【正文】 ，磷和氮的去除率低。 A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中 A 代表 Anoxic（缺氧的）， O 代表 Oxic（好氧的）。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。其工藝流程圖如下： 圖 22 A/O法工藝流程圖 （ 3） A2/O 法。 A2/O 是一種厭氧 — 缺氧 — 好氧工業(yè)污水處理工藝。因此，在對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。 曝氣池 （微生物吸附有機物氧化為無機物） 沉淀池 （活性泥下沉） 回流活性泥 原污水 清水排出 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 6 圖 23 A2/O法工藝流程圖 （ 4） A/B 法。高負(fù)荷段停留時間約為 20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不完全氧化反應(yīng)，去除 BOD達(dá) 50%以上。 AB 法中 A段效率很高，并有較強的緩沖能力。對于高濃度的工業(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。但是， AB 法污泥產(chǎn)量較大， A段污泥有機物含量極高，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用。對于污水濃度低 的場合， B 段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢。 （ 5） SBR 法。其反應(yīng)機理及去除污染物的機理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運行操作方式不盡相同。整個過程對于單個操作單元而言是間歇進(jìn)行的，但是通過多個單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運行上實現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合。在除砂池系統(tǒng)中細(xì)格柵和轉(zhuǎn)鼓清污機進(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。對污水進(jìn)行除油、消毒、調(diào)整 PH值。潛水?dāng)嚢铏C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。污水經(jīng)沉淀池處理最后到達(dá)脫水環(huán)節(jié)，離心式脫水機作用下進(jìn)行脫水處理后排出清水。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 8 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的功能要求 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現(xiàn)自動化的控制過程，采用 PLC 作為核心控制器是個較好的方案。與各類人機界面的通信可完成 PLC 控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制 PLC 系統(tǒng)。 利用 PLC 作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。 （ 1）按鈕輸入檢測。 （ 2）液位差輸入檢測。 （ 3）液位高低輸入檢測。 （ 4）含氧量輸入檢測。曝氣過程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機增加或減少其含氧量。當(dāng)溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致處理失效，因此需要增加曝氣機轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當(dāng)溶解氧值偏高時，導(dǎo)致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉(zhuǎn)速以減少供氧量，最終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。 （ 1）數(shù)字量輸出。 （ 2）模擬量輸出通過 PLC中 PID 運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制污水中含氧量的要求。 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備較多，在氧化溝中其控制過程及原理大致相同，都是通過控制曝氣機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)污水中的含氧量，其基本組成如圖 31所示。進(jìn)水系統(tǒng)主要有進(jìn)水管道和進(jìn)水泵房組成，進(jìn)水管道主要由粗格柵機和清污機組成， 進(jìn)水泵房主要有兩臺潛水泵組成。進(jìn)水泵房中的潛水泵運行及停止是通過安裝在泵房內(nèi)的液位傳感器來決定的，當(dāng)液位較低時只啟動一臺潛水泵，當(dāng)液位較高時啟動兩臺潛水泵，若液位持續(xù)升高時，則輸出報警以示意有故障發(fā)生。除砂系統(tǒng)主要由細(xì)格柵系統(tǒng)和沉砂池組成，細(xì)格柵系統(tǒng)是由細(xì)格柵機和轉(zhuǎn)鼓清 污機組成，沉砂池的主要設(shè)備是分離機。沉砂池中分離機的運行和后續(xù)處理中的轉(zhuǎn)碟曝氣機的運行同步，即啟動轉(zhuǎn)碟曝氣機的時候同時啟動分離湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 11 機，對沉砂池中的沙粒進(jìn)行排除。