CN110981121A - 一体化污水智能处理系统及污水处理方法 - Google Patents

一体化污水智能处理系统及污水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一体化污水智能处理系统及污水处理方法。所述的一体化污水智能处理系统包括：化粪池、格栅、厌氧池、兼氧池和曝气池。设于化粪池中的液位计，设于化粪池上部的上清液水质传感器、将经过格栅过滤后的上清液送入厌氧池的提升泵、设于曝气池中的曝气池溶解氧传感器和曝气装置，设于曝气池排出管道上的产水流量传感器和产水水质传感器；经产水水质传感器比较不合格的产水返回厌氧池。本发明将传统工艺通过低成本智能传感器与定制化程序想结合，在实现设备在稳定可靠运行的同时，具备高度智能化及自动化功能，且达到了降低投资及人工运维费用以及低能耗，低成本运行的目的。

Description

一体化污水智能处理系统及污水处理方法
技术领域
本发明涉及是污水处理技术领域，尤其涉及一种基于物联网和人工智能于一体的适用于农村的污水处理系统及污水处理方法。
背景技术
目前，发展物联网已提到国家的战略高度，是实现国家产业结构调整，推动产业转型升级的一次重要契机。其中智慧环保又是物联网时代新一代信息技术的重要组成部分。目前我国水处理设备大部分是基于传统的工艺进行优化及组合，在与物联网和人工智能方面则刚起步。此外，由于的农村环境的特殊性，南北方地域的差异性，以其对水处理设备及工艺稳定性和可靠性的要求较高，运营及维护投入低等方面的限制。传统的水处理设备及工艺在农村地区的推广及使用会受到很大的限制。
为了克服现有问题，如，中国专利《一种基于物联网的污水污染物清除装置及其清除方法》CN109368949A公开了一种基于物联网的污水污染物清除装置及其清除方法。该清除装置包括沉淀脱氮槽、沉淀厌氧槽、接触曝气槽、沉淀槽、间歇曝气槽、接触过滤槽和放流槽。所采用的过滤材料主要为火山岩，各处理槽均可与计算机终端连接。在该装置进行污水处理的过程中，计算机终端可对本装置进行控制与运行操作。
但是上述比较成熟装置的在线检测设备，如，COD（化学需氧量）、TOC（总有机碳）、浊度检测仪等大部分成本昂贵，体积较大，而且需要清洗维护，有的需要定期人工添加药剂等。在一些经济较为发达的或者离城市较近的农村，这类在线传感器可能还有一定的市场。而对于经济落后的偏远地域，投资成本较高以及运维技术要求较高，此类传感器相对来说就很难被采用。由于成本受限，现有的农村污水处理设备大部分自动化程度和智能化程度较低，监管和运营成本相对较高，对于现场运维的人员技能水平要求也较高，导致系统运行状态的好坏，水质是否达标，设备是否有故障均不能及时反馈。国内现有的农村一体化污水处理设备运营合格率不到25%。
因此，如何克服现有农村污水处理工作中，因受限与成本、设备自动化程度不高、管理维护能力有限，以致污水处理设备运营合格率较低的缺陷是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了解决因受限于成本，农村污水处理的设备自动化程度不高、管理维护能力有限，以致污水处理设备运营合格率较低的问题，提供一种设备在稳定可靠运行的同时，又具备高度智能化及自动化功能、且降低投资及人工运维费用的一体化污水智能处理系统及污水处理方法。
本发明提出的一种污水智能处理系统，其包括：依次连通的化粪池、格栅、厌氧池、兼氧池和曝气池，设于化粪池中的液位计，设于化粪池上部的上清液水质传感器、将经过格栅过滤后的上清液送入厌氧池的提升泵、设于曝气池中的曝气池溶解氧传感器和曝气装置，设于所述曝气池排出产水的排出管道上的产水流量传感器和产水水质传感器；经产水水质传感器比较不合格的产水返回厌氧池。
进一步的，还包括将所述曝气池中沉淀的污泥送回所述厌氧池的污泥回流泵。
进一步的，所述曝气池的排水管设有产水泵，其将经所述产水水质传感器比较合格的产水输入一产水箱。
进一步的，所述化粪池、格栅、厌氧池、兼氧池和曝气池为地埋式结构。
进一步的，所述化粪池、厌氧池、兼氧池和曝气池配有加热装置。
进一步的，还包括NB-IoT数据传输模块，将系统收集的数据通过互联网传送于手机或云端服务器。
本发明还提供一种利用所述污水智能处理系统的污水处理方法，包括如下步骤：
将污水输入所述化粪池，经搅拌沉淀和厌氧发酵，污泥与上清液分离，上清液流经所述上清液水质传感器，并采集该上清液的浊度、TOC和温度参数值；
