基于s7300的污水处理控制系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于s7300的污水处理控制系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

（ 1）采用集散控制系统和现场总线控制系统，按照企业厂区的自身情况和工艺分成若干个控制站，相互之间一般独立运行。 并设有中央控制室，在这里进行数据的记录和 管理。 （ 2） 在线检测水质和其他因素的传感器被大量采用，实施对水质的实时监控，提高检测精度。 （ 3） 处理工艺中还采用智能控制和通信遥控设备，为监控系统的运行提供相应的调整控制方式和信息。 与国外相比，我国污水处理自动化控制起步较晚，但随着投资和科技的发展，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大的提高，从外国引进污水厂的自动控制系统已广泛采用集散式控制系统，应用了自动化程度提高的检测仪表，各种新工艺、新设备的大量出现并得到应用。 但依然存在这许多不足 [4]： （ 1）大部分以前建造的污水处理厂自动化程度仍然很低 ，不能很好的实现。 （ 2）国产在线仪表的稳定性还没有达到要求，急需进一步的提高。 （ 3）目前使用的大多是进口仪器、仪表，在使用和维护方面仍存在许多问题。 （ 4） 污水处理厂控制系统的监控和通讯功能在硬件和软件开发利用方面存 4 在极大不足，妨碍了处理过程的高效、经济运行。 通过对比，不难看出整体上国外相比我国的污水处理的自动控制系统仍有很大的优势，我国与国外还是存在着很大的差距。 但是，我国的应用前景却非常的广泛、有很大的潜力。 5 第 2章 污水处理系统的工艺及主要构筑物 污水处理工艺 一般是采用传统活性污 泥法工艺，将污水中的污染物分离出来或转化为无害的物质，从而使污水得到净化。 污水处理方法分类： （ 1）物理处理法。 如过滤法、沉淀法。 （ 2）物理化学法。 如混凝沉淀法。 （ 3）生物处理法：利用微生物来吸附、分解、氧化污水中的有机物，把不稳定的有机物降解为稳定无害的物质，从而使污水得到净化。 活性污泥法是生物处理法的一种。 活性污泥法是一种生物处理方法，用于除去污水中的有机物，主要利用微生物的代谢来获得能量和产品。 广泛应用于处理各种工业废水和城市污水。 活性污泥法属于好氧生物处理，由好氧微生物及其代谢和吸附的有机物和 无机物组成，具有降解污水中有机物的能力 [5]。 活性污泥法的工艺过程为吸附、代谢和固液分离主要的三个过程，主要的工艺构筑物有调节池、沉淀池、曝气池、污泥回流系统和剩余污泥排放系统组成。 在曝气期间，鼓风机送来压缩空气，通过曝气池底的空气扩散装置来增加污水中的溶解氧的含量，将污水和活性污泥用搅拌器搅动，形成悬浮状态。 溶解氧、活性污泥和污水充分混合、充分接触，正常的进行活性污泥反应。 在活性污泥法的预处理中，污水中的大型垃圾由格栅机拦截下来，在调节池中，污水中大的有机污染物被分解成小分子有机物。 在活性污泥法中的二 级处理中，微生物与充足的氧气接触，吸收这些被分解的有机物，并进行氧化分解，为自身的增殖繁衍提供能量和物质条件。 这样反应进行之后的结 6 果为，污水中的有机污染物得到降解除去，活性污泥得以繁殖增长，污水得以净化处理。 经过活性污泥净化后的混合液进入二次沉淀池，悬浮着的活性污泥和其他杂质沉淀下来与水分离，澄清后的污水被排到指定地点进行再利用。 而二次沉淀池底的活性污泥再由污泥回流泵抽回到曝气池中，保证曝气池中的微生物浓度，进行循环利用。 间歇式活性污泥法（ SBR）介绍 近年来，采用生物法处理各种浓度的有机废水 、生活城市污水等已成为一种趋势，而污水生物处理技术中的间歇式活性污泥法 (SBR) 在水质水量变化大的中小城镇的生活污水和易生物降解的工业废水的处理中取得了成功并得到了广泛的应用。 SBR 活性污泥法（ Sequencing Batch Reactor）又称序批式活性污泥法、间歇式活性污泥法，其污水处理机理与普通活性污泥法完全相同。 该工艺在1914 年由英国 Alden 与 Lockett 等人发明，但是由于该工艺的操作过程比较繁琐，与其他工艺相比较 SBR 所需控制的参变量较多，对仪表的精度和可靠性有较高的要求，而当时的自动 化控制水平很低，也不可能有精度和可靠性都较高的仪表，限制了 SBR 工艺的发展和推广。 随着科学技术的迅猛发展，特别是自动化水平的提高，对污水处理过程进行全自动化的管理和监控称为可能。 