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基于PLC污水处理控制系统毕业论文
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对于环境保护问题,国务院明确规定所有工业污染源都必须达到排放标。其 中处理过的污水还可以循环再利用,由于我国是一个水资源匮乏的国家,而且时 空分布上极不均匀,许多地区和城市严重缺水。所以水资源也是一种保护。因此, 从环保、注水等多方面的因素考虑,对于工业污水处理非常有必要。因此,有效 的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、PLC 控制系统技术,将为 当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。
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1 绪 论
水与人的生活息息相关,特别在现代社会生活与生产中人们对水的需求量与
日俱增。然而,水资源是有限的。据报道我国人均拥有淡水量为2400 吨,为世
界平均值的 1/4,在全球 149 个国家(参与统计国家中),我国人均淡水资源位
居 110 位,属于淡水资源贫乏的国家。而且我国水资源时空分布极不均衡,全国
500 多个城市缺水,其中多个严重缺水,北方地区缺水现象尤其严重,人均拥有
淡水量仅有 240 吨。令人担忧的是淡水总量日益减少,用水成本不断升高,淡水
的浪费非常严重。我国北方地区水资源的超采,己形成漏斗地势、水位下降、湖
泊干涸、河水断流、生态恶化。淡水资源的短缺己经成为我国急需解决的问题。
我国淡水资源不断减少,而且污染现象较为严重。随着社会的发展,水资源
已经成为影响工业发展的重要因素,现代工业中生产工艺和设备对水质要求越来
越高。但是我国工业用水耗费高,重复利用水少,中水使用率不高,有关资料显
示,我国的工业用水重复利用率平均为 40%~50%。目前全国城市污废水的处理率
(达排放标准的)仅有 10%左右,其余的污废水都直接排入河川、湖泊、海洋。
耗水量高、重复利用率低、污染严重是我国工业系统水资源利用的突出问题。严
重的环境污染使有限的水资源日益减少、水质日益恶化,无疑是“雪上加霜”。
据统计,由于水质污染,我国已有大约 3 亿人的饮水发生不安全现象,其中 1.9
亿人的饮水是超标水。气象学家预测,2100 年全球变暖加剧,地表将有 1/3 的
面积变为沙漠,那时,干旱将威胁全球一半的大陆人类的生存。这些现象都是水
污染产生的严重后果,因此工业污水处理项目的实施已经刻不容缓。众多迹象表
面,水资源的短缺无疑将成为制约经济持续协调发展的瓶颈,因此世界各国越来
越重视水处理和水的再利用,通过各种技术进一步提高供水质量,提高经济效益。
并且工业污水处理过程中,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。随着环
境保护的呼声越来越高,工业污水处理已经体现出其必要性和紧迫性,对于各种
污水进行处理后排放成为各企业基本的要求。在工厂的工业污水处理过程中,污
水来源的不稳定以与工厂中各种污水的成分的复杂性,对工业污水处理的工艺和
控制方式提出了非常高的要求。
1.1 工业污水处理的国外现状
我国工业污水处理技术从“七五”国家科技攻关开始逐步进行研究。“七五”
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和“八五”攻关项目在氧化塘、土地处理和复合生态系统等自然处理技术方面的
研究较多,以这些成果为设计依据,建立了一些氧化塘、土地处理等污水示工程。
在人工处理技术方面,“八五”对高负荷活性污泥、高负荷生物膜、一体化氧化
沟技术进行了深入研究。研究成果己被应用于大批工业污水处理厂。污水厂污泥
处置问题在“九五”科技攻关中受到重视,并配套开发成套的污泥处理。经过“七
五”、“八五”和“九五”期间的努力,我国在工业污水处理技术方面取得了较
大的成就。目前在水污染治理技术上,我国已能提供下列工艺技术传统活性污泥
法技术、各种新型活性污泥工艺如:SBR法和氧化沟技术等、酸化水解好氧技术
和多种类型的稳定塘技术等,这些污水治理技术已经在水体污染、改善水体环境
方面发挥了突出的作用,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。
国际上,大规模的水污染治理是在第二次世界大战后,随着 50 年代经济的
蓬勃发展带来的 60 年代日益严重性的环境污染而展开的。工业污水处理设施中,
城市排水管线和工业污水处理厂的兴建和运行在水污染控制中发挥着骨干作用。
至 70 年代末,美国投入了数千亿美元兴建了 18000 余座城市工业污水处理厂,
英国、法国、德国更耗费了巨额资金兴建了 7000 至 8000 座城市工业污水处理厂。
这些工业污水处理厂的投入对国家的水体污染改善起了关键的作用,也为人类治
理水污染积累了丰富的经验。现在,这些国家的工业污水处理水平又有了进一步
提高,兴建了一批具有脱氮除磷功效的设施,对水体质量改善和水环境保护起了
重大的作用。
1.2 课题的背景
未来 10 年,中国工业污水处理项目工程建设投资将超过 2500 亿元,其中工
业污水处理设备投入约 300 亿元。采用先进、实用的技术改造传统工艺,在环保
工程中广泛采用先进的自动控制技术,是推动环保产业升级,实现环保发展战略
的重要环节。在这种形势下工业污水处理自动化控制系统无疑是一个具有巨大的
社会效益、环境效益与经济效益的研究课题。
对于环境保护问题,国务院明确规定所有工业污染源都必须达到排放标。其
中处理过的污水还可以循环再利用,由于我国是一个水资源匮乏的国家,而且时
空分布上极不均匀,许多地区和城市严重缺水。所以水资源也是一种保护。因此,
从环保、注水等多方面的因素考虑,对于工业污水处理非常有必要。因此,有效
的结合目前最新的工艺状况、计量自控检测仪表使用、PLC 控制系统技术,将为
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当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。
1.3 研究目的和意义
世界任何国家的经济发展,都会推进社会进步、促进工农业生产能力,使人
民生活得到进一步改善,但是也随之带来不同程度的环境污染,污水也是造成环
