尼加拉瓜负责环境的政府机构 MARENA 要求我们在 Geek Ranch 使用生物滤池废水处理系统，而不是传统的化粪池和渗滤场。理由是我们在自然保护区内建造，因此我们受到的标准比保护区外通常的标准更高。

虽然我们不声称是废水处理系统专家，但我们是技术人员，所以这听起来像是一个技术挑战。除此之外，好消息是，我们当地一位朋友从废水工程师（尽管与这项工作相关的头衔还有很多）岗位退休，因此我们有资源将他对系统（恕我直言）物料处理部分的知识与我们对控制系统的知识相结合。

在控制系统技术方面，Willy Smith 是 Geek Ranch 的另一位参与者，在控制系统方面拥有丰富的工程经验。由于他也是 Linux 技术人员，因此 Linux 似乎是正确的答案。您在这里看到的是系统技术方面的设计规范。

任务

首先，让我定义系统要求。我们需要处理来自餐厅、酒店和 geek 小木屋的废物流。我们之前已决定将黑水（厕所废水）与灰水（淋浴、水槽、洗涤水等）分开。我们原本打算从一个能够处理我们初始建设总负荷的传统化粪池系统开始。然后，我们将建造一个灰水处理系统（可能使用植物），并将灰水转移到该系统，从而释放化粪池容量以支持更多的酒店客房和 geek 小木屋。

根据新的要求，我们将仅将化粪池用于黑水。化粪池的输出将与灰水流在蓄水池中汇合，并一起处理。因此，我们前期的成本会略高一些，但本质上是相同的长期系统。

一个变化是，我们将使用一个独立的生物滤池来处理废物流，而不是使用植物床。维基百科对我在说什么提供了一个合理的解释。他们谈到的滴滤池是取代植物床的部分。

它的工作原理是，您在过滤器中填充具有大量表面积的物质，例如开孔聚氨酯泡沫块。好氧细菌会聚集在泡沫上。您将流出物喷洒在上面，细菌会分解有害物质。固体沉淀出来，产生的液体分散在传统的渗滤场中。

在操作中，您希望分批填充生物滤池。例如，您可能希望在其上喷洒五加仑的废水，然后让它完成其工作。您喷洒它的频率取决于您必须处理多少废物。您不希望“用完”所有废物，因为生物滤池会变干，细菌会死亡，然后系统将不得不再次经历启动周期以重新激活细菌。

该系统部分将由两个水箱和一个控制阀组成。首先，一个大水箱（一天的黑水和灰水总容量）和一个剂量箱。剂量箱是一个带有满液位传感器的小水箱。控制系统打开从蓄水池到剂量箱的阀门，直到剂量箱满为止，然后关闭阀门。

剂量箱的输出通向一个喷头，该喷头将流出物喷洒在生物滤池介质上。

技术

这里需要一个控制系统，但我们也希望尽可能接近低技术端，原因如下

1. 我们位于偏远地区。我们不想依赖难以找到的零件。（这实际上是我们决定使用开孔泡沫作为生物滤池而不是其他更专业的材料的原因之一）。
2. 我们是 Geek Ranch，而不是污水处理厂。我们不希望需要一名工程师在职来运行系统。
3. 我们希望最大限度地减少用电量。理想情况下，我们希望系统能够依靠内部电池运行，比如说 24 小时。
4. 我们希望这种设计对其他需要类似系统的人有用。

由于建筑物位于海拔 1370 米处，并且超过 75% 的地块位于至少低 50 米处，因此我们可以利用重力将液体从一个水箱移动到另一个水箱。因此，唯一的电力需求是控制系统本身和一个用于填充剂量箱的阀门。

控制系统实际上只有两个必需的任务

1. 在正确的时间间隔和正确的时间量打开控制阀，以填充生物滤池。
2. 监控系统以检测问题，例如生物滤池堵塞。

但是，最好生成操作日志。例如，这可以告诉我们系统何时接近容量。（您可以从生物滤池的填充频率中得知这一点。）

您需要为系统配置的参数是

• 剂量箱的大小。这就是您如何确定从蓄水池取多少废物喷洒到生物滤池上的方法。
• 最小剂量率
• 最大剂量率
• 蓄水池的大小
• 警报条件（例如蓄水池中的高液位）

控制系统的输入是

• 蓄水池中的液位
• 剂量箱已满
• 生物滤池已满（指示故障）
• 沉淀池已满
• 电池电量低
• 可能还有其他传感器用于检测其他区域的可能故障
• 系统启动/停止开关（例如，用于清洁生物滤池）

控制系统的输出是

• 打开通往剂量箱的阀门
• 面板指示器以显示系统状态（可能使用 LCD 或 LED 显示屏）
  • 系统开启
  • 储水箱液位信息
  • 剂量阀打开
  • 系统故障（也可能是声音警报）
• 状态报告信息（详见下文）

错误条件包括

• 蓄水池已满
• 蓄水池已空
• 剂量箱仍然是满的（指示喷洒系统堵塞）
• 剂量箱仍然是空的（指示剂量阀故障或来自蓄水池的管道堵塞）
• 生物滤池仍然是满的（指示它已堵塞）
• 沉淀池已满（指示渗滤场系统堵塞）

状态报告只是一个按时间顺序排列的日志，显示系统事件。以下是生成日志条目的时间

• 系统重启
• 每次向剂量箱发送剂量时
• 当发生故障情况时
• 当故障被清除时

每个条目都将包含

• 时间戳
• 事件（重启、剂量、故障、故障清除）
• 蓄水池中的液位
• 如果这是一个剂量，则剂量阀保持打开以填充剂量箱的时间

对于硬件，我正在考虑以下内容

• VIA EPIA 5000AG 主板
• USB（或 CF）作为“磁盘”
• 插入式连接器 12V 电源

这是一个无风扇 CPU 板，配备 533MHz VIA C3 处理器。并行端口将用于我们需要的 I/O 线，状态显示除外。状态显示将通过 RS-232 串行端口处理。对于配置和读取状态日志，基于 Web 的界面最有意义。我们可以使用以太网端口远程连接到系统，以将其连接到网络（直接或通过 WiFi 无线电），或者添加带有通信无线电的 PCI 卡。

显然，像 Apache 这样的东西太过分了。几年前，我使用 Karrigell（一个基于 Python 的应用程序框架，其中包含自己的 Web 服务器）设计了一个广播电台控制器。它体积小、易于理解且效果很好。

与广播电台设计非常相似，控制系统的实时任务可以只读取一些保存的参数以了解要做什么，并将日志记录附加到日志文件中。为了防止过度更新闪存存储中的单个位置，日志可以保存在 RAM 中，然后定期刷新到闪存。

就是这样——一个 Linux 控制的污水处理厂。虽然这可能不是令人兴奋的鸡尾酒会谈话内容，但它似乎是解决现实世界问题的好方案。现在，我们只需要密码保护状态系统，这样我们的技术人员就不会尝试多次冲洗厕所，看看蓄水池中的液位是否发生变化。