【正文】 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 污水處理概述 1 污水處理氧化溝曝氣機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1 2 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及研究意義 5 論文的組織 6第2章 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 7 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的簡介 7 系統(tǒng)主控器的比較與選擇 7 單片機(jī) 7 可編程序控制器 8 主控器的選擇 10 系統(tǒng)的方案分析 10 基于PLC的曝氧機(jī)控制系統(tǒng) 10第3章 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 12 可編程序控制器設(shè)計(jì) 12 PLC的硬件系統(tǒng) 12 PLC的基本工作原理 14 PLC的選型 15 PLC中PID算法的實(shí)現(xiàn) 16 變頻器的選型 18 傳感器選擇 19 變頻器與曝氧機(jī)的電路連接 20 25 PLC的輸入輸出端口分配 錯(cuò)誤！未定義書簽。第4章 曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 26 系統(tǒng)的工作流程圖 26 系統(tǒng)的梯形圖程序 27總 結(jié) 28參考文獻(xiàn) 29致 謝 30附錄A 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的控制電路圖 31附錄B 對應(yīng)梯形圖的指令表 32 第1章 緒論 污水處理概述水是一切生物生存必不可少的物質(zhì)之一，沒有水的世界是無法想象的。雖然我國水資源總量非常豐富，居世界第六位，但是由于人口眾多，人均占有率卻很低，約為世界平均的l/4。由于水污染控制的相對滯后，受污染的水體逐年增加，也加劇了水資源的短缺。而中國迅速進(jìn)行的工業(yè)化、城市化，不可避免地會加快水污染速度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年我國城市污水排放量已達(dá)332億立方米，其中絕大部分污水未經(jīng)有效處理而排入江河湖海。全國90%以上的城市水域受到不同程度的污染，近50%的重點(diǎn)城鎮(zhèn)的集中飲用水不符合取水標(biāo)難。我國北方城市大部分受到資源型缺水的困擾，南方多水地區(qū)由于受到不同程度的污染，已經(jīng)呈現(xiàn)水質(zhì)型缺水趨勢。因此，增加污水處理比例和將污水處理之后再回用是今后我國城市污水處理的趨勢。城市污水是城市地區(qū)范圍內(nèi)的生活污水、工業(yè)廢水和徑流污水的總稱，它通常是由城市管渠匯集排入水體或者通過城市污水處理廠處理后排入水體。隨著城市化水平和人民生活水平的提高，城市生活污水排放量迅速增長，其所占城市污廢水排放量的比例逐年增多。因此世界各國對城市污水都采用集中處理的辦法。我國城市污水處理設(shè)施的建設(shè)比較緩慢，城市污水處理率不到7％，大量污水未經(jīng)處理而直接排入江河、湖泊。因此建立對城市污水進(jìn)行集中處理的法律制度，使有關(guān)城市污水處理廠的建設(shè)、運(yùn)行管理及污水處理收費(fèi)納入法制化軌道，是十分必要的。 污水處理氧化溝曝氣機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)展及研究現(xiàn)狀國外的一些發(fā)達(dá)國家，如英、美、日等國，由于這些國家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，很早的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化，并且經(jīng)濟(jì)發(fā)展得很快，這就引發(fā)了環(huán)境問題特別是水污染問題，但也得到了這些國家的重視，投入大量的人力、物力進(jìn)行水處理的研究，在研究水處理新理論和工藝的同時(shí)，也重視污水處理自動控制系統(tǒng)的研究。