判别该上清液的浊度值是否小于设定范围，若是，将上清液进行过滤；若不是，系统停止运行；当检测到化粪池的液位低于设定的低液位值时，系统停止运行；当检测到化粪池的液位高于设定的高液位值时，停止所述污水进入；
将过滤后的上清液依次送入所述厌氧池、兼氧池和曝气池，启动搅拌；当曝气池的溶解氧浓度小于设定的下限值时，启动曝气；当曝气池的溶解氧浓度大于设定的上限值时，停止曝气；
收集经所述曝气池处理后的产水的温度、浊度和TOC的参数值，与所述化粪池的上清液做对比，以判断系统的处理效果；同时判断产水是否符合排放标准，并将符合排放标准的产水排出，将不符合排放标准的产水再被送回所述厌氧池再次循环处理；同时收集所述产水流量数据，结合产水水质控制系统整体水力停留处理的时间；
同时通过数据传输模块将所述污水处理各阶段采集的参数实时传输到运营和维护者的手机上，还上传到云端服务器。
进一步的，所述污水处理各阶段采集的参数包括：所述上清液和产水的浊度、TOC和温度值参数值；所述化粪池的液位数据；所述曝气池的溶解氧浓度；所述的产水与所述化粪池的上清液做对比数据；所述产水的流量数据；所述系统整体水力停留处理的时间；判别所述产水是否符合排放标准的数据。
进一步的，判别所述上清液的浊度值大小而设定的范围为55~65NTU。
进一步的，当所述上清液的水温低于8摄氏度时，所述污水处理系统待机或者停机。
进一步的，当所述溶解氧浓度值大于设定值3.5ppm时，曝气停止，当小于2.5ppm时，启动曝气。
进一步的，当水温低或者化粪池缺水造成的污水处理系统待机或者停机时，所述曝气装置间歇性运行。
本发明将传统的处理工艺与低成本的智能水质传感器相结合，并辅以定制化的运行程序来实现污水的有效处理及管理。通过对各处理单元的关键参数（如水温，流量，TOC等参数）采集的数据，对原水的水量和水质及水温进行初步的判断，并实时调整和优化运行参数，让系统保持最佳的运行状态，同时将水质数据，系统运行参数通过数据传输模块，上传到运营维护人员手机上以及大数据平台。通过实时数据传输能及时了解系统的运行情况并降低故障率以及人力成本。在确保水质连续达标的情况下，同时让系统在最佳的工况下运行，真正做到污水系统智能化。
附图说明
图1是本发明具体实施的工艺流程示意图。
其中：1-化粪池、2-格栅、3-厌氧池、4-兼氧池、5-曝气池、11-液位计、12-上清液水质传感器、21-提升泵、51-溶解氧传感器、52-污泥回流泵、53-曝气风机、54-产水水质传感器、55-产水流量传感器、56-输送泵。
具体实施方式
如图1所示，为本发明提出的多用于农村地区一种污水智能处理系统的实施例，其包括依次连通的化粪池1、格栅2、厌氧池3、兼氧池4和曝气池5。化粪池1、格栅2、厌氧池3、兼氧池4和曝气池5中均设有搅拌装置。化粪池中设有液位计11，化粪池1上部设有上清液水质传感器12，将经过格栅2过滤后的上清液送入厌氧池3的提升泵21、曝气池5中还设有溶解氧传感器51、曝气装置，该曝气装置包括为设于曝气池5中的曝气管道提供气体的曝气风机53，设于曝气池排出产水的排出管道上的产水流量传感器55和产水水质传感器54。经产水水质传感器54比较不合格的产水返回厌氧池2再循环处理。还包括将所述曝气池5中沉淀的污泥送回所述厌氧池2的污泥回流泵52。如污水处理系统的产水需要资源化利用，如，用于农田灌溉或者施肥用，则需要在曝气池的排水管中设置一产水泵56，其将经所述产水水质传感器比较合格的产水输入该产水箱备用。还包括NB-IoT数据传输模块，将系统收集的数据通过互联网传送于手机或云端服务器。所述的液位计11、上清液水质传感器12、溶解氧传感器51、产水水质传感器54和产水流量传感器55等元器件，可选用传统的低价的元器件，以此降低系统的成本，降低维护、管理的技术难度，以便提高污水处理的质量，达到长效稳定运行的目的。
本发明所述的NB-IoT是指窄带物联网(Narrow Band -Internet of Things)技术。NB-IOT适用于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)应用，是一种可在全球范围内广泛应用的物联网新兴技术。专利文件中提到的“NB-IoT”是指的一种数据传输方式，主要是由于有的设备或者区域用无法蓝牙或者WIFI等方式传输数据，所以就采用NB-IoT方式。这是一种国际上很成熟的数据传输模式。NB-IoT具有如下四大特点：
1、广覆盖
