潘多軒,程英鴿,劉 石

(西安交通工程學(xué)院,西安 710300)

傳統(tǒng)的居民生活污水凈化處理工藝主要包括兩級(jí)處理系統(tǒng)[1]。一級(jí)處理利用濾網(wǎng)過濾污水中的較大雜質(zhì),將其引入調(diào)節(jié)池中,通過提升泵進(jìn)行水位提升,將污水放入沉淀池中,經(jīng)過一段時(shí)間沉淀后,將污水引入水解酸化池中,進(jìn)行泥沙分類。二級(jí)處理針對懸浮物和有機(jī)物進(jìn)行分解,再進(jìn)行脫氧反應(yīng),經(jīng)過分解消毒達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),具體工藝如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)工藝流程Fig.1 Traditional process flow

本系統(tǒng)需要完善的軟硬件技術(shù)支撐,簡潔友好的界面,實(shí)現(xiàn)生活污水凈化循環(huán)處理的目標(biāo)。

1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與控制要求

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定及使用要求,污水處理應(yīng)滿足地方標(biāo)準(zhǔn),具體指標(biāo)如表1所示[2]。系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性及易用性等特征,滿足可拓展性需求。

表1 出水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Effluent design standard

控制要求。引入智能無線傳感器裝置進(jìn)行系統(tǒng)控制,其具有較高的靈敏度及耐用性,要求信息傳感檢測平臺(tái)能夠及時(shí)檢測信息,上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行有效控制,具體標(biāo)準(zhǔn)及控制要求如表2所示。

表2 系統(tǒng)控制要求Tab.2 System control requirement

2 系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)

技術(shù)方案。在處理過程中,需對水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行設(shè)備調(diào)控,保障系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。選擇傳感器加PLC相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)全過程檢測,結(jié)構(gòu)如圖2所示。在該結(jié)構(gòu)中,PLC進(jìn)行全程數(shù)據(jù)檢測,當(dāng)數(shù)據(jù)存在異常時(shí),及時(shí)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)及系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 System structure

運(yùn)行方式。系統(tǒng)主要由兩部分組成:①水質(zhì)檢測。由web服務(wù)器與用戶進(jìn)行信息交互,通過傳感器檢測水質(zhì)信息并將數(shù)據(jù)傳到用戶端口進(jìn)行設(shè)備控制。②污水凈化處理。將生活污水集中回收到調(diào)節(jié)池中進(jìn)行水解酸化處理后進(jìn)行一級(jí)和二級(jí)氧化,有效實(shí)現(xiàn)脫氮標(biāo)準(zhǔn),通過水流抬高工藝進(jìn)行水質(zhì)沉淀,使清水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行循環(huán)利用。系統(tǒng)運(yùn)行模式及運(yùn)行代碼如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行方式Fig.3 System operation mode

#導(dǎo)入相關(guān)模塊

importtime

importrandom

#模擬傳感器數(shù)據(jù)

defget_sensor_data():

water_level=random.randint(0,100)

ph_value=random.uniform(0,50)

ph_value=random.uniform(0,50)

return{

′water_level′:water_level,

′ph_value′:ph_value,

′temperature′:temperature

}

#模擬循環(huán)檢測

defloop_detection():

whileTrue:

sensor_data=get_sensor_data()

print(′Waterlevel:′,sensor_data[′water_level′])

print(′pHvalue:′,sensor_data[′ph_value′])

print(′Temperature:′,sensor_data[′temperature′])

time.sleep(1)

if__name__ ==′__main__′:

loop_detection()

功能模塊。針對數(shù)據(jù)檢測設(shè)置了用戶管理、用戶設(shè)定、水質(zhì)檢測及圖像畫面等功能模塊,使用戶實(shí)時(shí)了解水質(zhì)凈化循環(huán)處理情況,及時(shí)下達(dá)設(shè)備調(diào)節(jié)功能,達(dá)到數(shù)據(jù)檢測的目的,其功能模塊如圖4所示。

圖4 功能模塊Fig.4 Function module

信息交互。系統(tǒng)和用戶之間的信息交互主要通過TCP端口的Socket模塊實(shí)現(xiàn)。一個(gè)服務(wù)器有專門的“套接字”與用戶相對應(yīng),運(yùn)行步驟如圖5所示。分別為:服務(wù)器持續(xù)檢測信息,等待用戶連接Socket;用戶通過IP地址發(fā)送請求;服務(wù)器接收請求信息后進(jìn)行返回確認(rèn),檢測信息無誤后進(jìn)行信息連接。

