农村生活污水处理系统的制作方法

本发明涉及乡村污水处理与资源化利用，尤其涉及一种农村生活污水处理系统。

背景技术：

目前,活性污泥法是大多数城市污水处理厂所普遍使用的技术，伴随着农村的发展，也逐步成为农村污水处理与资源化利用的主流方案之一。

然而在我国北方地区和西部高寒地区,污水处理效果受到环境温度的影响较大,随着水温的降低,活性污泥的活性逐渐下降、沉淀性变差,有机物去除、硝化和反硝化作用受到极大冲击。当温度低于15℃时,常温微生物的活性将急剧下降,硝化效果明显降低；在10℃左右,部分微生物处于休眠状态；当温度在4℃范围内,大部分微生物进入休眠期甚至死亡,污水处理系统的硝化作用几乎停止。此外低温也为小胸虫提供了适宜的生长条件,其过度生长将导致污泥膨胀,进而影响出水水质。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术结构上的缺点，提出一种农村生活污水处理系统，该生活污水处理系统配置了太阳能加热、风光能源加热等多种辅助加热手段，并根据当地实时工况选择运行策略，使得净化槽在低温条件下还能有效运行，保证了净化效果，并大幅降低加热的运行成本。

为了达到上述发明目的，本发明实施例提出的一种农村生活污水处理系统，通过以下技术方案实现的:

一种生活污水处理系统，包括用于埋设在冻土层之下的净化槽，所述净化槽内设有曝气管；其特征在于：所述净化槽内还设有第一换热管；所述生活污水处理系统还包括太阳能聚热装置、空气加热装置和云端管理平台；所述太阳能聚热装置包括电加热器、若干槽型曲面镜和聚热管，所述聚热管被一一对应的配置在各个槽型曲面镜的聚焦轴线处；所述聚热管、电加热器与所述第一换热管通过第一水泵和管路连通形成太阳能水换热回路，所述电加热器出水口连接所述第一换热管；所述空气加热装置的进气口通过管路连接一个用于配置在室内的空气泵，其排气口通过通气管连通所述曝气管；所述空气加热装置、空气泵和第一水泵通过通信网络连接所述云端管理平台。

所述生活污水处理系统还包括风光能源加热装置，所述风光能源加热装置包括太阳能发电设备、风力发电设备、固体储热块和第二换热管；所述太阳能发电设备和风力发电设备连接有电热丝；所述固体储热块、电热丝和第二换热管两两接触以实现相互换热；所述第二换热管与所述第一换热管通过第二水泵和管路连通形成风光能水换热回路。

所述净化槽由若干隔板分割而形成有至少四个腔体，所述隔板上具有使相邻两个腔体相通的开口；所述的至少四个腔体中，至少包括沿水流方向依次设置的夹杂物去除槽、厌氧滤床槽、载体流动槽和沉淀槽；所述曝气管设于所述载体流动槽内；所述流动槽内还设有第一温度传感器；所述第一换热管至少被配置于所述厌氧滤床槽和载体流动槽内。

所述净化槽内还包括消毒槽，所述沉淀槽连接所述消毒槽，所述消毒槽与所述净化槽的出水口连接；另外，所述净化槽壳体外还设有保温层。

所述太阳能水换热回路内设有第一阀门；所述风光能水换热回路内设有第二阀门；所述第一阀门和第二阀门通过通信网络连接所述云端管理平台。

所述生活污水处理系统还包括蓄水提升泵站，所述蓄水提升泵站包括储水罐和第三水泵；所述储水罐的进水口连通所述净化槽的出水口；所述第三水泵通过通信网络连接所述云端管理平台。

所述太阳能聚热装置还包括感光传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；所述第二温度传感器设于所述聚热管的出水口并被配置为监测聚热管出水口水温；所述第三温度传感器设于所述电加热器的出水口并被配置为监测电加热器出水口水温；所述感光传感器、第二温度传感器和第三温度传感器均通过通信网络连接所述云端管理平台。

