【文章內(nèi)容簡介】 性污泥法簡稱 SBR 法，是一種按照一定的時間順序間歇式操作的活性污泥污水處理技術(shù)，也是一種通過曝氣來運行的活性污泥污水處理技術(shù)，因此又叫序批式活性污泥處理法。早在 1914 年，這種處理系統(tǒng)就被采用，但由于當時自動化水平較低，操作困難且工作量大，尤其是后來隨著城市和工業(yè)污水處理規(guī)模的日趨規(guī)模化，這一缺點更加凸顯，所以曾經(jīng)連續(xù)式活性污泥法一度取代了間歇式活性污泥法。近年來，隨著計算機和自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，SBR 法的以上弊端得到較好的解決。SBR 以其獨特的優(yōu)點，越來越受到國內(nèi)外污水處理部門的重視。其濾除污染物的機理與傳統(tǒng)的活性污泥法除操作方式外基本相通。SBR 法與傳統(tǒng)的污水處理工藝相比，其主要以時間分割代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)代替穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，理想靜置沉淀代替動態(tài)沉淀等。單個操作單元間歇進行，但通過多個單元組合調(diào)度后整個操作過程又是連續(xù)的，從而實現(xiàn)有序而間歇的運行。SBR 反應(yīng)池去除有機物的機理與普通活性污泥法相比，在曝氣階段基本相同，不同之處在于 SBR 反應(yīng)池集進水、反應(yīng)、沉淀、排水、待機五個工序于一身。從廢水流入開始到待機時間結(jié)束為一個操作周期，污水處理過程在一個設(shè)有鼓風機的 SBR 反應(yīng)池內(nèi)進行，不需要另設(shè)沉淀池和污泥回流系統(tǒng) [5]。SBR 污水處理工藝主要特點如下：(1) 工藝簡單，造價低，運行方式靈活，脫氮除磷效果好；(2) 時間上間歇排水，具有理想的推流式反應(yīng)器的特性；(3) 耐沖擊負荷能力較強，污泥沉降性能好，不易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象； 畢 業(yè) 設(shè) 計7本設(shè)計是針對中小型城市的污水處理，無論是從工藝效率，還是從經(jīng)濟方面考慮，SBR 污水處理法都非常適合。所以本設(shè)計通過 PLC 程序控制 SBR 污水處理法，對城市污水進行處理。 SBR 法過程闡述1．進水進水閥門打開，進水泵運作，原污水通過粗/細格柵濾除塊狀污染物，經(jīng)過抽水泵到達集水池，到達高水位時，進水泵、粗/細格柵、集水池抽水泵停止，SBR 反應(yīng)池抽水泵運作，將集水池中的污水注入兩個 SBR 反應(yīng)池。2．反應(yīng)反應(yīng)工序是 SBR 工藝最重要的一道工序。當污水注入達到 SBR 反應(yīng)池預(yù)定水位時，停止進水，高水位指示燈亮，空氣閥門打開，鼓風機啟動，開始曝氣，在此同時污泥泵往 SBR 反應(yīng)池中打入活性污泥，開始反應(yīng)，如驅(qū)除BOD、硝化、磷的吸收以及反硝化等。設(shè)定好曝氣時間，時間到達鼓風機與污泥泵停止。3．沉淀當 SBR 池停止曝氣以后，空氣閥門與污泥閥門關(guān)閉，鼓風機與污泥泵停止。開始重力沉淀和泥水分離。4．排水SBR 池靜置一段時間后，污泥完全沉淀至 SBR 下層，上層清液由潷水器緩慢抽出，排入河道。當池水位達到設(shè)定的最低水位時，潷水器停止運行。同時，剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至儲泥池 [6]。其流程如圖 24所示：粗/細格柵機集水池SBR池鼓風機進泥泵原污水 清水排入河道圖 24 SBR 法流程圖 畢 業(yè) 設(shè) 計83 硬件設(shè)計 PLC 的介紹 PLC 的結(jié)構(gòu)PLC 的硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機基本相同，是一種專用于工業(yè)控制的計算機。根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，PLC 可分為整體式和模塊式。1．整體式 PLC整體式又稱單元式或箱體式結(jié)構(gòu)的 PLC，其主要由中央處理器（CPU） 、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源和通信端口等組成在同一機體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、輸入/輸出點數(shù)固定、實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，但靈活性較低?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示。存儲器輸入/輸出單元中央處理器（CPU）編程器系統(tǒng)總線電源圖 31 整體式 PLC 結(jié)構(gòu)2．模塊式 PLC模塊式（又稱組合式）結(jié)構(gòu)的 PLC，其中央處理器（CPU） 、存儲器、輸入/輸出（I/O ）單元、電源電路和通信端口等均做成模塊，各模塊間通信通過機架上的總線互相聯(lián)系，應(yīng)用時根據(jù)控制要求將這些模塊插在機架上。其中 PLC的 CPU 和存儲器設(shè)計在一個模塊上，有時把電源也放在這一模塊上，該模塊在總線上的安裝位置一般是固定的。模塊式的 PLC 安裝完成后，需進行登記，以便 PLC 對安裝在總線上的各模塊進行地址確認。模塊式的特點是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性高?？梢詷?gòu)成不同控制規(guī)模和功能的 PLC，但同時價格也比較高?