【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)看，在設(shè)計(jì)中應(yīng)重視以下問(wèn)題： 1． 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該依據(jù)污水廠的規(guī)模、工藝復(fù)雜程度合理地選擇控制系統(tǒng)。使自控水平、設(shè)備水平與工藝水平相適應(yīng)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要力求簡(jiǎn)明，避免復(fù)雜的控制模式造成系統(tǒng)可靠性下降的問(wèn)題。針對(duì)污水處理工 藝特點(diǎn)，研究?jī)?yōu)化控制機(jī)理，開(kāi)發(fā)與主導(dǎo)工藝相適應(yīng)的污水處理廠集散式自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 2． 污水處理工藝發(fā)展很快，一些復(fù)雜高效工藝的出現(xiàn)，使自控系統(tǒng)從固定程序向智能化發(fā)展。特別是一些重要的工藝環(huán)節(jié)如絮凝加藥、泵站調(diào)度、 鼓風(fēng)機(jī)曝氣量控制、 二次生化 處理 等采用先進(jìn)的檢測(cè)儀器和智能化的控制方式，不僅可以提高處理效果，而且可以獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)污水廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。因此，在自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)積極地引入新的控制方法和控制設(shè)備。 3． 應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮合理地平衡進(jìn)口設(shè)備和國(guó)產(chǎn)配套設(shè)備的比例。坦白地講 ，國(guó)產(chǎn)自控設(shè)備在目前 很難得到廣泛應(yīng)用，進(jìn)口設(shè)備將占主導(dǎo)地位。但自控系統(tǒng)、儀表、執(zhí)行設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化 和系列化將迅猛發(fā)展 ， 而且一些進(jìn)口 設(shè)備在軟、硬 件上出現(xiàn)問(wèn)題造成系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行的情況也時(shí)有 發(fā)生，特別是備品、備件和軟件接口問(wèn)題困擾著不少污水處理廠，因此應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)軟、硬件 設(shè)備， 開(kāi)發(fā)在線式連續(xù)測(cè)量的 COD儀、 TOC儀、氨氮儀、污泥濃度儀、沼氣流 量計(jì)， 改善溶解氧儀、 pH儀、水位計(jì)在污水環(huán)境中的運(yùn)行性能。 本文主要工作 本課題中我對(duì)污水處理過(guò)程控制系統(tǒng)的上位機(jī)的組態(tài)部分、下位機(jī)控制部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，根據(jù)污水處理流程和污 水廠的具體要求，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試工作。 第 1章 是綜述， 分析 了 國(guó)內(nèi)污水處理廠自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 。 第 2章對(duì)工業(yè)污水處理流程的整個(gè)工藝流程進(jìn)行詳盡的介紹和分析。 第 3章和第 4章設(shè)計(jì)了污水處理控制系統(tǒng)。根據(jù)污水廠的要求，制定了工藝上可行的整體控制方案，以尋求最大程度上實(shí)現(xiàn)全部工藝的自動(dòng)化。根據(jù)工藝要求對(duì)西門(mén)子 PLC和組態(tài)王進(jìn)行了編程，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的控制功能和組態(tài)王的監(jiān)視管理功能。 