所述生活污水处理系统还包括第四温度传感器和第五温度传感器，所述第四温度传感器设于所述第二换热管的出水口并被配置为监测第二换热管出水口水温；所述第五温度传感器设于所述空气泵进风口处并被配置为监测空气泵进风口气温。

所述云端管理平台包括：

温度采集模块，用于接受第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器以及第五温度传感器所采集温度信息；

判断模块，存储有与第一温度传感器温度信息相关的设定阈值；所述判断模块用于判断第一温度传感器采集温度信息是否小于对应设定阈值，若是，则调用计算模块；

计算模块，存储有与多个设定阈值与功耗加权值，所述多个设定阈值与第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器采集温度信息相关，所述功耗加权值与空气加热装置、太阳能聚热装置和风光能源加热装置运行功耗相关；所述计算模块用于判断第二温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器所采集温度信息是否小于对应的设定阈值；若所述第二温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器中至少存在一个温度传感器采集温度信息高于其对应设定阈值，则通过该些高于对应设定阈值的温度数据和功耗加权进行计算，并选择系统运行策略；

控制模块，用于根据所述系统运行策略控制空气加热装置、空气泵、第一水泵、第二水泵、第一阀门和第二阀门进行相应的启闭。

与现有技术比较，本发明使得净化槽在低温条件下还能有效运行，保证了净化效果，并具有工作可靠、低功耗，输出热能稳定等优点。利用风能、光能、室内空气热能，实现能量之间的转化，来保证净化槽的温度。当光线充足时，通过太阳能──热能、太阳能──电能──热能的转化提供热源，当光线不充足时，通过风能──电能──热能的转化提供热源；而两者均不满足条件时，在集中供暖的北方还可直接将室内的暖空气通过加热注入曝气管中，因此加热方式具有复合多功能性。本系统通过云端管理平台实现远程智能控制，依据采集的现场各节点温度，并进行加权计算后实时调整运行策略，以最低功耗实现净化槽温度控制，节约资源、环境友好、生态文明，由此实现高效而经济的农村生活污水处理。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例2整体结构示意图；

图3为本发明实施例3整体结构示意图；

图4为本发明实施例太阳能聚热管结构示意图；

图5为本发明实施例太阳能聚热管结构剖面示意图；

图6为本发明实施例净化槽结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例1：

参见图1、图4-6所示，本实施例1提供一种农村生活污水处理系统，该生活污水处理系统包括：

净化槽1

净化槽1埋设在冻土层下，具体应当根据当地地质和气候情况进行施工。净化槽1具有壳体11，壳体11外还设有保温层111，保温层111可采用常见的保温材料如玻璃棉、发泡聚氨酯等。壳体11上具有进水口112和出水口113，壳体11内由若干隔板12分割而形成有五个腔体，隔板12上具有使相邻两个腔体相通的开口，由此这五个腔体依次联通。

沿水流方向，这五个腔体依次为夹杂物去除槽13、厌氧滤床槽14、载体流动槽15、沉淀槽16和消毒槽17。以下对于上述五个腔体的功能进行简要描述：

夹杂物去除槽13

污水进入夹杂物去除槽13后，少部分的含沙等无机物由于进入夹杂物去除槽13后的流动速度减慢而首先沉淀，由于池体结构和容量使污水中的有机物发生物理和生化反应。在污水中自身的生物酶和微生物的作用下，污水中的大颗粒有机物被分解并产生气体，使像粪便等固体悬浮物在不断的水解发酵膨胀上浮和下沉，包含在无机大颗粒中的有机物由于分解而会使自身质量发生变化而下沉。通过这些变化，使污水分层，含固体悬浮物最少的污水经厌氧滤床槽14进入第二厌氧滤池。

