申请日2018.07.12
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种基于大数据控制的污水曝气净化系统，该系统主要通过大数据控制污水的曝气处理操作，从而达到净化污水的目的。该系统包括：居民生活污水产生端、微型水质在线监测仪、家用电脑与智能手机(云计算端)、大数据处理与污水处理能力分派系统、小型曝气式污水处理单元等。本系统创造性的将大数据控制技术运用到污水净化中，通过在线监测每一户居民的污水排放量及污染物浓度，并将全部信息传输至大数据控制系统，通过该系统掌握的云计算资源，可充分利用每一户居民的电脑和手机的闲置计算能力，同时充分掌握每一个污水处理单元的闲置处理能力，准确高效的将不同水量和不同浓度的污水处理任务分派给最适合的曝气式污水处理单元。
权利要求书
1.一种基于大数据控制的污水曝气净化系统，其特征在于，该系统包括：居民生活污水产生端、微型水质在线监测仪、家用电脑与智能手机、大数据处理与污水处理能力分派系统、小型曝气式污水处理单元等;其中，每一户居民家均作为一个居民生活污水产生端，其不定时、不定量的产生生活污水，每一居民生活污水产生端的排口处均安装有一部微型水质在线监测仪，每一居民生活污水产生端的排口集中汇入大数据处理与污水处理能力分派系统，大数据处理与污水处理能力分派系统的出口设有若干条污水管线，每一条污水管线均连接至一套小型曝气式污水处理单元，经小型曝气式污水处理单元净化处理后的中水进行回用;其中，小型曝气式污水处理单元的入口处设有粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接至一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接至生物曝气池，生物曝气池的出口通过废水管线连接至二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接至紫外线灭菌池，紫外线灭菌池的出口通过废水管线将经过本系统处理后的中水外排并回用，同时，污水处理单元负荷监视系统对小型曝气式污水处理单元中的每一个处理设施的处理负荷进行监控;其中，大数据处理与污水处理能力分派系统设有若干个污水入口，其分别与每一户居民家的污水管线相连，每一条污水管线在进入该系统内部之后，均安装有一个进水管电磁阀，同时，大数据处理与污水处理能力分派系统设有若干个污水出口，其分别与每一套小型曝气式污水处理单元相连，每一条污水管线在离开该系统之前，均安装有一个出水管电磁阀，同时，大数据处理与污水处理能力分派系统分为进水端——云计算控制系统、出水端——污水处理能力分派系统两部分，进水端——云计算控制系统分别对微型水质在线监测仪、进水管电磁阀、家用电脑与智能手机进行数据交换与程控，出水端——污水处理能力分派系统分别对污水处理单元负荷监视系统、出水管电磁阀进行数据交换与程控，同时，进水端——云计算控制系统和出水端——污水处理能力分派系统之间也可进行数据交换与程控。
2.根据权利要求1所述的基于大数据控制的污水曝气净化系统，其特征在于，当N户居民产生生活污水并排放时，位于每一户居民生活污水排口处的微型水质在线监测仪可实时监测并上传污水排放量及污染物浓度数据至进水端——云计算控制系统，由于该类数据总量属于大数据范畴，进水端——云计算控制系统自身的CPU不具备单独集中处理上述全部数据信息的能力，故该系统将上述大数据信息重新分派、封包，并分别发包至各个居民家中的家用电脑与智能手机之上，由上述若干家用电脑及智能手机分别完成对大数据信息的演算处理操作，再将演算处理结果封包并发送回进水端——云计算控制系统，从而完成整个云计算过程;同时，若干个小型曝气式污水处理单元中安装的污水处理单元负荷监视系统可以实时监控每一个处理单元的处理负荷水平，并将全部监控数据上传至出水端——污水处理能力分派系统，由于该类数据总量属于大数据范畴，出水端——污水处理能力分派系统将上述大数据信息重新分派、封包，并先期发送至进水端——云计算控制系统，再由进水端——云计算控制系统发送至各个居民家中的家用电脑与智能手机之上，由上述若干家用电脑及智能手机分别完成对大数据信息的演算处理操作，再将演算处理结果封包并发送回进水端——云计算控制系统，最后由进水端——云计算控制系统发送至出水端——污水处理能力分派系统;其后，进水端——云计算控制系统与出水端——污水处理能力分派系统进行结果信息交换，并将某一个或几个居民家实时产生的污水流量、污染物浓度状态与某一个或几个小型曝气式污水处理单元的闲置处理能力进行匹配，从而确定最适合的目标污水处理单元，而后，进水端——云计算控制系统与出水端——污水处理能力分派系统分别发送指令控制各个进水管电磁阀和出水管电磁阀的开闭，完成污水调派操作，将待处理污水准确引流至目标污水处理单元中进行曝气净化处理。