第 5章是總結(jié) 。 8 第 2 章 污水處理 工藝 方案設(shè)計(jì) 污水來(lái)源 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)面向 的對(duì)象主要為城市工業(yè)及生活污水。 其中工業(yè)廢水約為 70% ， 生活廢水約為 30% 。 由于廢水的有機(jī)物污染物濃度較高，可生化性較好，適合于進(jìn)行生物降解。廢水的排放不均勻，水質(zhì)、水量的波動(dòng)較大，處理系統(tǒng)要有一定的可調(diào)性和抗沖擊負(fù)荷的能力。目前來(lái)看， 以控制富營(yíng)養(yǎng)化為目的的氮、磷脫除已成為城市污水處理的主要目標(biāo)。因此， 處理系統(tǒng)要有較好的脫氮除磷能力，以確保在去除有機(jī)物的同時(shí)去除氮磷污染。 在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 考慮到污水處理 廠的實(shí)際情況， 污水處理系統(tǒng)應(yīng)朝著最小的 COD氧化、最低的 2CO 釋放、最少的剩余污泥產(chǎn)量以及實(shí)現(xiàn)磷回收和處理水回用等方向努力。 污水處理工藝 污水處理工藝 近年來(lái)在城市污水處理的工藝中，比較流行的污水處理工藝有很多種，如 AB法、氧化溝法、生物膜法、卡魯塞爾氧化溝、奧貝爾氧化溝、一體化氧化溝、 A/O工藝、 A/A/O工藝、生物曝氣過(guò)濾、 UNITANK的工藝、SBR法等（ SBR法經(jīng)過(guò)不斷演變和改良，又產(chǎn)生或同期發(fā)展為 ＣＡＳＳ 和 ＣＡＳＴ ） ， 各 種工藝都有其各自的特點(diǎn)。因此一個(gè)污水處理廠的工藝選擇應(yīng)根據(jù)污水量、污水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)，在考慮經(jīng)濟(jì)條件和管理水平的前提下，選用安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低、投資省、操作管理方便的成熟工藝。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了處理城市污水，處理后的廢水要求達(dá)到國(guó)家綜合排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)產(chǎn)生的污泥進(jìn)行相應(yīng)的處理，以免造成二次環(huán)境污染。 城市污水主要含有懸浮固體、微生物和有機(jī)物等，污染物濃度相對(duì)較低。所以污水處理工藝采用 活性污泥法， 具體處理工藝為 生物 處理池 、普曝法氧化溝 法。該方法具有投資少的特點(diǎn)。其工藝流程如圖 1所示 。 該污水處理系統(tǒng)可以劃分為如下幾個(gè)子系統(tǒng)：機(jī)械處理部分，生化處理部分，污泥處理部分。其中機(jī)械處理部分有粗細(xì)格柵、污水提升泵、曝氣沉砂池，生化處理部分有氧化溝、生物處理 池 ，污泥處理部分有 污泥濃縮機(jī)房 、 污泥泵房、污泥脫水機(jī)房。下面介紹工藝流程中各部分的作用。 格柵是由一組平行的鋼制柵條組成，設(shè)在水泵前的格柵為粗格柵，設(shè)在構(gòu)筑物前的格柵為細(xì)格柵。粗格柵的目的是截流污水中較大的飄浮物和 9 懸浮物，防止污水提升泵的阻塞，減輕后續(xù)處理構(gòu)筑物的處理負(fù)荷，并使之正常運(yùn)行。細(xì)格柵進(jìn)一步去除污水 中的細(xì)小懸浮物及細(xì)小纖維，降低生物處理負(fù)荷。污水通過(guò)粗格柵進(jìn)入提升泵房，由提升泵提升污水，經(jīng)過(guò)細(xì)格柵達(dá)到最高點(diǎn)，滿(mǎn)足后續(xù)處理設(shè)施的水力要求。 圖 21 污水處理工藝流程圖 本污水處理廠采用鐘式旋流沉砂池 ， 其主要作用是去除砂和其他較重物質(zhì)，主要是惰性無(wú)機(jī)物和有機(jī)物。同時(shí)還能使有機(jī)顆粒和無(wú)機(jī)顆粒分開(kāi)，保護(hù)后續(xù)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，便于后續(xù)處理。 