厌氧滤床槽14

从在几乎没有溶解氧的情况下，通过附生在滤池填料中繁殖厌氧细菌，使得其中以被水解的大分子的有机物转化为小分子的有机物，为后续的接触氧化做铺垫。

载体流动槽15

主要由填料生态基及曝气管151组成。另外载体流动槽15还设有第一温度传感器。在载体流动槽15中填充组合填料生态基，经曝气的污水流经净化槽生态基，使生态基表面长满生物膜，废水和生物膜中的好氧菌相接触，使污水中的有机物被好氧异养菌做为营养源吸收利用，污水得到进一步净化。同时水中的氨氮在亚消化菌和消化菌的作用下，被转化成亚消酸盐和消酸盐。其中一部分因为回流至前端而脱氮。

在接触氧化池中，由于生态基的作用，使得生物膜上的微生物数量更多，种类更加丰富，微生物活性更强，从而能快速、高效的对废水中的污染物进行去除。

沉淀槽16

污水经好氧曝气后，夹带部分脱落的生物膜的污水到沉淀槽16沉淀，上清液通过上端的溢流口到消毒池17。下沉的生物膜及污泥通过回流装置到达前端污泥池或夹杂物去除槽13。

消毒槽17

消毒系统的主要作用是杀灭至病细菌和大部分病原体，加氯片的同时可去除一部分氨氮。

以上夹杂物去除槽13、厌氧滤床槽14、载体流动槽15、沉淀槽16和消毒槽17的功能和结构为本领域技术人员习见技术手段，故在此不再赘述。

除此之外，不同于常见净化槽结构的是，本实施例1中净化槽内还设有第一换热管18，用于实现对槽内加热。第一换热管18为盘管换热器，隔板12上预留有供盘管换热器穿越的孔，安装完成后需进行封堵。根据各腔体用途，第一换热管18至少布置于厌氧滤床槽14和载体流动槽15内，在优选的实施例中第一换热管18被配置于夹杂物去除槽13、厌氧滤床槽14和载体流动槽15。

太阳能聚热装置2

太阳能聚热装置2包括第一水泵21、电加热器22、若干槽型曲面镜23、聚热管24、感光传感器、第二温度传感器和第三温度传感器。

槽型曲面镜23的断面形状呈圆弧状，其具有位于虚拟直线上的聚焦轴线；而聚热管24则被一一对应的配置在各个槽型曲面镜23聚焦轴线处，以高效地获取尽可能多的能量。而第一水泵21、聚热管24、电加热器22与第一换热管18通过管路连通形成太阳能水换热回路。需要注意的是，聚热管24的出水口连接电加热器22的进水口，电加热器22的出水口连接第一换热管18。即聚热管24送出的热水可被电加热器22继续加热后送入第一换热管18。

第二温度传感器设于聚热管24的出水口并被配置为监测聚热管24出水口水温；第三温度传感器设于电加热器22的出水口并被配置为监测电加热器22出水口水温。另外，太阳能水换热回路上还配置有用于控制其启闭的第一阀门。

空气加热装置3

空气加热装置3的进气口连接一个用于配置在室内的空气泵31，其排气口通过通气管连通曝气管151。空气泵31的进风口附近设置第五温度传感器，第五温度传感器被配置为监测空气泵31进风口气温。这样，空气泵31可从冬季温暖的室内抽取热空气送入曝气管151，若室温不够时还可通过空气加热装置3对于空气泵31送出的热风进行进一步加热。

蓄水提升泵站5，蓄水提升泵站5包括储水罐51和第三水泵52；储水罐的进水口连通净化槽1的出水口。

云端管理平台6，用于远程实时监控并控制生活污水处理系统的运行状态。上述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第五温度传感器、空气加热装置3、空气泵31、第一水泵21、第三水泵52、第一阀门均通过通信网络连接云端管理平台6。

