基于物聯(lián)網(wǎng)的分散式生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

陳淑芳 郝杰 武靖博 宋金凡

【摘要】? ? 當(dāng)前農(nóng)的村分散式生活污水處理有設(shè)備維護(hù)難、無法長(zhǎng)效順暢運(yùn)行、地址難選、異味讓人避而遠(yuǎn)之等問題，本研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)了一套農(nóng)村分散式生活污水處理平臺(tái)。具體運(yùn)行結(jié)果表明，農(nóng)村分散式污水處理設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的管理系統(tǒng)建設(shè)，使系統(tǒng)具備項(xiàng)目立體、占地面積緊湊、穩(wěn)定合格，性價(jià)比高，還易于檢查、經(jīng)久耐用、管理方法簡(jiǎn)單、能遠(yuǎn)程操作、智能可靠等優(yōu)點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的農(nóng)村分散式生活污水處理設(shè)備對(duì)污染物去除能力強(qiáng)，出水水體可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）的一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】? ? 農(nóng)村生活污水? ? 分散式? ? 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)? ? 實(shí)時(shí)監(jiān)控

針對(duì)農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)，污水處理設(shè)備的安裝地點(diǎn)相對(duì)分散，污水處理設(shè)備分布在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，村里污水收集相對(duì)獨(dú)立，點(diǎn)多量大且分散。建設(shè)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化處理平臺(tái)，實(shí)時(shí)收集和匯總分散式處理設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)和信息。將智能平臺(tái)集成到APP中。然后管理方可以通過智能手機(jī)或PAD隨時(shí)隨地掌握農(nóng)村分散式生活污水處理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，完成監(jiān)管與運(yùn)營(yíng)的在線信息共享，實(shí)時(shí)管理和控制以及運(yùn)維服務(wù)。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，政府機(jī)構(gòu)可以完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、水體信息內(nèi)容、安全檢查維護(hù)等數(shù)據(jù)信息的在線查詢，合理支撐政府部門管控職責(zé)。運(yùn)維服務(wù)公司還可以基于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，即時(shí)掌握農(nóng)村地區(qū)已運(yùn)行的分散式污水處理設(shè)備的運(yùn)行情況，方便維修和維護(hù)。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)使用中的優(yōu)勢(shì)

我國(guó)以可持續(xù)發(fā)展理念為指導(dǎo)，大力加強(qiáng)綠色生態(tài)環(huán)保應(yīng)用工作，投入大量人力、物力和政策，完成了綠色綜合應(yīng)用的各項(xiàng)專業(yè)化進(jìn)程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在分散式生活污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用具有多元化優(yōu)勢(shì)。下面將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹：

優(yōu)勢(shì)一是數(shù)據(jù)集成。分散式生活污水處理系統(tǒng)規(guī)模大，多樣化程度高。傳統(tǒng)的人力管理機(jī)制方式難免會(huì)存在漏洞，影響農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行。但在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，專業(yè)技術(shù)人員可以利用相關(guān)傳感器的靈活布置，完成對(duì)自動(dòng)化污水處理信息內(nèi)容的充分采集，有利于分散式生活污水處理的相關(guān)管理人員從整體角度了解系統(tǒng)運(yùn)行情況。優(yōu)勢(shì)二是運(yùn)行平穩(wěn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有完整的系統(tǒng)架構(gòu)，在農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)中，可協(xié)助相關(guān)人員開展安全管理工作，監(jiān)督生產(chǎn)過程，提高水檢效率，保證水檢質(zhì)量，分析污水處理設(shè)備運(yùn)行狀況，完成污水處理設(shè)備常見故障排查和合理維護(hù)。因此，相關(guān)管理人員可以在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，充分整合分散式生活污水處理系統(tǒng)的資源，調(diào)整系統(tǒng)管理系統(tǒng)，進(jìn)一步保持系統(tǒng)的流暢運(yùn)行，為污水處理效果的提升提供支持。側(cè)面的容量。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 生產(chǎn)工藝及重點(diǎn)設(shè)備

農(nóng)村分散式生活污水處理設(shè)備的主要處理技術(shù)為生物接觸氧化。農(nóng)村生活污水基本通過方便快捷的柵欄網(wǎng)進(jìn)行分離，分離后進(jìn)入多用途污水池，經(jīng)潛水泵送入分散式生活污水處理設(shè)備。分散式生活污水處理設(shè)備由微生物好氧、兼性缺氧、曝氣、沉淀池組成，廢水經(jīng)過處理進(jìn)入外圍填充綠植區(qū)，再次使用綠植和填充材料的附著作用，完成對(duì)水環(huán)境中污染物的快速溶解和高效去除。主要設(shè)備及主要參數(shù)如下：1.多用途污水池。在原截留井內(nèi)放置方便快捷的擋渣過濾器，過濾器的孔隙率為1～3mm。2.分散式生活污水處理設(shè)備。單閥方案運(yùn)行規(guī)模25m3/d，直徑2.2m，高度4.5m（地上3.0m，地下1.5m），水等待時(shí)間12h。并聯(lián)2座操作。設(shè)備內(nèi)填充聚氨酯海綿填料球，即將聚氨酯海綿填料（25mm×25mm×25mm）放入直徑100mm的填料球內(nèi)。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)