3.根据权利要求1所述的基于大数据控制的污水曝气净化系统，其特征在于，进水端——云计算控制系统与出水端——污水处理能力分派系统均采用企业级高性能服务器，其架构为4U式，CPU采用4枚Intel-至强E7-4800V3型，内存类型为DIMM型，内存插槽数量为48个，硬盘接口支持SATA/SAS/SSD等不同类型，操作系统支持Microsoft Windows Sever、Red Hat Enterprise Linux、SUSE Linux Enterprise Server、Citrix XenServer、VMwareESXi、Huawei FusionSphere等，电源支持110V/220V AC或-48V DC输入。
4.根据权利要求1所述的基于大数据控制的污水曝气净化系统，其特征在于，小型曝气式污水处理单元的日处理能力为300m3，其生物曝气池容积为120m3，曝气处理周期为8h，曝气泵的流量范围为0.7～50m3/h。
5.根据权利要求1所述的基于大数据控制的污水曝气净化系统，其特征在于，进水管电磁阀与出水管电磁阀均采用直动式碳钢电磁阀，其最高工作压力为0.8MPa，工作温度范围为0～130℃，响应时间小于2s，工作电压为220V/380V。
说明书
一种基于大数据控制的污水曝气净化系统
技术领域
本发明涉及一种基于大数据控制的污水曝气净化系统，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
随着全球云计算、物联网、移动互联网等新一轮信息技术迅速发展和深入应用，城市信息化发展正酝酿着重大变革和新的突破，由对象、过程数字化为主要特征的数字化城市向智能化发展已成为必然趋势。在我国智慧城市已经上升到国家的经济、科技战略层面，污水处理是城市管理的重要组成部分，同时也是智慧城市建设的必然延伸，“智慧水务”理念也随之产生。在这个日新月异的新经济时代中，城市水务管理效率和服务水平只有顺应大势，全面应用最新科技与互联网思维才能获得长足提升，利用智慧水务平台从根本上解决人们对城市水污染、生活污水处理等问题的诉求与矛盾。
污水处理系统是城市水务系统重要组成部分，与整个城市乃至整个国家的生态环境息息相关。我国的污水处理技术目前已实现完全自动化控制，在计算机自动化控制系统中可以实现对污水处理过程中的突发情况的自动报警、操作和调节等功能。然而，污水处理过程是一个处理工艺及其复杂的生化过程，不可能长期稳定的处于正常状态。
管理和操作人员长期以来是根据多年的积累和经验对污水处理过程进行管理，这就要求这些管理和操作人员具有较长时间的实际操作经验和广泛的知识，且要时刻驻守在现场，以处理各种可能发生的问题。从单个污水厂运营的角度来看，目前的处理技术和管理模式基本上可以满足日常污水处理的需求。但从市场的角度来看，需要额外增加很多人工成本来应对各类问题的发生，且问题解决的效率和掌控能力完全取决于现场管理人员所掌握经验的程度。然而，对于数量庞大的乡镇污水处理厂来说，却是一个需要关注的难题。乡镇污水处理厂具有如下几个特点：①小型且高度集成化;②分布较广且分散，有些处于偏远地区;③水质水量非常不稳定;④对运营成本控制比较苛刻;⑤缺少具备经验的专业管理人员。这些特点无疑会增加小型污水处理厂后期运营的难度，将会成为需要广泛关注并亟待解决的问题。
面对传统污水处理方式所存在的各类问题，我们显然应该跳出固有的思维定式与技术路线，创造性的将大数据与云计算的概念融入到城市污水处理领域中，开辟出城市污水处理的新途径，进而开发一种全新形式的基于大数据控制的污水曝气净化系统。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于大数据控制的污水曝气净化系统，该系统主要通过大数据控制污水的曝气处理操作，从而达到净化污水的目的。
该系统包括居民生活污水产生端、微型水质在线监测仪、家用电脑与智能手机(云计算端)、大数据处理与污水处理能力分派系统、小型曝气式污水处理单元等;其中，每一户居民家均作为一个居民生活污水产生端，其不定时、不定量的产生生活污水，每一户居民家的生活污水管线处均安装有一部微型水质在线监测仪，该仪器可实时监测并上传每一户居民家当前的污水排放量及污染物浓度数据至进水端——云计算控制系统，经过微型水质在线监测仪后的污水经过上述若干条污水管线集中汇入大数据处理与污水处理能力分派系统，该系统具备大数据控制、云计算管理、污水调派处理等功能，大数据处理与污水处理能力分派系统的出口设有若干条污水管线，每一条废水管线均连接至一套小型曝气式污水处理单元，经小型曝气式污水处理单元净化处理后的中水进行回用;其中，小型曝气式污水处理单元的入口处设有粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接至一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接至生物曝气池，生物曝气池的出口通过废水管线连接至二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接至紫外线灭菌池，紫外线灭菌池的出口通过废水管线将经过本系统处