【正文】 是水污染產(chǎn)生的嚴重后果，因此工業(yè)污水處理安全排放項目的實施已經(jīng)刻不容緩。并且在處理工業(yè)污水問題時，經(jīng)過厭氧以及好氧辦法，污水中的可再生能源可以為生產(chǎn)生活提供可利用的能源，從而實現(xiàn)變廢為寶的目的。在工廠的工業(yè)污水處理過程中，污水來源的不確定以及工廠中各種污水成分的復(fù)雜性，對工業(yè)污水處理的工藝和控制方式提出了非常高的要求 。“七五”和“八五”在氧化溝方面和復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等處理技術(shù)方面的研究較多，設(shè)計依據(jù)這些研究成果，建立了一系列污水處理示范工程，如氧化溝，對負荷性高的污泥以及 負荷性高的生物膜，氧化溝技術(shù)方面有了比較深入的研究。污水處理中的污泥問題在“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。目常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 前在水污染問題的整治技術(shù)上，我國已掌握了以下的一些工藝技術(shù)：如比較傳統(tǒng)的活性污泥法技術(shù)以及各種新型的活性污泥工藝，如： SBR 法和氧化溝技術(shù)法等，這些污水處理的方法已經(jīng)在污水的處理及處理污水環(huán)境方面有了很大的作用，這些技術(shù)的發(fā)展以及大量應(yīng)用標志著我國污水處理事業(yè)一個新階段的到來 。 國際上，大規(guī)模的水污染治理開始于第二次世界大戰(zhàn)后，隨著 19 世紀 50 年代經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，工業(yè)逐漸發(fā)展強大，污水排放問題的大規(guī)模出現(xiàn)， 60 年代日益嚴重的環(huán)境污染開始了。至 70年代末，美國投入了數(shù)千億美元興建了很多座城市工業(yè)污水處理廠，英國、法國、德國等國家更耗費了巨額資金興建了 7000 至 8000 座城市工業(yè)污水處理廠。現(xiàn)在，這些國家的工業(yè)污水處理水平又在進一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設(shè)施，對水體質(zhì)量改善和水環(huán)境保護起了重大的作用。采用先進、實用的技術(shù)改造傳統(tǒng)工藝，以及在環(huán)保工程中廣泛采用的先進的自動控制技術(shù)，是推動環(huán)保產(chǎn)業(yè)升級，實現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。 對于環(huán)境污染的問題，國務(wù)院明確規(guī)定所有工業(yè)廢水的污染源都必須達排放標，而有些經(jīng)過處理的污水還可以變廢為寶，循環(huán)再利用。因此，從環(huán)保、節(jié)水、經(jīng)濟等多方面的因素考慮，對于工業(yè)污水處理的實施非常有必要。 研究目的和意義 世界任何國家工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力的增強，都會推進社會進步、促進社會經(jīng)濟的發(fā)展，使人民生活條件得到進一步改善，但是也隨之帶來大的卻是不同程度的環(huán)境污染，污水便是造成環(huán)境污染的主要來源之一。我國就是一個嚴重缺水的國家，目前我國約 300 個城市缺水，其中嚴重缺水城市有 5O個。水資源的匱乏和水資源污染日益嚴重的問題，已經(jīng)嚴重的影響了人民的日常生活，嚴重的影響了我國的經(jīng)濟的建設(shè)和發(fā)展。 課題主要設(shè)計的內(nèi)容 本課題主要設(shè)計的內(nèi)容是工業(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 ,主要由以下內(nèi)容組成： （ 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）具體分析設(shè)計工業(yè)污水處理的硬件系統(tǒng)，主要硬件的選型以及主電路和 PLC外部接線圖的設(shè)計； （ 3）具體分析設(shè)計工業(yè)污水處理的軟件系統(tǒng)，對系統(tǒng)工作流程的編程及解釋； （ 4）工業(yè)污水處理系統(tǒng)的觸摸屏與仿真。