境污染的来源之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注,治理水污染
环境的课题被列入世界环保组织的工作日程。我国是一个严重缺水的国家,虽然
我国年平均水资源总最为 28000 亿 m2,居世界第 6 位,人均水资源量为 2220m2,
居世界第 110 位,已经被联合国列为世界上 13 个缺水国家之一。目前我国约 300
个城市缺水,其中严重缺水城市有 5O个。据中国经济信息网分析统计,全国按
目前正常需要,年缺水总里约为 300 亿~400 亿立方米,因缺水造成的经济损
失每年达 2300 亿。超过洪涝灾害。水资沟的匮乏和水资源的污染,己经严重的
影响了人民的日常生活,严重的影响了我国的经济建设和发展。因此建设符合我
国国情的污水厂自动控制系统对降低工业污水处理成本、改善环境、建立可持续
发展社会和和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。
1.4 课题主要设计的容
本课题主要设计的容是工业工业污水处理工艺与工业污水处理系统的组成
和 PLC控制系统设计,主要由以下容组成:
(1)介绍了工业污水处理的基本容,包括工业污水处理的发展现状以与工
业污水处理的工艺流程;
(2)介绍了 PLC的基本结构和工作原理,并对工业污水处理控制系统进行
设计分析;
(3)具体分析设计工业污水处理的硬件系统;
(4)具体分析设计工业污水处理的软件系统;
(5)工业污水处理系统的调试与运行。
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2 工业污水处理控制系统总体介绍
2.1 工业污水处理基本概念
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
往都排入排水系统。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。
污水污染物可根据化学性质和物理形态进行不同的分类。按化学性质,污水
中的污染物质可分为无机性物质和有机性物质,其化学元素以炭、氮、磷为主。
按物理形态,污水中的污染物质可分为固体悬浮物即呈颗粒状的污染物质、胶体
污染物质和溶解性污染物质。
好氧有机污染物的性质稳定,在微生物的作用下,借助微生物的新代功能而
降解为无机物,如二氧化碳、水、硝酸根离子等稳定的无机物。有机物的种类很
多,其共性是在微生物的作用下被降解时,都要消耗水中的溶解氧,所以在工程
实际中,采用以下的几个综合污染指标来表述:生物化学需氧量或生化需氧量
(Bio-chemical Oxygen Demand, BOD )mg/L、化学需氧量(Chemical Oxygen
Demand, COD) mg/L、总有机碳(Total Organic Carbon) mg/L 、总需氧量(Total
Oxygen Demand) mg/L。
虽然 BOD
20
。能较精确地描述污水的生化需氧量,但其测定的时间太长,需
20 天。考虑到好氧分解速率一般在开始的几天最快,在 20℃温度下,污水五日
生化需氧量(BOD
5
),约占 BOD
20
的 70%~80%,因此把 BOD
5
作为衡量污染水的有机
物浓度指标。化学需氧量(COD)的特点是能够精确的表示污水中有机物的含量,
并且测定时间短,但它不能像 BOD那样表示出微生物氧化的有机物量。
2.2 常用的工业污水处理工艺
不同的工业污水处理对象,不同的工业污水处理环境,将需要有不同的工业
污水处理工艺来处理。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,以与实际的工业污水处理的环境。
工业污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学,以与生物等几种。这些
方法根据实际情况,可以单一使用,也可以针对不同的污水混合使用。目前,工
业污水处理的方法一般以生物处理法为主,辅以物理处理法和化学处理法。常用
的工业污水处理工艺有以下几种。
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(1)传统活性污泥法。传统活性污泥处理法是一种最古老的工业污水处理
工艺,其工业污水处理的关键组成部分为沼气池与沉淀池, 主要处理部分关系框
图如图 2-1 所示。
图 2-1 传统活性污泥法工艺流程图
污水中的有机物在曝气池停留的过程中,曝气池中的微生物吸附污水中的大
部分有机物,并且在曝气池中被氧化成无机物,然后在沉淀池中经过沉淀后的部
分活性泥需要回流到曝气池中。该工艺的优点有:有机物去除率高,污泥负荷高,
池的容积小,耗电省,运行成本低。该工艺的缺点有:普通曝气池占地多,建设
投资大,满足国家标准相关指标围小、易产生污泥膨胀现象,磷和氮的去除率低。
(2)A/O法。A/O法是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水
处理工艺,其中 A代表 Anoxic(缺氧的),O代表 Oxic(好氧的)。A/O法是一
种缺氧----好氧生物工业污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成
的硝化----反硝化反应系统,很好的处理了污水中的氮含量,具有明显的脱氮效
果。但是此硝化----反硝化反应系统需要得到很好的控制,这样就对该工艺提出
了更高的管理要求,这也成为了该工艺的一大缺点。其工艺流程图如下:
图 2-2 A/O 法工艺流程图
(3)A2/O法。A2/O法也是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业
污水处理工艺,其中 A2,即 A-A,前一个 A代表 Anaerobic (厌氧的),后一个
A代表 Anoxic(缺氧的);O代表(好氧的)。A2/O是一种厌氧—缺氧—好氧工
业污水处理工艺。A2O法的除磷脱氮效果非常好,非常适合用于对除磷脱氮有要
求的工业污水处理。因此,在对除磷脱氮有特别要求的城市工业污水处理厂,一
般首选 A2/O工艺。其工艺流程图如图 2.3 所示。
曝气池
(微生物吸附
有机物氧化为
沉淀池
(活性泥下沉)
回流活性泥
原污水
清水排出
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Rocky006
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