污水处理-硬件设计河北工程大学

污水处理-硬件设计河北工程大学内容摘要：

存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。 课题的主要研究内容 本课题论述了污水处理工艺及污水处理系统的组成和 PLC控制系统设计，主要由以下内容组成： （ 1）介绍了污水处理的基本内容，包括污水处理的发展、现状以及污水处理的工艺流程； （ 2）介绍了 PLC 的基本结构和工作原理，并对污水处理控制系统进行设计分析； （ 3）具体分析设计污水处理的部分硬 件系统； （ 4）具体分析设计污水处理的部分软件系统。 河北工程大学科信学院毕业设计说明书 5 2 污水处理控制系统总体介绍 污水处理概述 城市污水、生活污水、生产污水或经过工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入城市排水系统，故把生活污水和生产污水的混合污水叫做城市污水。 这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物。 经处理后的污水，最后出路有三种：（ 1）排放水体；（ 2）灌溉田地；（ 3）重复使用。 水处理的目的不外乎三种： （ 1）去除水中的影响使用水质的杂质 以及污泥的处置，这是最主要的内容； （ 2）为了满足用水的要求，在水中加入新的成分以改变水的化学性质，如食用水中加氟以防止龋齿病，循环冷却水中加缓浊剂以控制腐蚀和结垢等； （ 3）改变水的物理性质的处理，如水的冷却，降低水的粘滞度等。 污水处理工艺技术的现状及发展 我国现有城市污水处理厂 80%以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。 “七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在污水处理新技术、污水再生利用新技术、污泥处理新技术等方面都取得了可喜 的科研成果，某些研究成果达到国际先进水平同时，借助于国内城市污水处理工程项目的建设，国内许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国， AB法、氧化沟法、 A/O工艺、 A/A/O 工艺、 SBR法在我国城市污水处理厂中均得到应用。 污水处理工艺技术由过去只注重去除有机物发展为具有除磷脱氮功能。 国外一些先进、高效的污水处理专用设备也进入了我国污水处理行业市场，如栅格机、潜水泵、除砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼气锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备与装置。 目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺 技术之一。 应用较多的有奥贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例。 DE 型氧化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。 采用卡罗塞尔氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外货项目。 多种类型的 SBR 工艺在我国均有应用，如属第二代 SBR 工艺的 ICEAS 工艺，属第三代的 CAST 工艺、 UNITANK 工艺等。 随着我国对水环境质量要求的提高，使得新建城市污水处理厂必须考虑氮磷的去除问题。 由此开发了改良 A/A/O 工艺和回流污泥反硝化生物除磷工艺，并已开始在实际工河北工程大学科信学院毕业设计说明书 6 程中应用。 目前我国新建 及在建的污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污泥法仍为主流，占 90%以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。 从国情出发，我国城市污水处理发展趋势： （ 1）氮、磷营养物质的去除仍为重点也是难点； （ 2）工业废水治理开始转向全过程控制； （ 3）单独分散处理转为城市污水集中处理； （ 4）水质控制指标越来越严； （ 5）由单纯工艺技术研究转向工艺、设备、工程的综合集成与产业化及经济、政策、标准的综合性研究； （ 6）污水再生利用提上日程； （ 7）中小城 镇污水污染与治理问题开始受到重视。 污水处理工艺流程 污水处理就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化。 现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类。 