還大體介紹了污水處理系統(tǒng)的主要的設(shè)計內(nèi)容。因此，在選擇工業(yè)污水處理工藝的時候必須要認真考慮當(dāng)?shù)匚鬯欧诺那闆r，以及實際的工業(yè)污水處理的環(huán)境條件。這些方法根據(jù)實際情況，可以單個使用，也可以針對不同的污水多個一起使用。常用的工業(yè)污水處理工藝有以下幾種。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種最普遍最古老的工業(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。該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高，池的容積小，發(fā)生的生化反應(yīng)比較徹底，耗電省，運行成本較低。 （ 2） A/O 法。 A/O 法是一種缺氧 — 好氧生物工業(yè)污水處理工藝。但是此生化反應(yīng)系統(tǒng)需要進行非常好的控制，這樣就對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，管理量增加，人員消耗和經(jīng)濟損失增加。最后再經(jīng)過沉淀 將污水排出，其余的污泥回流。 OA2 法也是在傳統(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 2A ，即 AA，前一個 A 代表厭氧的，后一個 A 表示缺氧的； O 表示好氧的。 OA2 主要用于除磷脫氮的污水處理中，非常適合用于對除磷脫氮有嚴格要求的工業(yè)污水 處理系統(tǒng)中。 （ 4） A/B 法。在高負荷是持續(xù)的時間約為二十到四十分鐘，此時間中主要進行生物絮凝吸附，并進行不完常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 全氧化的反應(yīng)，能達到去除一半以上的微生物。 AB 法中 A 段中去除污泥的效率比較高，緩沖能力也比較強。對于濃度比較高的工業(yè)污水的處理， AB 法被廣泛運用，并能節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益。但是， AB 法的缺點就是產(chǎn)生的污泥較多， A 段污泥中含有很多的有機物高，因此必須建立污泥有機物處理的工藝，然而這樣投資費用就會增加，增加了不必要的經(jīng)濟損失。對于污水濃度低的場合， B 段也比較難于發(fā)生作用，也難以發(fā)揮本身的優(yōu)勢。 本設(shè)計污水處理工藝 SBR 是間歇式活性污泥法 ， 是一種 使用曝氣機間接釋放曝氣的方式來處理活性污泥的技術(shù)。它的主要特征是在運行 時，保持 有序和間歇操作， SBR 處理 工藝的主要部分是 SBR 反應(yīng)池，該池集均化、初 次沉淀 、生物降解、二 次沉淀 等功能于一池 的 無污泥回流系統(tǒng)。 運行效果 好 ，污水在靜止 的 狀態(tài)下沉淀 下來 ， 所 需要時間短、 污水處理 效率高，出水水質(zhì)好。 污水處理的各過程 可根據(jù) 污水的質(zhì)量和污水的體 積 進行 快速有效大的 調(diào)整，運行靈活 快速 。 反應(yīng)池內(nèi) 有氧和微生物的濃度比較大 ， 能夠 有效控制 活性污泥的增多 。 脫氮除磷， 能夠在一定程度上控制好運行的方法 ，實現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧 三種第二章 污水處理系統(tǒng)的工藝介紹 6 狀態(tài) 的 交替，脫氮除磷 具有很好的效果 。主體設(shè)備 簡單，可單獨使用，無需沉淀池，除污池。 由于上 述技術(shù)特點， SBR 系統(tǒng) 拓展了 活性污泥法的使用范圍。 SBR系統(tǒng)可在生物處理后進行物化 反應(yīng)處理 ，不需要增加設(shè)施， 減少了經(jīng)濟損失， 便于水的回收利用 。 本文所研究的污水處理流程如圖 21 所示 污 水格 柵 池 ( 除渣 )調(diào) 節(jié) 池 （ 水質(zhì) ， 水 量 ）S B R 反 應(yīng) 池（ 脫 磷 ， 脫氮 ）除 鹽 池 （ 檢測 鹽 濃 度 ）出 水 圖 21 污水處理流程圖 本章小結(jié) 本章內(nèi)容主要介紹了各種污水的處理工藝，并詳細介紹了本課題污水處理工藝，及其流程圖。 