CN108821506A - 一种农村分散型污水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农村分散型污水处理系统及方法，包括分散型污水处理机构、嵌入式智能网关、中央处理单元、指标计算单元和监控处理端；所述的分散型污水处理机构包括若干个污水处理模块，污水处理模块根据汇入河流的污染源区域进行划分，污染源区域包括住宅、农田地、林地和池塘区域；所述的污水处理模块包括污水处理单元、PLC控制器和数据采集单元；该污水处理系统，采用4G/3G/2G移动网络进行双向通讯，对分散型污水处理模块进行远程集中控制，增加了分散型污水处理系统远程控制的可靠性和实用性，达到减少专业运管人员成本和实时监控的目的；解决了远程监控农村分散型污水处理系统的问题。

Description

一种农村分散型污水处理系统及方法

技术领域

本发明属于水污染治理技术领域，具体涉及一种农村分散型污水处理系统及方法。

背景技术

目前水污染治理的重点之一就是建制农村的生活污水处理，农村污水处理系统具有规模较小、地域分散、运行管理人才和运行资金相对缺乏的特点，如果完全套用城镇污水处理厂的控制系统和管理模式，则需要数量庞大的专业运行管理人员和高昂的运行资金，即使在经济发达地区也存在困难，因此采用远程监控系统管理分散型的污水处理系统已经成为一种趋势。

过去30年，我国集约化农业生产模式在利用占世界9％耕地成功解决了占世界总人口20％的13亿国人的吃饭问题，到2013年实现粮食产量“十连增”辉煌的同时，也付出了高昂的代价：这30年间，化肥、农药用量递升，牲畜粪便、秸秆等废弃物剧增，已造成农村和农田的广泛面源污染和土壤肥力下降等严重问题。根据2010年第一次全国污染源普查结果，农业污染源排放的化学需氧量(COD)占全国排放总量的43.7％(1324万吨)；农田排放的氮、磷分别占总量的57.2％和67.4％(270万吨和28万吨)；重金属排放主要集中在铜2452吨、锌4862吨。这些面源污染物通过地表径流与地下渗漏的方式进入水体环境，是水体富营养化与地下水污染的最主要的污染源。与此同时，随着城市发展过程中部分工业企业外迁到农村区域，在农村区域形成农业面源与工业点源共同污染区域水体的局面，水体黑臭状况同样突出。

基于乡镇分散型污水处理系统多数地理位置偏远，没有配备有线网络，因此目前多数采用基于GPRS或CMDA通讯网络的远程监控系统，采用C/S架构，客户端兼容性差，客户端平台移植费用高；传送视频，清晰度受到限制；远程控制手段较为单一，主要以PLC系统上传的数据判别设备和设施的运行状态，确认方式单一，可靠性较差。例如设备带病工作，运转声音异常，远程监控端难以发现；水泵运转但是不出水，远程监控端也难以发现问题。现有的污水处理系统不能实时的发现问题，也不能及时对污水处理系统进行控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种农村分散型污水处理系统及方法，可有效的控制污水处理设备，实现远程监控农村分散型污水处理系统的目的。

本发明需要解决的技术问题为：

1、如何实现远程监控农村分散型污水处理系统；

2、如何精确设定和控制污水处理设备的参数设置；

3、如何自动除去污水中的悬浮物；

4、系统流量使用费用高。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种农村分散型污水处理系统，包括分散型污水处理机构、嵌入式智能网关、中央处理单元、指标计算单元和监控处理端；

所述的分散型污水处理机构包括若干个污水处理模块，污水处理模块根据汇入河流的污染源区域进行划分，污染源区域包括住宅、农田地、林地和池塘区域；所述的污水处理模块包括污水处理单元、PLC控制器和数据采集单元，污水处理单元分别与PLC控制器和数据采集单元连接，PLC控制器和数据采集单元均与嵌入式智能网关连接，所述嵌入式智能网关通过4G、3G或者2G公用移动网络与中央处理单元连接；所述中央处理单元通过B/S方式与监控处理端进行通讯；所述的中央处理单元与指标计算单元通过4G、3G或者2G公用移动网络连接；

所述的数据采集单元，用于采集网络摄像机、水质监测仪、流量计和浓度测量仪的检测数据，所述网络摄像机用于获取污水处理现场实时的音频数据、视频数据,所述的水质监测仪用于测量污染源的水质指标量Q数据，所述的流量计用于测量污水源的水流速度V数据，所述的浓度测量仪用于测量污水源的水质浓度C_S数据；所述的数据采集单元通过嵌入式智能网关将采集数据上传至中央处理单元；

