一种分散式污水处理系统的制作方法

本发明涉及采用生化、物化工艺处理污水的工艺，尤其涉及一种分散式污水处理系统。

背景技术：

废水处理工艺可以粗略地分为三类：①自然系统：即利用土壤作为处理和处置的媒体，包括土地应用、人工湿地、地下渗滤等。②集水系统：不使用传统的重力式污水管，而代以轻质塑料管，其优点有埋深较浅、管接少、连接结构不复杂。常用的污水管道有压力式、真空式和小直径重力式。③生化物化处理系统：即结合生化和物化工艺，由池、泵、鼓风机和其它机械装置组成的系统，生化物化处理系统适用于农村三大主要污染源(生活污水、养殖废水、垃圾渗滤液)以及公厕、农家乐等分散污水的治理。

目前，分散式污水处理系统方法主要为采用市电供电及PLC控制，未形成网络化管理。

技术实现要素：

为了降低分散式污水处理系统运营成本，进一步实现系统的智能化、集成化，本发明提供以下技术方案：

一种分散式污水处理系统，包括污水处理单元以及集中式管理运行维护平台；所述污水处理单元包括一体式净水池、直流水泵、直流风机、太阳能直流驱动控制器、以及传感器；所述一体式净水池包括进水口，出水口，以及依次设置于进水口与出水口之间的厌氧滤床一室、厌氧滤床二室、接触曝气室、沉淀室、消毒室；所述直流水泵分别设置于进水口及出水口；所述直流风机与接触曝气室连接；所述传感器设置于污水井以及沉淀室；

所述太阳能直流驱动控制器包括CPU、控制电路供电电源、液晶显示单元、通信单元、直流水泵驱动单元、直流风机驱动单元、光伏充电控制单元、市电充电控制单元及蓄电池；所述CPU通过通讯数据线连接液晶显示单元及通信单元，通过传感器信号线连接传感器，通过功率控制信号线连接直流水泵驱动单元、直流风机驱动单元、光伏充电控制单元、市电充电控制单元、蓄电池；所述控制电路供电电源通过直流母线连接市电充电控制单元、蓄电池、光伏充电控制单元、直流水泵驱动单元、直流风机驱动单元；所述光伏充电控制单元输入端连接太阳能组件，输出端通过直流母线连接直流水泵驱动单元和直流风机驱动电源及蓄电池；所述市电充电控制单元输入端通过220V转15V/100W开关电源连接交流电网，输出端通过直流母线连接直流水泵驱动单元和直流风机驱动单元及蓄电池；所述蓄电池通过直流母线连接直流水泵驱动单元和直流风机驱动单元；所述直流水泵驱动单元连接直流水泵，所述直流风机驱动单元连接直流风机；

本发明的太阳能直流驱动控制器是一款集太阳能与市电供电管理、模拟量与开关量信号传感器接入、电气设备直流供电驱动及管理、有线与无线数据传输等诸多功能结合的控制器，采用太阳能优先、市电补充的供电方式管理；能够实现采集现场的液位、流量等传感器的模拟量和开关量数据，并实现按污水处理工艺流程，实施对水泵、风机等电气设备的控制和状态检测。

所述集中式管理运行维护平台包括环保数据中心、云服务器、环保局管理中心、智能手机；所述污水处理单元通过通信单元与环保数据中心、以及智能手机连接；所述环保数据中心与云服务器连接，所述云服务器与环保局管理中心连接。所述集中式管理运行维护平台能够将分布在各个地点的每一台设备进行联网，形成集中式的管理平台，通过远程数据传输，将各个设备的运行参数情况，进行实时检测及数据分析，从而更好的配套和保障农村分布式污水处理系统的有效、可靠运行。

进一步的，所述传感器包括水位传感器、流量计、浮球液位开关及水质检测传感器，均通过传感器信号线与CPU连接，水位传感器、流量计、水质检测传感器等模拟量传感器，采用4-20mA/1-5mA信号接入系统；浮球液位开关可以采用1-5V信号接入系统。