污水在氧化溝中經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī) 調(diào)節(jié)曝氣，使得污水得到缺氧、氧化、硝化、反硝化等反應(yīng)，在該過(guò)程中完成 BOD(生物耗氧量 )、 COD(化學(xué)耗氧量 )的 去除及污水 除磷脫氮的功能，并為下一步水的沉淀作好準(zhǔn)備，經(jīng)過(guò)氧化溝處理的水流入二 沉池，加入 3Fe? 、或 3Al? 使得水中的 3PO?4（） 得以沉淀，充分沉淀后，清水最后經(jīng)二氧化氯消毒后排 出 。主要由氧化溝溝體、曝氣設(shè)備、進(jìn)出口設(shè)施及濁度儀、溶氧儀和液位計(jì)等等。 ：收集污水，減少流量變化給處理系統(tǒng)帶來(lái)較大的沖擊，并向下污水處理構(gòu)筑物配送污水。 10 利用微生物的降解作 用降解廢水中的有機(jī)物。 其作用機(jī)理是 在基質(zhì)濃度高時(shí)菌膠團(tuán)的基質(zhì)利用速率要高于絲狀菌，利用基質(zhì)推動(dòng)力選擇性的培養(yǎng)菌膠團(tuán)細(xì)菌而限制絲狀菌的增長(zhǎng) ，通過(guò)選擇器對(duì)微生物進(jìn)行選擇性培養(yǎng)以防止污泥膨脹的發(fā)生 ，提高各污染物的去除率。在生物選擇池中，將配水井配送過(guò)來(lái)的污水與回流泵房按照 1:1的回流比回流的活性污泥進(jìn)行混合，對(duì)污水進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，利用高有機(jī)負(fù)荷選菌種抑制絲狀菌的增長(zhǎng)。 和污泥濃縮機(jī)房 其主要作用是對(duì)污泥進(jìn)行處理，包括對(duì)污泥的初步減容、將污泥中的有機(jī)物分解和脫水 (減少污泥量 )直至形成干餅運(yùn)走。具體是將 從沉淀池出來(lái)的剩余污泥水通過(guò)剩余污泥泵打進(jìn)污泥緩沖池，再由污泥濃縮機(jī)濃縮，濃縮后的泥漿進(jìn)入污泥脫水機(jī)房進(jìn)行脫水處理，隨后加藥固化，最終經(jīng)壓濾機(jī)變成固態(tài)污泥運(yùn)走。 活性污泥法處理工藝 長(zhǎng)期以來(lái)，城市污水多采用活性污泥法。它是世界各國(guó)應(yīng)用最廣的一種生物處理流程。具有處理能力高， 出水水質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)。該方法主要由曝氣池 、沉淀池、污泥固流和剩余污泥排放系統(tǒng)組成。廢水和回流的活性污泥一 起進(jìn)人曝氣池形成混合 液。曝氣池是一個(gè)生物反應(yīng)器，通過(guò)曝氣設(shè)備充入空氣?？諝庵械难跞苋牖旌弦?，產(chǎn)生好氧代謝反應(yīng)， 且使 混合液得到足夠 的攪拌而呈懸浮狀態(tài)。 這洋，廢 水中的有機(jī)物、氧氣同微生物能充分接觸反應(yīng)。隨后混合液進(jìn)入沉淀池，混合液中的懸浮固體在沉淀池中沉下來(lái)和水分離，流出沉淀池的就是凈化水。沉淀池中的污泥大部分回流，稱(chēng)為回流污泥。回流污泥的目的是使曝氣池內(nèi)保持一定的懸浮固體濃度，也就是保持一定的微生物濃度。曝氣池中的生化反應(yīng)引起微生物的增殖，增殖的微生物量通常從沉淀池中排除，以維持活性污泥系統(tǒng)的穩(wěn)定 運(yùn)行 ，這部分污泥叫剩余污泥?；钚晕勰喑擞醒趸头纸庥袡C(jī)物的能力外， 還要有良好的凝聚和沉降性能，以使活性污泥能從混合液中分離出 來(lái)， 得到澄清的 出 水。 活性污泥法有很多種，如普通活性污泥法，完全混合活性污泥法， AB兩段活性污泥法，厭氧 好氧活性污泥法（生物除磷），缺氧 好氧活性污泥法（生物脫氮），序批式活性污泥法（ SBR,CAST,CASS,UNITANK），氧化溝活性污泥法等。 自 1914年英國(guó)曼徹斯特建成首家活性污泥處理試驗(yàn)場(chǎng)以來(lái)，活性污泥法已經(jīng)有 90多年的歷史。人們對(duì)活性污泥法的凈化機(jī)理、反應(yīng)規(guī)律、運(yùn)行管理進(jìn)行了深入的研究。 活性污泥法是根據(jù)絮凝動(dòng)力學(xué) 和生物吸附理論提出的“絮凝吸附－沉淀－活化”城市污水強(qiáng)化一級(jí)處理工藝。