基于plc的工业污水处理控制系统设计

基于plc的工业污水处理控制系统设计内容摘要：

氮有要求的工业污水处理。 对除磷脱氮有特别要求的城 市工业污水处理厂，首选 A2/O 工艺。 其工艺流程图如图23： 隔栅 沉砂池 初沉池 厌氧池 好氧池 二沉池 进水 剩余污泥 回流污泥 混合液回流 出水 7 图 23 A2/O 法工艺流程图 ④ A/B 法。 是吸附生物降解法的简称，于 80 年代初开始在我国应用于工程实践。 该工艺没有初沉淀，将曝气池分为高低负荷两段，并分别有独立的沉淀和污泥回流系统。 主要应用于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比较高的城市污水处理厂，并有较高的节能效益。 尤其在采用污泥消化和沼气利用工艺时，优势最为明显。 ⑤ SBR 法。 序批式活性污泥法的简称，是一种按照一定的 时间顺序间歇式操作按间歇曝气方式来运行的污水生物处理技术。 早在 1914 年，这种处理系统就被采用，由于当时的自动化水平较低，操作困难且工作量大，随着城市和工业废水处理规模的日趋扩大，间歇式活性污泥法逐渐被连续式活性污泥法取代。 SBR 反应池去除有机物的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。 特点：工艺简单、造价低；时间上具有理想的推流式反应器的特性；运行方式灵活，可脱氮除磷；具有较强的耐冲击负荷的能力；良好的污泥沉降性能，不易产生污泥膨胀。 综上所述，传统活性污 泥及其改进型 A/0、 A2/0 、 AB 工艺，处理单元多，操作管理复杂，尤其是污泥厌氧消化工艺，对管理水平要求较高，而氧厌氧池（ A） 缺氧池（ A） 好氧池（ O） 二沉池 进水 混合液回流 活性污 泥回流 出水 8 化沟法回流污泥溶解氧较高，对除磷有一定的影响。 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， 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。 多种类型的 SBR 工艺在我国同样有应用，如属第二代 SBR 工艺的 ICEAS 工艺，属第三代的 CAST 工艺、 UNITANK 工艺等。 而中城市污水处理厂选用 SBR 法最经济实用。 因此，在选择工业污水处理工艺的时候必需要认真考虑当地污 水的情况，以及实际的工业污水处理的环境[7]。 2 系统工业污水处理工艺： 本文研究的工业污水处理工艺流程图如图 24所示： 图 24 系统工艺流程 污水由进水系统通过粗格栅和清污机进行初步排除大块杂质物体，到达除砂池中。 在除砂池系统中细格栅和转鼓清污机进一步净化污水中的细小颗进水泵 粗格栅 清污机 除沙池 细格栅 转股清污机 氧化沟反应池 潜水搅拌机 转碟曝气机 沉淀池 污泥回流泵 排泥罐 污泥脱水 污水 清水排出 9 粒物体，将污水中的细小沙粒滤除后进入氧化沟反应池。 在该氧化沟系统中进行生化处理，分解污水中的有害物质，此环节用到一些化学药剂来加强处理效果，如复合碱、氯气、油絮凝剂等。 对污水进 行除油、消毒、调整 PH 值。 同时在该系统中设置有溶解氧仪超声波检测器，通过它对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈到 PLC 的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。 潜水搅拌机的作用是推进水流，使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈搅拌充分混合接触，使生化反应更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。 经处理的污水进入沉淀池中，在刮泥机的作用下进行物理沉淀，为了加强沉淀效果，同时加入混凝剂和絮凝剂利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用更加容易沉降。 污水经沉淀池处理最后到达脱水环节，离心式脱水机作用下进行脱水处理 后排出清水。 10 第 3 章 控制系统方案设计 工业污水处理系统控制形式 早期的控制系统多采用继电器 —— 接触器控制系统，但随着电子技术的飞速发展， 控制要求的不断提高 ,该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要求，因此已逐渐被淘汰，取而代之的是 DCS、现场总线控制、 PLC等控制方式。 工业污水处理系统的主要功能是完成对城市污水的净化作用，将城市中排除的污水通过该系统处理后，输出符合国家标准的水质。 为实现工业污水处理技术的简易、高效、低能耗的功能，并且实现自动化的控制过程。 采用PLC 作为核心控制器是个较好的方案。 PLC 作为工业污水处理系统的控制系统使得设计过程变得更加简单，可实现的功能变得更多。 