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正文內(nèi)容

基于s7-200的工業(yè)污水處理系統(tǒng)_畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-10-01 15:13 本頁(yè)面
 

【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)
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