所述的指标计算单元，用于计算各污水处理模块的污染指标削减量,计算公式如下：

其中ΔQ为污染指标削减量,n为污水处理模块的数量，Q为第n个污染源的水质指标量，Q_S为水质指标目标量，Q₀为河流汇入口的水质指标量为1，V为污水源的水流速度，C_S为污水源的水质浓度数据；

所述的Q_S为水质指标目标量为：化学需氧量<40mg/L；氨氮<2.5mg/L；溶解氧>5.8mg/L；总氮<4.5mg/L；总磷<0.8mg/L；河流流量≥0.5m³/s。

进一步，所述的PLC控制器，PLC控制器与控制设备连接，用于获取控制设备的运行参数并通过嵌入式智能网关上传至中央处理单元；所述的控制设备包括除磷器、厌氧反应池、好氧反应池和悬浮物截留器。

进一步，所述的悬浮物截留器包括截留机构、进水管、出水管、收纳袋和推送机构，进水管位于截留机构的上方，出水管位于截留机构的下方，收纳袋位于截留机构的左端，推送机构位于截留机构的右端；所述的下水管上连接有流量计；

所述的截留机构包括上层截留体、下层聚水体、第一电磁阀和第二电磁阀，上层截留体和下层聚水体之间设有过滤层，所述的过滤层的材质为石英砂，过滤层的孔径为50-100um；第一电磁阀位于上层截留体和进水管之间，上层截留体和进水管通过第一电磁阀相连接；下层聚水体与出水管连接；第二电磁阀位于上层截留体和收纳袋之间，上层截留体和收纳袋通过第二电磁阀相连接；

所述的推送机构包括油泵、伸缩杆和推送头，油泵、伸缩杆和推送头依次连接，推送头位于上层截留体的内部，上层截留体的右侧开有通孔，伸缩杆与通孔过盈配合；所述的推送头包括推送盘和防粘层，防粘层粘敷在推送盘表面，所述的防粘层为月牙形，防粘层的为麦饭石与聚四氟乙烯的结合；

所述的第一电磁阀、第二电磁阀、流量计、油泵均与PLC控制器连接。

进一步，所述的嵌入式智能网关包括微处器、嵌入式操作单元、存储器和通讯接口、4G/3G/2G通讯模块，具有采集服务功能和数据服务功能；数据分区打包压缩，进行周期性发送；嵌入式智能网关通过蓝牙与PLC控制器进行双向通讯，嵌入式智能网关通过4G/3G/2G网络进行双向通讯。

进一步，所述的中央处理单元，内含数据库，用于接收和储存数据采集单元输出的采集数据、PLC控制器的运行参数，中央处理单元获取指标计算单元的各污水处理模块的污染指标削减量数据连同采集数据、PLC控制器的运行参数发送到监控处理端，获取监控处理端发送的对污水处理单元的控制信息，并通过嵌入式智能网关传输给PLC控制器实现对污水处理单元的远程控制。

进一步，所述的监控处理端，采用PC机、MAC机、安卓或IOS移动设备，获取中央处理单元输出的污染指标削减量数据、采集数据和PLC控制器的运行参数，监控处理端通过授权可以在线修改各工程组态画面、控制设备运行参数、控制设备启停；通过查询现场实时视频和实时音频直观了解现场设备和设施运行状态，查询历史数据，报警记录。

进一步，一种农村分散型污水处理方法，具体包括以下步骤：

S1、网络摄像机拍摄获取音频数据、视频数据,水质监测仪测量污染源的水质指标量数据，流量计测量的污水源的水流速度数据，浓度测量仪测量的污水源的水质浓度数据；

S2、数据采集单元通过嵌入式智能网关将采集数据上传至中央处理单元；

S3、PLC控制器获取控制设备的运行参数并通过嵌入式智能网关上传至中央处理单元；

S4、中央处理单元将采集数据、PLC控制器的运行参数输出至指标计算单元；

S5、标计算单元计算出各污水处理模块的污染指标削减量；

S6、监控处理端授权修改各工程组态画面、控制设备运行参数、控制设备启停，或者监控处理端授权PLC控制器字形调整控制设备运行参数和控制设备启停。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的一种农村分散型污水处理系统，采用4G/3G/2G移动网络进行双向通讯，对分散型污水处理模块进行远程集中控制，增加了分散型污水处理系统远程控制的可靠性和实用性，达到减少专业运管人员成本和实时监控的目的；解决了远程监控农村分散型污水处理系统的问题；