近年来，随着监测控制技术与设备的发展，尤其是计算机系统的广泛应用使 SBR 法的潜力又充分地体现出来 ,SBR 法也显示了自身的价值。 20 世纪 70 年代由美国 Natre Dame 大学的 R Irvine 博士将老式的充排系统改进并发展而成 ,并于 1980 年在美国环保局 EPA 的资助下 ,在印第安那州改建并投产了世界上第一个 SBR 法污水处理厂 [6]。 我国 于 20 世纪 80 年代中期开始了研究与应用，上海市吴淞肉联厂污水处理站是我国第一座应用 SBR 工艺的污水处理单位。 7 SBR 工艺的基本原理 活性污泥法就是以含于废水中的有机污染物为培养基，再有溶解氧存在的条件下，连续地培养活性污泥，再利用其吸附凝聚和氧化分解作用净化废水中的有机污染物。 SBR 系统分为以下 5 个阶段：进水、曝气、沉淀、滗水、闲置。 分别依时间完成这 5 步的操作，从而完成一个周期的运行 [7]。 （ 1）污水流入工序 污水流入曝气池前，该池处于操作周期的待机（闲置）工序，此时沉淀后的清夜已排放，曝气 池内留有沉淀下来的活性污泥。 污水流入的方式主要有 3 种，即进水、进水同时曝气、进水同时缓速搅拌，至于选用哪一种方式，则根据设计要求而选定。 ① 进水 污水流入，当注满后再进行曝气操作，则曝气池能有效地调节污水的水质水量。 ② 进水同时曝气 当污水流入的同时进行曝气，则可使曝气池内的污泥再生和恢复活性，并对污水起到预曝气的作用。 ③ 进水同时缓速搅拌 当污水流入的同时不进行曝气，而是进行缓速搅拌使之处于缺氧状态，则可对污水进行脱氧与聚磷菌对磷的释放。 （ 2） 曝气工序 ① 曝气池：在池中使废水中的有机污染物与活性污泥充分 接触，并吸附和氧化分解有机污染物质。 沉淀下来的活性污泥回流到曝气池中，继续使用。 ② 曝气系统：曝气系统供给曝气池生物反应所必须的氧气，并起混合搅拌作用。 当污水注满后， 开始曝气 操作， 这是一道很重要的工序，如果要去除有机物、 硝化和磷的吸收则需要曝气，如要反硝化则应停止曝气而进行缓速搅 8 拌。 一般要进行 小时。 （ 3） 沉淀工序 使混合液处于静止状态，进行泥、水分离，沉淀时间一般需进行 1 小时。 （ 4） 滗水工序 排除曝气池沉淀后的上清液，留下活性污泥，作为下一个操作周期的菌种。 （ 5） 闲置工序 剩余污泥的排放可以放 在这一阶段。 此外这阶段 SBR 池处于空闲状态，主要是与其他反应池进行匹配，也即等待相邻的 SBR 池的某一过程的结束，再开始本池下一个操作周期。 SBR工艺的技术特征 与传统的污水处理工艺不同， SBR的优点有 [8]： （ 1） SBR法是目前为止公认的防止污泥膨胀的最好工艺，具有理想的推流过程使生化 反应推动力增大 ，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。 （ 2）运行效果稳定，具有较强的耐冲击负荷能力，能处理高浓度有机废水及有毒工业废水。 （ 3）由于 SBR法本身的间歇运行特点，它很适用于处理废水流 量变化大甚至间歇排放的工业废水。 （ 4）处理设备少，结构简单，便于操作和维护管理，同时系统适用于组合式结构方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 （ 5） SBR法在沉淀阶段属于静止沉淀，由于不采用污泥回流，所以沉淀效果好，并可以维持反应阶段较高的污泥浓度，以提高处理效率。 （ 6）它的运行方式可以灵活控制，很好的实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷的效果。 （ 7）工艺流程简单、造价低。 主体设备只有一个序批式间歇反映器，无 9 二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。 综上所述， SBR法的这些优越性表现了其强大的生命力与广阔的应用前景，这也被近年来的实践所证明 溶解氧在 SBR法中的作用 溶解氧指的是溶解于水中的氧气，也是水中生物的生存条件，如同我们的空气。 溶解氧的来源有两个途径：一是大气中的氧气渗入到水中；二是水中的植物进行光合作用释放出氧气。 溶解氧随着温度盐分和气压而变化，一般温度越高。 盐分越高，溶解氧浓度越低；气压越高，水中的溶解氧的浓度就越高。 而当水被有机污染物污染后，水中的溶解氧的浓度要降低，因为水中的溶解氧不仅要为水中的微生物呼吸和水中的好氧微生物在分解水中有机物 时所消耗掉，还要被水中的硫化物、亚铁离子和亚硝酸根等还原性物质所消耗。 