先后投資研究高效型、智能型、集約型污水處理設(shè)備和自動化控制儀表，一些發(fā)達(dá)國家經(jīng)過多年的努力，污水處理率已經(jīng)達(dá)到80%～90%，成功地解決了來自城市和工業(yè)的點(diǎn)源污染問題。由于自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展，國外的污水廠很早便實(shí)現(xiàn)了污水廠的網(wǎng)絡(luò)自動控制，如DCS、FCS系統(tǒng)。同時(shí)國外較早的將SCADA技術(shù)引入到給水排水工程中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。國外同時(shí)注重水處理中的PLC的開發(fā)，相繼研制出了一些智能、穩(wěn)定、小巧的控制單元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列、OMRON的歐姆龍PLC；同時(shí)國外也很重視在線儀表的研制，如德國E+H公司，美國的哈希公司相繼研制了溶解氧DO（Dissolved Oxygen）、化學(xué)需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）分析儀。與國外相比，我國污水處理自動化控制起步較晚，七十年代開始采用熱工儀表，實(shí)行集體巡檢；八十年代應(yīng)用分析儀表和DCS系統(tǒng)；至九十年代，隨著一大批利用國際貸款的大型污水處理廠的建成投產(chǎn)，我國污水處理控制系統(tǒng)的自動化水平有了很大提高。從國外引進(jìn)污水廠的自動控制系統(tǒng)已廣泛采用集散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了自動化程度較高的檢測儀表，各種新工藝、新設(shè)備大量出現(xiàn)并得到應(yīng)用?？梢哉f我國污水處理自動化的現(xiàn)狀是：手動和自動皆備，自制和引用并舉?！　∑貧忸愋痛篌w分為兩類：一類是鼓風(fēng)曝氣，一類是機(jī)械曝氣。鼓風(fēng)曝氣是采用曝氣器擴(kuò)散板或擴(kuò)散管在水中引入氣泡的曝氣方式。一般乙烯廠的污水處理多采用這種方式。機(jī)械曝氣是指利用葉輪等器械引入氣泡的曝氣方式。　　所有的曝氣設(shè)備，都應(yīng)該滿足下列3種功能：　?、佼a(chǎn)生并維持有效的氣水接觸，并且在生物氧化作用不斷消耗氧氣的情況下保持水中一定的溶解氧濃度；　?、谠谄貧鈪^(qū)內(nèi)產(chǎn)生足夠的混合作用和水的環(huán)流動；③維持液體的足夠速度，以使水中的生物固體處于懸浮狀態(tài)?！　?）鼓風(fēng)曝氣設(shè)備　　鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、曝氣器和一系列連通的管線組成。鼓風(fēng)機(jī)將空氣通過一系列管道輸送到安裝在池底部的曝氣器，通過曝氣器，使空氣形成不同尺寸的氣泡。氣泡在曝氣器出口形成，尺寸則取決于空氣擴(kuò)散裝置的形式，氣泡經(jīng)過上升和隨水環(huán)流動，最后在液面處破裂，這一過程產(chǎn)生氧向污水中轉(zhuǎn)移的作用。鼓風(fēng)系統(tǒng)的曝氣器主要分為微氣泡、中氣泡、大氣泡、水力剪切、水力沖擊及空氣升液等類型。　　鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo)有：動力效率(Ep)，即每消耗1kW電能轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量；氧的利用效率(EA)，即通過鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到混合液的氧量，占總供氧量的百分比(％)。　　　　2）微氣泡曝氣器微氣泡曝氣器也稱微孔曝氣器，采用多孔性材料如陶粒、粗瓷等摻以適當(dāng)?shù)娜绶尤渲活惖恼硠?，在高溫下燒結(jié)成為擴(kuò)散板、擴(kuò)散管和擴(kuò)散罩的形式。按照安裝的型式，可分為提升式微孔曝氣器及固定式微孔曝氣器。