【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3 億人的飲水發(fā)生不安全現(xiàn)象，其中 億人的飲水是超標(biāo)水。氣象學(xué)家預(yù)測(cè)， 2100 年全球變暖加劇，地表將有 1/3 的面積變?yōu)樯衬?，那時(shí)，干旱將威 脅全球一半的大陸人類的生存。這些現(xiàn)象都是水污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，因此工業(yè)污水處理項(xiàng)目的實(shí)施已經(jīng)刻不容緩。眾多跡象表面，水資源的短缺無(wú)疑將成為制約經(jīng)濟(jì)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的瓶頸，因此世界各國(guó)越來(lái)越重視水處理和水的再利用，通過各種技術(shù)進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。并且工業(yè)污水處理過程中，經(jīng)過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產(chǎn)提供二次能源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的。隨著環(huán)境保護(hù)的呼聲越來(lái)越高，工業(yè)污水處理已經(jīng)體現(xiàn)出其必要性和緊迫性，對(duì)于各種污水進(jìn)行處理后排放成為各企業(yè)基本的要求。在工廠的 工業(yè)污水處理過程中，污水來(lái)源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復(fù)雜性，對(duì)工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求。 工業(yè)污水處理的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 我國(guó)工業(yè)污水處理技術(shù)從“七五”國(guó)家科技攻關(guān)開始逐步進(jìn)行研究。“七五”和“八五”攻關(guān)項(xiàng)目在氧化塘、土地處理和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術(shù)方面的研究較多，以這些成果為設(shè)計(jì)依據(jù)，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。在人工處理技術(shù)方面，“八五”對(duì)高負(fù)荷活性污泥、高負(fù)荷生物膜、一體化氧化溝技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究成果己被應(yīng)用于大批工業(yè)污水處理廠。污水廠污泥處置問 題在“九五”科技攻關(guān)中受到重視，并配套開發(fā)成套的污泥處理。經(jīng)過“七五 ‖、“八五”和“九五”期間的努力，我國(guó)在工業(yè)污水處理技術(shù)方面取得了較大的成就。目前在水污染治理技術(shù)上，我國(guó)已能提供下列工藝技術(shù)傳統(tǒng)活性污泥法技術(shù)、各種新型活性污泥工藝如： SBR 法和氧化溝技術(shù)等、酸化水解好氧技術(shù)和多種類型的穩(wěn)定塘技術(shù)等，這些污水治理技術(shù)已經(jīng)在水體污染、改善常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2 水體環(huán)境方面發(fā)揮了突出的作用，標(biāo)志著我國(guó)工業(yè)污水處理事業(yè)發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段?，F(xiàn)階段，我國(guó)工業(yè)污水處理的工作重點(diǎn)已經(jīng)從工藝技術(shù)的研究轉(zhuǎn)移到具體項(xiàng)目的實(shí)施。 國(guó)際上，大規(guī)模 的水污染治理是在第二次世界大戰(zhàn)后，隨著 50 年代經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展帶來(lái)的 60 年代日益嚴(yán)重性的環(huán)境污染而展開的。工業(yè)污水處理設(shè)施中，城市排水管線和工業(yè)污水處理廠的興建和運(yùn)行在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。至 70 年代末，美國(guó)投入了數(shù)千億美元興建了 18000 余座城市工業(yè)污水處理廠，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)更耗費(fèi)了巨額資金興建了 7000 至 8000 座城市工業(yè)污水處理廠。這些工業(yè)污水處理廠的投入對(duì)國(guó)家的水體污染改善起了關(guān)鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在，這些國(guó)家的工業(yè)污水處理水平又有了進(jìn)一步提高，興建了一批具有脫氮除 磷功效的設(shè)施，對(duì)水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護(hù)起了重大的作用。 課題的背景 未來(lái) 10 年，中國(guó)工業(yè)污水處理項(xiàng)目工程建設(shè)投資將超過 2500 億元，其中工業(yè)污水處理設(shè)備投入約 300 億元。采用先進(jìn)、實(shí)用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，在環(huán)保工程中廣泛采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，是推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在這種形勢(shì)下工業(yè)污水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)無(wú)疑是一個(gè)具有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的研究課題。 對(duì)于環(huán)境保護(hù)問題，國(guó)務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)污染源都必須達(dá)到排放標(biāo)。其中處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國(guó)是一個(gè) 水資源匱乏的國(guó)家，而且時(shí)空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴(yán)重缺水。所以水資源也是一種保護(hù)。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對(duì)于工業(yè)污水處理非常有必要。因此，有效的結(jié)合目前最新的工藝狀況、計(jì)量自控檢測(cè)儀表使用、 PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)，將為當(dāng)前工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)提供有效的自控方法。 