氧化溝系統(tǒng)由氧化溝和污泥回流系統(tǒng)構(gòu)成，氧化溝是工業(yè)污水處理 系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，因此控制量較多，控制過程叫復(fù)雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機和潛水?dāng)嚢铏C，污水回流系統(tǒng)主要有污泥回流泵構(gòu)成。潛水?dāng)嚢铏C的作用是推進(jìn)水流，同時使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈的攪拌狀態(tài)，使他們充分混合接觸。污 水回流系統(tǒng)的污泥回流泵將剩余的污泥及使用過的污泥進(jìn)行處理，該設(shè)備的運行與停止主要根據(jù)泵房內(nèi)液位傳感器的狀態(tài)，當(dāng)液位低于某個值時停止回流泵的運行；當(dāng)液位持續(xù)高于某個高位時，回流泵停止運行同時輸出報警信號；液位處于正常狀態(tài)時，回流泵正常運行。沉淀系統(tǒng)主要設(shè)備為刮泥機，其功能是對進(jìn)行氧化溝處理后的污水進(jìn)行物理沉淀，將污泥和清水分離，刮泥機在整個系統(tǒng)啟動后就開始持續(xù)運行。 (5）污泥脫水環(huán)節(jié)。離心式脫水機主要有聚合物泵、污泥機和切割機構(gòu)成，以上設(shè)備按照順序控制的方式啟動，依次啟動聚合物泵、污泥機和切割機，完成對污泥的脫水處理。由于在該系統(tǒng)中需要檢測 較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測模擬量的輸入，根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，輸出控制信號，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時序就需要嚴(yán)格照檢測信號的輸入進(jìn)行控制。操作面板主要包括手動、自動、各類設(shè)備的啟動按鈕等。顯示面板由于要顯示較多的數(shù)據(jù)，因此一般采用觸摸屏或者人機界面。電氣控制柜是電氣控制的核心設(shè)備，主要包括變頻器、各類傳感器的輸入信號、 PLC 及其擴展模塊等。 32電氣控制系統(tǒng)框圖 工作過程 在手動狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制是根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯控制，即可不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行控制。 (1）接通電源，啟動自動控制方式，啟動潛水?dāng)嚢杵骱凸文鄼C。 (3）根據(jù)反饋回來的液位差狀態(tài)控制清污機的運行與停止。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 13 (5）轉(zhuǎn)碟曝氣機根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng) PLC 運算后進(jìn)行控制，同時控制分離機的運行與停止。 (7）在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設(shè)備。三臺電機分別為潛水泵電機（ M1）、清污機電機（ M2）、轉(zhuǎn)碟 曝氣機電機（ M3）。選用的 MM430 變頻器是用來控制電機 M M3變頻運行的。由于工業(yè)污水處理電氣控制系統(tǒng)涉及較多的輸入輸出端口，其控制過程相對復(fù)雜，因此采用 CPU226 作為該控制系統(tǒng)的主機。在此采用EM223 輸入 /輸出混合擴展模塊。正好可以滿足控制系統(tǒng)的 I/O 需求。西門子公司專門為 S7— 200系列 PLC配置了模擬量輸入輸出模塊 EM235，該模塊具有較高的分辨率和較強的輸出驅(qū)動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。 數(shù)字量輸入部分 表 34 數(shù)字輸入量地址分配 輸入地址 輸入設(shè)備 輸入地址 輸入設(shè)備 急停 手動刮泥機啟動 手動方式 手動污泥回流泵啟動 自動方式 手動分離式脫水機啟動 自動啟動確認(rèn) 手動污泥泵啟動 手動粗格柵機啟動 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機加速 手動清污機啟動 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機減少 手動潛水泵啟動 粗格柵液位差計 手動細(xì)格柵機啟動 細(xì)格柵液位差計 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 15 手動分離機啟動 進(jìn)水泵房液面高位傳感器 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻啟動 進(jìn)水泵房液面低位傳感器 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機變頻啟動 污泥回流泵液面高位傳感器 手動潛水?dāng)嚢铏C啟動 污泥回流泵液面低位傳感器 數(shù) 字量輸出部分 表 35數(shù)字輸出量地址分配 輸出地址 輸出設(shè)備 輸出地址 輸出設(shè)備 粗格柵機接觸器 潛水?dāng)嚢铏C接觸器 清污機接觸器 刮泥機接觸器 潛水泵接觸器 污泥回流泵接觸器 細(xì)格柵機接觸器 離心式脫水機接觸器 分離機接觸器 潛水泵報警 轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻接觸器 污泥回流泵報警 轉(zhuǎn)碟曝氣機變頻接觸器 模擬量輸入部分 由于需要采集一個溶氧儀所反饋的數(shù)據(jù)，因 此擴展了一個模擬量輸入輸出模塊，具體 I/O 分配，如下表 36 所示。 