生物化学处理是利用微生物处理污水中的有机污染物的一种工艺。 该工艺运行费用较低，得到了广泛的应用，目前已成为城市污水处理的主体工艺。 该法有活性污泥法和生物膜法两种，前者多用于城市污水，后者多用于处理高浓度有机污水与污水处理过程中生产的污泥。 城市污水处理按处理程度不同 可分为预处理、一级处理、二级处理、深度处理和污泥处理及处置。 预处理：主要包括格栅和沉砂池。 其主要作用是截留大块物质、砂石，以保证后续设备的正常运行。 一级处理：主要是初次沉淀池。 目的是将污水中悬浮状态的固体污染物质尽可育出也沉降去除，经过一级处理后的污水，可去除 50%左右的悬浮物，污水五日需氧量一般只能去除 30%左右，达不到排放标准。 二级处理工艺：主要由曝气池和而沉淀池构成。 它是城市污水处理厂的核心，一般采用生物处理方法中的活性污泥法，主要去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。 经二级处理后，有机污染物质 的去除率可达 90%以上，污水中五日需氧量值可降至 20～30mg/L，有机污染物达到排放标准。 河北工程大学科信学院毕业设计说明书 7 深度处理：通用的工艺有混凝沉淀和过滤。 主要目的是为了满足高标准的受纳水体要求或会用于工业等特殊用途，它是城市污水处理未来发展的方向。 污泥处理和处置：主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或卫生填埋。 SBR 污水处理工艺概述 序列间歇式活性污泥法，简称 SBR。 早在 1914年，这种处理系统就被采用，但由于当时的自动化水平较低，操作困难且工作量大，特别是后来随着城市和工业废水处理规模的日趋扩大，这个缺点更加突出，间歇式 活性污泥法逐渐被连续式活性污泥法取代。 近年来，随着计算机和自动控制技术的飞速发展，这一弊端得到很好的解决。 同连续式活性污泥法相比， SBR 具有许多独特的优点，使得间歇式活性污泥法日益受到国内外的重视。 SBR 反应池去除有机物的机理在充氧时与普通活性污泥法相同，不同之处是运行按流入、反应、沉淀、排放、待机五个工序，依次在同一 SBR 反应池中周期性运行。 从废水流入开始到待机时间结束为一个周期，一切过程都在一个设有曝气或搅拌装置的 SBR反应池内进行，不必另设沉淀池和污泥回流泵等装置。 间歇式活性污泥曝气法在流态上虽然属 完全混合式，但在有机物降解方面，则是时间上的推流。 SBR 工艺是一种简易、快速且低耗的废水生物处理工艺。 它主要有以下几个方面的特点： 、造价低； ； 活，可脱氮除磷； ； ，不易产生污泥膨胀现象。 河北工程大学科信学院毕业设计说明书 8 3 设计方案的确定 PLC 控制系统的设计分析 PLC 的产生背景 可编程控制器是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备，在其早期主要应用于开关量的逻辑控制。 l987 年国际电工技术委 员会（ International Electrotechnical Commission， IEC）颁布的 PLC标准草案对 PLC 做了如下定义：“ PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 在可编程控制器问世以前，工业控制领域中是以 继电器控制占主导地位的。 这种由继电器构成的控制系统存在明显的缺点，尤其是对生产工艺多变的系统适应性较差。 1968年，美国通用汽车公司（ GM）根据市场形势与生产发展的需要，为了完成“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略，提出了研制新型逻辑顺序控制装置来取代继电器控制装置。 第 2 年，美国数字设备公司（ DEC）就研制出了第一台 PLC，将其应用于美国通用汽车自动装配生产线上，并取得了极大的成功。 此后随着计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的不断进步， PLC 也迅速发展起来。 PLC 初创阶段的代表产品有 MODICON 公司的 08 AB公司的 PDQIl、 DEC的 PDP． 14和日立公司的 SCY． 022等。 该时期 PLC 产品的主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、逻辑运算、定时和计数等。 它的 CPU 由中小规模的数字集成电路组成，在 I／ O接口电路上做了改进以适应工业控制现场的要求，它的控制功能比较简单。 在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 —— 梯形图。 