【正文】 澇災害。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經嚴重的影響了人民的日常生活 ，嚴重的影響了我國的經濟建設和發(fā)展。因此建設符合我國國情的污水廠自動控制系統(tǒng)對降低工業(yè)污水處理成本、改善環(huán)境、建立可持續(xù)發(fā)展社會和和諧社會、保持我國經濟高速發(fā)展具有重要意義。 課題主要設計的內容 本課題主要設計的內容是工業(yè)工業(yè)污水處理 工藝及工業(yè)污水處理系統(tǒng)的組成和 PLC 控制系統(tǒng)設計 ,主要由以下內容組成： （ 1）介紹了工業(yè)污水處理的基本內容，包括工業(yè)污水處理的發(fā)展現狀以及工業(yè)污水處理的工藝流程； （ 2）介紹了 PLC 的基本結構和工作原理，并對工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進行設計分析； （ 3）具體分析設計工業(yè)污水 處理的硬件系統(tǒng)； （ 4）具體分析設計工業(yè)污水處理的軟件系統(tǒng)； （ 5）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的調試與運行。 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 4 2 工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)總體介紹 工業(yè)污水處理基本概念 城市污水、生活污水、生產污水或經過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產污水，往往都排入排水系統(tǒng)。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質外，還含有細菌、病毒等使人致病的微生物。經處理后的污水，最后出路有三種： ① 排放水體； ② 灌溉田地； ③ 重復使用。 污水污染物可根據化學性質和物理形態(tài)進行不同的分類。按化學性質，污水中的污染物質可分為無機性物質和有機性物質，其化學元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質、膠體污染物質和溶解性污染物質。 好氧有機污染物的性質穩(wěn)定，在微生物的作用下，借助微生物的新陳代謝功能而降解為無機物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無機物。有機物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實際中，采用以下的幾個綜合污染指標來表述 ：生物化學需氧量或生化需氧量（ Biochemical Oxygen Demand, BOD） mg/L、化學需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機碳 (Total Organic Carbon) mg/L、總需氧量 (Total Oxygen Demand) mg/L。 雖然 BOD20。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時間太長，需20 天。考慮到好氧分解速率一般在開始的幾天最快，在 20℃溫度下，污水五日生化需氧量 (BOD5)，約占 BOD20的 70%～ 80%，因 此把 BOD5作為衡量污染水的有機物濃度指標。化學需氧量 (COD)的特點是能夠精確的表示污水中有機物的含量，并且測定時間短，但它不能像 BOD 那樣表示出微生物氧化的有機物量。 常用的工業(yè)污水處理工藝 不同的工業(yè)污水處理對象，不同的工業(yè)污水處理環(huán)境，將需要有不同的工業(yè)污水處理工藝來處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時候必需要認真考慮當地污水的情況，以及實際的工業(yè)污水處理的環(huán)境。 工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學、物理化學，以及生物等幾種。這些方法根據實際情況，可以單一使用，也可以針對不同的污水混合使用 。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學處理法。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 5 （ 1） 傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最古老的工業(yè)污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關系框圖如圖 21所示。 圖 21 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 污水中的有機物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中經過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高，污泥負荷 高，池的容積小，耗電省，運行成本低。該工藝的缺點有：普通曝氣池占地多，建設投資大，滿足國家標準相關指標范圍小、易產生污泥膨脹現象，磷和氮的去除率低。 （ 2） A/O 法。 A/O 法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A代表 Anoxic（缺氧的）， O代表 Oxic（好氧的）。 A/O 法是一種缺氧 好氧生物工業(yè)污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化 反硝化反應系統(tǒng)，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化 反硝化反應系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣 就對該工藝提出了更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺點。其工藝流程圖如下： 圖 22 A/O 法工藝流程圖 （ 3） A2/O 法。 A2/O 法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A2，即 AA，前一個 A 代表 Anaerobic（厭氧的），后一個A 代表 Anoxic（缺氧的）； O代表（好氧的）。 A2/O 是一種厭氧 — 缺氧 — 好氧工業(yè)污水處理工藝。 A2O 法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般首選 A2/O 工藝。其工藝流程圖如圖 所示。 曝氣池 （微生物吸附有機物氧化為無機物） 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水排出 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 6 圖 23 A2/O 法工藝流程圖 （ 4） A/B 法。 A/B 法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負荷段停留時間約為 20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不完全氧化反應，去除 BOD達 50%以上。 B段與常規(guī)活性污泥法相識，負荷較低。 AB 法中 A段效率很高，并有較強的緩沖能力。 B段起到出水把關作用，處理穩(wěn)定性較好。對于高濃度的工業(yè)污水處理， AB 法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。尤其在采 用污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢最為明顯。但是， AB 法污泥產量較大， A 段污泥有機物含量極高，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費用。另外，由于 A 段去除了較多的 BOD，造成了碳源不足，難以實現脫氮工藝的要求。對于污水濃度低 的場合， B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢。 總體而言， AB法工藝較適合于污水濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設施的大中規(guī)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。 （ 5） SBR 法。 SBR 法 是歇式活性污泥法的簡稱，是一種 按照一定的時間順序間歇式操作的污水生物處理技術，也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥工業(yè)污水處理技術，又稱序批式活性污泥法。其反應機理及去除污染物的機理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運行操作方式不盡相同。 SBR 法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時間順序來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應代替生化反應，靜置理想沉淀代替動態(tài)沉淀等。整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的，但是通過多個單元組合調度后又是連續(xù)的，在運行上實現了有序和間歇操作相結合。 本設計系統(tǒng)工業(yè)污水處 理工藝及描述 ： 本工業(yè)污水處理工藝流程圖如下圖 24 所示： 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 7 圖 24 工藝流程圖 污水由進水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機進行初步排除大塊雜質物體，到達除砂池中。在除砂池系統(tǒng)中細格柵和轉鼓清污機進一步凈化污水中的細小顆粒物體，將污水中的細小沙粒濾除后進入氧化溝反應池。在該氧化溝系統(tǒng)中進行生化處理，分解污水中的有害物質，此環(huán)節(jié)用到一些化學藥劑來加強處理效果，如復合堿、氯氣、油絮凝劑等。對污水進行除油、消毒、調整 PH 值。同時在該系統(tǒng)中設置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對污水中的含氧量進行檢測，根據其反饋到 PLC 的值 來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧的含量。潛水攪拌機的作用是推進水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經處理的污水進入沉淀池中，在刮泥機的作用下進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用更加容易沉降。污水經沉淀池處理最后到達脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機作用下進行脫水處理后排出清水。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)控制形式 早期的控制系統(tǒng)多采用繼電器 —— 接觸器控制系統(tǒng)，但隨著電子技術的飛速發(fā)展，控制 要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現代工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現場總線控制、 PLC 等控制方法。 湖南鐵路科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 （論文） 8 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標準的水質。長期以來，工業(yè)污水處理技術雖然經過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設備運轉率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實現工業(yè)污水處理技術的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現自動化的控制過程，采用 PLC 作為 核心控制器是個較好的方案。 PLC 作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設計過程變得更加簡單，可實現的功能變得更多。與各類人機界面的通信可完成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。由于 PLC 的 CPU 強大的網絡通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數據傳輸與通信變得可能，并且也可實現其遠程監(jiān)控。 利用 PLC 作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。 信號輸入 工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及四類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的 輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。 （ 1）按鈕輸入檢測。大多數為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清