提升式微孔曝氣器主要由微孔曝氣管、活動搖臂、提升機(jī)等3部分組成：①微孔曝氣管即由微孔管、前蓋、后蓋及連接螺栓組成；②活動搖臂是可提升的配管，微孔曝氣管安裝于支氣管上，成柵條狀，底座固定在池壁上，活動立管伸入池中，支管落在池底部，并支架支撐在池底部；③曝氣器提升機(jī)，為活動式電動卷揚(yáng)機(jī)，起吊小車可隨意移動，將搖臂提起?！　∑涔ぷ髟硎牵嚎諝鈴奈馀萜貧夤芎笊w的通氣孔進(jìn)入曝氣管，曝氣管的管壁上密布者許多細(xì)小的孔隙，管內(nèi)空氣在壓力差的作用下，從管壁的孔隙中擴(kuò)散出來，在污水形成許許多多微小的氣泡，并造成水的紊流，從而達(dá)到了將空氣中的氧溶入水中的目的?！　∥⒖灼貧夤艿男问接泻芏?，目前較為常用的有兩種：一種是由粗瓷或剛玉等燒結(jié)而成的普通曝氣管，這種管壁在燒結(jié)過程中產(chǎn)生許多極微小的孔隙，它的主要特點(diǎn)是能產(chǎn)生微小的氣泡，～，氣、液接觸面積大，氧利用率高，一般可達(dá)到20～25％；其缺點(diǎn)是氣壓損失較大，易堵塞，送入的空氣需經(jīng)過濾處理，易損壞，一旦損壞，氧利用率就開始快速下降。另一種是管式膜片微孔曝氣管。這種曝氣管的安裝方式與前一種基本一樣，但其自身的結(jié)構(gòu)卻有很大的區(qū)別，它是由一個(gè)用ABS或UPVC制成的管子作為布?xì)夤?，管壁上開有通風(fēng)孔，布?xì)夤芡庵芨采w著合成橡膠制成的膜片，膜片被金屬卡子固定在管子上。在合成橡膠膜片上用激光等方法打出均勻分布的孔眼。曝氣時(shí)，空氣通過管壁上的通氣孔進(jìn)入膜片與管壁之間，在壓縮空氣的作用下，使膜片微微鼓起，孔眼張開，達(dá)到布?xì)鈹U(kuò)散的目的。停止供氣，氣壓消失后，膜片本身在彈性作用下使孔眼自動閉合，由于水壓的作用，膜片壓實(shí)在管壁上。因此，污水不會倒流而堵塞孔眼。但由于這種膜片的開孔直徑直接影響到氧的利用率，因此，開孔直徑應(yīng)適當(dāng)。開孔直徑過大，氧的利用率較低，開孔直徑過小，氧利用率高，但阻力增大。橡膠膜片應(yīng)選用耐老化，高強(qiáng)度膠質(zhì)，以免膜片出現(xiàn)撕裂，造成曝氣器損壞。　　3）動態(tài)曝氣器　　動態(tài)曝氣器是一種新型的曝氣器，屬于固定安裝式的微氣泡曝氣器，它由圓罩、旋混筒、旋混圈、套接頭抱箍和配氣管組成?！　討B(tài)曝氣器采用了“大孔排氣泡布?xì)狻奔夹g(shù)，將引入曝氣器內(nèi)的空氣分別進(jìn)行正旋和反旋導(dǎo)流，正旋導(dǎo)流為順時(shí)針方向，反旋導(dǎo)流為逆時(shí)針方向，由兩個(gè)不同方向旋流作用下，在套筒旋混筒內(nèi)形成一個(gè)瞬間連續(xù)局部反應(yīng)的氣液強(qiáng)化旋混區(qū)。由旋混旋流作用所產(chǎn)生的大量氣泡，再經(jīng)圓罩阻擋擴(kuò)散作用之后，均勻密布的向上產(chǎn)生氣泡?？偟膩碚f，動態(tài)曝氣器是由大孔雙向旋混、套筒強(qiáng)化旋混和圓罩阻擋擴(kuò)散等各種結(jié)構(gòu)作用，使氣相在液相中碰撞、剪切和分割，從而形成混合性擴(kuò)散。由于動態(tài)曝氣器采用了大孔排氣，即使停風(fēng)停壓后，污水倒流進(jìn)曝氣器和配氣管中，也不會造成排氣孔堵塞，從而從根本上解決了曝氣器堵塞的問題，可長期保持氧利用率不發(fā)生變化。但由于產(chǎn)生氣泡的直徑較大，氧利用率相對微孔曝氣器要低，一般在15～19％之間。與動態(tài)曝氣器的結(jié)構(gòu)和性能類似的還有旋混曝氣器?！　?）搖臂微孔曝氣器與動態(tài)曝氣器的對比　　除了上面所講的氣泡直徑、氧利用率、是否易堵塞等不同之處外，兩者還有以下幾個(gè)不同點(diǎn)：　　　　搖臂微孔曝氣器為可活動式安裝，當(dāng)曝氣器需要更換或檢修時(shí)，可用提升機(jī)將曝氣器從水中出來，在池面進(jìn)行施工檢修，不影響同池其他曝氣器的工作，不需要停池凈水，檢修成本低，工作量少?！　討B(tài)曝氣器為固定式安裝，一經(jīng)安裝完成后，便不可以移動，如果某間曝氣池需要檢修，就必須停止該池的運(yùn)行，并且將池內(nèi)的污水和淤泥等雜物清除后，方可施工，檢修成本較高?！　　　