NB-IoT将提供更强的网络覆盖。NB-IoT为实现覆盖增强采用了重传(可达200次)和低阶调制等机制，在同样的频段下，NB-IoT比现有的GPRS提升20dB，覆盖面积扩大了100倍。对于地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能较好覆盖。
2、海量连接
NB-IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升（特定业务模型），NB-IoT可比现有无线技术提供50-100倍的接入数，特别适用于路灯、井盖、水电表等大量通信接入。
3、低功耗
IoT应用（如智能抄表、环境监控、智能农业等）安装环境没有电源供应，需要使用电池，为了满足电池达到5到10年寿命的使用需求，NB-IoT网络借助节电模式和超长非连续接收技术极大降低了终端功耗，可使设备在生命周期绝大部分时间处于极低功耗状态，从而保障电池的使用寿命。
4、低成本
NB-IoT终端采用窄带技术，基带复杂度低，只使用单天线，采用半双工方式，射频模块成本低，大部分不必要的功能都可以裁剪，同时采用芯片级系统内置功放，降低了对终端Flash存储空间、终端尺寸、终端射频等的要求，从而极大降低了NB-IoT的终端成本。
请结合图1，本发明还提供一种利用所述污水智能处理系统进行的污水处理的方法，步骤如下：
将污水输入所述化粪池1，经搅拌、沉淀和厌氧发酵，沉淀下来的污泥与上清液分离，上清液流经上清液水质传感器12，并采集该上清液的浊度、TOC和温度参数值。
判别该上清液的浊度值是否小于设定的范围55~65NTU，设备初期使用时根据经验值设置参数值，若小于60NTU时，认为系统沉淀效果较好，通过提升泵21将上清液通过格栅2进行过滤；若大于60NTU时，认为系统沉淀效果较差，系统停止运行。液位计11是用于控制化粪池液位的，当液位计11检测到化粪池1的液位低于设定的低液位值时，系统停止运行；当检测到化粪池的液位高于设定的高液位值时，关闭污水进入化粪池的阀门。
通过不断的采集并记录化粪池上清液的浊度值，运行365天可以认为是一个完整的工作周期，统计并分析浊度值的变化趋势，记录最小浊度值和最大浊度值，以及浊度值的正态分布，得出最佳运行范围。
将化粪池1出来的上清液经过格栅2将污水中的塑料、毛发等难降解的悬浮物截流下来，
再依次送入所述厌氧池3、兼氧池4和曝气池5，同时启动搅拌装置。通过曝气池5中的溶解氧传感器51来检测污水的溶解氧浓度，从而来控制曝气风机53的启停。曝气池的溶解氧浓度一般维持在2.5-3.5ppm左右，当溶解氧传感器51检测到曝气池5中污水的溶解氧浓度小于设定的下限值2.5ppm时，启动曝气装置曝气；当测得曝气池的溶解氧浓度大于设定的上限值3.5ppm时，停止曝气。
通过产水水质传感器54收集经所述曝气池5处理后的产水的温度、浊度和TOC的参数值，与所述化粪池1的上清液做对比，以判断系统的处理效果。同时判断产水是否符合排放标准，并将符合排放标准的产水排出，将不符合排放标准的产水再被送回所述厌氧池2再次循环处理。同时通过产水流量传感器55收集所述产水流量数据，结合产水水质情况，控制系统整体水力停留处理的时间。
污水系统处理污水的同时，还可以通过系统上装有的低功耗、低成本的NB-IoT数据传输模块，将所述污水处理各阶段采集的参数实时传输到运营和维护者的手机APP上，同时并上传到云端服务器。设备厂商可以通过后台大数据中心获得数据及系统的运行状况。当遇到故障时可以通过远程来调整系统或者指导运维人员进行维护。这样可以降低人力成本和维护成本，提高设备的稳定性和可靠性。所述污水处理各阶段采集的参数，可以包括但不限于：所述上清液和产水的浊度、TOC和温度值参数值；所述化粪池的液位数据；所述曝气池的溶解氧浓度；所述的产水与所述化粪池的上清液做对比数据；所述产水的流量数据；所述系统整体水力停留处理的时间；判别所述产水是否符合排放标准的数据等等。
由于农村的污水收集受时间和季节变大影响很大。早晚或者四季的水量和水质都不一样，南方和北方水质相差也较大。而温度值又是影响生化处理的最关键的影响因素之一。当水温低于10摄氏度时，生化效果较差，当水温低于5摄氏度时，系统几乎没有生化效果。此时应考虑当所述上清液的水温低于一设定的温度时，比如，低于8摄氏度时，所述污水处理系统待机或者停机。此外，有条件的地方应考虑采用地埋式的一体化处理设备，即将化粪池、格栅、厌氧池、兼氧池和曝气池设置成地埋式结构。或者给这些设备配有加热装置。北方在秋冬两季时尽量在白天温度较高的时候运行，夜晚温度较低时待机。当水温低或者化粪池缺水造成的污水处理系统待机或者停机时，曝气风机要持续运行，曝气装置可以采用间歇性运行，在维持微生物活性的同时并能最大限度的降低能耗。