(2)指标计算单元采用计算公式运算出各污水处理模块的污染指标削减量，监控处理端授权修改各工程组态画面、控制设备运行参数、控制设备启停，或者监控处理端授权PLC控制器字形调整控制设备运行参数和控制设备启停，从而解决了难以设定和控制污水处理设备参数设置的问题；

(3)控制设备中的悬浮物截留器，当正常通水时，根据PLC控制器传输的控制信号，第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭，悬浮物被截留在上层截留体内，当悬浮物积攒过多时，流量计的检测的流速变小，PLC控制器控制第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，油泵开启，推送头将悬浮物推出至收纳袋中，第二电磁阀关闭，即可继续通水；无需人工打捞悬浮物，实现了自动除去污水中的悬浮物的目的；

(4)嵌入式智能网关将传输的数据进行分区打包压缩，进行周期性发送，从而节省流量费用，解决了系统流量使用费用高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种农村分散型污水处理系统示意图；

图2为悬浮物截留器的结构示意图；

附图标注：

1-截留机构，11-上层截留体，12-下层聚水体，13-第一电磁阀，14-第二电磁阀，15-过滤层，2-进水管，3-出水管，31-流量计，4-收纳袋，5-推送机构，51-油泵，52-伸缩杆，53-推送盘，54-防粘层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种农村分散型污水处理系统，包括分散型污水处理机构、嵌入式智能网关、中央处理单元、指标计算单元和监控处理端，

所述的分散型污水处理机构包括若干个污水处理模块，污水处理模块根据汇入河流的污染源区域进行划分，污染源区域包括住宅、农田地、林地和池塘区域；所述的污水处理模块包括污水处理单元、PLC控制器和数据采集单元，污水处理单元分别与PLC控制器和数据采集单元连接，PLC控制器和数据采集单元均与嵌入式智能网关连接，所述嵌入式智能网关通过4G、3G或者2G公用移动网络与中央处理单元连接；所述中央处理单元通过B/S方式与监控处理端进行通讯；所述的中央处理单元与指标计算单元通过4G、3G或者2G公用移动网络连接；

所述的数据采集单元，用于采集网络摄像机、水质监测仪、流量计和浓度测量仪的检测数据，所述网络摄像机用于获取污水处理现场实时的音频数据、视频数据,所述的水质监测仪用于测量污染源的水质指标量Q数据，所述的流量计用于测量污水源的水流速度V数据，所述的浓度测量仪用于测量污水源的水质浓度C_S数据；所述的数据采集单元通过嵌入式智能网关将采集数据上传至中央处理单元；

所述的PLC控制器，PLC控制器与控制设备连接，用于获取控制设备的运行参数并通过嵌入式智能网关上传至中央处理单元；所述的控制设备包括除磷器、厌氧反应池、好氧反应池和悬浮物截留器；其中，所述的悬浮物截留器如图2所示，悬浮物截留器包括截留机构1、进水管2、出水管3、收纳袋4和推送机构5，进水管2位于截留机构1的上方，出水管3位于截留机构1的下方，收纳袋4位于截留机构1的左端，推送机构5位于截留机构1的右端；所述的下水管2上连接有流量计31；

所述的截留机构1包括上层截留体11、下层聚水体12、第一电磁阀13和第二电磁阀14，上层截留体11和下层聚水体12之间设有过滤层15，所述的过滤层15的材质为石英砂，过滤层15的孔径为50-100um；第一电磁阀13位于上层截留体11和进水管2之间，上层截留体11和进水管2通过第一电磁阀13相连接；下层聚水体12与出水管3连接；第二电磁阀14位于上层截留体11和收纳袋4之间，上层截留体11和收纳袋4通过第二电磁阀14相连接；

所述的推送机构5包括油泵51、伸缩杆52和推送头，油泵51、伸缩杆52和推送头依次连接，推送头位于上层截留体11的内部，上层截留体11的右侧开有通孔，伸缩杆52与通孔过盈配合；所述的推送头包括推送盘53和防粘层54，防粘层54粘敷在推送盘53表面，所述的防粘层54为月牙形，防粘层54的为麦饭石与聚四氟乙烯的结合；

所述的第一电磁阀13、第二电磁阀14、流量计31、油泵51均与PLC控制器连接；

悬浮物截留器的工作方式为：当正常通水时，根据PLC控制器传输的控制信号，第一电磁阀13打开，第二电磁阀14关闭，悬浮物被截留在上层截留体11内，当悬浮物积攒过多时，流量计31的检测的流速变小，PLC控制器控制第一电磁阀13关闭，第二电磁阀14打开，油泵51开启，推送头将悬浮物推出至收纳袋4中，第二电磁阀14关闭，即可继续通水。