研究目的和意義 世界任何國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都會(huì)推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，使人民生活得到進(jìn)一步改善，但是也隨之帶來(lái)不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來(lái)源之一。這個(gè)污染源的出現(xiàn)引起了世界各國(guó)政府的關(guān)注，治理水 污染環(huán)境的課題被列入世界環(huán)保組織的工作日程。我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，雖然我國(guó)年平均水資源總最為 28000 億 m2，居世界第 6 位，人均水資源量為 2220m2，居世界第 110 位，已經(jīng)被聯(lián)合國(guó)列為世界上 13個(gè)缺水國(guó)家之一。目前我國(guó)約 300 個(gè)城市缺水，其中嚴(yán)重缺水城市有 5O 個(gè)。據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)分析統(tǒng)計(jì)，全國(guó)按目前正常需要，年缺水總里約為 300 億～ 400 億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá) 2300 億。超過洪澇災(zāi)害。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經(jīng)嚴(yán)重的影響了人民的日常生活，嚴(yán)重的影響了我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展 。因此建設(shè)符合我國(guó)國(guó)情的污水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)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(huì)和和諧社會(huì)、保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有重要意義。 課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本課題主要設(shè)計(jì)的內(nèi)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(shè)計(jì) ,主要由以下內(nèi)容組成： 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 （ 1）介紹了工業(yè)污水處理的基本內(nèi)容，包括工業(yè)污水處理的發(fā)展現(xiàn)狀以及工業(yè)污水處理的工藝流程； （ 2）介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析； （ 3）具體分析設(shè)計(jì)工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)； （ 4）具體分析設(shè) 計(jì)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(diào)試與運(yùn)行。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 第 2 章 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(chǎn)污水或經(jīng)過工業(yè)企業(yè)局部處理后的生產(chǎn)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(zhì)、氨基酸、動(dòng)植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細(xì)菌、病毒等使人致病的微生物。經(jīng)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(fù)使用。 污水污染物可根據(jù)化學(xué)性質(zhì)和物理形態(tài)進(jìn)行不同的分類。按化學(xué)性質(zhì)，污水中的污染物質(zhì)可分為無(wú)機(jī)性物質(zhì)和有機(jī)性物質(zhì)，其化學(xué)元素以炭、氮、磷為主。按物理形態(tài)，污水中的污染物質(zhì)可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質(zhì)、膠體污染物質(zhì)和溶解性污染物質(zhì)。 好氧有機(jī)污染物的性質(zhì)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(wú)機(jī)物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物。有機(jī)物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時(shí)，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實(shí)際中，采用以下的幾個(gè)綜合污染指標(biāo) 來(lái)表述：生物化學(xué)需氧量或生化需氧量 （ Biochemical Oxygen Demand, BOD） mg/L、化學(xué)需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、總有機(jī)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(cè)定的時(shí)間太長(zhǎng)，需20 天?？紤]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(jī)物濃度指標(biāo)?；瘜W(xué)需氧量 (COD)的特點(diǎn)是能夠精確的表示污水中有機(jī)物的含量，并且測(cè)定時(shí)間短，但它不能像 BOD 那樣表示出微生物氧化的有機(jī)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(duì)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(lái)處理。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時(shí)候必需要認(rèn)真考慮當(dāng)?shù)匚鬯那闆r，以及實(shí)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(xué)、物理化學(xué)，以及生物等幾種。這些方法根據(jù)實(shí)際情況，可以單一使用，也可以針對(duì)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(xué)處理法。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。 （ 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(guān)鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關(guān)系框圖如圖 21所示。 曝氣池 （微生物吸附有機(jī)物氧化為無(wú)機(jī)物） 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水排出 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 5 圖 21傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 污水中的有機(jī)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(jī)物，并且在曝氣池中被氧化成無(wú)機(jī)物，然后在沉淀池中經(jīng)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(diǎn)有：有機(jī)物去除率高， 污泥負(fù)荷高，池的容積小，耗電省，運(yùn)行成本低。