)、细石层(30)、铁渣层(29)、固 定化微生物层(26)、粗砂层(28)和混合土层(27)及湿地植物(8)的根系; 3) 将经过步骤2)处理后的污水排入水平流人工湿地(16),在推流过程中污水依次从 水平流的进水口经过填料层流向出水口,并利用预先埋设的穿孔曝气管(10)进行供氧,同 时,利用发热恒温棒(9)进行保温,以进一步去除污水中的污染物; 4) 将经过步骤3)处理后的污水排入出水井(17),进行达标排放,同时通过出水井(17) 中安装的液面监测浮球开关(19)监测水平流人工湿地(16)中的水位高度,高于预设值时 控制水流进入水位调节箱(18)。
8. 如权利要求7中所述的污水处理方法,其特征在于:所述的步骤2)中污水纵向流动 的过程中,利用在细石层(30)中安装的发热恒温棒(9)为整个床体提供热量,同时利用曝 气鼓风机(20)通过穿孔曝气管(10)进行曝气,使之在穿孔曝气管(10)周边按距离远近形 成好氧区、缺氧区和厌氧区,达到脱氮除磷的目的。
9. 如权利要求8中所述的污水处理方法,其特征在于:所述的垂直流人工湿地和水平 流人工湿地均设置于棚式薄膜光伏太阳能温室中,温室顶部敷设的非晶硅薄膜式太阳能电 池板(5)将太阳光分段利用,分别用于发电和供植物光合作用;棚式薄膜光伏太阳能温室 通过喷淋装置(11)和通风装置(14)对棚内温度进行控制,当温度高于设定值时,开启喷淋 装置(11)和通风装置(14)降温;同时,角度调节装置通过第一电动提升杆(4)、第二电动提 升杆(13)、第一提升杆电机(15)和第二提升杆电机(12)调节非晶硅薄膜式太阳能电池板 (5)与太阳光间的夹角。
10. 如权利要求9中所述的人工湿地污水处理方法,其特征在于:所述的微动力提升 泵(3)、曝气鼓风机(20)、发热恒温棒(9)、穿孔曝气管(10)和第一提升杆电机(15)和第 二提升杆电机(12)均通过与非晶硅薄膜式太阳能电池板(5)相连的太阳能储能逆控一体 机(33)进行供能,非晶硅薄膜式太阳能电池板(5)吸收的太阳能经太阳能储能逆控一体机 (33)转化成整个湿地污水处理系统所需要的交流电,整个湿地污水处理系统的运行通过控 制柜(32)进行自控。
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