農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，以在任何地方多臺(tái)分散式農(nóng)村污水處理設(shè)備為總體目標(biāo)。它將數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和物理模型分析應(yīng)用于農(nóng)村污水處理技術(shù)方面，對(duì)污水處理中包含的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和智能監(jiān)管，服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)模式如圖1所示。

圖1? ? 服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)圖

從圖1可以看出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)管理服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)分為“數(shù)據(jù)信息認(rèn)知-數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)-應(yīng)用呈現(xiàn)”三個(gè)層次。數(shù)據(jù)信息認(rèn)知層主要負(fù)責(zé)最底層設(shè)備各種運(yùn)行信息的采集，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要負(fù)責(zé)認(rèn)知數(shù)據(jù)庫的同步傳輸和存儲(chǔ)，應(yīng)用層作為網(wǎng)站的智能監(jiān)管層，負(fù)責(zé)完成農(nóng)村污水處理及其PC網(wǎng)頁和微平臺(tái)的各項(xiàng)功能。

服務(wù)平臺(tái)特點(diǎn)如下：1.農(nóng)村污水處理設(shè)備配套設(shè)施為低壓成套設(shè)備，完成設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集，與云端進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互服務(wù)器根據(jù)數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備和根據(jù)客戶登錄管理權(quán)限可以遠(yuǎn)程控制賬號(hào)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和實(shí)際操作。 2. 4G互聯(lián)網(wǎng)具有高便攜性和低資費(fèi)的優(yōu)點(diǎn)，不需要固定IP，解決了有線網(wǎng)絡(luò)部署中缺乏協(xié)調(diào)性的制約，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。 3.工業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備，適用于4G（全網(wǎng)通手機(jī)）、有線電視和WIFI，網(wǎng)絡(luò)冗余完善。現(xiàn)階段，該系統(tǒng)僅適用于本示范點(diǎn)的信息采集和監(jiān)管。在中后期，可以通過簡(jiǎn)單的添加演示點(diǎn)的方法來操作多個(gè)演示點(diǎn)。

2.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)管理服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)配備了多個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)分布式生活污水處理系統(tǒng)的控制模塊，包括大屏幕顯示系統(tǒng)、在線監(jiān)控、常見故障管理、遠(yuǎn)程操作和操作記錄管理等。

1.在線監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)（設(shè)備）運(yùn)行過程設(shè)計(jì)流程圖，在步驟頁面自動(dòng)更新監(jiān)管設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、處理過程主要參數(shù)和污染物指標(biāo)值數(shù)據(jù)信息，完成設(shè)備整體運(yùn)行概覽。可在電腦或app客戶端遠(yuǎn)程控制，隨時(shí)完成離心風(fēng)機(jī)、離心泵、泥漿閥等設(shè)備的電源開關(guān)和啟停，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的24小時(shí)監(jiān)控。2.常見的故障管理方法。常見故障管理方法 控制模塊包括常見故障報(bào)警、預(yù)警信息、診斷及其記錄功能。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)離心水泵或離心風(fēng)機(jī)工作不正?；蚰酀{閥打開異常時(shí)，主控芯片頁面可發(fā)起常見故障報(bào)警，提示常見故障點(diǎn)，根據(jù)主控芯片頁面可以在設(shè)備及其閘閥出現(xiàn)問題時(shí)立即檢測(cè)到，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。3.遠(yuǎn)程操作。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)發(fā)出常見故障告警時(shí)，可以進(jìn)入主界面遠(yuǎn)程操作模式，根據(jù)常見故障點(diǎn)關(guān)閉相關(guān)設(shè)備和閘閥，防止進(jìn)一步惡化的情況，同時(shí)可派員到現(xiàn)場(chǎng)檢查和報(bào)告各種設(shè)備和閘閥的運(yùn)行情況。4.操作記錄管理方法的作用。服務(wù)平臺(tái)自動(dòng)保存和分析設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)行信息內(nèi)容，可在線追查設(shè)備異常現(xiàn)象時(shí)間范圍內(nèi)的責(zé)任人，協(xié)助評(píng)估義務(wù)和人為因素，并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行和管理進(jìn)行監(jiān)督。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在分散式生活污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用路徑

3.1 進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)，突出技術(shù)綜合性

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)分為系統(tǒng)功能應(yīng)用控制模塊、系統(tǒng)組件控制模塊、大數(shù)據(jù)平臺(tái)控制模塊和數(shù)據(jù)庫控制模塊。