；窘Y(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 畢 業(yè) 設(shè) 計9基 架電 源模 塊CPU模 塊通信模 塊輸入模 塊輸 出模 塊特 殊功 能模 塊現(xiàn)場設(shè)備其 它設(shè) 備編程器圖 32 結(jié)構(gòu)式模塊 PLC 的工作原理PLC 與繼電器構(gòu)成的控制裝置的工作方式不同，繼電器控制器采用并行運行方式，即線圈的觸點動作與該點通斷電同步。而 PLC 則采用循環(huán)掃描技術(shù)，每次只能執(zhí)行一條指令，只有當程序掃描到該線圈，并且該線圈通電時，該線圈觸點才會動作，所以 PLC 的工作方式是“串行”方式，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點出現(xiàn)競爭或時序失配等問題。也就是說，繼電器控制裝置根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以得到輸出，而 PLC 控制器不行，需要輸入、執(zhí)行程序指令、輸出 3 個階段才能完成整個控制過程 [7]。1．循環(huán)掃描技術(shù)循環(huán)掃描技術(shù)可以分為輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到 PLC） 、執(zhí)行程序階段和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設(shè)備）3 個階段。（1）輸入階段進入此階段，PLC 先進行自我診斷，然后與編程器或計算機通信，同時中央處理器掃描各個輸入端并讀取輸入信號狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)，并將其存入相應(yīng)的輸入存儲單元。（2）執(zhí)行程序階段進入此階段，PLC 由上而下按次序一步一步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和采集到的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部設(shè)定的繼電器、定時器、計數(shù)器等數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行邏輯運算，得到運算結(jié)果，存入相應(yīng)的輸出存儲器單元。執(zhí)行完成后，進入輸出階段。在這個程序執(zhí)行中，輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)保持不變。（3）輸出階段進入此階段，PLC 將相應(yīng)的輸出存儲單元的運算結(jié)果傳送到對應(yīng)的輸出模 畢 業(yè) 設(shè) 計10塊上，并通過輸出模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號和指令，控制外部設(shè)備動作，既而實現(xiàn)通過 PLC 程序控制外部設(shè)備。2．PLC 的 I/O 響應(yīng)時間I/O 響應(yīng)時間是指從某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)相關(guān)輸出端信號的改變結(jié)束，這段時間就是 I/O 反應(yīng)時間。因為 PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，所以收到輸入信號的時刻不同，輸出端信號改變時刻也不對應(yīng)相同，響應(yīng)時間的長短也就不同。下面就介紹最短響應(yīng)時間和最長響應(yīng)時間。最短響應(yīng)時間：上一個掃描周期剛結(jié)束就收到輸入信號，也就是說收到輸入信號與下一個掃描周期同時開始，這時響應(yīng)時間最短。考慮到輸入電路和輸出電路的延時，所以最短響應(yīng)時間應(yīng)大于一個掃描周期。最長響應(yīng)時間：在一個掃描剛完成輸入讀取后才接到輸入信號，這樣這個輸入信號在該掃描周期將不會發(fā)生變化，要等到下個掃描周期才能得到響應(yīng)，這時的響應(yīng)時間最長 [8]。 畢 業(yè) 設(shè) 計11表31 I/O口分配 PLC I/O 口分配在此控制系統(tǒng)中，共用到14個輸入和22個輸出。其具體的輸入輸出如表31。端口地址 元件 說明自動開關(guān) SB0集水池高水位信號 SB1SBR1 池高水位信號 SB2SBR1 池低水位信號 SB3SBR2 池高水位信號 SB4SBR2 池低水位信號 SB5SBR 池手動進水開關(guān) SB6集水池低水位信號 SB7緊急停車 SB8啟動鼓風機 SB9啟動進泥泵 SB10手動/自動開關(guān) SB11啟動潷水器 SB12啟動排泥泵 SB13關(guān)閉排泥泵 SB14手動開關(guān) SB15進水泵 Q0粗/細格柵機 Q1排污傳送帶 Q2集水池進水泵 Q3SBR 池進水泵 Q4SBR1 池進水閥 Q5SBR2 池進水閥 Q6潷水器 Q7SBR1 池鼓風機 Q10SBR2 池鼓風機 Q11SBR2 池出水閥 Q12SBR1 池出水閥 Q13進泥泵 Q14 畢 業(yè) 設(shè) 計12表 31 續(xù) I/O 口分配端口地址 元件 說明SBR1 池進泥閥 Q15SBR2 池進泥閥 Q16排泥泵 Q17集水池高水位 Q20集水池低水位 Q21SBR1 高水位 Q22SBR1 低水位 Q23SBR2 高水位 Q24SBR2 低水位 Q25根據(jù)系統(tǒng)功能要求，合理分配 PLC 各 I/O 口。 SBR 法的總體設(shè)計 方案設(shè)計1．SBR 廢水處理系統(tǒng)控制對象電動機均由交流接觸器完成起、停控制。