本发明专利所述的智能农村一体化污水处理系统是针对低成本的且对于排放标准相对较低的区域。若对于排放标准要求较高的区域，曝气池出水需要经过进一步深度处理，处理工艺包括但不限于（高密沉淀池，人工湿地，或者MBBR工艺，MBR工艺）。若曝气池出水需要进行深度处理，则在最后一个工艺的最终出水端要装有智能水质传感器（记录温度，浊度，TOC）其控制原理与上述相似。总之，在保证出水合格的同时，并让系统在最佳的条件下运行，实现低能耗，低成本，长效稳定运行的目的。
本发明将传统工艺通过低成本智能传感器与定制化程序想结合，在实现设备在稳定可靠运行的同时，具备高度智能化及自动化功能，且降低投资及人工运维费用的目的。
以上所述实施例主要是为了说明本发明的创作构思，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种污水智能处理系统，包括依次连通的化粪池、格栅、厌氧池、兼氧池和曝气池，其特征在于，设于化粪池中的液位计，设于化粪池上部的上清液水质传感器、将经过格栅过滤后的上清液送入厌氧池的提升泵、设于曝气池中的曝气池溶解氧传感器和曝气装置，设于所述曝气池的排出管道上的产水流量传感器和产水水质传感器；经产水水质传感器比较不合格的产水返回厌氧池。
2.如权利要求1所述的污水智能处理系统，其特征在于，还包括将所述曝气池中沉淀的污泥送回所述厌氧池的污泥回流泵。
3.如权利要求1所述的污水智能处理系统，其特征在于，所述曝气池的排水管设有产水泵，该产水泵将经所述产水水质传感器比较合格的产水输入一产水箱。
4.如权利要求1所述的污水智能处理系统，其特征在于，所述化粪池、格栅、厌氧池、兼氧池和曝气池为地埋式结构；所述化粪池、厌氧池、兼氧池和曝气池配有加热装置。
5.如权利要求1所述的污水智能处理系统，其特征在于，还包括NB-IoT数据传输模块，将系统收集的数据通过互联网传送于手机或云端服务器。
6.一种利用权利要求1至5任一项所述污水智能处理系统的污水处理方法，包括如下步骤：
将污水输入所述化粪池，经搅拌沉淀和厌氧发酵，污泥与上清液分离，上清液流经所述上清液水质传感器，并采集该上清液的浊度、TOC和温度参数值；
判别该上清液的浊度值是否小于设定范围，若是，将上清液进行过滤；若不是，系统停止运行；当检测到化粪池的液位低于设定的低液位值时，系统停止运行；当检测到化粪池的液位高于设定的高液位值时，停止所述污水进入；
将过滤后的上清液依次送入所述厌氧池、兼氧池和曝气池，启动搅拌；当曝气池的溶解氧浓度小于设定的下限值时，启动曝气；当曝气池的溶解氧浓度大于设定的上限值时，停止曝气；
收集经所述曝气池处理后的产水的温度、浊度和TOC的参数值，与所述化粪池的上清液做对比，以判断系统的处理效果；同时判断产水是否符合排放标准，并将符合排放标准的产水排出，将不符合排放标准的产水再被送回所述厌氧池再次循环处理；同时收集所述产水流量数据，结合产水水质控制系统整体水力停留处理的时间；
同时通过数据传输模块将所述污水处理各阶段采集的参数实时传输到运营和维护者的手机上，还上传到云端服务器。
7.如权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，所述污水处理各阶段采集的参数包括：所述上清液和产水的浊度、TOC和温度值参数值；所述化粪池的液位数据；所述曝气池的溶解氧浓度；所述的产水与所述化粪池的上清液做对比数据；所述产水的流量数据；所述系统整体水力停留处理的时间；判别所述产水是否符合排放标准的数据。
8.如权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，当测得所述上清液的水温低于8摄氏度时，所述污水处理系统待机或者停机。
9.如权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，当所述溶解氧浓度值大于设定值3.5ppm时，曝气停止；当小于2.5ppm时，启动曝气。
10.如权利要求8所述的污水处理方法，其特征在于，当水温低或者化粪池缺水造成的污水处理系统待机或者停机时，所述曝气装置间歇性运行。
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