表 37模擬量輸出地址分配 輸出地址 輸出設(shè)備 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 16 AQW0 經(jīng) PID 運算輸出 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計出工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的硬件連線圖如圖38 所示，此控制面板上的手動控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時使用， 調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計 采用西門子公司為 S7— 200 系列 PLC 開發(fā)的 STEP7— Micro/WIN32 作為編程軟件，上面介紹了工業(yè)污水處理控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和電氣控制部分的結(jié)構(gòu)，硬件結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計基本完成后，就要開始軟件部分的設(shè)計，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計情況及 PLC 控制系統(tǒng) I/O 的分配情況，進(jìn)行 軟件編程設(shè)計。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過程可以分為手動控制功能和自動運行功能。 圖 41模式選擇流程圖 手動模式 在手動模式下，可單獨調(diào)試每個設(shè)備的運行，如圖 52 所示。 圖 42手動操作模式流程圖 自動模式 處于自動方式時，系統(tǒng)上電后，按下自動啟動確認(rèn)后系統(tǒng)運行，系統(tǒng)開始工作，其工作過程包括以下幾個方面。 （ 2）啟動粗格柵系統(tǒng)。 （ 4）啟動細(xì)格柵系統(tǒng)。 （ 6）啟動污泥回流系統(tǒng)。 以上工作過程并不是順序控制方式，而是按照 PLC檢測到傳 感器狀態(tài)進(jìn)行啟動如圖 43所示。 BOD 是指在有氧條件下，降解有機物所需的氧量。 BOD 的測定需費時 5天，且測定結(jié)果易受多種因素影響，誤差較大。雖然有 COD 濃度在線檢測儀可以在線檢測，但仍存在滯后（ 30 分鐘左右 ） ，測量結(jié)果嚴(yán) 重滯后于實際運行時間，不能及時反映實際情況。所以有必要找出簡單、可行的控制參數(shù)。為了使微生物的活動最佳化，應(yīng)該使供氧量與消耗的氧量相等，或稍大一些。由此可見，混合液中溶解氧濃度 (DO)是好氧反應(yīng)中一個重要的控制參數(shù)。 氯氣投加消毒效果的好壞與原水 PH值、水溫、濁度和接觸時間有直接的關(guān)系。投加量少了，達(dá)不到殺菌消毒效果；投加量多了雖殺菌效果得到了保證，但水將呈氯臭味難以飲用，此外管道腐蝕將加劇，生產(chǎn)成本也上升。 氯氣投加系統(tǒng)具有大慣性、大滯后的特點，其過渡過程和純滯后時間均較長 ，并且系統(tǒng)的干擾因素較多，對這樣一個系統(tǒng)，使用一般的 PID 調(diào)節(jié)很難滿足控制要求。氯氣投加自動控制系統(tǒng)如圖 411 所示。其控制過程主要是通過污泥濃度、污水流量、絮凝劑濃度等因素控制來完成的。由于混凝過程的復(fù)雜性和多變性，混凝投藥的自動控制一直受到控制行業(yè)和污水行業(yè)專家的普遍關(guān)注。常規(guī)的 PID 控制器的描述如式（ ）所示： （ ） 其中各參數(shù)代表的意義是： Un：控制器的輸出 En：控制器偏差輸入 ECn： 系統(tǒng)誤差變化率 kp：比例增益 ki：積分增益 n i=0 U n=kpEn+ki∑ Ei+KdECn 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 21 kd：微分增益 比例增益 kp使控制器的輸入輸出成一一對應(yīng)比例關(guān)系。為了盡量減小偏差，同時也為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間，需要增大 kp值。積分作用 ki 是為了消除靜差而引入的。尤其在系統(tǒng)出現(xiàn)大偏差階段時，積分往往 使得系統(tǒng)的響應(yīng)出現(xiàn)過大的超調(diào)，從而使調(diào)節(jié)時間變長。但是，同時又會使系統(tǒng)容易受到高頻干擾的影響。在污水的自動控制中，混凝劑投加、氯氣投加和曝氣環(huán)節(jié)由于過程的復(fù)雜性、多變性、非線性和大滯后的特點，采用的 PID 控制算法難以實現(xiàn)準(zhǔn)確和高效的控制。 PLC 和變頻器通訊 （ 1） USS 通訊協(xié)議簡介 USS協(xié)議（ Universal Serial Interface Protocol 通用串行接口協(xié)議）是SIEMENS 公司所有傳動產(chǎn)品的通用通訊協(xié)議，它是一種基于串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的協(xié)議。另外，還有一種廣播通訊方式，主站可以同時給所有從站發(fā)送報文，從站在接收到報文并做出相應(yīng)的響應(yīng)后可不回送報文。 USS 協(xié)議指令在STEP7— MICRO/WIN32指令樹的庫文件夾中， STEP7— MICRO/WIN32指令庫提供 14個子程序、 3個中斷程序和 8條指令來支持 USS協(xié)議。 （ 2） USS 通訊協(xié)議庫 編程之前一定要將 USS 協(xié)議庫添加進(jìn)去，編程軟件默認(rèn)安裝沒有 USS協(xié)議 庫的。通過 Mode 輸入值可選擇不同的通訊協(xié)議：輸入值為 1，指定 Port 0 為 USS 協(xié)議并使能該協(xié)議；輸入值為 0，指定 Port 0 為 PPI 并且禁止 USS 協(xié)議。 Active 指示哪個驅(qū)動激活，有些驅(qū)動 只支持地址 0 到 30。