所述的嵌入式智能网关包括微处器、嵌入式操作单元、存储器和通讯接口、4G/3G/2G通讯模块，具有采集服务功能和数据服务功能；数据分区打包压缩，进行周期性发送，从而节省流量费用；嵌入式智能网关通过蓝牙与PLC控制器进行双向通讯，嵌入式智能网关通过4G/3G/2G网络进行双向通讯；

所述的中央处理单元，内含数据库，用于接收和储存数据采集单元输出的采集数据、PLC控制器的运行参数，中央处理单元获取指标计算单元的各污水处理模块的污染指标削减量数据连同采集数据、PLC控制器的运行参数发送到监控处理端，获取监控处理端发送的对污水处理单元的控制信息，并通过嵌入式智能网关传输给PLC控制器实现对污水处理单元的远程控制；

所述的指标计算单元，用于计算各污水处理模块的污染指标削减量,计算公式如下：

其中ΔQ为污染指标削减量,n为污水处理模块的数量，Q为第n个污染源的水质指标量，Q_S为水质指标目标量，Q₀为河流汇入口的水质指标量为1，V为污水源的水流速度，C_S为污水源的水质浓度数据；

所述的Q_S为水质指标目标量为：化学需氧量<40mg/L；氨氮<2.5mg/L；溶解氧>5.8mg/L；总氮<4.5mg/L；总磷<0.8mg/L；河流流量≥0.5m³/s。

所述的监控处理端，采用PC机、MAC机、安卓或IOS移动设备，获取中央处理单元输出的污染指标削减量数据、采集数据和PLC控制器的运行参数，监控处理端通过授权可以在线修改各工程组态画面、控制设备运行参数、控制设备启停；通过查询现场实时视频和实时音频直观了解现场设备和设施运行状态，查询历史数据，报警记录。

一种农村分散型污水处理方法，具体包括以下步骤：

S1、网络摄像机拍摄获取音频数据、视频数据,水质监测仪测量污染源的水质指标量数据，流量计测量的污水源的水流速度数据，浓度测量仪测量的污水源的水质浓度数据；

S2、数据采集单元通过嵌入式智能网关将采集数据上传至中央处理单元；

S3、PLC控制器获取控制设备的运行参数并通过嵌入式智能网关上传至中央处理单元；

S4、中央处理单元将采集数据、PLC控制器的运行参数输出至指标计算单元；

S5、标计算单元计算出各污水处理模块的污染指标削减量；

S6、监控处理端授权修改各工程组态画面、控制设备运行参数、控制设备启停，或者监控处理端授权PLC控制器字形调整控制设备运行参数和控制设备启停。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种农村分散型污水处理系统，其特征在于：包括分散型污水处理机构、嵌入式智能网关、中央处理单元、指标计算单元和监控处理端；

所述的分散型污水处理机构包括若干个污水处理模块，污水处理模块根据汇入河流的污染源区域进行划分，污染源区域包括住宅、农田地、林地和池塘区域；所述的污水处理模块包括污水处理单元、PLC控制器和数据采集单元，污水处理单元分别与PLC控制器和数据采集单元连接，PLC控制器和数据采集单元均与嵌入式智能网关连接，所述嵌入式智能网关通过4G、3G或者2G公用移动网络与中央处理单元连接；所述中央处理单元通过B/S方式与监控处理端进行通讯；所述的中央处理单元与指标计算单元通过4G、3G或者2G公用移动网络连接；

所述的数据采集单元，用于采集网络摄像机、水质监测仪、流量计和浓度测量仪的检测数据，所述网络摄像机用于获取污水处理现场实时的音频数据、视频数据,所述的水质监测仪用于测量污染源的水质指标量Q数据，所述的流量计用于测量污水源的水流速度V数据，所述的浓度测量仪用于测量污水源的水质浓度C_S数据；所述的数据采集单元通过嵌入式智能网关将采集数据上传至中央处理单元；

所述的指标计算单元，用于计算各污水处理模块的污染指标削减量,计算公式如下：

其中ΔQ为污染指标削减量,n为污水处理模块的数量，Q为第n个污染源的水质指标量，Q_S为水质指标目标量，Q₀为河流汇入口的水质指标量为1，V为污水源的水流速度，C_S为污水源的水质浓度数据；

