基于plc的工業污水處理控制系統的設計-文庫吧

【正文】 ，也為人類治理水污 染積累了豐富的經驗。現在，這些國家的 工業污水處理 水平又有了進一步提高，興建了一批具有脫氮除磷功效的設施，對水體質量改善和水環境保護起了重大的作用。 課題的背景 未來 10年，中國 工業污水處理 項目工程建設投資將超過 2500 億元，其中 工業污水處理 設備投入約 300 億元。采用先進、實用的技術改造傳統工藝，在環保工程中廣泛采用先進的自動控制技術，是推動環保產業升級，實現環保發展戰略的重要環節。在這種形勢下 工業污水處理 自動化控制系統無疑是一個具有巨大的社會效益 、 環境效益及經濟效益的研究課題。 對于環境保護問題，國務 院明確規定所有工業污染源都必須達到排放標 。其中處理過的污水還可以循環再利用，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，許多地區和城市嚴重缺水。所以水資源也是一種保護。因此，從環保、注水等多方面的因素考慮，對于 工業污水處理 非常有必要。因此，有效的結合目前最新的工藝狀況、計量自控檢測儀表使用、 PLC 控制系統技術，將為當前 工業污水處理 控制系統提供有效的自控方法。 西南科技大學 應用型自學考試畢業設計 （論文） 3 研究目的和意義 世界任何國家的經濟發展，都會推進社會進步、促進工農業生產能力，使人民生活得到進一步改善，但是也隨之帶來不同程度的 環境污染，污水也是造成環境污染的來源之一。這個污染源的出現引起了世界各國政府的關注，治理水污染環境的課題被列入世界環保組織的工作日程。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，已經被聯合國列為世界上 13 個缺水國家之一。目前我國約 300個城市缺水，其中嚴重缺水城市有 5O 個。據中國經濟信息網分析統計，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。超過洪澇災害。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展。因此建設符合我國國情的污水廠自動控制系統對降低 工業污水處理 成本、改善環境、建立可持續發展社會和和諧社會、保持我國經濟高速發展具有重要意義。 課題主要 設計的 內容 本課題 主要設計的內容是 工業工業污水處理 工藝及 工業污水處理 系統的組成和 PLC 控制系統設計 ,主要由以下內容組成： （ 1）介紹了 工業污水處理 的基本內容，包括 工業污水處理 的發展 現狀以及工業污水處理 的工藝流程； （ 2）介紹了 PLC 的基本結構和工作原理，并對 工業污 水處理 控制系統進行設計分析； （ 3） 具體分析設計 工業污水處理 的硬件系統； （ 4）具體分析設計 工業污水處理 的軟件系統 ； （ 5） 工業污水處理 系統的調試與運行 。 西南科技大學應用型自學考試畢業設計 （論文） 4 2 工業污水處理 控制系統總體介紹 工業污水處理 基本概念 城市污水、生活污水、生產污水或經過工業企業局部處理后的生產污水，往往都排入排水系統。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。經處理后的污水，最后出路有三種 ： ① 排放水體； ② 灌溉田地； ③ 重復使用 。 污水污染物可根據化學性質和物理形態進行不同的分類。按化學性質，污水中的污染物質可分為無機性物質和有機性物質，其化學元素以炭、氮、磷為主。按物理形態，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。 好氧有機污染物的性質穩定，在微生物的作用下，借助微生物的新陳代謝功能而降解為無機物，如二氧化碳、水、硝酸根離子等穩定的無機物。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。 雖然 BOD20。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。考慮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。化學需氧量 (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。 常用的 工業污水處理 工藝 不同的 工業污水處理 對象，不同的 工業污水處理 環境，將需要有不同的 工業污水處理 工藝來處理。因此，在選擇 工業污水處理 工藝的時候必需要認真考慮當地污水的情況，以及實際的 工業污水處理 的環境。 工業污水處理 的方法主要有物理、化學、物理化學，以及生 物等幾種。這些方法根據實際情況，可以單一使用，也可以針對不同的污水混合使用。目前， 工業污水處理 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。常用的 工業污水處理 工藝有以下幾種。 西南科技大學應用型自學考試畢業設計 （論文） 5 （ 1） 傳統活性污泥法。 傳統活性污泥處理法是一種最古老的 工業污水處理工藝，其 工業污水處理 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 。 圖 21傳統活性污泥法工藝流程圖 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。該工藝的優點有：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。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、易產生污泥膨脹現象，磷和氮的去除率低。 （ 2） A/O 法。 A/O法是在傳統活性污泥法的基礎上發展起來的一種 工業污水處理 工藝，其中 A 代表 Anoxic（缺氧的）， O 代表 Oxic（好氧的）。 A/O法是一種缺氧 好氧生物 工業污水處理 工藝。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，很好的處理了污水中的氮含 量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化 反硝化反應系統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。 