u臂式微孔曝氣器的失效形式主要有以下3種：①鋼制布?xì)夤苌P后產(chǎn)生氧化鐵以及污水和空氣中的雜物會造成曝氣管內(nèi)堵，曝氣管內(nèi)氣流分布不均勻，使曝氣管抖動，而產(chǎn)生疲勞損壞；②曝氣管安裝在管接頭上，在曝氣管抖動和污水腐蝕的雙重作用下，管接頭易從根部折斷，污水的腐蝕還會造成布?xì)夤鼙跍p薄穿孔；③水下?lián)u臂活動關(guān)節(jié)長期浸泡在水中，可能會因?yàn)樯P等原因而無法轉(zhuǎn)動，從而使得曝氣器不能正常提升到水面。以上3種失效形式，經(jīng)過近年來的新技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)得到很大的改善，使得曝氣器的使用壽命可達(dá)5年左右?！　討B(tài)曝氣器的失效形式則有：由于疲勞或腐蝕等原因，曝氣頭各部件(如圓罩、旋混筒、旋混圈等)之間的連接件斷裂或松脫，而造成曝氣頭解體或脫落；配氣管斷裂；配氣管一般采用UPVC等非金屬管材，管子與管子，管子與管件多用膠水粘連，一旦粘接不牢，容易從粘連處脫落和漏氣。這3種失效形式一般可以通過合理選型，正確選材，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)等方法來避免。因此，這種曝氣器的使用壽命較長，可達(dá)8～10年。　　　　搖臂式微孔曝氣器因?yàn)橛醒趵寐矢?、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，較多應(yīng)用在生產(chǎn)負(fù)荷較重、污水水質(zhì)較惡劣的一級生化系統(tǒng)；固定式動態(tài)曝氣器則因?yàn)橛醒趵寐噬缘偷梢蚤L期保持，檢修困難但使用壽命長的特點(diǎn)，一般應(yīng)用在生產(chǎn)負(fù)荷較低，污水水質(zhì)較好的二級生化系統(tǒng)?！　∑貧馄鞯姆N類非常多，經(jīng)過不斷的更新和發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和性能更是有著日新月異的變化。本文介紹的只是其中極少的幾種，所作的論述也只是根據(jù)本地區(qū)的有限幾家污水處理場的情況而作，一些看法帶有很大的片面性和局限性。其實(shí)，曝氣器的選用依據(jù)各有側(cè)重，主要考慮下列因素：　?、倏諝鈹U(kuò)散裝置應(yīng)具有較高的氧利用率和動力效率，具有較好的節(jié)能效果；　　　　②不易堵塞，出現(xiàn)故障易排除，便于維護(hù)管理；　　　　③構(gòu)造簡單，便于安裝，工程造價(jià)及裝置本身成本都較低?！　〈送猓€應(yīng)考慮污水的水質(zhì)，地區(qū)條件以及曝氣池型、水深等。 污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及研究意義《污水處理氧化溝曝氧機(jī)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)》的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容要求如下：⑴水流速度和水含氧量檢測電路及其信號處理電路設(shè)計(jì)；⑵檢測數(shù)據(jù)處理及通訊設(shè)計(jì)；⑶自動故障檢測及安全保護(hù)、報(bào)警電路設(shè)計(jì)；⑷控制算法研究及軟件設(shè)計(jì)等。而本設(shè)計(jì)的研究意義在于：曝氣是使空氣與水強(qiáng)烈接觸的一種手段，其目的在于將空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)放逐到空氣中。換言之，它是促進(jìn)氣體與液體之間物質(zhì)交換的一種手段。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌。空氣中的氧通過曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進(jìn)行傳質(zhì)轉(zhuǎn)移，這種傳質(zhì)擴(kuò)散的理論，目前應(yīng)用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。雙膜理論認(rèn)為，在“氣水”界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液