該工藝的缺點(diǎn)有：普通曝氣池占地多，建設(shè)投資大，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)指標(biāo)范圍小、易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(yīng)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(yīng)系統(tǒng)需要得到很好的控 制，這樣就對(duì)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(diǎn)。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(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A2，即 AA，前一個(gè) A 代表 Anaerobic（厭氧的），后一個(gè) 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(duì)除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對(duì)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。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 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(jiǎn)稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負(fù)荷兩段，并分別有獨(dú)立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負(fù)荷段停留時(shí)間約為 20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時(shí)發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除BOD 達(dá) 50%以上。 B 段與常規(guī)活性污泥法相識(shí)，負(fù)荷較低。 AB 法中 A 段效率很高，并有較強(qiáng)的緩沖能力。 B 段起到出水把關(guān)作用，處理穩(wěn)定性較好。對(duì)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(shí)，優(yōu)勢(shì)最為明顯。但是， AB 法污泥產(chǎn)量較大，A 段污泥有機(jī)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(fèi)用。另外，由于 A 段去除了較多的 BOD，造成了碳源不足，難以實(shí)現(xiàn)脫氮工藝的要求。對(duì)于污水濃度低 的場(chǎng)合， B 段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。 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(shè)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(duì)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(jiǎn)稱 ，是一種按照一定的時(shí)間順序間歇式操作的污水生物處理技術(shù)，也是一種按間歇曝氣方式來(lái)運(yùn)行的活性污泥工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。其反應(yīng)機(jī)理及去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運(yùn)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(shí)間順序來(lái)分割流程各單元，以時(shí)間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替生化反應(yīng)，靜置理想沉淀代替動(dòng)態(tài)沉淀等。整個(gè)過程對(duì)于單個(gè)操作單元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過多個(gè)單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運(yùn)行上實(shí)現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合。 本設(shè)計(jì)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： 圖 24 工藝流程圖 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 污水由進(jìn)水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機(jī)進(jìn)行初步排除大塊雜質(zhì)物體，到達(dá)除砂池中。在除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機(jī)進(jìn)一步凈化污水中的細(xì)小顆粒物體，將污水中的細(xì)小沙粒濾除后進(jìn)入氧化溝反應(yīng)池。在該氧化溝系統(tǒng)中進(jìn)行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學(xué)藥劑來(lái)加強(qiáng)處理效果，如復(fù)合堿、氯氣、油絮凝劑等。對(duì)污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整 PH 值。同時(shí)在該系統(tǒng)中設(shè)置有溶解氧儀超聲波檢測(cè)器，通過它對(duì)污水中的含氧量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其反饋到 PLC 的值來(lái)控制曝氣機(jī)變頻器的運(yùn)行，改變污水中溶解氧的含量。潛水?dāng)嚢铏C(jī)的作用是推進(jìn)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(yīng)更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。經(jīng)處理的污水進(jìn)入沉淀池中，在刮泥機(jī)的作用下進(jìn)行物理沉淀，為了加強(qiáng)沉淀效果，同時(shí)加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強(qiáng)烈吸附架橋作用更加容易沉降。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機(jī)作用下進(jìn)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(shù)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(xiàn)代工業(yè)污水處理系統(tǒng)