第三章 污水處理系統(tǒng)的控制方案 7 第三章 污水處理系統(tǒng)的控制方案 污水處理系統(tǒng)的控制形式 最開始大家多采用繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)，但隨著社會以及電子技術(shù)的快速發(fā)展，控制要求不斷精密，此類控制方法已經(jīng)完全不能滿足工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制要求，所以逐漸被 DCS、現(xiàn)場總線控制、 PLC 等控制方式所取代。 DCS 是集散控制系統(tǒng)的簡稱，又稱為分布式計算機控制系統(tǒng)，是由計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等技術(shù)相互作用形成的。實現(xiàn)了真正的分散控制，使系統(tǒng)的危險性分散，可靠性提高。軟硬件資源豐富，可適應(yīng)各種要求。 （ 2）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是依靠在智能設(shè)備 和計算機間的數(shù)據(jù)的傳輸和交換，智能設(shè)備間的通訊原則依據(jù)公開和規(guī)范的原則。響應(yīng)快，實時性好。 （ 3） PLC 系統(tǒng)。通用性強，使用方便。模塊化結(jié)構(gòu)，擴 展能力強。 1 臺儀表， 1 對傳輸線，單向傳輸 1 個信號。（ 2）可靠性差。為此采用各種措施提高抗干擾性和傳輸精確度，其結(jié)果是增加了成本。操作員在控制室既不了解現(xiàn)場模擬儀表的工作狀況，也不能對其進行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測事故，導(dǎo)致操作員對其處于失控狀態(tài)。（ 4） 互操作性差。 而 PLC 系統(tǒng)的可靠性高，所有的 I/O 輸入輸出信號均采用光電隔離，各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾，采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源?？刂破鞯母鱾€部件由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)大的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 (2)在防爆應(yīng)用中，現(xiàn)有防爆規(guī)定限制總線長度和總線上所掛 設(shè)備數(shù)量，同時也限制了現(xiàn)場總線節(jié)省線纜優(yōu)點的發(fā)揮 。 PLC 系統(tǒng)可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運行，各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 本設(shè)計的總體設(shè)計方案 本污水處理系統(tǒng)采用的可編程控制器為三菱 FX2N 型。框圖中的各設(shè)備可以在集中控制室內(nèi)控制。 可 編 程 邏輯 控 制 器P L C觸 摸 屏液 位 高 度 傳 感 器余 氯 反 饋 值格 柵 池 運 行調(diào) 節(jié) 池 運 行反 應(yīng) 池 運 行除 鹽 池 運 行F X 2 N 4 A D 圖 31 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本章小結(jié) 本章內(nèi)容主要介紹了常用的幾種控制方式： DCS 系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)， PLC系統(tǒng)，并根據(jù) PLC 系統(tǒng)的優(yōu)點最終確定本設(shè)計所選用 PLC 的控制系統(tǒng)。 第四章 硬件的設(shè)計 9 第四章 硬件的設(shè)計 污水處理的組成部分 格柵池 生活污水中含有大量的廢渣，如果不經(jīng)處理直接 排入河中，不僅污染環(huán)境，而且會提高河床高度，阻塞河道。 