一种基于物联网的生活污水处理系统及方法与流程

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种基于物联网的生活污水处理系统及方法。

背景技术：

城镇污水的有效处理和稳定达标是流域水环境治理的重要措施，“十一五”以来我国重点流域地区的城镇污水处理厂，普遍执行了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（gb18918-2002）中一级a标准。尽管如此，随着我国城市化进程及工业的加速发展，河湖生态自净能力减弱、水环境容量不断减少，这也对城镇污水处理提出了更高的要求。2015年，国家环保部发布了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（征求意见稿），征求意见稿中提出了更严格的“特别限值”标准，主要指标达到或接近《地表水环境质量标准》的ⅳ类水质标准要求。

我国污水处理行业，以活性污泥法为主，目前已进入世界先进技术行列。a/o活性污泥反应器是好氧生物反应器的佼佼者，被广泛应用于生活污水及各种有机废水处理中。相比于其他活性污泥反应器，它具有容积负荷高、水力停留时间短、能耗低、成本少、设备简单、操作方便、运行稳定、处理效果好等特点。目前世界上已有数万座a/o活性污泥法反应器在生产中应用。但大多数a/o反应器存在一些先天缺陷，比如内回流需要水泵进行提升，增大了能耗及故障风险，且出水标准普遍执行一级a标准，很难达到《地表水环境质量标准》的ⅳ类水质标准要求。

目前，对于cod、bod、氨氮等指标，一般采用活性污泥法配合深度处理工艺，其常规的深度处理工艺包括臭氧氧化、baf、絮凝沉淀、过滤等。对于传统的活性污泥法可实现出水总氮小于15mg/l，对于出水总氮稳定小于10mg/l或更低一般存在较大的难度。而且当前河道生态修复过程中存在用地紧张、污水处理时间要求较短等问题也一直不能得到有效的解决。

虽然国内大多数城市已建有数量庞大的污水处理系统，但绝大多数污水处理系统的自动化程度不高，且局限于人工单点监控，没有形成全局性的统一管理系统。人工单点监控不仅耗时耗力，且不能实时把握污水处理的进程，也不能根据进入的污水内成分的改变而实时调节，这就使得进入的污水改变时，污水处理系统无法做出相应的调整，直接导致出水的质量受到影响且出水的品质不稳定。

因此，如何通过新的物联网技术对各个工艺的效果进行实时感知和优化，是本领域技术人员研究的方向。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有技术中污水处理系统的自动化程度不高，使得污水处理系统无法做出相应的调整，导致出水的质量受到影响且出水的品质不稳定的问题，提供一种基于物联网的生活污水处理系统及方法，能够检测各污水处理池内的do和orp，并实时反馈到云端计算中心，通过云端计算中心的分析和计算，将相应的指令发送到各处理池内，实现对污水的实时监测和在线控制，处理后的污水能够达到《地表水环境质量标准》的ⅳ类水质标准要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：

一种基于物联网的生活污水处理系统，包括污水处理装置和水质监测系统；所述污水处理装置包括顺次相连的厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，所述厌氧池；在厌氧池的下部设有进水口，在沉淀池的上部设有出水口；在厌氧池、缺氧池、好氧池与沉淀池之间分别设有连通阀，所述连通阀由电磁阀控制；

所述水质监测系统包括水质感知单元、物联网控制中心和云端计算中心；

所述污水处理装置内设有水质感知单元，水质感知单元通过标准接口协议传给物联网控制中心，并由物联网控制中心将信息传送至云端计算中心，所述云端计算中心对获取的污水信息进行分析，并将分析结果返回至物联网控制中心，再由物联网控制中心对与其相连的电磁阀发出相应的工艺运行指令。

