1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化污水处理控制系统的设计一、课题研究意义及现状随着我国经济的快速发展，人们在关注生活水平的提高和国家日益繁荣的情况下，也在逐渐重视自己周围所面临的日益严重的环境危机，在各种环境问题中，水污染问题尤其和人民的生活密切相关。现代化城市供水、排水和污水处理设施是保障城市经济活动、居民生活和健康的重要基础设施。由于城市在较小的空间内集中了大量人口和产业，因此城市对水的需求更显得重要。因水资源短缺、供水设施能力不足和水坏境污染对城市经济发展和功能发挥的制约，所造成的损失极为可观。我国城市对水的需求和水污染治理问题在 60 年代先从北方和沿海少数城市开始，70 年代
2、进一步发展，80 年代日趋尖锐和普遍，现已面临界严峻形势，亟需尽快解决。而近年来，水污染却非常严重，人们大量用水，或排放废水等，都会造成严重的水污染。长期以来,在我国城市建设快速发展的过程中，由于对环境保护基础设施建设重视不够、投入不足，污水直接排入城市水系及相关流域,造成江河湖泊水质和地下水污染,城市水环境污染问题日益突出，污水净化就成为改善城镇居民生活环境、提高人民健康水平的主要手段之一。为保证污水处理工艺可靠、顺利实施，自动控制系统的设计及控制技术的运用要以可靠性为基础，综合考虑控制技术先进性、可扩展性，同时兼顾降低系统造价。在污水处理控制系统中，除了存在分布区域广、设备分散、控制点多及
3、控制信息复杂等要求外，同时具有控制输入和输出以开关量参数居多，模拟量参数少的特点，而这些都是 PLC 控制系统的优势所在，因此，以 PLC 为主体就成为污水处理厂自动控制系统的主要控制模式。二、课题研究的主要内容和预期目标目标：设计一个工业区污水处理厂，日处理污水 100 吨，污水含有可回收铜、锌、铅等重金。完成实验模拟测试。内容：（1 ）了解污水处理目的水处理的目的主要有三种：1).去水中的影响使用水质的杂质以及污泥的处置，这是最主要的内容；2).为了满足用水的要求，在水中加入新的成分以改变水的化学性质，如信用水中加氟以防止龋齿病，循环冷却水中加缓浊剂以控制腐蚀和结垢等；3).改变水的物理性
4、质的处理，如水的冷却，降低水的粘滞度等。（2）通过查讯资料， 撰写论文，去污水厂实习，理论联系实际，为以后的各方面工作打下基础。三、课题研究的方法及措施（1）设计对污水进行处理再利用以及污水中相关重金属实行回收的方案；利用化学沉淀法，铁氧体法，电解法，混凝沉淀法 硫化沉淀法等化学方法对污水中的铜，锌，铁等重金属进行过滤，同样也可用离子反渗膜，液膜分离技术，离子交换，无机吸附处理等物化法。比起前两种，生物处理方法科技含量更高，且处理效果很好。（2）用 S7-300PLC 工业网络对污水处理中泵和离心机的电机及其阀门进行自动控制。S7-300PLC 功能；如下是 PLC 框图：1).实时地集中监控
5、并记录污水处理过程的各种品质参数；2). 实时地集中监控和记录污水厂有关生产设备的运行状况；3). 对污水处理过程设备由 PLC 进行集中协调控制；4). 自动完成班，日及月生产报表；操作员操作记录，报表打印。5). 报警一览及报警记录；设备维修指导；（3）用西门子 MM440 变频器驱动水泵的电机，合理设置控制参数。 西门子 MM440 通用变频器原理及功能。沉淀池内设置有上限、下限水位及上、下限报警水位检测。其控制过程为当水位达到下限时，水位检测将信号送给 PLC，PLC 启动变频器并将频率上升信号输出给变频器，当变频器频率达到 50Hz 时若此时水位仍处于下限位置，PLC 发出切换信号将
6、污水泵 1 切换到工频运行，延时一段时间后由变频器启动污水泵 2。相反，当水位达到上限位置时则停止污水泵 1，PLC 发出变频器频率下降信号，若因水泵或其它原因造成水位低于下限或上限水位报警时，水位检测器将报警信号送给 PLC，由 PLC 输出启动报警电路（报警指灯与响铃） ，以提示操作人员查看原因。（4）用西门子 WINC step7 为人机界面实现污水处理各环节监控； WINCC 软件的应用。在上位机上使用 WINCC 软件设计标准的人机界面，用户对一些重要的模拟量输入参数如流量、温度、压力等进行实时报警，当处于监控下的任何一个变量超出预设的安全值时，报警灯就会立即闪烁，在操作员现行操作画