当溶解氧的的消耗速率大于氧气溶解于水中的速率时，此时的厌氧微生物开始繁殖，使水体恶化 [9]。 所以溶解氧可以直观的反应出水受到有机物污染的程度，也是衡量水体质量的重要的综合指标。 SBR法是需氧代谢的过程，溶解氧的浓度在此过程中有着重要的影响因素，它关系到污水处理过程的效率和出水的水质等。 曝气池中的氧气的不足和过量都影响这微生物的生存环境。 氧气不足时会使污泥膨胀，也会降低细菌的分解速度，延长处理时间，最后导致生物处理失败；而氧气过量会导致悬 浮固体的沉降变差，并过高的消耗能量。 污水处理系统的主要构筑物 根据污水厂污水处理系统的工艺流程，从功能上 可将其分成 三 个 阶段 ：污水一级处理（污水预处理），污水二级处理（生物处理），污泥处理。 废水在进入主体处理构筑物之前，通常需要先进行水质、水量的调节， 10 为后续构筑物的运行创造必要条件。 污水一级处理（污水预处理） 污水一级处理，一般可以分为四段：格柵段、调节段、除砂段和初沉段。 格柵段 格栅段主要由粗格栅、提升泵、细格栅组成。 格栅段 格栅系统主要设备是阶梯型机械格栅除污机。 检测仪表 有 PH 在线测量仪，用来实时检测污水的 PH 值。 在一些特殊情况下，还包括有筛网。 格栅机由一组平行的金属或者非金属栅条制成，一般呈 60 至 75 度倾斜安装于污水入口渠道或者提升泵集水池进口处，用来截留大块的固形物，如草木、树叶、纤维、果皮、菜叶、塑料制品等，以防漂浮物阻塞构筑物的孔道、闸门和管道或损坏水泵等机械设备。 因此，格栅起着净化水质和保护设备的双重作用。 所以在进入初沉池之前设置格栅间。 而在污水通过粗格栅，进入细格栅前，要设置两台提升泵，和两台备用泵将粗格栅处理后的污水提升至细格栅渠道，依靠重力流经后续构筑物。 用于产生控制信号的仪表 是 液位计和 液位差计。 液位计提供调节池液位值，用于 提升 泵运行时间、泵运行台数 的 控制并且产生溢流液位报警信号； 液位差计放置在粗格栅和细格栅的前后，测格栅前后液位的差值。 为了使 提升 泵 能够有效的运行，并能延长使用寿命 ， 三 台 提升 泵 需 轮流运行。 调节段 为确保构筑物正常工作，不受废水的的高峰流量或浓度变化的影响，因此需要设置调节池。 这样便可以将高浓度和低浓度的废水混合均匀再排出，调节水量和水质。 除砂段 除砂段一般由沉砂池和砂水分离器组成。 从污水中分离出密度较大的砂粒等颗粒的构筑物叫做 沉砂池，其沉淀特性属于自由沉淀。 在沉淀过程中， 11 颗粒自由沉淀，互不干扰；沉淀图呈直线；颗粒形状及大小密度等不会发生变化。 沉砂池一般设置在虹吸管、泵站、沉淀池前，保护水泵和管道免受磨损和堵塞，减轻沉淀池负荷。 初沉段 初沉段是由沉淀池组成的。 沉淀池是利用重力的作用下，使悬浮液中密度大于水的悬浮固体下沉，从而与水分离的水处理方法。 它的去除对象，主要是悬浮液中粒径在 10μm以上的可沉固体。 一般位于调节池、格栅和沉砂池之后，主要去除以无机物为主体的密度大的固体悬浮物。 旋流曝气沉 砂 池也是 沉淀 系统的一个组成分。 在各种水处理系统中，沉淀的作用有所不同，大致如下： （ 1）作为化学处理与生物处理的与处置。 （ 2）用于化学处理或生物处理后，分离化学沉淀物、分离活性污泥或生物膜。 （ 3）污泥的浓缩脱水。 （ 4）灌溉农田前做灌前处理。 该部分的主要机械设备包括 旋流除砂机 和 砂 水分离 器。 其控制由时间顺序完成。 污水二级处理（生物处理） 污水二级处理，包括污水生物处理、沉淀和加药三个过程，其中污水的生物处理是整个污水处理工艺的核心。 沉淀和加药两个过程均在为处理后的水体排放做准备。 SBR 法的实质是将污水中的有机物作为 培养基，向污水中投加活性菌种并同时供养曝气，加强池内有机物和微生物与溶解氧的接触。 SBR 池是污水厂污水处理系统最关键的环节，因此其控制量较多、控制较复杂。 污水处理阶段包括一次分配井、氧化沟、二次分配井、污泥泵房、二次 12 沉淀池、接触消毒池等，是污水二级处理的核心构筑物 [10]。 一次分配井：为一圆形构筑物，在一次分配井内设置两套调节式手电两用闸门，每套闸门有一支道管和一套氧化沟相连，打开一次分配井闸门，可以向对应的氧化沟进水。 氧化沟：污水通过氧化沟的外沟底部进水管进入氧化沟，经过多次循环后沿外、中、 内的顺序进入内沟循环，外沟、中沟和内沟之间互有水位差。 最后由内沟的出水堰门流至二次分配井。 二次分配井：氧化沟的出水最终全部汇集到这里。 二次分配井。