基于plc污水处理系统的设计

基于plc污水处理系统的设计内容摘要：

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 10 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。 制形式 [15] 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 ， 该类控制方法逐渐被淘汰。 目前 主要控制形式有以下几种： ① DCS 系统。 即 分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信 网络技术等相互渗透形成的。 实 现了真正的分散控制，可靠性提高， 扩展能力较强。 主要特点是 采用分级分布式控制，软硬件资源丰富，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单 ，实时性好，响应快。 主要是用于各类生产过程。 ② 现场总线控制系统。 其 是由 DCS 和 PLC 发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。 该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备之间，以及智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而实现控制与管理 一体化的自动控制系统，优点：可以用计算机丰富的软件、硬件资源，响应快，实时性好， 通信协议公开，不同产品可互连。 ③ PLC 系统。 利用它可以 实现控制系统的功能要求， 选用 计算机作为其上位机，通过网络连接 PLC，对生产过程进行实时监控，特点 ：编程方便，开发周期短，维护容易。 通用性强，使用方便。 控制功能强。 模块化结构，扩展能力强。 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。 因此， PLC 系统 成为污水控制系统的首选控制形式。 11 国外注重水处理中 PLC 的开发，相继研制出了一些智能、稳定、小巧的控制单元。 与国外相比，我国污水处理自动 化控制起步较晚 ，在处理工艺有的还是一级处理，处理的规模也很小，致使污水处理技术和管理水平处于较落后的状态。 我国 七十年代 才 开始 采用热工仪表，实行集中巡检；八十年代应用分析仪表和 DCS 系统；至九十年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建设投产，我国污水处理控制系统的自动化水平 才 有了很大的提高。 我国第一座大型污水处理厂 —— 天津市纪庄子污水处理厂 ，它的诞 生填补了我国大型污水处理 厂建设的空白 [8]。 此后， 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 随后进 入 我国污水处理行业市场。 从国外引进污水厂的自动控制系统已经广泛采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺，新设备大量出现并得到应用。 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。 可以说我们大体上 污水处理自动化的现状是：手动与自动皆备，自制和引用并举。 可以看出， 我国 未来 城市污水处理发展趋势 会是 ： ① 氮、磷营养物质的去处仍为重点。 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。 12 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。 ⑦ 中小城镇污水污染与治理问题受到 大众的普遍 重视。 资料显示 ，国外污水处理自控系统主要存在以 下 几个特点 [4]： ① 采用集散控制系统 DCS 和现场总线控制系统 FCS。 ② 采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实行实时监测，并由上位机记录下来，提高了测量精度。 ③ 生产过程中不同程度上采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动地调整相应的控制方式。 ④ 大 量采用遥测、遥控设备，并开始有效地利用社会信息资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。 我国 目前在 水体污染、改善水体环境方面发挥了 前所未有的效果 ，标志着我国工业污水处理事业发展到了一个崭新的阶段。 现阶段，我国工业污水处理的工作重点已经从工艺技术的研究转移到具体项目的实施。 资料显示， 我国的污水处理自控系统有以下特点： ① 新建的污水处理厂，引进了计算机分散控制系统， 并且采用 手动与自动并存的控制方式。 ② 国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，所以大部分采用进口的在线仪表，但是由于进口仪表价格昂贵， 所以应用并不是很广泛。 水质的检测主要是有实验室人员通过实验来测量。 13 ③ 各个控制站之间完全独立，没有信息的交换。 并且各个控制单元由于其内部资源的限制，只是实现了简单的时间控制和逻辑控制。 通过对比，不难看出整体上和国外相比我国污水的自控系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。 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。 第三章 过程论述 PLC污水 控制系统的设计步骤 如图 ： 14 图 1 不同的结构对应不同的控制系统，因此需要根据不同的结构特点设计相应的控制系统。 应用序批式活性污泥法（ SBR ）处理工艺， 采用三菱 系列 PLC 作为控制中心 实现 对污水处理的自动控制 [6]。 主要组成部分 15 工业污水处理系统的结构比较复杂，设备较多，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。 经过厌氧和好氧处理，污水中的热量、沼气等再生能源可以为工业生产提供二次能源，真正实现变废为宝、循环经济的目的。 图 工业污水处理系统基本组 成示意图 [14] ① 进水系统。 主要由 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即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即 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。 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。 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即 当液位差超过某个值时，启动清污机；当液 16 位差小于某个值时停止清污机的运行。 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。 ③ 氧化沟系统。 由氧化沟和污泥回 流系统构成，氧化沟包括转碟曝气机和潜水搅拌机， 主要 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。 污水回流系统主要由 污泥回流泵构成。 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。 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 它们 的生化反应更加充分， 以便 最大程度地分解污水中的有害成分。 ④ 沉淀系统。 主要设备为刮泥机，其功能是对进行氧化沟处理后的污水进行物理沉淀，将污泥和清水分离，刮泥机在整个 系统启动后就开始持续运行。 在该系统中用到一定化学药剂 主要 是 混凝剂、絮凝剂、复合碱等， 用来调节改善混凝条件及絮凝体结构，利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用，使细小松散的絮凝体变的粗大而紧密，容易发生沉降。 ⑤ 污泥脱水环节。 主要包括离心式脱水机，其主要功能是对氧化池中处理过污水的活性污泥进行脱水处理，由于对污水进行处理后，活性污泥中有新的微生物及其他杂质，因此需要先对活性污泥添加一定量的药物，便于污泥脱水。 离心 式脱水机主要由 聚合物泵、污泥机和切割机构成，以上设备按照顺序控制的方式启动，依次启动聚合物泵、污泥机和 切割机，完成对污泥的脱水处理。 通过以上设计大大降低了工人的劳动强度，提高了管理水平。 电气控制系统 17 电气控制系统 方面的 设计要求 [1]： ① 控制装置选用 PLC 作为系统的控制核心，根据工艺要求选配 PLC ② 可执行手动 /自动两。