格柵池內(nèi)的格柵是由平行的金屬柵條構(gòu)成的 ,一般都是傾斜地放在污水渠道中 ,用來攔截污水中的大塊廢棄物 ,如生活垃圾，大塊工業(yè)垃圾等 ,加入格柵池以防止閥門、管道以及污水處理設(shè)備的刮傷或者損壞。但是流過格柵池的速度越緩慢也極易造成流過格柵池的水流激增，以及格柵池錢污泥的堆積。格柵池的作用是既要滿足除渣要求，又要滿足后續(xù)水處理構(gòu)筑物及設(shè)備的要求。 圖 41 格柵除污機圖 本系統(tǒng)設(shè)有液位報警模塊，由液位計來測量格柵池內(nèi)的水位，當(dāng)格柵池內(nèi)的水位超過給定的界限時，報警器發(fā)出報警，同時，系統(tǒng)停止工作。 格柵池中包含格柵池進水電機、排污泵和液位計。無論是工業(yè)廢水，還是城市污水和生活污水，水量水質(zhì)在 一天 24 小時內(nèi)都有變化 ， 對水量和水質(zhì)的調(diào)節(jié) ， 有預(yù)曝氣 ，沉淀 作用，還可用作事故排水 。 調(diào)節(jié)池中包含調(diào)節(jié)池進水電機、曝氣空壓機和液位計 。曝氣機的運行是由可編程序控制器來實現(xiàn)自動控制，在每個反應(yīng)周期內(nèi)，曝氣機在相應(yīng)的時間段內(nèi)運行。 處理系統(tǒng)其過程包括： 圖 43 反應(yīng)池處理系統(tǒng)過程圖 從充水開始到排水結(jié)束為一個周期。 SBR 反應(yīng)池中 包含 SBR 反應(yīng)池進水電機，曝氣空壓機，污泥泵和 SBR 反應(yīng)池出水電機。 計算單池體積 一個 SBR 池一天處理水 1500/4=375m3 一個 SBR 池一天進水 3 次，每次進水 125m3 單池體積 V單 =V 進 +V 泥 V進 =125m3 V泥 = 式中 Q—— 單池每天進水量 1500/4=375m3 Lj—— 進水 BOD=504mg/L(原水 800 mg/L) Nw—— 污泥負荷 取 Fw—— 混合液污泥濃度 取 4300mg/L V泥 = =220m3 V單 =125+220=345m3（按 350m3 計） 單池體積 V= 式中 n—— 1 日內(nèi)的周期數(shù) 3 Q—— 1 個周期進水量 125m3 C—— 平均進水 BOD 濃度 kgBOD/m3 Nv—— 污泥容積負荷 V= =375（按 375m3 計） 選有限水深 則面積為 根據(jù)廠區(qū)用地情況，平面尺寸可定為 * 設(shè)超高為 ，則總高為 6m 單池總尺寸為 **6m QLj NwFw 375* * nQC Nv 3*125* 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說 明書 12 4 個池子的總長 24m 總寬 池水比 1560 1500 1 除鹽池 若污水不經(jīng)除鹽程序，直接排出，當(dāng)水中的鹽類物質(zhì)含量達到一定的濃度時，就會改變水中生物的生存環(huán)境，導(dǎo)致水中生物的細胞里的水分大量流失，從而，使各種生物脫水而死。 除鹽時由余氯儀檢測，當(dāng)系統(tǒng)檢測到水中含有高濃度鹽類物質(zhì)時，關(guān)閉閥門，利用反滲透膜的特性來除去水中經(jīng)過中和反應(yīng)及生物化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生出來的多余的鹽類物質(zhì)；當(dāng)系統(tǒng)檢測到低濃度鹽類物質(zhì)時，則污水通過溝渠流入清水池。 除鹽池中包含除鹽池排水電機和余氯儀。 調(diào)節(jié)池用于緩沖污水的沖擊，可以儲存來不及深度處理的污水，同樣由液位計控制，高液位時停止進水。進水閥門關(guān)閉后，空壓機開始運行，進行曝氣，在曝氣 50 分鐘后，關(guān)閉空壓機。打開排水閥，反應(yīng)池開始排水，到低液位時，排水停止。除鹽池中污水到達高液位時，排水停止。 各類硬件的選型 PLC 選型 三菱公司的 FX 系列 PLC 吸收了整體式和模塊式 PLC 的優(yōu)點，它的各單元模塊，包括基本單元，擴展單元和擴展模塊，他們擁有相同的高度和深度，但是他們的寬度不同。 FX系列的硬件配置的靈活性就如模塊式 PLC，他采用整體式結(jié)構(gòu)作為它的基本的單元，而且它的性能價格比卻比模塊式