【正文】 左右 [1]。我國北方地區(qū)水資源的超采，己形成漏斗地勢、水位下降、湖泊干涸、河水斷流、生態(tài)惡化。 我國淡水資源不斷減少，而且污染現(xiàn)象較為嚴重。但是我國工業(yè)用水耗費高，重復利用水少，中水使用率不高，有關資料顯示，我國的工業(yè)用水重復利用率平均為 40%~50%。耗水量高、重復利用率低、污染嚴重是我國工業(yè)系統(tǒng)水資源利用的突出問題。據統(tǒng)計，由于水質污染，我國已有大約 3 億人的飲水發(fā)生不安全現(xiàn)象，其中 億人的飲水是超標水。這些現(xiàn)象都是水污染產生的嚴重后果，因此工業(yè)污水處理項目的實施已經刻不容緩。并且工業(yè)污水處理過程中，經過厭氧和好氧處理，污水中的熱量、沼氣等再生能源可以為工業(yè)生產提供二次能源，真正實現(xiàn)變廢為寶、循環(huán)經濟的目的。在工廠的工業(yè)污水處理過程中，污水來源的不穩(wěn)定以及工廠中各種污水的成分的復雜性，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 ‖攻關項目在氧化塘、土地處理和復合生態(tài)系統(tǒng)等自然處理技術方面的研究較多，以這些成果為設計依據，建立了一些氧化塘、土地處理等污水示范工程。研究成果己 被應用于大批工業(yè)污水處理廠。經過 ―七五 ‖、―八五 ‖和 ―九五 ‖期間的努力，我國在工業(yè)污水處理技術方面取得了較大的成就。現(xiàn)階段，我國工業(yè)污水處理的工作重點已經從工藝技術 的研究轉移到具體項目的實施。工業(yè)污水處理設施中，城市排水管線和工業(yè)污水處理廠的興建和運行在水污染控制中發(fā)揮著骨干作用。這些工業(yè)污水處理廠的投入對國家的水體污染改善起了關鍵的作用，也為人類治理水污染積累了豐富的經驗。 課題的背景 未來 10 年，中國工業(yè)污水處理項目工程建設投資將超過 2500 億元，其中工業(yè)污水處理設備投入約 300 億元。在這種形勢下工業(yè)污水處理自動化控制系統(tǒng)無疑是一個具有巨大的社會效益、環(huán)境效益及經濟效益的研究課題。其中 處理過的污水還可以循環(huán)再利用，由于我國是一個水資源匱乏的國家，而且時空分布上極不均勻，許多地區(qū)和城市嚴重缺水。因此，從環(huán)保、注水等多方面的因素考慮，對于工業(yè)污水處理非常有必要。 研究目的和意義 世界任何國家的經濟發(fā)展，都會推進社會進步、促進工農業(yè)生產能力，使人民生活得到進一步改善，但是也隨之帶來不同程度的環(huán)境污染，污水也是造成環(huán)境污染的來源之一。我國是一個嚴重缺水的國家，雖然我國年平均水資源總最為 28000 億 m2，居世界第 6 位，人均水資源量為 2220m2，居世界第 110 位，已經被聯(lián)合國列為世界上 13 個缺水國家之一。據中國經濟信息網分析統(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，因缺水造成的經濟損失每年達 2300 億。水資溝的匱乏和水資源的污染，己經嚴重的影響了人民的 日常生活，嚴重的影響了我國的經濟建設和發(fā)展。 課題主要設計的內容 本系統(tǒng)采用西門子 S7300 型 PLC 作為中心控制單元，通過主程序，遠程I/O 程序，和模擬量輸入程序的結合，除去水中的雜物，從而使污水得到凈化，達到污水處理的目的。其中包括的設備有兩臺粗格柵除污機和兩臺細格柵除污機， 1 和 2兩臺水 泵，潛水攪拌器和回流污泥泵，潷水器， 1 和 2兩臺鼓風機。 系統(tǒng)在中央控制室設有一臺上位監(jiān)控器，一個模擬顯示屏。監(jiān)控管理機與 PLC 通過通信電纜（屏蔽雙絞線）連接。這些 污水除含有碳水化合物、蛋白質、氨基酸、動植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗滌劑等物質外，還含有細菌、病毒等使人致病的微生物。 污水污染物可根據化學性質和物理形態(tài)進行不同的分類。按物理形態(tài)，污水中的污染物質可分為固體懸浮物即呈顆粒狀的污染物質、膠體污染物質和溶解性污染物質 。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?？紤]到好氧分解速率一般在開始的幾天最快，在 20℃ 溫度下，污水五日生化需氧量 (BOD5)，約占 BOD20的 70%～ 80%，因此把 BOD5作為衡量污染水的有機物濃度指標。 常用的工業(yè)污水處理工藝 不同的工業(yè)污水處理對象，不同的工業(yè)污水處理環(huán)境，將需要有 不同的工業(yè)污水處理工藝來處理。 工業(yè)污水處理的方法主要有物理、化學、物理化學，以及生物等幾種。目前，工業(yè)污水處理的方法一般以生物處理法為主，輔以物理處理法和化學處理法。 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 5 第 5 頁 （ 1）傳統(tǒng)活性污泥法。 