实施例2：

参见图2所示，实施例2和实施例1的主要区别在于：本实施例2并未采用太阳能聚热装置2，而且替换为风光能源加热装置4。

风光能源加热装置4包括第四温度传感器、太阳能发电设备44、风力发电设备、固体储热块41和第二换热管42。固体储热块42内穿有电热丝，电热丝连接太阳能发电设备和风力发电设备。固体储热块41、电热丝和第二换热管42两两密切接触以实现相互换热；固体储热块41可被电热丝加热进行储热，第二换热管42可被电热丝加热升温，在太阳能发电设备44和风力发电设备无法提供充足供电时，固体储热块41释放热量对第二换热管42进行加热。由于上述结构为风光能源加热装置常见结构，在此对其具体结构不再赘述。

第二换热管与第一换热管通过管路和第二水泵43连通形成风光能水换热回路；风光能水换热回路内上还配置有用于控制其启闭的第二阀门。第四温度传感器设于第二换热管42的出水口并被配置为监测第二换热管42出水口水温。

第四温度传感器、第二阀门和第二水泵43同样通过通讯网络接入云端管理平台6。

实施例3：

参见图3，本实施例3同时设置风光能源加热装置4和太阳能聚热装置2，并将风光能源加热装置4和太阳能聚热装置2同时接入第一换热管18中。风光能源加热装置4和太阳能聚热装置2的具体结构如实施例1和实施例2。此时，云端管理平台6可以根据采集的具体工况选择运行策略。在本实施例3中，云端管理平台6主要包括：

温度采集模块，用于采集第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器以及第五温度传感器的温度信息；

判断模块，存储有与第一温度传感器相关的设定阈值，换而言之即判断净化槽1中的温度是否适宜菌群活动。该设定阈值与净化槽1的结构、第一温度传感器安装位置以及净化槽1的菌株相关，当用户连接云端管理平台6可根据填写具体菌株、净化槽1型号来匹配合适的设定阈值。当第一温度传感器采集温度低于对应的设定阈值时，则调用计算模块。

计算模块，存储有与多个设定阈值与功耗加权值。多个设定阈值分别与第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器采集的温度相关，具体的说就是：

判断聚热管24内的水是否高于设定温度，是否能够用于加热净化槽1；以及判断是否需要启动电加热器22进行辅助加热；

判断太阳能聚热装置2的第二换热管内的水是否高于设定温度，是否能够用于加热净化槽1；以及是否需要接入市电辅助加热；

判断空气泵31所在的室内室温是否适宜用于加热净化槽，以及是否需要空气加热装置3辅助加热。

而功耗加权则是在上述空气加热装置、风光能源加热装置和风光能源加热装置三种加热方式满足条件的前提下，判断各加热方式的功耗，其功耗不仅仅包括市电辅助加热的功耗，还包括水泵、鼓风机等耗电设备的功耗。

因此，若第二温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器中至少存在一个温度传感器监测到温度高于其对应设定阈值，则通过该些高于对应设定阈值的温度数据和功耗加权进行计算，并选择系统运行策略；

控制模块，用于根据所述系统运行策略对系统进行控制，根据运行策略控制空气加热装置3、空气泵31、第一水泵21、第二水泵43、第三水泵52、第一阀门和第二阀门进行相应的启闭。

与现有技术比较，本发明具有工作可靠、低功耗，输出热能稳定等优点。利用风能、光能、室内空气热能，实现能量之间的转化，来保证净化槽的温度。当光线充足时，通过太阳能──热能、太阳能──电能──热能的转化提供热源，当光线不充足时，通过风能──电能──热能的转化提供热源；而两者均不满足条件时，在集中供暖的北方还可直接将室内的暖空气通过加热注入曝气管中，因此加热方式具有复合多功能性。本系统通过云端管理平台实现远程智能控制，依据采集的现场各节点温度，并进行加权计算后实时调整运行策略，以最低功耗实现净化槽温度控制，节约资源、环境友好、生态文明，由此实现高效而经济的农村生活污水处理。

以上通过实施例对于本发明的发明意图和实施方式进行详细说明，但是本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。