进一步，所述污水信息包括污水的进水量q、污水中nh3-n的浓度、cod、tp、do或orp的一种或多种。

进一步，所述水质感知单元分别设置在所述厌氧池、缺氧池和好氧池内，以及所述进水口处。

进一步，所述厌氧池和缺氧池内分别设有悬浮活性污泥和悬浮填料，在厌氧池的悬浮填料上附着有聚磷菌，在缺氧池的悬浮填料上附着有反硝化细菌。

进一步，所述好氧池包括相互连通的第一好氧区和第二好氧区，在第一好氧区内设有复合填料，在复合填料上附着有好氧菌。

进一步，在好氧池的底部设有曝气装置，所述曝气装置包括曝气泵、变频器和曝气头，所述曝气头通过曝气管道与曝气泵相连；所述变频器与曝气泵相连。

本发明还提供一种基于物联网的生活污水处理方法，包括如下步骤：

s1、污水从进水口进入厌氧池内，与厌氧池中的悬浮活性污泥和聚磷菌充分混合反应，水质感知单元实时监控厌氧池内污水的进水量q及污水中的do、orp并根据检测的数据，当厌氧池内的do<0.2mg/l，orp为-50mv～-100mv时，将污水排放到缺氧池中；

s2、污水在缺氧池内与悬浮活性污泥和反硝化细菌充分反应，水质感知单元实时监控缺氧池内污水的do、orp，当缺氧池内的do<0.5mg/l,orp为-50mv～50mv时，将污水排放到好氧池中；

s3、污水在好氧池内与好氧菌充分反应，水质感知单元实时监控好氧池内污水的do、orp，当好氧池内的do>2mg/l，orp>100mv时，将污水排放到沉淀池中；

s4、污水在沉淀池中静置后从沉淀池的出水口排出，即完成污水处理。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明通过将污水处理装置和水质检测系统结合起来，实现了实时检测各污水处理池内的do和orp，并实时反馈到云端计算中心，通过云端计算中心的分析和计算，将相应的指令发送到各处理池内，实现对污水的实时监测和在线控制，处理后的污水能够达到《地表水环境质量标准》的ⅳ类水质标准要求。

2、由于本发明采用活性污泥与生物膜法结合的复合处理工艺；增加了悬浮填料和固定填料，可大幅提高聚磷菌、反硝化细菌和好氧菌等生物菌剂的总量，加快生物反应过程，提高污染物的去除率。对于好氧池，采用复合填料，可提高生物量30-50%，由于大量增加了好氧菌的总量，好氧菌对氨氮和cod指标进一步生化反应，提升出水水质；对于厌氧池和缺氧池，由于填料适合聚磷菌和反硝化细菌的生长，能够增加聚磷菌和反硝化细菌总量，大量的聚磷菌和反硝化菌大量累积，提高了对总磷和总氮的去除，通过本发明的基于物联网的生活污水处理系统处理后的生活污水，cod<30mg/l，nh3-n<1.5mg/l，tp<0.3mg/l，达到地表四类水的标准。

3、本发明通过新的物联网技术对各个工艺的效果进行实时感知和优化，可以达到短停留时间、高污泥负荷、低污泥产量、深度脱氮的功能。在运行成本方面，通过采用了生物强化处理污水、微生物裂解污泥减量，对于改造工艺其生物强化大量节省了化学药剂、碳源等费用，同时延长了氧与污水的接触时间，提高了溶解氧的利用率，降低耗电量。

附图说明

图1为本发明一种基于物联网的生活污水处理系统的示意图。

图2为本发明一种基于物联网的生活污水处理方法流程图。

图中：1、厌氧池；2、缺氧池；3、好氧池；4、沉淀池；5、悬浮填料；6、固定填料；7、电磁阀。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，一种基于物联网的生活污水处理系统，包括污水处理装置和水质监测系统。所述污水处理装置包括顺次相连的厌氧池1、缺氧池2、好氧池3和沉淀池，所述厌氧池1、缺氧池2和好氧池3位于所述沉淀池4的同侧。在厌氧池1的下部设有进水口，在沉淀池4的上部设有出水口，进水口和出水口的位置和设置与传统一致。在厌氧池1、缺氧池2、好氧池3与沉淀池4之间分别设有连通阀，所述连通阀由电磁阀7控制。