該工藝對(duì)污染物去除的強(qiáng) 化作用 11 主要包括污泥的絮凝、吸附和生物代謝三種，以前兩者的作用為主。該工藝的特點(diǎn)是未經(jīng)沉淀的生活污水原水與生物污泥同時(shí)進(jìn)入混合反應(yīng)器（絮凝吸附池），兩者在機(jī)械攪拌作用下充分混合，經(jīng)混合絮凝吸附反應(yīng)后，大量污染物質(zhì)被絮凝吸附進(jìn)入污泥絮體，出水進(jìn)入沉淀池，實(shí)現(xiàn)固液分離，而沉淀池出水就是最終出水。為了恢復(fù)沉淀池飽和污泥的生物絮凝吸附活性，將沉淀污泥短時(shí)間曝氣活化，以部分降解吸附的有機(jī)物，產(chǎn)生適量的微生物絮凝物質(zhì)，改善污泥的沉降性能，同時(shí)保持污泥的好氧狀態(tài)，避免變黑、發(fā)臭。此 過(guò)程在污泥活化池里進(jìn)行，能耗遠(yuǎn)低于二級(jí)生物 氧化反應(yīng)。該工藝是適用于環(huán)境狀況亟待改善而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的一種實(shí)用技術(shù)。 微生物在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用 在我們生存的環(huán)境中，微生物無(wú)時(shí)不在，無(wú)處不有。雖然它會(huì)帶給我們巨大的災(zāi)難，但其中有些也是我們忠誠(chéng)的衛(wèi)士。隨著人類(lèi)自身的發(fā)展，我們對(duì)它的認(rèn)識(shí)也愈加科學(xué)化。在水污染日益嚴(yán)重的今天，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到微生物是我們凈化自身生存空間的重要武器，尤其是在污水處理系統(tǒng)中，構(gòu)建的基因工程菌將發(fā)揮出它巨大的潛力。因?yàn)槲鬯慕M成及其復(fù)雜，僅靠傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法處理通常很難達(dá)到好的效果，而且成本很高、易造成二次污染。而 生物法是利用微生物的吸附、生物降解，同化水中的有機(jī)物和某些無(wú)機(jī)物，達(dá)到凈化污水的目的，它具有運(yùn)行費(fèi)用低且環(huán)保、效率高、污泥相對(duì)易處理等特點(diǎn) [5]。 1． 傳統(tǒng)的生物脫氮除磷方法中的微生物群落 活性污泥法的污水處理工藝和技術(shù)被世界各國(guó)廣泛采用，并且相關(guān)的技術(shù)研究不斷有新的成果報(bào)道。然而，活性污泥中所含的微生物群落才是降解氮、磷等有機(jī)物的關(guān)鍵因子，是活性污泥法的核心。活性污泥的微生物群落主要含有：假單胞菌屬、莫拉菌屬、腸桿菌科細(xì)菌、氣單胞菌屬、不動(dòng)桿菌屬、鏈球菌屬、 腸球菌屬、葡萄球菌屬、微球菌屬，其中前 5類(lèi)菌屬占細(xì)菌總數(shù)的 79． 1％，不僅如此，它們還有自身的結(jié)構(gòu)和時(shí)空的變化。 2． 人工濕地系統(tǒng)中的微生物群落 人工濕地系統(tǒng)凈化污水技術(shù)是一種生態(tài)工程或生物生態(tài)方法，它克服了化學(xué)方法凈化污水易造成二次污染、物理方法凈化污水治標(biāo)不治本的缺點(diǎn)。在指導(dǎo)思想上是依水體自然凈化能力恢復(fù)水體本來(lái)面貌，強(qiáng)調(diào)人與自然和諧相處，融合了自然凈化和生物膜法優(yōu)點(diǎn)。人工濕地的微生物，如細(xì)菌、真菌、放線菌極為豐富，為污水處理系統(tǒng)提供了大量有機(jī)污染物分解者，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中細(xì)菌和真菌的生命活動(dòng)均很旺盛 ，所以它又很高的凈化效率。 3． 在污水生物降解中的有效微生物群落 (EM) 12 EM(Effective microanisms)是一種新型復(fù)合微生物活性菌劑。它由光合菌類(lèi)、醋酸桿菌類(lèi)、放線菌類(lèi)、乳酸菌類(lèi)、酵母菌類(lèi)等五大菌群 10個(gè)屬125種微生物組成。