其工藝流程圖如下： 圖 22 A/O法工藝流程圖 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 西南科技大學應用型自學考試畢業設計 （論文） 6 （ 3） A2/O 法。 A2/O 法 也 是在傳統活性污泥法的基礎上發展起來的一種 工業污水處理 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）。 A2/O 是一種厭氧 — 缺氧 — 好氧 工業污水處理 工藝。 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 工業污水處理 。因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市 工業污水處理 廠，一般首選 A2/O 工藝。 其工藝流程圖如圖 。 圖 23 A2/O法工藝流程圖 （ 4） A/B 法。 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。高負荷段停留時間約為 20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發生不完全氧化反應，去除 BOD達 50%以上。 B段與常規活性污泥法相識，負荷較低。 AB 法中 A段效率很高，并有較強的緩沖能力。 B 段起到出水把關作用，處理穩定性較好 。對于高濃度的 工業污水處理 ， AB法具有很好的適用性，并有較高的節能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優勢最為明顯。但是， AB 法污泥產量較大， A段污泥有機物含量極高，因此必須添加污泥后續穩定化處理，這樣就將增加一定的投資和費用。另外，由于 A段去除了較多的 BOD，造成了碳源不足，難以實現脫氮工藝的要求。對于污水濃度低 的場合， B 段也比較困難，也難以發揮優勢。 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處理設施的大中規模的城市 工業污水處理 廠，且有明顯的節能效果，而對于有脫氮要求的城市 工業污 水處理 廠，一般不宜采用。 （ 5） SBR 法。 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污水處理 技術，又稱序批式活性污泥法。其反應機理及去除污染物的機理與傳統的活性污泥法基本相同，只是運行操作方式不盡相同。 SBR法與傳統的水處理工藝的最大區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，非穩態生化反應代替生化反應，靜置理想沉淀代替動態沉淀等。整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的，但是通過多個單元組合調 度后又是連續的，在運行上實現了有序和間歇操作相結合 。 西南科技大學應用型自學考試畢業設計 （論文） 7 本 設計 系統 工業污水處理 工藝及描述 ： 本 工業污水處理 工藝流程圖如下圖 24所示： 圖 24 工藝流程圖 污水由進水系統通過粗格柵和清污機進行初步排除大塊雜質物體，到達除砂池中。在除砂池系統中 細格柵和轉鼓清污機進一步 凈 化污水中的細小顆粒物體，將污水中的細小沙粒濾除后進入氧化溝反應池。在該氧化溝系統中進行生化處理，分解污水中的有害物質，此環節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。對污水進行除油、消毒、調整 PH值。同時在該系統中設 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。潛水攪拌機的作用是推進水流，使氧化溝的污水和活性污泥處于劇烈攪拌充分混合接觸，使生化反應更加充分，以最大程度地 分解污水中的有害成分。經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。污水經沉淀池處理最后到達脫水環節，離心式脫水機作用下進行脫水處理后排出清水。 工業污水處理 系統控制形 式 早期的控制系統多采用繼電器 —— 接觸器控制系統，但隨著電子技術的飛速發展，控制要求的不斷提高，該類控制方法已不能滿足現代 工業污水處理 系統的控制要求，因此已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS、現場總線控制、 PLC 等控制方 。 西南科技大學應用型自學考試畢業設計 （論文） 8 （ 1） DCS 系統。 DCS 是集散控制系統的簡稱，又稱為分布式計算機控制系統，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。由計算機和現場終端組成，通過網絡將現場控制站、檢測站和操作站、控制站等連接起來，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各類生產過程，可提 高生產自動化水平和管理水平，其主要特點如下 ： 采用分級分布式控制，減少了系統的信息傳輸量，使系統應用程序比較簡單。實現了真正的分散控制，使系統的危險性分散，可靠性提高。擴展能力較強。軟硬件資源豐富，可適應各種要求。實時性好，響應快。 （ 2） 現場總線控制系統。現場總線控制系統是由 DCS 和 PLC 發展而來的，是基于現場總線的自動控制系統。該系統按照公開、規范的通信協議在智能設備之間，以及智能設備與計算機之間進行數據傳輸和交換，從而實現控制與管理一體化的自動控制系統，其優點 ： 可以用計算機豐富的軟件、硬件資源。響應快，實時性好。通信協議公開，不同產品可互連。 （ 3） PLC 系統。 PLC 是可編程邏輯控制器的簡稱，用它作為處理系統的控制器，實現控制系統的功能要求，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控，其特點如下 ： 編程方便，開發周期短，維護容易。通用性強，使用方便。控制功能強。模塊化結構，擴展能力強。 工業污水處理 系統的功能要求 工業污水處理 系統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處理后，輸出符合國家標準的水質。長期以來， 工業污水處理 技術雖然經過了迅速發展 ，但仍滯后于城市發展的需要， 工業污水處理 率低、設備運轉率低等極大地影響了城市發展。為實現 工業污水處理 技術的簡易、高效、低能耗的功能， 并且實現自動化的控制過程，采用 PLC 作為核心控制器是個較好的方案。 PLC 作為 工業污水處理 系統的控