在厌氧池1和缺氧池2内分别设有悬浮活性污泥和悬浮填料5，在厌氧池1的悬浮填料5上附着有聚磷菌，在缺氧池2的悬浮填料5上附着有反硝化细菌。厌氧池1为聚磷菌提供了所需要的营养条件和环境条件，聚磷菌附着在悬浮填料5上大量繁殖，通过大量的聚磷菌将污水中的有机物和磷进行吸附和反应，去除了部分有机物，将其分解成甲烷和二氧化，碳聚磷菌得到最大程度的释放。在缺氧池2内，反硝化细菌能够在悬浮填料5上大量繁殖，污水进入后与厌氧池1内的悬浮活性污泥和反硝化细菌充分接触和反应，污水中的硝酸盐在有机物和大量反硝化细菌的作用下去除，从而去除了污水中的硝酸盐。所述好氧池3包括相互连通的第一好氧区和第二好氧区，所述第一好氧区占好氧池3面积的三分之二，第二好氧区占三分之一。在第一好氧区内设有由悬浮填料5和固定填料6组成的复合填料，在复合填料上附着有好氧菌。在好氧池3的底部设有曝气装置，所述曝气装置包括曝气泵、变频器和曝气头，所述曝气头通过曝气管道与曝气泵相连；所述变频器与曝气泵相连。通过控制变频器来控制曝气泵，从而实现曝气量的调控，确保好氧池3时刻满足好氧菌的生长。由于好氧池3内的复合填料能够为好氧菌提供良好的生存和繁殖环境，增加了好氧菌的总量，相比未采用任何填料的情况，本发明采用复合填料可提高好氧菌的生物量30～50%，大量的好氧菌能够与污水中的氨氮和cod进一步反应，从而使得污水的净化更加彻底，使得出水的水质更好。

所述水质监测系统包括水质感知单元、物联网控制中心和云端计算中心。所述水质感知单元由常规检测do、orp、nh3-n、cod或tp浓度和进水流量的传感器集成组装而成，即采用现有技术。水质感知单元通过标准接口协议（例如，通过基于rs485接口的modbus协议）将信息传给物联网控制中心，并由物联网控制中心将信息传送至云端计算中心，所述云端计算中心对获取的污水信息进行分析，并将分析结果返回至物联网控制中心，再由物联网控制中心对与其相连的电磁阀发出相应的工艺运行指令。具体的，在进水口处设置有水质感知单元，用于检测进水的流量q和进水中的do和orp。在厌氧池1、缺氧池2、好氧池3内也分别设有水质感知单元，用于检测各反应池的do和orp，当do和orp满足系统预设值时，打开电磁阀7，将污水排放至下一个反应池中进行处理。好氧池3处理后的污水排入沉淀池4内进行沉淀，沉淀后的水从沉淀池4的出水口排出，即完成污水处理。各水质感知单元将检测到的污水信息通过基于rs485接口的modbus协议传送至物联网控制中心。所述物联网控制中心将接受到的污水信息传送至所述云端计算中心。所述云端计算中心对获取的污水信息进行分析并与预设的值进行比对，当污水信息与预设的值不一致时，不发出任何指令，使上报信息的反应池保持正常工作的指令；当污水信息与预设的值一致时，对物联网控制中心发出打开该上报信息的反应池的电磁阀7的指令，物联网控制中心将该反应池内的电磁阀7打开，从而使电磁阀7控制的连通阀打开，使污水排放至下一个反应池中。