圖 污水中的有機物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中經過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。該工藝的缺點有：普通曝氣池占地多，建設投資大，滿足國家標準相關指標范圍小、易產生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。 A/O 法是在傳統(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 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 所示。 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 所示。 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。 圖 工藝流程圖 污水處理采 用 SBR 污水生物處理工藝，是按 ―進水、反應（曝氣等）、沉淀、排水 ‖步驟周期性進行生化反應。 進水 進水閥們打開， 污水連續(xù)不斷地進入集水池， 污水通過粗格柵過濾，經過水泵，然后細格柵過濾到達 SBR池。 沉淀 當 SBR 池停止曝氣以后，空氣閥門關閉，潛水攪拌器和回流污泥泵停止運行，開始重力沉淀和泥水分離。剩余污泥含水率低，濃縮污泥含固率可達到 %～ 3%，這為后續(xù)污泥的處置提供了良好的條件。當池水位達到處理周期開始時的最低水位時，停止?jié)? 集水池 水泵 SBR 池 SBR 池 鼓風機 儲泥池 處理后的污水 肥料 污水 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 8 第 8 頁 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 絡連接PLC，對生產過程進行實時監(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?。 本系統(tǒng)采用西門子 S7300 型 PLC 作為中心控制單元，通過主程序，遠程 I/O 程序，和模擬量輸入程序的結合，除去水中的雜物，從而使污水得到凈化，達到污水處理的目的。長期以來，工業(yè)污水處理技術雖然經過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城 市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設備運轉率低等極大地影響了城市發(fā)展。 [3] 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 9 第 9 頁 PLC 作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。由于 PLC 的 CPU強大的網絡通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據傳輸與通信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。 SBR 工藝采用間歇運行方式 [2],污水間歇進入處理系統(tǒng)，間歇排出，一般來說，它的一個運行周期包括 5 個階段。此時活性污泥中菌膠團 (由細菌、藻類、原生動物、后生動物等組成 ) 將對廢水中的有機物產生吸附作用。 第 3 階段，靜置期 (Settle)，既不曝氣也不攪拌，反應池處于靜沉狀態(tài)，進行高效的泥水分離，隨著水中的溶解氧不斷降低，厭氧反應也在進行。 第 5 階段，閑置期 (Idle)，活性污泥中微生物充分休息恢復活性，為了保證污泥的活性防止出現(xiàn)污泥老化現(xiàn)象，還須定期排出剩余污泥，為新鮮污泥提供足夠的空間生長 繁殖。它具有工藝系統(tǒng)組成簡單，一池多用，無須設污泥回流設備，建設費用與運行費用都較低等特點。在實際工作中，當處理規(guī)模大時，需多套 SBR 池并聯(lián)運行，使控制系統(tǒng)及維護管理趨于復雜，故 SBR 法特別適合于一般中、小型規(guī) 模，有機濃度較高、可生化性好的工業(yè)廢水處理，具有較大的推廣應用價值 [5] 遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 10 第 10 頁 3 設備控制要求 系統(tǒng)構成 系統(tǒng)在中央控制室設有一臺上位監(jiān)控器，一個模擬顯示屏。監(jiān)控管理機與 PLC 通過通信電纜（屏蔽雙絞線）連接。一般開 10min，停30min。當集水池處于低水位時，關閉所有泵；當水位較高時，開一臺水泵；當水位高時開兩臺水泵；當水位 很高時發(fā)出警報。一般開 10min，停30min。 5） SBR 池內進水閥門依次開啟，當 1池水位升到一定液位后關閉閥門，然后開 2進水閥門， 2水位升到一定液位后關閥門，然后開 3閥門，以此類推。 7）空氣閥門關閉 30min 后，潷水器開始運行。 8）剩余污泥泵在潷水器停止運行后開始運行，排泥至污泥池。 9）當開啟 1 個空氣閥門時，開啟一臺鼓風機，開啟 2 個或 3 個空氣閥門時，開兩臺鼓風