2．粗/細格柵除污池、集水池、SBR 反應(yīng)池、儲泥池等的液位傳感器，在選型時考慮抗干擾性能，選用電極考慮耐腐蝕性。3．粗/細格柵除污機、各個水泵、鼓風機電動機分別采用熱繼電器實現(xiàn)過載保護，其熱繼電器的常開觸點通過中間繼電器轉(zhuǎn)換后，作為 PLC 的輸入信號，用以完成各個電動機系統(tǒng)的過載保護。4．鼓風機的控制要求在無負載條件下起動或停機，需要在曝氣管路上設(shè)置空氣閥。5．主電路用斷路器，各負載回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔斷器，實現(xiàn)短路保護。6．PLC 選用繼電器輸出型。自身配有 24V 直流電源，外接負載時考慮其供電容量 [9]。 畢 業(yè) 設(shè) 計13 硬件電路設(shè)計1．主電路設(shè)計 SBR 污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路如圖 33 所示。M3~FRUQ0247進 水 泵 粗 /細 格 柵 機 排 污 傳 送 機 集 水 池 進 水 泵 SB池 進 水 泵潷 水 器 池 鼓 風 機 池 鼓 風 機 進 泥 泵 排 泥 泵圖 33 SBR 污水處理電氣控制系統(tǒng)主電路主回路中交流接觸器KM0、 KM KMKM KM KM KM KM 1KM 1KM 17 分別控制進水泵 M0、粗/細格柵機 M排污傳送機 M集水池進水泵 MSBR 池進水泵 M潷水器 MSBR1 鼓風機 MSBR2 鼓風機 M1污泥泵 M14 和排泥泵 M17。泵體電機分別通過熱繼電器FR0、FR FR FR FR FR FR FR 1FR 1FR 17 實現(xiàn)過載保護。QF為電源總開關(guān)，熔斷器FU0、FU FU FU FU FU FU FU 1FU 1FU 17 分別實現(xiàn)各負載回路的短路保護。2．PLC 控制電路設(shè)計 包括 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置及 PLC 控制原理電路設(shè)計。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、負載的性質(zhì)等；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（ I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等； 畢 業(yè) 設(shè) 計14選擇適合的 PLC 機型及外設(shè)，完成 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置。根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制 PLC 控制電路原理圖，繪制 PLC 控制電路，編制 I/O 接口功能表。圖 34 為 SBR 污水處理系統(tǒng) PLC 控制外部接線圖。圖 34 SBR 污水處理系統(tǒng) PLC 控制外部接線圖+NPC自 動 運 行 開 關(guān)集 水 池 高 水 位 信 號SBR池 高 水 位 信 號池 低 水 位 信 號池 高 水 位 信 號池 低 水 位 信 號手 動 進 水 開 關(guān)集 水 池 低 水 位 信 號緊 急 停 車啟 動 鼓 風 機啟 動 進 泥 泵手 動 /自 動 開 關(guān)啟 動 潷 水 器啟 動 進 泥 泵排 泥 開 關(guān)手 動 運 行 開 關(guān) 進 水 泵粗 細 格 柵 機排 污 傳 送 帶集 水 池 進 水 泵進 水 泵進 水 閥進 水 閥潷 水 器池 鼓 風 機池 鼓 風 機出 水 閥出 水 閥進 泥 泵進 泥 閥進 泥 閥排 泥 泵E集 水 池 高 水 位 指 示 燈集 水 池 低 水 位 指 示 燈池 高 水 位 指 示 燈池 低 水 位 指 示 燈池 高 水 位 指 示 燈池 低 水 位 指 示 燈AVD 畢 業(yè) 設(shè) 計15PLC 輸入回路中，信號電源由 PLC 本身的 24V 直流電源提供，所有輸入COM 端短接后接入 PLC 電源 DC24V 的（＋）端。輸入口如果有有源信號裝置，需要考慮信號裝置的電源等級和容量，最好不要使用 PLC 自身的 24V 直流電源，以防止電源過載損壞或影響其他輸入口的信號質(zhì)量 [10]。 其他資源配置要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要 PLC 主機及其擴展模塊之外，還需要各種傳感器、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備。 接觸器選型在控制系統(tǒng)中，所有設(shè)備是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進行動作的，因此需要 PLC 根據(jù)當前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有設(shè)備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、鼓風機接觸器、各種泵接觸器、電磁閥接觸器等。在選擇接觸器方面，要選選擇使用壽命長，適應(yīng)性強，通用性強的，從而能夠適用于較惡劣的污水處理環(huán)境 [11]。 液位計選型液位計分為兩類：一類為接觸式液位計，如單法蘭靜壓/雙法蘭差壓液位計，浮球式液位計，磁性液位計，投入式液位計，電動內(nèi)浮球液位計等。第二類為非接觸式液位計，主要分為超聲波液位計，雷達液位計等。投入式液位計應(yīng)用十分廣泛，在石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等行業(yè)中都有應(yīng)用。再