基于PLC的污水处理控制系统毕业设计.docx

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基于PLC的污水处理控制系统毕业设计

基于PLC的污水处理控制系统

绪论

水与人的生活息息相关，特别在现代社会生活及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及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工业污水处理的国内外现状

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”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、土地处理等污水示范工程。

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、环境效益及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，将为当前工业污水处理控制系统提供有效的自控方法。

1.3课题来源及实际意义

本设计来自生产实际，是对钒业生产过程中的废水进行处理。

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。

目前，我国大多数污水处理控制系统自动化水平不高、安全性低、管理不当，效率普遍低于世界标准。

污水处理系统中的曝气过程控制、数据通讯和监控管理是急需解决的主要问题。

中国污水处理自控系统相对落后，污水处理成本居高不下，污水厂排放的处理过的污水的水质不稳定，所以如何建立有效的自控系统，优化运行效果，减少运行费用，具有重要意义。

1.4课题主要设计内容

本次设计的主要内容是工业污水处理系统的组成和针对矾业生产过程中废水处理PLC控制系统设计，主要由以下内容组成：

（1）介绍了工业污水处理的基本内容，包括工业污水处理的发展现状以及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，并对矾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。

你能进行调速与运行吗？

第二章工业污水处理流程及控制方案

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：

排放水体；灌溉田地；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，借助微生物的新陈代谢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-chemicalOxygenDemand,BOD）mg/L、化学需氧量（ChemicalOxygenDemand,COD）mg/L、总有机碳（TotalOrganicCarbon）mg/L、总需氧量（TotalOxygenDemand）mg/L。

虽然BOD20。

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（BOD5），约占BOD20的70%～80%，因此把BOD5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，以及实际的工业污水处理的环境。

说的好

工业污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学，以及生物等几种。

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。

（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范围小、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2-2A/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。

图2-3A2/O法工艺流程图

（4）A/B法。

A/B法是吸附生物降解法的简称，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。

高负荷段停留时间约为20~40min，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，去除BOD达50%以上。

B段与常规活性污泥法相识，负荷较低。

AB法中A段效率很高，并有较强的缓冲能力。

B段起到出水把关作用，处理稳定性较好。

对于高浓度的工业污水处理，AB法具有很好的适用性，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。

但是，AB法污泥产量较大，A段污泥有机物含量极高，因此必须添加污泥后续稳定化处理，这样就将增加一定的投资和费用。

另外，由于A段去除了较多的BOD，造成了碳源不足，难以实现脱氮工艺的要求。

对于污水浓度低的场合，B段也比较困难，也难以发挥优势。

总体而言，AB法工艺较适合于污水浓度高，具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市工业污水处理厂，且有明显的节能效果，而对于有脱氮要求的城市工业污水处理厂，一般不宜采用。

（5）SBR法。

SBR法是歇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的污水生物处理技术，也是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥工业污水处理技术，又称序批式活性污泥法。

其反应机理及去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同，只是运行操作方式不尽相