与各类人机界面的通信可完成 PLC 控制系统的监视，同时使用户可通过操作界面功能控制 PLC 系统。 由于 PLC 的 CPU 强大的网络通信能力，使得工业污水处理系统的数据传输与通信变得可能，并且也可实现其远程监控。 利用 PLC 作为控制器的工业污水处理系统主要涉及两个方面：一是信号输入；二是控制输出信号。 工业污水处理系统信号输入检测方面主要涉及四类信号的监测，主要包括：按钮的输 入检测、液位差的输入检测、液位高低的输入检测，以及曝气池中含氧量的输入检测。 11 （ 1）按钮输入检测。 大多数为人工方式控制的输入检测，主要有自动按钮、手动按钮、格栅机启动按钮、清污机启动按钮、潜水泵启动按钮、潜水搅拌机启动按钮、污泥回流泵按钮、曝气机工频、变频按钮，以及变频加速减速按钮等。 （ 2）液位差输入检测。 检测粗细格栅两侧液位差，用来控制清污机的启动与停止。 （ 3）液位高低输入检测。 检测进水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用来控制潜水泵或污泥回流泵的启动和停止，以及投入运行的潜水泵的数量。 （ 4）含氧量输 入检测。 以上三种都为数字量输入，该输入为模拟量输入。 曝气过程是工业污水处理系统中最重要的环节，为了保证微生物所需要的氧气，必须检测污水中的含氧量，并通过曝气机增加或减少其含氧量。 通过将溶解氧仪设置在适当位置上，将检测值反馈到 PLC 中，通过运算输出控制曝气机的转速信号。 当溶解氧值偏低时，降低了微生物分解的效果，延长了处理时间，严重时甚至导致处理失效，因此需要增加曝气机转速以增加供氧量；当溶解氧值偏高时，导致微生物过氧化，降低了其活性，也不利于处理，因此减小曝气机转速以减少供氧量，最终使污水中的溶解氧保持在一定 的范围内。 信号输出部分主要包括两个方面：一个是数字量输出，即各类设备的接触器；另外一个是模拟量输出，用来控制曝气机变频器。 （ 1）数字量输出。 控制各类设备的启动和停止，包括：格栅机启停、清污机启停、潜水泵启停、潜水搅拌器启停、污泥回流泵等设备。 （ 2）模拟量输出通过 PLC 中 PID 运算后的数据，通过其功能模块输出控制信号，该控制信号输入到变频器的控制端子上，改变变频器的输出频率， 12 从而控制曝气机的转速，最后达到控制污水中含氧量的要求。 工业污水处理系统基本组成 工业污水处理系统的结构比 较复杂，设备较多，其中氧化沟是工业污水处理系统中的重要环节。 在氧化沟中其控制过程及原理大致相同，都是通过控制曝气机的转速来调节污水中的含氧量，其基本组成如图 31所示。 图 31 工业污水处理系统基本组成 图 (1）进水系统。 进水系统主要有进水管道和进水泵房组成，进水管道主要由粗格栅机和清污机组成，进水泵房主要有两台潜水泵组成。 进水管道的主要功能是将污水中的大块物体排除，其中的粗格栅是根据程序设定的时间进行间歇工作，而清污机的运行和停止是根据粗格栅两侧的 液位差来决定的，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行。 进水泵房中的潜水泵运行及停止是通过安装在泵房内的液位传感器来决定的，当液位较低时只启动一台潜水泵，当液位较高时启动两台潜水泵，若液位持续升高时，则输出报警以示意有故障发生。 (2）除砂系统。 除砂系统主要由细格栅系统和沉砂池组成，细格栅系统是由细格栅机和转鼓清污机组成，沉砂池的主要设备是分离机。 细格栅系统的主要功能是进一步净化污水中的颗粒物体，将污水中细小的沙粒滤除，其进水系统 除沙系统 氧化沟系统 沉淀系统 污泥脱水系统 13 中的细格栅机是根据程序设定时间进行间歇工作，而 转鼓清污机的运行和停止则根据细格栅两侧的液位差来决定，当液位差超过某个值时，启动清污机；当液位差小于某个值时停止清污机的运行，这和粗格栅系统的运行方式一致。 沉砂池中分离机的运行和后续处理中的转碟曝气机的运行同步，即启动转碟曝气机的时候同时启动分离机，对沉砂池中的沙粒进行排除。 (3）氧化沟系统。 氧化沟系统由氧化沟和污泥回流系统构成，氧化沟是工业污水处理系统中最重要的环节，因此控制量较多，控制过程叫复杂，包括转碟曝气机和潜水搅拌机，污水回流系统主要有污泥回流泵构成。 氧化沟的功能是对污水进行生化处理，分解污水中 的有害物质，使其达到一定的水质标准，其中是转碟曝气机是关键设备，在氧化沟中设置有溶解氧仪对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈到 PLC 的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。 潜水搅拌机的作用是推进水流，同时使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈的搅拌状态，使他们充分混合接触。 使活性污泥的生化反应更加充分，这样才能最大程度地分解污水中的有。