进一步的，所述通信单元包括GPRS无线通信模块以及RS485有线通信模块，能够实现无线有线双冗余远程数据通信功能。

进一步的，所述CPU还通过传感器信号线连接一个继电器输出单元，可用来接入报警器，为预留功能。

进一步的，所述光伏充电控制单元为有源钳位隔离型全交错并联Boost变换电路，由开关管V_s1、V_s2，电容C_c，反激变压器T₁、T₂，整流二极管D₁、D₂，滤波电容C₁、C₂组成；所述V_s1漏源极之间存在相互并联的体二极管D_s1及极间电容C_s1，所述V_s2漏源极之间存在相互并联的体二极管D_s2及极间电容C_s2；V_s1的漏极连接光伏电池板的正极、V_s1的源极通过C_c连接V_s2的漏极；V_s2的源极连接光伏电池板的负极；V_s1的漏极与T₁原边的同名端连接，且V_s1的漏极与T₁原边同名端之间存在漏感Lr₁；T₁原边的异名端连接到V_s2的漏极与C_c的中间点；V_s2的源极与T₂原边的异名端连接，且V_s2的源极与T₂原边异名端之间存在漏感Lr₂；T₂原边的同名端连接到V_s1的源极与C_c的中间点；T₁副边的异名端与D₁的正极连接、T₂副边的同名端与D₂的副极连接，D₁的负极与D₂的正极之间依次串联有C₁、C₂；C₁、C₂的中间点分别连接到T₁副边的同名端以及T₂副边的异名端；T₁副边的异名端与T₂副边的同名端构成光伏充电控制单元的输出端，本发明的拓扑利用反激式变压器进行高频电气隔离，易于多路输出，负载短路时可靠性高。本拓扑为全交错并联结构，采用移相控制方式，输出端的两个分压电容可以被交错并联充电和放电，相较于传统的单端变换器，具有很多优点：降低功率开关管所承受的电压，减少输入、输出电流的纹波，从而减少了输入与输出滤波器件，另一方面大大的提高了电容、蓄电池、光伏电池板等关键设备的使用寿命。

系统由太阳能和市电进行供电，其中市电是作为太阳能无输出时的补充供电。具体为：太阳能电池板输出的电压范围是30V～50V，经过BUCK变换电路，以恒流源工作方式为蓄电池进行充电；市电AC220V经过AC/DC模块输出15VDC，经过BOOST变换电路，以恒流源输出的工作方式为蓄电池进行充电。太阳能与市电之间的转换逻辑关系，由CPU控制BUCK电路、BOOST电路的MOSFET驱动来完成。

太阳能直流驱动控制器通过CPU内置的ADC采集COD、BOD、N、P、液位、流量等水质参数、环境参数，通过GPRS无线方式传输给系统软件，作为系统运行的辅助参考信息。

系统可配置浮球类液位计传感器检测一体式净化池内的液位高度，通过在系统软件内设置液位低限和高限参数来控制水泵的开启和停止，具体为：水泵在液位高限时运行、低限时停止。

CPU通过ADC电路对水泵、风机的运行电压、电流参数进行采集，并根据电压、电流值结合水泵、风机的电气特性曲线，通过控制器CPU程序模型计算出电机的运行功率以及实时流量；同时，由电机运行的功率区间典型特征值，由系统软件程序判断水泵、风机的正常、故障状态。通过GPRS无线方式，控制器将水泵、风机的电压、电流、流量等参数传输给系统软件；系统软件根据水泵、风机的运行时间对照列表，向用户提供日处理污水量数据、曝气供氧量数据。

CPU通过水质参数输入，由系统自动控制水泵、风机的运行功率。具体为：水质参数不达标时，降低水泵功率、提高风机功率，以延长厌氧时间、增加曝气量；水质参数达标时，可控制水泵、风机在正常功率。