7、面上给予提示，为了将下位机读取的数据在上位机上实时显示出来，在 WINCC 的图形编辑器中，可组态 WINCC 用户归档表单元，它将允许在运行系统中以表格形式显示用户归档中的在线数据，根据该污水处理厂的实际需要，创建 PH 值、溶解氧、液位归档。（5）通过实验模拟测试。四、课题研究进度计划自 2010 年 10 月 20 日至 2011 年 5 月 31 日2010 年 10 月 1 日至 10 月 31 日：撰写文献综述；2010 年 11 月 1 日至 11 月 15 日：撰写英文翻译；2010 年 11 月 16 日至 12 月 3 日：完成开师报告，进行预期答辩准备；2010 年 12
8、 月 1 日至 12 月 31 日：完成 PLC 系统控制电路和控制程序的设计；2010 年 12 月 31 日至 2011 年 1 月 31 日：完成 PLC 硬件接线；2011 年 5 月 1 日至 5 月 31 日：完成撰写毕业论文，完善与修改毕业论文；准备答辩用的 PPT，准备提交所有的电子材料。五、参考文献1 柴瑞娟. 西门子 PLC 高级培训教程 M.北京：人民邮电出版社，2009，3. 2 陈 浩.案例解说 PLC、触摸屏及变频器综合应用M.北京：中国电力出版社，2009，8. 3 巫莉.电气控制与 PLC 应用M.中国电力出版社 M.北京：中国电力出版社，2006，8. 4 庞
9、克旺.基于 PLC 和 GPRS 无线通信的污水厂监控系统设计J.电气自动化，2010,5（32） 5 王树东.自适应模糊控制和 PCC 在污水处理控制系统中的应用J.电气自动化，2010,5 （32）6 马宁. S7-300PLC 和 MM440 变频器的原理与应用M.北京：机械工业出版社 2006,9. 7 龚仲华.S7-200/300/400PLC 应用技术（通用篇）M.北京：人民邮电出版社 2007,6. 8 冉翔.变频调速技术在恒压供气系统中的应用J.电气传动自动化 2009,6（36）：36-38.9 吴启红，变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书M.机械工业出版社
10、2007,3.10S.BRIAN MORRISS，可编程逻辑控制器M.机械工业出版社 2007,5.11 Keith L. Smith, Wastewater Treatment Principles and Regulations J. Ohio State University Extension Fact Sheet,1993.毕业论文文献综述电气工程及自动化污水处理技术及发展摘要：本文简单的指明了污水处理的目的，即排放水体、灌溉田地、重复使用。重点介绍了污水处理系统大致的组成部分和现有的污水处理技术，以及不同种类污水的治理。关键字：污水 处理方法 1 引言随着我国经济的快速发展，国家在
11、逐渐重视日益严重的环境危机，在各种环境问题中，水污染问题尤其和人民的生活密切相关。长期以来,在我国城市建设快速发展的过程中，由于对环境保护基础设施建设重视不够、投入不足，污水直接排入城市水系及相关流域,造成江河湖泊水质和地下水污染,城市水环境污染问题日益突出，污水净化就成为改善城镇居民生活环境、提高人民健康水平的主要手段之一。本文重点介绍了污水处理的方法，和不同种类的污水的治理，并且以 PLC 为自动控制系统。2 污水处理组成部分污水处理控制系统主要有 6 个子系统组成：粗细格栅程控系统、水泵程控系统、生物反应池空气量调节系统、回流污泥量调节系统、泥温调节系统、清化调节系统。2.1 粗细格栅程
12、控系统粗细格栅均采用液位差控制，在粗细格栅前后装有超声波液位探头，由变送器将0 10V 的液位差信号送到 PLC 模拟量输入模块，当液位差超过设定值时，PLC 强制启动格栅进行清渣，否则按预定周期清渣。 1。2.2 水泵程控系统水泵程控系统按水泵池的液位经过 MicroMaster 通用变频器，并采用数字增量式 PID方式控制水泵的转数和流量。每台泵房均有主运行泵、备用泵，以备不测 2。2.3 生物反应池空气量调节系统生物反应池是污水进行生化反应的场所，主要通过转刷控制污水的曝气时间。生物反应池中设有转刷，并在出水口设有溶解氧仪、氧化还原电位计和污泥浓度计、SIPAN32 液体分析仪 3 。2