所述的Q_S为水质指标目标量为：化学需氧量<40mg/L；氨氮<2.5mg/L；溶解氧>5.8mg/L；总氮<4.5mg/L；总磷<0.8mg/L；河流流量≥0.5m³/s。

2.根据权利要求1所述的一种农村分散型污水处理系统，其特征在于：所述的PLC控制器，PLC控制器与控制设备连接，用于获取控制设备的运行参数并通过嵌入式智能网关上传至中央处理单元；所述的控制设备包括除磷器、厌氧反应池、好氧反应池和悬浮物截留器。

3.根据权利要求2所述的一种农村分散型污水处理系统，其特征在于：所述的悬浮物截留器包括截留机构(1)、进水管(2)、出水管(3)、收纳袋(4)和推送机构(5)，进水管(2)位于截留机构(1)的上方，出水管(3)位于截留机构(1)的下方，收纳袋(4)位于截留机构(1)的左端，推送机构(5)位于截留机构(1)的右端；所述的下水管(2)上连接有流量计(31)；

所述的截留机构(1)包括上层截留体(11)、下层聚水体(12)、第一电磁阀(13)和第二电磁阀(14)，上层截留体(11)和下层聚水体(12)之间设有过滤层(15)，所述的过滤层(15)的材质为石英砂，过滤层(15)的孔径为50-100um；第一电磁阀(13)位于上层截留体(11)和进水管(2)之间，上层截留体(11)和进水管(2)通过第一电磁阀(13)相连接；下层聚水体(12)与出水管(3)连接；第二电磁阀(14)位于上层截留体(11)和收纳袋(4)之间，上层截留体(11)和收纳袋(4)通过第二电磁阀(14)相连接；

所述的推送机构(5)包括油泵(51)、伸缩杆(52)和推送头，油泵(51)、伸缩杆(52)和推送头依次连接，推送头位于上层截留体(11)的内部，上层截留体(11)的右侧开有通孔，伸缩杆(52)与通孔过盈配合；所述的推送头包括推送盘(53)和防粘层(54)，防粘层(54)粘敷在推送盘(53)表面，所述的防粘层(54)为月牙形，防粘层(54)的为麦饭石与聚四氟乙烯的结合；

所述的第一电磁阀(13)、第二电磁阀(14)、流量计(31)、油泵(51)均与PLC控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种农村分散型污水处理系统，其特征在于：所述的嵌入式智能网关包括微处器、嵌入式操作单元、存储器和通讯接口、4G/3G/2G通讯模块，具有采集服务功能和数据服务功能；数据分区打包压缩，进行周期性发送；嵌入式智能网关通过蓝牙与PLC控制器进行双向通讯，嵌入式智能网关通过4G/3G/2G网络进行双向通讯。

5.根据权利要求1所述的一种农村分散型污水处理系统，其特征在于：所述的中央处理单元，内含数据库，用于接收和储存数据采集单元输出的采集数据、PLC控制器的运行参数，中央处理单元获取指标计算单元的各污水处理模块的污染指标削减量数据连同采集数据、PLC控制器的运行参数发送到监控处理端，获取监控处理端发送的对污水处理单元的控制信息，并通过嵌入式智能网关传输给PLC控制器实现对污水处理单元的远程控制。

6.根据权利要求1所述的一种农村分散型污水处理系统，其特征在于：所述的监控处理端，采用PC机、MAC机、安卓或IOS移动设备，获取中央处理单元输出的污染指标削减量数据、采集数据和PLC控制器的运行参数，监控处理端通过授权可以在线修改各工程组态画面、控制设备运行参数、控制设备启停；通过查询现场实时视频和实时音频直观了解现场设备和设施运行状态，查询历史数据，报警记录。

7.根据权利要求1所述的一种农村分散型污水处理系统，其特征在于：一种农村分散型污水处理方法，具体包括以下步骤：

S1、网络摄像机拍摄获取音频数据、视频数据,水质监测仪测量污染源的水质指标量数据，流量计测量的污水源的水流速度数据，浓度测量仪测量的污水源的水质浓度数据；

S2、数据采集单元通过嵌入式智能网关将采集数据上传至中央处理单元；

S3、PLC控制器获取控制设备的运行参数并通过嵌入式智能网关上传至中央处理单元；

S4、中央处理单元将采集数据、PLC控制器的运行参数输出至指标计算单元；

S5、标计算单元计算出各污水处理模块的污染指标削减量；

S6、监控处理端授权修改各工程组态画面、控制设备运行参数、控制设备启停，或者监控处理端授权PLC控制器字形调整控制设备运行参数和控制设备启停。