通過(guò)發(fā)酵工藝將上述好氣性微生物和嫌氣性微生物按一定的比例加以混合，通過(guò)相互共生、增殖關(guān)系形成一個(gè)成分復(fù)雜、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能廣泛的具有多種多樣細(xì)菌的微生物群落。 4． 污水生物處理系統(tǒng)種的光合細(xì)菌 光合細(xì)菌能利用光能進(jìn)行光合作用而生長(zhǎng)發(fā)育，并且分布極廣，幾乎在所有光 能可利用的地方均可發(fā)現(xiàn)。光合細(xì)菌屬自養(yǎng)微生物，在無(wú)氧條件下利用簡(jiǎn)單有機(jī)物進(jìn)行光合作用，在黑暗厭氧條件下進(jìn)行發(fā)酵作用，在黑暗中微量好氧和好氧的條件下進(jìn)行氧化代謝。這使光合細(xì)菌的生物特性在污水處理方面具有巨大潛力。 13 第 3 章 污水 處理 自動(dòng) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 上文介紹了污水處理具體的工藝流程，根據(jù)東北地區(qū)城市污水的特點(diǎn)以及污水廠自身的實(shí)際情況，綜合考慮，設(shè)計(jì)了污水處理的工藝方案。下面根據(jù)污水處理的工藝方案，進(jìn)行污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。污水自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要有污水處理通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) ， PLC 控制程序的設(shè)計(jì)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 現(xiàn)場(chǎng)總線 現(xiàn)場(chǎng)總線是一種連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字化、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。國(guó)際電工委員會(huì) IEC61158標(biāo)準(zhǔn)將其定義為“安裝在制造和過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”。其中，“生產(chǎn)過(guò)程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程和連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程兩類(lèi)?；蛘?，現(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。 現(xiàn)場(chǎng)總線也可以 叫做通用現(xiàn)場(chǎng)通信系統(tǒng)。信息傳輸?shù)姆秶堰h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了 420mA傳統(tǒng)信號(hào)的限制，分布式智能系統(tǒng)需要 用 面向用戶(hù) 或應(yīng)用的方式確定設(shè)備間的通信。它必須滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制系統(tǒng)的全部要求，即具有高度的靈活性與適用性。 現(xiàn)場(chǎng)總線的核心是總線協(xié)議。總線協(xié)議技術(shù)是系統(tǒng)的，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域之中，每一類(lèi)總線都有最適用的領(lǐng)域。對(duì)于各類(lèi)總線而言，其核心是各類(lèi)“總線協(xié)議 ，而這些協(xié)議的本質(zhì)就是標(biāo)準(zhǔn)。各種總線，不論其應(yīng)用于什么領(lǐng)域，每個(gè)總線協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐，能夠形成系統(tǒng)，形成產(chǎn)品。因此，一種總線，只要其總線協(xié)議一經(jīng)確立 ，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定了。 隨著