摘要：為了解決用水與水資源緊缺的矛盾，保護(hù)環(huán)境，文章運(yùn)用傳感器技術(shù)，對(duì)生活廢水進(jìn)行統(tǒng)一的判斷、處理和分類，并把得到的可二次利用的廢水儲(chǔ)存起來(lái)進(jìn)行二次利用，給出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的生活廢水智能管理與綜合利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)系統(tǒng)采用軟件與硬件相結(jié)合的模式，可實(shí)現(xiàn)生活廢水的智能管理與綜合利用;避免了化學(xué)試劑對(duì)廢水處理所帶來(lái)的環(huán)境影響，節(jié)省了人工處理所耗費(fèi)的資源，提高了廢水處理和廢水利用的效率。

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物體與物體之間，進(jìn)行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)也廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。利用物聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術(shù)，對(duì)生活廢水進(jìn)行二次利用，可以有效地保護(hù)環(huán)境、緩解水資源等問(wèn)題，為創(chuàng)建節(jié)水型城鎮(zhèn)，實(shí)施可持續(xù)發(fā)展，共建和諧社會(huì)起到了推動(dòng)作用。

1 相關(guān)技術(shù)及現(xiàn)狀

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)生活廢水的智能化處理，把可二次利用的廢水儲(chǔ)存起來(lái)，用于沖便器、智能化綠化和灌溉等。

經(jīng)查閱相關(guān)資料，現(xiàn)有節(jié)水系統(tǒng)對(duì)日常生活廢水只能進(jìn)行人為的判斷，即人為地進(jìn)行三通閥的開關(guān)。

隨著農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工具也在日新月異地更新，其中，灌溉系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率起著不可替代的作用。原有的節(jié)水灌溉系統(tǒng)雖然在降低作物灌溉制度，提高作物產(chǎn)量上有明顯的作用，但由于人工操作的可變性過(guò)大，致使灌溉的合理性無(wú)法得到進(jìn)一步的提高。

本系統(tǒng)基于傳感器技術(shù)，對(duì)土壤含水量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給中央控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)軟件，進(jìn)行運(yùn)算，以精確實(shí)現(xiàn)智能化灌溉。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的生活廢水二次利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(IOT)，通過(guò)系統(tǒng)智能化管理，對(duì)日常生活中的廢水(洗菜水、洗衣水、洗澡水等)進(jìn)行統(tǒng)一的判斷、處理、分類，把可二次利用的廢水儲(chǔ)存在地面下的總蓄水池中，通過(guò)智能化控制，把廢水進(jìn)行綜合利用。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，日常生活中沖便器所需要的水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于生活中產(chǎn)生的可二次利用的廢水。因此，依據(jù)此特點(diǎn)，本系統(tǒng)另一用途：利用傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等對(duì)綠色植被、農(nóng)作物進(jìn)行智能化灌溉。

智能灌溉系統(tǒng)由中央控制計(jì)算機(jī)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、測(cè)量控制單元和相應(yīng)傳感器、灌溉設(shè)備組成。數(shù)據(jù)采集和灌溉控制通過(guò)無(wú)線方式由計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色植被、農(nóng)作物的氣象參數(shù)和灌溉參數(shù)的實(shí)時(shí)采集。

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與以往的廢水處理系統(tǒng)相比較，采用了過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，傳感器進(jìn)行判斷，系統(tǒng)智能化抽水，系統(tǒng)智能化灌溉，避免了以往廢水處理用化學(xué)試劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，節(jié)省了傳統(tǒng)灌溉的人力資源。整個(gè)系統(tǒng)遵循綠色環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)理念，突出體現(xiàn)能源再生利用、超低能耗、信息化控制、健康環(huán)保和人性化的設(shè)計(jì)理念，其工作原理如圖1所示。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

整個(gè)系統(tǒng)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行智能化控制、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有機(jī)地集成了機(jī)械、控制和信息等學(xué)科的相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廢水二次利用智能化管理和綜合利用。系統(tǒng)主要將廢水用于沖便器和智能灌溉。

2.2.1 廢水沖便器

廢水沖便器的設(shè)計(jì)首先是水的過(guò)濾，就是采用過(guò)濾器過(guò)濾一些較大的顆粒物質(zhì)(泥土顆粒、菜葉、紙屑等)。經(jīng)過(guò)濾器處理后，水體中的異味、有機(jī)物、膠體、鐵及余氯的含量大幅下降，并降低了水體的濁度、色度，凈化水質(zhì)，減少對(duì)后續(xù)系統(tǒng)(反滲透、超濾、離子交換器)的污染。