本发明的系统功能如下：

(1)实现生化处理技术接触氧化法的污水处理工艺过程，使污水净化后的出水水质达标。

(2)设备采用太阳能优先，市电补充的供电方式。

(3)根据污水处理工艺要求，实现风机、水泵等电气设备的就地和远程控制、管理。

(4)实时监测现场的液位、流量、出水水质数据等参数，以及设备的运行状态参数，并通过GPRS/RS485形式传送到远程服务器。

(5)实时故障提示、报警，包括：传感器断线，风机、水泵故障，电源管理异常等。

(6)提供各类管理报表，为环保主管部门评估污水处理项目的现状，提供决策数据、信息。

(7)形成市、省、全国联网的农村户用型地埋式污水处理设施监测数据平台，最终实现融入环保行业信息化统一数据平台。

本发明的有益效果在于：

(1)集合太阳能供电应用。供电采用太阳能与市电互补功能，使运营成本更经济；特别是在市电设施配套不足地区，在建设初期更有优势。

(2)针对性设计的专用控制器。替代传统由PLC控制的技术现状，采用微处理芯片进行智能化设计，是针对污水处理行业设计的解决方案。

(3)建设成本更低。相比PLC控制方案，成本更具竞争优势。

(4)功能可扩展强。集成环境参数采集功能，使系统的功能进一步扩展、综合成本更优。

(5)可实现远程数据通信。采用GPRS通信，使分散的各个用户组成网络，实现远程、集中式监控。

(6)可实现省、市、区级的环保监控统一平台的管理要求。

本系统为分散式污水处理项目量身定制，是目前唯一针国内分散式污水处理的定制化解决方案。

附图说明

图1、本发明的系统框架图。

图2、本发明的污水处理单元的结构示意图。

图3、本发明的太阳能直流驱动控制器的结构框图。、

图4、本发明的光伏发电控制单元的电路图。

具体实施方式

如图1所示的一种分散式污水处理系统，包括污水处理单元以及集中式管理运行维护平台；所述污水处理单元分别为污水处理单元1、污水处理单元2…污水处理单元N；如图2所示，所述污水处理单元包括一体式净水池、直流水泵、直流风机、太阳能直流驱动控制器、以及传感器；所述一体式净水池包括进水口，出水口，以及依次设置于进水口与出水口之间的厌氧滤床一室、厌氧滤床二室、接触曝气室、沉淀室、消毒室；所述直流水泵分别设置于进水口及出水口；所述直流风机与接触曝气室连接；所述传感器设置于污水井以及沉淀室；本实施例中采用处理规模为0.5-10t/d的一体式净水池，并采用全地埋式。

如图3所示，所述太阳能直流驱动控制器包括CPU、控制电路供电电源、液晶显示单元、通信单元、直流水泵驱动单元、直流风机驱动单元、光伏充电控制单元、市电充电控制单元及蓄电池；所述CPU通过通讯数据线连接液晶显示单元及通信单元，通过传感器信号线连接传感器，通过功率控制信号线连接直流水泵驱动单元、直流风机驱动单元、光伏充电控制单元、市电充电控制单元、蓄电池；所述光伏充电控制单元输入端连接太阳能组件，输出端通过直流母线连接直流水泵驱动单元和直流风机驱动电源及蓄电池；所述市电充电控制单元输入端连接交流电网，输出端通过直流母线连接直流水泵驱动单元和直流风机驱动单元及蓄电池；所述蓄电池通过直流母线连接直流水泵驱动单元和直流风机驱动单元；所述直流水泵驱动单元连接直流水泵，所述直流风机驱动单元连接直流风机。

如图4所示的光伏充电控制单元为有源钳位隔离型全交错并联Boost变换电路，由开关管V_s1、V_s2，电容C_c，反激变压器T₁、T₂，整流二极管D₁、D₂，滤波电容C₁、C₂组成；所述V_s1漏源极之间存在相互并联的体二极管D_s1及极间电容C_s1，所述V_s2漏源极之间存在相互并联的体二极管D_s2及极间电容C_s2；V_s1的漏极连接光伏电池板的正极、V_s1的源极通过C_c连接V_s2的漏极；V_s2的源极连接光伏电池板的负极；V_s1的漏极与T₁原边的同名端连接，且V_s1的漏极与T₁原边同名端之间存在漏感Lr₁；T₁原边的异名端连接到V_s2的漏极与C_c的中间点；V_s2的源极与T₂原边的异名端连接，且V_s2的源极与T₂原边异名端之间存在漏感Lr₂；T₂原边的同名端连接到V_s1的源极与C_c的中间点；T₁副边的异名端与D₁的正极连接、T₂副边的同名端与D₂的副极连接，D₁的负极与D₂的正极之间依次串联有C₁、C₂；C₁、C₂的中间点分别连接到T₁副边的同名端以及T₂副边的异名端；T₁副边的异名端与T₂副边的同名端构成光伏充电控制单元的输出端。

本发明的太阳能直流驱动控制器是一款集太阳能与市电供电管理、模拟量与开关量信号传感器接入、电气设备直流供电驱动及管理、有线与无线数据传输等诸多功能结合的控制器，采用太阳能优先、市电补充的供电方式管理；能够实现采集现场的液位、流量等传感器的模拟量和开关量数据，并实现按污水处理工艺流程，实施对水泵、风机等电气设备的控制和状态检测。本实施例中所述CPU选用TMS320F28335。

所述集中式管理运行维护平台包括环保数据中心、云服务器、环保局管理中心、智能手机；所述污水处理单元通过通信单元与环保数据中心、以及智能手机连接；所述环保数据中心与云服务器连接，所述云服务器与环保局管理中心连接。所述集中式管理运行维护平台能够将分布在各个地点的每一台设备进行联网，形成集中式的管理平台，通过远程数据传输，将各个设备的运行参数情况，进行实时检测及数据分析，从而更好的配套和保障农村分布式污水处理系统的有效、可靠运行。

所述传感器包括水位传感器、流量计、浮球液位开关及水质检测传感器，均通过传感器信号线与CPU连接，水位传感器、流量计、水质检测传感器等模拟量传感器，采用4-20mA/1-5mA信号接入系统；浮球液位开关可以采用1-5V信号接入系统。

所述通信单元包括GPRS无线通信模块以及RS485有线通信模块，能够实现无线有线双冗余远程数据通信功能；本实施例中所述GPRS无线通信模块选用成熟的UART-GPRS模块，可将CPU处理后的数据通过UART数据流转变为GPRS数据流，以无线的方式传送到目标服务器上。所述CPU还通过传感器信号线连接一个继电器输出单元，可用来接入报警器，为预留功能。

以上述依据本发明理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。