工作时，污水通过进水水泵提升至污水处理系统，从进水口进入厌氧区。设置在进水口处的水质感应单元监测进水流量q以及进水中的do和orp，并通过物联网控制中心上传至云端计算中心，云端计算中心通过计算和分析得到污水将在厌氧池1内停留的时间。污水与厌氧区内的悬浮活性污泥和聚磷菌进行混合反应，通过聚磷菌的作用对有机物和磷进行吸附和反应，去除了部分有机物，聚磷菌得到最大程度的释放，水质监测单元监测厌氧池1内的do和orp。当do<0.2mg/l，orp为-50mv～-100mv时，云端计算中心发送指令到厌氧池1内的电磁阀7，使电磁阀7打开，将污水排入缺氧池2。污水在缺氧池2内与悬浮的活性污泥和反硝化细菌进行反应，污水中的硝酸盐在有机物和大量微生物的作用下，反应去除，水质监测单元监测厌氧池1内的do和orp。当do<0.5mg/l,orp为-50mv～50mv时，云端计算中心发送指令到缺氧池2内的电磁阀7，使电磁阀7打开，将污水排入好氧池3。污水在好氧池3内经过大量好氧菌作用下，把有机物转化成co2和h2o，有机氮转化成no3，磷得了大量的吸收和吸附。通过其底部的曝气装置，控制好氧池3的do和orp，当好氧池3内的do和orp稳定，且do>2mg/l，orp>100mv时，云端计算中心发送指令到缺氧池2内的电磁阀7，使电磁阀7打开，将污水排放到沉淀池4中沉淀后，从出水口排出。

通过控制进水流量q、曝气量大小，厌氧池1、缺氧池2和好氧池3的do和orp在线监测数据，实时传输到云端的控制中心，由控制中心根据水质结合do和orp进行逻辑计算，当水质出现不稳定时，云端计算输出调整信号反馈到曝气装置和进水水泵的控制变频器，自动调整频率，改变水量和风量，实现了远程自控运行。综经过本发明的基于物联网的生活污水处理系统处理后，出水中cod<30mg/l，nh3-n<1.5mg/l，tp<0.3mg/l，达到《地表水环境质量标准》的ⅳ类水质标准要求。

使用本发明提供的基于物联网的生活污水处理系统对生活污水进行处理。

实施例1：

s1、污水从进水口进入厌氧池内，污水的进水量q为30m³/h，cod为65mg/l，nh3-n为2.7mg/l，tp为0.6mg/l。与厌氧池中的悬浮活性污泥和聚磷菌充分混合反应，水质感知单元实时监控厌氧池内及污水中的do、orp，当厌氧池内的do<0.2mg/l，orp为-95mv时，将污水排放到缺氧池中；

s2、污水在缺氧池内与悬浮活性污泥和反硝化细菌充分反应，水质感知单元实时监控缺氧池内污水的do、orp，当缺氧池内的do<0.5mg/l,orp为-10mv时，将污水排放到好氧池中；

s3、污水在好氧池内与好氧菌充分反应，水质感知单元实时监控好氧池内污水的do、orp，当好氧池内的do>2mg/l，orp>113mv时，将污水排放到沉淀池中；

s4、污水在沉淀池中静置后从沉淀池的出水口排出，即完成污水处理。

对出水口排出的出水进行检测，出水中cod为29mg/l，nh3-n为1.48mg/l，tp为0.29mg/l，达到《地表水环境质量标准》的ⅳ类水质标准要求。

实施例2：

s1、污水从进水口进入厌氧池内，污水的进水量q为50m³/h，cod为60mg/l，nh3-n为2.5mg/l，tp为0.64mg/l。与厌氧池中的悬浮活性污泥和聚磷菌充分混合反应，水质感知单元实时监控厌氧池内及污水中的do、orp，当厌氧池内的do<0.2mg/l，orp为-100mv时，将污水排放到缺氧池中；

s2、污水在缺氧池内与悬浮活性污泥和反硝化细菌充分反应，水质感知单元实时监控缺氧池内污水的do、orp，当缺氧池内的do<0.5mg/l，orp为-45mv时，将污水排放到好氧池中；

s3、污水在好氧池内与好氧菌充分反应，水质感知单元实时监控好氧池内污水的do、orp，当好氧池内的do>2mg/l，orp为120mv时，将污水排放到沉淀池中；

s4、污水在沉淀池中静置后从沉淀池的出水口排出，即完成污水处理。

对出水口排出的出水进行检测，出水中cod为29mg/l，nh3-n为1.47mg/l，tp为0.28mg/l，达到《地表水环境质量标准》的ⅳ类水质标准要求。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。