圖5 信息交互步驟Fig.5 Information interaction process

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 凈化系統(tǒng)模塊實(shí)現(xiàn)

集水井、格柵、調(diào)節(jié)池功能實(shí)現(xiàn)。具有信息傳感功能的集水井主要用來沉淀大顆粒雜質(zhì),將污水傳入調(diào)節(jié)池,其中由格柵網(wǎng)進(jìn)行過濾,去除懸浮物及漂浮雜質(zhì)。居民生活污水排放時(shí)間比較均勻,排放量不集中,高峰期污水量較大,因此調(diào)節(jié)池起到監(jiān)測、沉淀、儲(chǔ)存的作用,當(dāng)儲(chǔ)水量達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后,將污水傳入酸化池,進(jìn)行后續(xù)凈化處理。

水解酸化與生化處理模塊實(shí)現(xiàn)。水解酸化池主要引入微生物信息處理技術(shù),對生活污水進(jìn)行微生物分解,將大分子有機(jī)物水解酸化為小分子,為氧化池的氧化分解做好準(zhǔn)備。系統(tǒng)的信息檢測功能主要用來輔助檢測微生物含量是否符合處理標(biāo)準(zhǔn)。生化處理模塊主要進(jìn)行氧化分解,包括污泥沉淀、水質(zhì)消毒殺菌、水質(zhì)檢測、出水模塊,系統(tǒng)運(yùn)行如圖6所示。

圖6 污水凈化循環(huán)處理系統(tǒng)Fig.6 Sewage purification cycle treatment system

防腐、防噪模式。針對設(shè)備硬件管道、箱體等采用防腐鋼管及鍍鋅技術(shù),用以抗腐蝕。為了進(jìn)一步延長系統(tǒng)壽命,采用環(huán)氧樹脂漆防腐涂料對設(shè)備進(jìn)行防腐涂刷。系統(tǒng)采用降噪措施,對鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行消音處理,設(shè)置隔振墊進(jìn)行曲線接頭繞纏,減少震動(dòng)噪音,將噪音控制在50 dB以下。

電氣控制。本系統(tǒng)全程使用信息技術(shù)控制系統(tǒng),一旦出現(xiàn)問題或設(shè)備需要維護(hù),系統(tǒng)自動(dòng)將信息傳入人工控制模塊,進(jìn)行信息數(shù)據(jù)報(bào)警,為進(jìn)一步降低人工成本,采用操作自動(dòng)化及風(fēng)機(jī)切換功能。

3.2 循環(huán)處理系統(tǒng)模塊實(shí)現(xiàn)

生活污水凈化模塊可實(shí)現(xiàn)凈水排放,循環(huán)處理模塊需將凈水轉(zhuǎn)化為可再利用的回收水,需對水質(zhì)進(jìn)行深度凈化,使其達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

沉淀混凝。借助混凝劑,使水中的液體或懸浮物凝聚成絮狀凝體,從水中分離出去,提高水質(zhì),去除有毒物質(zhì)。

消毒過濾。消毒前要進(jìn)行過濾,將沒有完成沉淀與凝聚的懸浮物及其他雜質(zhì)進(jìn)行過濾,由于生活污水中含有大量的細(xì)菌及有毒物質(zhì),傳統(tǒng)的工藝無法對其進(jìn)行全面殺毒,為進(jìn)一步保證水質(zhì),消毒殺菌是不可缺少的工序。流程如圖7所示。

圖7 凈化循環(huán)裝置流程Fig.7 Purification cycle device flow

加壓送水體系。經(jīng)過消毒深加工的水進(jìn)入清水池以后,通過水泵加壓運(yùn)送到各用水點(diǎn),循環(huán)處理系統(tǒng)通過泵將處理后的清水回流到用水箱,用于日常用水。

3.3 運(yùn)行效果檢驗(yàn)

對污水凈化循環(huán)處理后的水質(zhì)進(jìn)行抽樣檢驗(yàn),結(jié)果表明,水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)符合要求,可用于沖廁、清洗、澆灌綠化。從經(jīng)濟(jì)效益來看,系統(tǒng)最大處理量達(dá)120 t,可節(jié)約一定的成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

為進(jìn)一步提高污水利用率,降低能耗,設(shè)計(jì)了一款居民生活污水凈化循環(huán)處理系統(tǒng)。此系統(tǒng)不僅能夠提高水質(zhì)檢測效率,還能節(jié)約水資源,大大提高水資源利用率,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代節(jié)能減排理念,具有一定的應(yīng)用價(jià)值。