水質(zhì)傳感器主要用于檢測(cè)廢水中所含化學(xué)物質(zhì)濃度(pH值、油脂濃度和一些有毒有害化學(xué)物質(zhì)等)。

在抽水泵的選擇時(shí)，應(yīng)注意不同高度樓層對(duì)所需抽水泵的參數(shù)要求不同。這里分別以高18 m、6層的多層建筑和高54 m、18層的高層建筑為例。多層建筑應(yīng)選擇流量為12.5 m3/h，揚(yáng)程20 m，功率1.5 kW的抽水泵。而高層建筑應(yīng)選擇流量為30 m3/h，揚(yáng)程67 m，功率15 kW的抽水泵。

2.2.2 智能化綠化灌溉和農(nóng)業(yè)灌溉

設(shè)計(jì)首先應(yīng)從地下總蓄水池引出總管道，再在總管道引出各個(gè)分管道到綠地。然后在綠地或者農(nóng)田的不同區(qū)域安裝傳感器，以用來(lái)檢測(cè)土壤的含水量。

由于不同植被或者農(nóng)作物對(duì)土壤含水量的需求不同，因此需要在中央控制計(jì)算機(jī)上建立數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中存放不同植被或者農(nóng)作物需水量有關(guān)數(shù)據(jù)，將傳感器采集到土壤中的含水量的數(shù)據(jù)，利用無(wú)線技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂朴?jì)算機(jī)，和數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、比對(duì)，再由中央控制計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，按量進(jìn)行智能化灌溉。

傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存放在中央控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，經(jīng)系統(tǒng)分析后控制噴水設(shè)備進(jìn)行智能化灌溉。為了防止降雨給植被或農(nóng)作物造成水量過(guò)剩問(wèn)題，中央控制計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)上的天氣預(yù)報(bào)接口相連，實(shí)現(xiàn)及時(shí)調(diào)整灌溉時(shí)間和灌溉所需的水量。

2.3 創(chuàng)新點(diǎn)

住戶家中產(chǎn)生的廢水(洗菜水、洗衣服水、洗澡水等)經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾掉雜質(zhì)后，流經(jīng)每棟建筑物水質(zhì)傳感器進(jìn)行是否可二次利用的判斷(pH值、油脂濃度、一些有毒有害化學(xué)物質(zhì)等)。本設(shè)計(jì)的水質(zhì)傳感器與三通電磁閥相連，可進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)判斷。若廢水可二次利用，則經(jīng)管道流入地面下總蓄水池，否則流入下水管道。

為防止地面下蓄水池中的水出現(xiàn)無(wú)水狀態(tài)，本設(shè)計(jì)在蓄水池中安裝水位傳感器(該水位傳感器用來(lái)控制水位高度和判斷總蓄水池中是否有水)。這樣，在總蓄水池?zé)o水的狀態(tài)下，自來(lái)水管道的電磁閥門自動(dòng)打開，開始往總蓄水池中注水，當(dāng)水位達(dá)到水位傳感器上端探頭時(shí)停止注水。

樓頂水箱采用智能化管理進(jìn)行抽水。即：在樓頂水箱安裝水位傳感器，并與抽水泵相連，實(shí)現(xiàn)智能化抽水管理(當(dāng)水位過(guò)低時(shí)，抽水泵開始抽水;當(dāng)水位過(guò)高時(shí)，抽水泵停止抽水)。

此外，本設(shè)計(jì)還利用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色植被、農(nóng)作物的氣象參數(shù)和灌溉參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，并可進(jìn)行智能化灌溉。

2.4 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

針對(duì)目前的節(jié)水便器設(shè)計(jì)和智能化灌溉系統(tǒng)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)整棟樓的廢水進(jìn)行智能化統(tǒng)一管理和處理，以實(shí)現(xiàn)廢水的分類、處理，把可二次利用的水儲(chǔ)存起來(lái)進(jìn)行二次利用(如：用于沖便器、智能化農(nóng)業(yè)灌溉、智能化綠化灌溉等)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)進(jìn)行廢水處理時(shí)，實(shí)現(xiàn)了廢水的分類處理，廢水的智能化處理，智能化灌溉，節(jié)省了以往的人工處理所耗費(fèi)的資源，提高了廢水處理的效率。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)集成了機(jī)械、控制和信息等學(xué)科的相關(guān)技術(shù)，因而具有電力驅(qū)動(dòng)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)廢水進(jìn)行智能化處理、管理和智能化綜合利用，從而避免了以往用化學(xué)試劑對(duì)廢水處理所產(chǎn)生的對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，節(jié)省了以往的人工處理所耗費(fèi)的資源，提高了廢水處理和綜合利用的效率。

本系統(tǒng)可一次性投資，終身永久受益，同時(shí)可對(duì)綠色植被、農(nóng)作物等進(jìn)行智能化灌溉。另外，本系統(tǒng)通用性強(qiáng)，可實(shí)施性強(qiáng)，可用于小區(qū)、學(xué)校、酒店、企業(yè)等不同建筑。