【正文】 界第 110 位，已經(jīng)被聯(lián)合國列為世界上 13 個缺水國家之一。據(jù)中國經(jīng)濟信息網(wǎng)分析統(tǒng)計，全國按目前正常需要，年缺水總里約為 300 億～ 400 億立方米，因缺水造成的經(jīng)濟損失每年達 2300 億。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經(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)濟建設和發(fā)展。 課題主要 設計的 內(nèi)容 本課題 主要設計的內(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）介紹了 PLC 的基本結構和工作原理，并對 工業(yè)污水處理 控制系統(tǒng)進行設計分析； （ 3） 具體分析設計 工業(yè)污水處理 的硬件系統(tǒng)； （ 4）具體分析設計 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)試與運行 。這些污水除含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質(zhì)外，還含有細菌、病毒等使人致病的微生物。 污水污染物可根據(jù)化學 性質(zhì)和物理形態(tài)進行不同的分類。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)。有機物的種類很多，其共性是在微生物的作用下被降解時，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程實際中，采用以下的幾個綜合污染指標來表述 ： 生物化學需氧量或生化需氧量 （ Biochemical Oxygen Demand, BOD） mg/L、 化學需氧量 (Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、 總有機碳 (Total Organic Carbon) mg/L、 總需氧量 (Total Oxygen Demand) mg/L。能較精確地描述污水的生化需氧量，但其測定的時間太長，需20天?；瘜W 需氧量 (COD)的特點是能夠精確的表示污水中有機物的含量，并且測定時間短，但它不能像 BOD 那樣表示出微生物氧化的有機物量。因此，在選擇 工業(yè)污水處理 工藝的時候必需要認真考慮當?shù)匚鬯那闆r，以及實際的 工業(yè)污水處理 的環(huán)境。這些方法根據(jù)實際情況，可以單一使用，也可以針對不同的污水混合使用。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古老的 工業(yè)污水處理工藝，其 工業(yè)污水處理 的關鍵組成部分為沼氣池與沉淀池，主要處理部分關系框圖如圖 21所示 。該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高，污泥負荷高，池的容積小，耗電省，運行成本低。 （ 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。但是此硝化 反硝化反應系統(tǒng)需要得到很好的控制，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。 A2/O 法 也 是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種 工業(yè)污水處理 工藝，其中 A2，即 AA，前一個 A代表 Anaerobic（厭氧的），后一個A代表 Anoxic（缺氧的）； O代表（好氧的）。 A2O 法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對除磷脫氮有要求的 工業(yè)污水處理 。 其工藝流程圖如圖 。 A/B 法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。 B段與常規(guī)活性污泥法相識，負荷較低。 B 段起到出水把關作用，處理穩(wěn)定性較好。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢最為明顯。另外，由于 A段去除了較多的 BOD，造成了碳源不足，難以實現(xiàn)脫氮工藝的要求。 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，而對于有脫氮要求的城市 工業(yè)污水處理 廠，一般不宜采用。 SBR 法 是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時間順序間歇式操作的污水生物處理 技術，也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥工業(yè)污水處理 技術，又稱序批式活性污泥法。 SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的最大區(qū)別在于它是以時間順序來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應代替生化反應，靜置理想沉淀代替動態(tài)沉淀等。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 7 本 設計 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 污水由進水系統(tǒng)通過粗格柵和清污機進行初步排除大塊雜質(zhì)物體，到達除砂池中。在該氧化溝系統(tǒng)中進行生化處理，分解污水中的有害物質(zhì)，此環(huán)節(jié)用到一些化學藥劑來加強處理效果 ，如復合堿、氯氣、油絮凝劑等。同時在該系統(tǒng)中設置有溶解氧儀超聲波檢測器，通過它對 污 水中 的 含氧量 進行 檢測 ，根據(jù)其反饋到 PLC 的值來控制曝氣機變頻器的運行，改變污水中溶解氧 的含量。經(jīng)處理的污水進入沉淀池中，在刮泥機的作用下進行物理沉淀，為了加強沉淀效果，同時加入混凝劑和絮凝劑利用高分子助凝劑的強烈吸附架橋作用更加容易沉降。 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)的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現(xiàn)場總線控制、 PLC 等控制方 。 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、信號處理技術、測量控制技術、通信網(wǎng)絡技術等相互滲透形成的。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，可適應各種要求。 （ 2） 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議在智能設備之間，以及智能設備與計算機之間進行數(shù)據(jù)傳輸和交換，從而實現(xiàn)控制與管理一體化的自動控制系統(tǒng)，其優(yōu)點 ： 可以用計算機豐富的軟件、硬件資源。通信協(xié)議公開，不同產(chǎn)品可互連。 PLC 是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統(tǒng)的控制器，實現(xiàn) 控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計算機作為其上位機，通過網(wǎng)絡連接 PLC，對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，其特點如下 ： 編程方便，開發(fā)周期短，維護容易?？刂乒δ軓?。 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，輸出符合國家標準的水質(zhì)。為實現(xiàn) 工業(yè)污水處理 技術的簡易、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，嚴重時甚至導致處理失效，因此需要增加曝氣機轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當溶解氧值偏高時，導致微生物過氧化，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，最后達到控制污水中含氧量 的要求。 主要組成部分 工業(yè)污水處理系統(tǒng)的結構比較復雜，設備較多，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。進水系統(tǒng)主要有進水管道和進水泵房組成，進水管道主要由粗格柵機和清污機組成，進水泵房主要有兩臺潛水泵組成。進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，當液位較低時只啟動一臺潛水泵，當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)主要由細格柵系統(tǒng)和沉砂池組成，細格柵系統(tǒng)是由細格柵機和轉(zhuǎn)鼓清污機組成，沉砂池的主要設備是分離機。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機，對沉砂池中的沙粒進行排除。氧化溝系統(tǒng)由氧化溝和污泥回流系統(tǒng)構成，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，控制過程叫復雜，包括轉(zhuǎn)碟曝氣機和潛水攪拌機，污水回流系統(tǒng)主要有污泥回流泵構成。潛水攪拌機的作用是推進水流，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行處理，該設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)，當液位低于某個值時停止回流泵的運行；當液位持續(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)主要設備為刮泥機，其功能是對進行氧化溝處理后的污水進行物理沉淀，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、污泥機和切割機構成，以上設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)設定的程序進行數(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格照檢測信號的輸入進行控制。操作面板主要包括手動、自動、各類設備的啟動按鈕等。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)進行控制。 (1）接通電源，啟動自動控制方式，啟動潛水攪拌器 和刮泥機。 (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。 (5）轉(zhuǎn)碟曝氣機根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng) PLC 運算后進行控制，同時控制分離機的運行與停止。 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 13 (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 輸入設備 輸入地址 輸入設備 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 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 手動細格柵機啟動 細格柵液位差計 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （論文） 15 手動分離機啟動 進水泵房液面高位傳感器 手動轉(zhuǎn)碟曝氣機工頻啟動 進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 手動潛水攪拌機啟動 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 輸出設備 輸出地址 輸出設備 粗格柵機接觸器 潛水攪拌機接觸器 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 輸出設備 西南科技大學應用型自學考試畢業(yè)設計 （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)。 接觸器 選型 在控制系統(tǒng)中，所有設備是根據(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備的啟停，在此用到了大量接觸器：如格柵機接觸器、清污機接觸器、潛水泵接 觸器、分離機接觸器、轉(zhuǎn)碟曝氣機接觸器、潛水攪拌機接觸器、刮泥機接觸器等 。其特點有： 高標準：符合 IEC6094741和 標準。強適應性： “TH” 防護處理