理后的中水外排并回用，同时，污水处理单元负荷监视系统对小型曝气式污水处理单元中的每一个处理设施的处理负荷进行监控;其中，大数据处理与污水处理能力分派系统设有若干个污水入口，其分别与每一户居民家的污水管线相连，每一条污水管线在进入该系统内部之后，均安装有一个进水管电磁阀，同时，大数据处理与污水处理能力分派系统设有若干个污水出口，其分别与每一套小型曝气式污水处理单元相连，每一条污水管线在离开该系统之前，均安装有一个出水管电磁阀，同时，大数据处理与污水处理能力分派系统分为进水端——云计算控制系统和出水端——污水处理能力分派系统两部分，进水端——云计算控制系统分别对微型水质在线监测仪、进水管电磁阀、家用电脑与智能手机(云计算端)进行数据交换与程控，出水端——污水处理能力分派系统分别对污水处理单元负荷监视系统、出水管电磁阀进行数据交换与程控，同时，进水端——云计算控制系统和出水端——污水处理能力分派系统之间也可进行数据交换与程控。
其中，当某N户居民产生生活污水并排放时，位于每一户居民生活污水排口处的微型水质在线监测仪可实时监测并上传污水排放量及污染物浓度数据至进水端——云计算控制系统，由于该类数据总量极为庞大，属于大数据范畴，进水端——云计算控制系统自身的CPU不具备单独集中处理上述全部数据信息的能力，故该系统将上述大数据信息重新分派、封包，并分别发包至各个居民家中的家用电脑与智能手机之上，由上述若干家用电脑及智能手机分别完成对大数据信息的演算处理操作，再将演算处理结果封包并发送回进水端——云计算控制系统，从而完成整个云计算过程;同时，若干个小型曝气式污水处理单元中安装的污水处理单元负荷监视系统可以实时监控每一个处理单元的处理负荷水平，并将全部监控数据上传至出水端——污水处理能力分派系统，由于该类数据总量极为庞大，属于大数据范畴，出水端——污水处理能力分派系统自身的CPU不具备单独集中处理上述全部数据信息的能力，故该系统将上述大数据信息重新分派、封包，并先期发送至进水端——云计算控制系统，再由进水端——云计算控制系统发送至各个居民家中的家用电脑与智能手机之上，由上述若干家用电脑及智能手机分别完成对大数据信息的演算处理操作，再将演算处理结果封包并发送回进水端——云计算控制系统，最后由进水端——云计算控制系统发送至出水端——污水处理能力分派系统;其后，进水端——云计算控制系统与出水端——污水处理能力分派系统进行结果信息交换，并将某一个或几个居民家实时产生的污水流量、污染物浓度状态与某一个或几个小型曝气式污水处理单元的闲置处理能力进行匹配，从而确定最适合的目标污水处理单元，而后，进水端——云计算控制系统与出水端——污水处理能力分派系统分别发送指令控制各个进水管电磁阀和出水管电磁阀的开闭，完成污水调派操作，将待处理污水准确引流至目标污水处理单元中进行曝气净化处理。
其进水端——云计算控制系统与出水端——污水处理能力分派系统均采用企业级高性能服务器，其架构为4U式，CPU采用4枚Intel-至强E7-4800(V3)型，内存类型为DIMM型，内存插槽数量为48个，硬盘接口支持SATA/SAS/SSD等不同类型，操作系统支持Microsoft Windows Sever、Red Hat Enterprise Linux、SUSE Linux EnterpriseServer、Citrix XenServer、VMware ESXi、Huawei FusionSphere等，电源支持110V/220VAC或-48V DC输入。
其小型曝气式污水处理单元的日处理能力为300m3，其生物曝气池容积为120m3，曝气处理周期为8h，曝气泵的流量范围为0.7～50m3/h。
其进水管电磁阀与出水管电磁阀均采用直动式碳钢电磁阀，其最高工作压力为0.8MPa，工作温度范围为0～130℃，响应时间小于2s，工作电压为220V/380V。
通过本系统处理后的生活污水，其净化效率可达95%以上。
本发明的优点在于：
(1)本系统摆脱了传统的城市生活污水处理技术思路，创造性的将大数据控制技术运用到污水净化中，通过在线监测每一户居民的污水排放量及污染物浓度，并将全部信息传输至大数据控制系统，通过该系统掌握的云计算资源，可充分利用每一户居民的电脑和手机的闲置计算能力，同时充分掌握每一个污水处理单元的闲置处理能力。
(2)本系统可以实现针对不同流量、不同污染物浓度的生活污水，准确高效的将不同水量和不同浓度的污水处理任务分派给最适合的曝气式污水处理单元，从而实现经济效益与环境效益的最大化。
(3)本系统兼容Microsoft Windows Sever、Red Hat Enterprise Linux、SUSELinux Enterprise Server、Citrix XenServer、VMware ESXi、Huawei FusionSphere等多种操作系统，为用户提供了更为广泛的适用性和选择空间。
(4)本系统宣告了传统城市生活污水处理系统“大、贵、费”时代的终结，以其自身“小、巧、灵”的技术特点，赢得了未来广阔的发展空间。