13、.4 回流污泥量调节系统回流污泥量的调节是为了将氧化沟中的悬浮污泥浓度控制在规定的范围内，其调节采用数字式增量 PID 控制方式，按进入氧化沟的水量控制回流污泥泵的开启台数和回流污泥管道上阀门的角度，以保证回流污泥管道上阀门的合适比例，所有泵的调节均由变频器控制4。2.5 泥温调节系统其任务是为了控制污泥沟中的泥温在允许范围内，以保证其在 35内充分发酵。泥温调节采用热平衡控制方式，即改变换热器的热水温度或流量来改变换热量，以实现污泥温度的调节。对每个泵的控制，也都有现场控制和远程控制两种模式 5。2.6 清化调节系统清化调节系统由沼气搅拌程控系统、消化池配泥程控系统、滤池程控系统等组成，主要
14、完成水质的清化过程，满足环保要求 6。3 污水处理方法现代污水处理方法，按原理可分为物理处理法、化学处理法和生物化学处理法三类 7。3.1 物理处理法组成部分及作用物理处理可综述为过滤，利用格栅去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理充许能正常运行。用筛网去除细小悬浮物和深沉物。用沉砂池：去除污水中的砂子、煤渣等比重比较大的颗粒。深沉池：分离悬浮物，去除 BOD、SS（初沉池，二沉池）隔 油 池 ： 所 谓 隔 油 器 ， 就 是 将 食 堂 排 放 废 水 中 的 油 脂 、 杂 物 和 水 分 离 开 的 一 种 专 用 设备 。3.2.化学处理方法及概述中和法：废水排
15、入水体之前，因为水生生物对 pH 值的变化非常敏感，即使 pH 值与 7略有偏离，也会产生不良影响。废水排入城市排水管道之前，因为酸或碱会对排水管道产生腐蚀作用，废水的 pH 值应符合排放标准。氧化还原法：通过药剂与污染物的氧化还原反应，把废水中有毒害的污染物转化为无毒或微毒物质的处理方法称为氧化还原法。与生物氧化法相比，化学氧化还原法需较高的运行费用。因此目前多用于饮用水处理、特种工业水处理、有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等场合。3.电解法：废水进行电解反应时，废水中的有毒物质在阳极和阴极分别进行氧化还原反应，反应产物或附在电极表面沉淀或沉淀析出或形成气体逸出溶液，从而降低了废
16、水中有毒物质的浓度 8。3.3.生物化学处理法废 水 生 物 化 学 处 理 法 简 称 “废 水 生 化 法 ”， 是 利 用 微 生 物 的 代 谢 作 用 ， 使 废 水 中 呈溶 解 和 胶 体 状 态 的 有 机 污 染 物 转 化 为 无 害 物 质 ， 以 实 现 净 化 的 方 法 。 可 分 为 需 氧 生 物 处理 法 和 厌 氧 生 物 处 理 法 。厌 氧 生 物 处 理 法 ： 是 利 用 厌 氧 微 生 物 以 降 解 废 水 中 的 有 机 污 染 物 ， 使 废 水 净 化 的 方法 。 其 机 理 是 在 厌 氧 细 菌 的 作 用 下 将 污 泥 中 的 有
17、 机 物 分 解 ， 最 后 产 生 甲 烷 和 二 氧 化 碳 等气 体需 氧 生 物 处 理 法 ： 废 水 需 氧 生 物 处 理 法 是 利 用 需 氧 微 生 物 （ 主 要 是 需 氧 细 菌 ） 分解 废 水 中 的 有 机 污 染 物 ， 使 废 水 无 害 化 的 处 理 方 法 。 其 机 理 是 ， 当 废 水 同 微 生 物 接 触 后 ，水 中 的 可 溶 性 有 机 物 透 过 细 菌 的 细 胞 壁 和 细 胞 膜 而 被 吸 收 进 入 菌 体 内 ； 胶 体 和 悬 浮 性 有机 物 则 被 吸 附 在 菌 体 表 面 ， 由 细 菌 的 外 酶 分 解 为
18、溶 解 性 的 物 质 后 ， 也 进 入 菌 体 内 。 这 些有 机 物 在 菌 体 内 通 过 分 解 代 谢 过 程 被 氧 化 降 解 ， 产 生 的 能 量 供 细 菌 生 命 活 动 的 需 要 ； 一部 分 氧 化 中 间 产 物 通 过 合 成 代 谢 成 为 新 的 细 胞 物 质 ， 使 细 菌 得 以 生 长 繁 殖 。 处 理 的 最 终产 物 是 二 氧 化 碳 、 水 、 氨 、 硫 酸 盐 和 磷 酸 盐 等 稳 定 的 无 机 物 9。4 不 同 污 水 种 类 的 治 理 方 法4.1 农业污水的治理方法农业污水因为分布面广而分散，难于收集也难于治理，所以只