而通用汽车公司（ GM）公司为了适应生产工艺不断更新的需求，从用户角度提出了新一代控制器应具备的 10 项指标： （ 1） 编程方便可现场修改程序 （ 2） 维修方便采用模块化结构 （ 3） 可靠性高于继电器控制装置 （ 4） 体积小于继电器控制组装置 （ 5） 具有数据通信功能数据可直接送入计算机管理 （ 6） 成本可与继电器控制系统竞争 河北工程大学科信学院毕业设计说明书 9 （ 7） 输入可为市电 （ 8） 输出可为市电容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器、电磁阀等 （ 9） 易于扩展扩展时原系统改变最小 （ 10） 用户存储器大于 4KB 根据这 10 项指标，美国数字设备公司 (DEC 公司 )于 1969 年研制出了世界上第一台可编程控制器 PDP14，并在 GM公司的汽车生产线上使用成功，可编程控制器 自此诞生。 气候美国的莫迪康（ MODICON）公司也推车了 084控制器； 1971 年，日本推出了 DSC8控制器； 1973 年，西欧各国的可编程控制系也相继研制成功；我国于 1974年开始研制可编程控制器，并于 1977 年开始工业应用。 PLC 发展历史 自第一台可编程控制器问世以来，可编程控制器的发展与计算机技术、自动控制技术、半导体技术及通信技术等高新技术的发展是紧密相关的。 这些技术的每次革新，都会给可编程控制器带来功能和特性的新变化，使得可编程控制器技术的与飞速发展。 目前，可编程控制器以实现从“单片机 控制自动化 —— 生产线控制自动化 —— 全厂生产自动化”的三级解决方案，成为工业自动化的核心控制设备。 回顾可编程控制器的发展历程，大致可划分为 4个阶段。 （ 1） 从 1969年到 20 世纪 70年代中 期 这一阶段可编程控制器主要用于逻辑运算和技术技术运算其中央处理器由中小规模数字集成电路组成存储器为此信存储器，控制功能比较简单。 典型产品有莫迪康公司的 08 ALLENBRADLEY(AB)公司的 PDQ2 等。 由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此，被称为可编程序逻辑控制器（ PLC）。 （ 2） 20 世纪 70 年代中期到 80年代 初期 这一阶段可编程控制器的 CPU 采用微车力气，存储器采用半导体存储器，不仅整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能，实现了对模拟量的控制。 可编程控制器的名称碎屑为 PC，但为了于个人计算机的名称缩写 PC相区别，通常还把可编程控制器简称为 PLC。 （ 3） 20 世纪 80 年代初期到 90年代初期 这一阶段由于 16位， 32位微处理器的出现和应用， PLC 向大规模、高速度、高性能和网络化方向发展，形成了多种系列化产品，出现了结构紧凑、功能强大、性能价格比搞的新一代产品，并出现多种不同性 能的分布式网络系统，在功能上， PLC 具有了数学运算、数据采集和处理、运动控制、闭环控制、联网通信等功能，而且随着应用领域的不断迅速扩大， PLC 已成为构成生产过程自动控制系统的主要设备。 在此期间，国际电工委员会颁布了 PLC标准，似的 PLC 向标准化发展。 典型产品有罗克韦尔自动化公司河北工程大学科信学院毕业设计说明书 10 的 PLC2系列、 PLC3系列，西门子公司的 SYMATIC S5 系列等。 （ 4） 20 世纪 90 年代至今 这一阶段 PLC继续得到快速发展，系统在网络通信、热备冗余方面都有了长足的进步，成为了一种功能强大的、成熟的控制系统。 同时，通信从各 厂家的自称系统逐步向开放的、统一的和通用的标准网络结构发展，如控制层的控制网、设备网和现场总线、管理层的以太网等。 产品系列不断丰富，互通功能得到了较大的发展，系统性能日趋可靠、完善。 同时，还捉不采用了符合 IEC611313标准的程序设计语言，增加了高级编程语言等，似的各种生产数据采集和信息系统管理的视线变得容易、直接。 这是， PLC已不是单纯意义上的可编程控制器了，而是一种完全的过程系统。 典型产品有罗克韦尔自动化公司的 PLC5系列、 ControlLogix 系列，西门子公司的 SYMATIC S7 系统，莫迪康公司的 Quantum 系列等。 PLC 的结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。 根据结构形式的不同， PLC 的基本结构分为整体式和模块式结构两类。 （ 1） 整体式结 构的 PLC 整体式（又称箱体式）结构的 PLC 由中央处理器（ CPU）、存储器、输入 /输出（ I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。 这种结构的特点是结构简单、体积。