系統(tǒng)的關(guān)鍵功能和控制模塊的使用包括組態(tài)軟件監(jiān)督、生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備管理、工作狀態(tài)診斷等，可以擴(kuò)展全面發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)融合優(yōu)勢(shì)。在分布式生活污水處理系統(tǒng)中;系統(tǒng)組件控制模塊關(guān)鍵包括四部分：數(shù)據(jù)可視化組件、應(yīng)用控制模塊、數(shù)據(jù)處理方法和數(shù)據(jù)庫管理。這四部分與程序模塊池互連，適用于系統(tǒng)運(yùn)行控制模塊和大數(shù)據(jù)平臺(tái)控制模塊的正常運(yùn)行;大數(shù)據(jù)平臺(tái)控制模塊可完成大量分布式系統(tǒng)存儲(chǔ)、大規(guī)模數(shù)據(jù)提取、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)操作記憶存儲(chǔ)和瞬時(shí)流式數(shù)據(jù)信息連接;數(shù)據(jù)庫控制模塊可高效集成大數(shù)據(jù)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)信息與核心時(shí)序數(shù)據(jù)庫和SQL數(shù)據(jù)庫查詢相連接，適用于相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行表格導(dǎo)入、數(shù)據(jù)整理和系統(tǒng)管理方法。

3.2 改進(jìn)操縱方式，提高技術(shù)協(xié)調(diào)能力

相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，現(xiàn)階段我國(guó)調(diào)控污水處理廠出水規(guī)范的主要新項(xiàng)目包括高錳酸鹽指數(shù)（COD）、化學(xué)需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）、動(dòng)植物油、原油、陽離子表面活性劑，控制等級(jí)分為一級(jí)規(guī)格、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)規(guī)格，一級(jí)規(guī)格下分為A、B規(guī)格[4]。不難看出，在我國(guó)，我們進(jìn)一步加強(qiáng)了污水處理廠出水和出水的調(diào)控范圍。為了更好地保證農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)污水處理的實(shí)際效果，應(yīng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的全過程中設(shè)置多種控制方式。詳細(xì)介紹如下：一直以來，得益于國(guó)內(nèi)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的堅(jiān)持不懈和長(zhǎng)期努力，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)顯著增加了自動(dòng)化技術(shù)對(duì)廢水控制系統(tǒng)的調(diào)整方式，包括現(xiàn)場(chǎng)操作、后臺(tái)操作和網(wǎng)絡(luò)控制?，F(xiàn)場(chǎng)操作是指相關(guān)專業(yè)人員在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，按照智能控制箱管理方式，采集子站點(diǎn)下所有設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，智能控制箱分為自動(dòng)控制系統(tǒng)和手動(dòng)控制兩種控制方式?，F(xiàn)場(chǎng)控制方式的選擇可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況和污水處理情況進(jìn)行，后臺(tái)運(yùn)行方式是基于分布式污水處理系統(tǒng)的各類信息與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，這種方法具有高度的網(wǎng)絡(luò)安全保證，根據(jù)管理權(quán)限設(shè)置，授予管理權(quán)限，提高控制碼的傳輸準(zhǔn)確性。在分布式生活污水處理系統(tǒng)中，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸通道為基礎(chǔ)，建立網(wǎng)絡(luò)化控制方式的關(guān)鍵，可根據(jù)即時(shí)反饋的污水處理信息內(nèi)容和設(shè)備運(yùn)行信息內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)和命令。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在分布式生活污水處理系統(tǒng)中具有現(xiàn)場(chǎng)操控方式、后臺(tái)操控方式和網(wǎng)絡(luò)化控制方式，管理人員可以根據(jù)操作要求有效地選擇操作方式，提高系統(tǒng)的管理效率。

四、結(jié)束語

總的來說，習(xí)近平總書記提到的“兩山”理念為我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作提供了依據(jù)，顯著增加了污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的供給。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)村分散式生活污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的主導(dǎo)地位，合理保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，可以完善系統(tǒng)管理、系統(tǒng)架構(gòu)和操作方法的建立方面充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]陳廷玉，胡小波，夏銘遙，譚志平，吳靜平.從物聯(lián)網(wǎng)角度對(duì)農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子世界，2021（12）：150-151.

[2]郭露，陳偉雄，沈玉東，歐陽群文，李路野，馮凌宇.基于物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)型農(nóng)村污水處理設(shè)施研究及應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，2020，36（10）：95-100.

[3]劉祥宏，潘泉涌，方寬.基于Netty+ActiveMQ的農(nóng)村生活污水處理設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信管理平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字通信世界，2019（07）：117-118.

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[5]賀磊.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村污水處理智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，13（26）：236-237.