19、能利用生物的作用疳污染物去除，譬如将高密度的高效去污菌，直接投入污染水体，以达到净水的目的 10。4.2 医疗污水的治理方法医院污水处理，通常包括一级处理和二级处理。一般地说，若处理后出水排入市政下水道，通常只进行一级处理；解码器处理后出水直接排入河道，则需进行一级处理和二级处理；对排放标准严的地区，为防止水体的富营养化，需进行除磷脱氮三级处理。对酸性废水、洗相废水、放射性污水等特殊的医院污水，应进行严格的收集和处理。有些地区为缓解供水紧张的矛盾，已进行医院污水的尝试处理和循环利用。实际采用何种方式处理医院污水，应综合考虑污水的来源、污水的注射及当地的供水情况等多方面因素。另外，医院污水处理一
20、个非常重要的方面，就是必须进行消毒处理，以杀灭各种病原微生物 11。4.3 农村及城市污水的治理方法针 对 农 村 生 活 污 水 ， 可 以 进 行 以 下 处 理 ：生活污水 化 粪 池 厌 氧 池 人 工 湿 地 （ 种 植 根 系 发 达 、 喜 湿 、 吸 收 能 力 强 的 美 人蕉 、 水 葱 、 菖 蒲 等 植 物 ） 经 “过 滤 ”后 排 放 的 方 法 理 行 处 理 ， 主 要 适 用 于 农 村 分 散 生活 污 水 处 理 ， 建 成 后 运 行 费 用 基 本 为 零 ， 使 用 寿 命 在 十 年 以 上 。针对城市生活污水，可以进行以下处理：将 城 市 生 活
21、 污 水 输 送 到 城 市 周 围 的 农 村 ， 利 用 农 村 广 阔 的 土 地 来 净 化 城 市 生 活 污 水 。将 是 一 劳 永 逸 与 一 举 多 得 的 好 方 法 。5 污 水 处 理 的 发 展 趋 势今 后 的 污 水 处 理 要 推行循环经济发展模式，在工业企业的新建和升级改造时采用 BAT技术，实现原材料的减量化、再循环、再利用，以“污水资源化”为基本，从源头上减少污水及污染物的产生量；促进污水处理行业的产业化、市场化，积极推行 PPP、BOT、ABS和“一体化”运营模式；设立环保基金用于处理突发污染事件和对废弃工业企业遗留污染的治理。6 结语随着社会的日益发展
22、，环境污染问题也是日益加剧。尤其是污水的处理和排放，许多地方一直没有系统的处理方式，致使污水直接排到水体当中，造成大面积的污水污染，因此，为了城市的四化建设和居民的健康，将污水处理到位刻不容缓。参考文献1 柴瑞娟. 西门子 PLC 高级培训教程 M.北京：人民邮电出版社，2009，3. 2 陈 浩.案例解说 PLC、触摸屏及变频器综合应用M.北京：中国电力出版社，2009，8. 3 巫莉.电气控制与 PLC 应用M.中国电力出版社 M.北京：中国电力出版社 2006，8. 4 庞克旺.基于 PLC 和 GPRS 无线通信的污水厂监控系统设计J.电气自动化，2010,5（32）5 王树东.自适应
23、模糊控制和 PCC 在污水处理控制系统中的应用J.电气自动化,2010,5(32).6 马宁. S7-300PLC 和 MM440 变频器的原理与应用M.北京：机械工业出版社 2006,9. 7 龚仲华.S7-200/300/400PLC 应用技术（通用篇）M.北京：人民邮电出版社 2007,6.8 冉翔.变频调速技术在恒压供气系统中的应用J.电气传动自动化 2009,6（36）：36-389 吴启红，变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书M.机械工业出版社 2007,3.10 S.BRIAN MORRISS，可编程逻辑控制器M.机械工业出版社 2007,5.11 Keith L. Smith, Wastewater Treatment Principles and Regulations J. Ohio State University Extension Fact Sheet,1993.毕业设计（20_ _届）污水处理控制系统的设计（S7-300）
