1、 1 污水处理毕业论文 绪 论 1、课题来源及意义 随着工业化和城市化的发展，水环境污染、水资源紧缺日益严重，水污染控制、水环境保护已刻不容缓。我国现在新建城市或城区采用雨污分流制，但老城市或老城区大多仍然是雨污合流的排水体制，许多合流污水是直接排放到水体。而将旧合流制改为分流制，受现状条件限制大，许多老城区建成年代较长，地下管线基本成型，地面建筑拥挤，路面狭窄，旧合流制改分流制难度较大。合流污水的一大特点是旱季和雨季的水质、水量变化大，雨季污水 BOD浓度低，不利于生化处理。国家提出， 2010的我国城市污水处理率 要求达到 40%，因此，研究有效的合流污水处理方法，对加快城市污水处理步伐具
2、有重要的意义。 生活污水处理工艺研究和应用领域共同关注的问题长期以来，城市生活污水的二级生物处理多采用活性污泥法，它是当前世界各国应用最广的一种二级生物处理流程，具有处理能力高，出水水质好等优点。但却普遍存在着基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀、污泥上浮等问题，且不能去除氮、磷等无机营养物质。对于我国这样一个资源不足、人口众多的发展中国家，从可持续发展的角度来看，并不适合中国国情。由于污水处理是一项侧重于环境效益和社 会效益的工程，因此在建设和实际运行过程中常受到资金的限制，使得治理技术与资金问题成为我国水污染治理的“瓶颈”。归纳起来，目前在城市生活污水处理研究和应用领域，普
3、遍存在的问题有： (1) 采用传统的活性污泥法，往往基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀现象；工艺设备不能满足高效低耗的要求。 (2) 随着污水排放标准的不断严格，对污水中氮、磷等营养物质的排放要求较高，传统的具有脱氮除磷功能的污水处理工艺多以活性污泥法为主，往往需要将多个厌氧和好氧反应池串联，形成多级反应池，通过增加内循环 来达到脱氮除磷的目的，这势必要增加基建投资的费用及能耗，并且使运行管理较为复杂。 (3) 目前城市污水的处理多以集中处理为主，庞大的污水收集系统的投资远远超过污水处理厂本身的投资，因此建设大型的污水处理厂，集中处理生活污水，从污水再生2 回用的角度来说不一
4、定是唯一可取的方案。因此，如何使城市污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理，以及实现磷回收和处理水回用等可持续的方向发展。已成为目前水处理技术研究和应用领域共同关注的问题，就要求污水处理不应仅仅满足单一的水质改善，同时也需要一 并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题，且所采用的技术必须以低能耗和少资源损耗为前提 5。 生物膜法处理工艺在生活污水处理中的应用研究发展在污水生物处理的发展和应用中，活性污泥和生物膜法一直占据主导地位。随着新型填料的开发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平行发展起来的生物膜法处理工艺在近年来得以快速发展。由于生物膜法具有处理效率高，耐冲击负
5、荷性能好，产泥量低，占地面积少，便于运行管理等优点，在处理中极具竞争力 2。 环境保护是我国的基本国策。世界经济发展的实践证明，为实现经济的持续稳定的发展，必须解决好发展与环境保护的矛盾。随着我国社会和经济的高速发展，城市环境污染特别是水污染的问题日趋严重。城镇生活污水的排放量逐年增加， 2002年全国工业和城镇生活废水排放总量为 439.5亿吨，比上年增加 1.5%。其中工业废水排放量 207.2亿吨，比上年增加 2.3%；城镇生活污水排放量 232.3亿吨，比上年增加 0.9%，其中仅有 10%得到处理。生活污水中含有较高的氮、磷等营养物质 ,未经处理直接排入江河湖海 ,是导致水域富营养化
6、污染的主要原因 1。 2002年监测数据显示 ,辽河、海河水系污染严重，劣 V类水体占 60%以上；淮河干流水质以 III-V类水体为主，支流及省界河段水质仍然较差；黄河水系总体水质较差，干流水质以 III-IV类水体为主，支流污染普通严重；松花江水系以 III-IV类水体为主；珠江水系水质总体良好，以 II类水体为主；长江干流及主要一级支流水质良好，以 II类水体为主。由于“污染性”造成的水资源短缺，已成为严重制约我国社会经济持续发展的突出问题，亟待解决。目前我国水污染控制的重点已从以工业点源为主，逐步转变为以城市污水污染为主的控制。根据预测，到 2010年我国城市污水排放总量为 1050亿
7、 m3，城市污水 处理率要达到 50%，预计需新建污水处理厂 1000余座，而决定城市污水处理厂投资和运行成本的主要因素是污水处理工艺和技术的选择，因此开发适合我国国情的、高效、低耗、能满足排放要求、基建和运行费用低的污水处理新技术和新工艺，具有十分重要的现实意义 2。污水处理 sewage treatment,wastewater treatment为使污水经过一定方法处理后，达到设定的某些标准，排入水体、排入某一水体或再次使用等的采取的某些措施或者方法等 3。 现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理 。 3 一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法
8、大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水， BOD一般可去除 30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。 二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质 (BOD， COD物质 )，去除率可达 90%以上，使有机污染物达到排放标准。 三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂率法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法 等。 整个过程为通过粗格的原污水经过污水提升泵提升后，经过格删或者筛率器，之后进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，以上为一级处理 (即物理处理 )，初沉池的出
9、水进入生物处理设备，有活性污泥法和生物膜法， (其中活性污泥法的反应器有曝气池，氧化沟等，生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床 )，生物处理设备的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理，一级处理结束到此为二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法。二沉池的 污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备，一部分进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用 2。 2、 污水处理系统中的自动和手动两种方式 过滤罐的控制分为自动、手动控制方式 ,这两种方式都是由 PLC 按程序定好的
10、操作顺序依次控制过滤罐阀门的开始和关闭不需要操作人员在现场手动启动关闭阀门。自动状态当某一个过滤罐的方式选择开关置于自动的位置时 ,该过滤罐处于自动控制状态 ,该过滤罐按照过滤罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作 ,不需要操作人员的干预。 手动状态当某一个过滤罐的方式选 择开关置于手动的位置时 ,该过滤罐处于手动控制状态。该过滤罐需要操作人员通过仪表盘上的按 钮 来启动该过滤罐 ,使其自动完成排污水过程。 当过滤器运行一段时间后 ,需要反冲洗 ,首先需要将过滤器中的水排出。排水时 ,过滤进、出水阀关闭 ,排水、排气阀打开 ,将过滤器中的污水排出启动反冲洗泵。进行反冲洗工作。具体工艺见图 1.
11、1。 4 图 1.1 污水过滤工艺图 设备控制需要本工程所有设备都具有自动 /手动功能 ,当设备处于自动工作方式下时 ,所有设备按 PLC 程序中设定的时间间隔工作。在手动工作方式中 ,操作人员可以使用控制盘上的按钮控 制设备的工作。具体流程图见图 1.2。 5 图 1.2 污水过滤流程图 3、制定系统的抗干扰措施 要有良好的接地 ,地线要短而粗 ,牢固地接到地端子上。电源中间可设置滤波器，两边要用绞线，并设置隔离变压器。可编程序控制器的电源 ,输入输出装置用的电源 ,动力机器的电源应分别设置变压器隔离。信号线、电源线、动力线要分开设置，用槽或管配线。采用直流电源比交流电源好。常用电气控制的继
12、电器梯形图与可编程序控制器的梯形图并不是完全对等的，后者不能反向流通 9。 关于连锁问 题，电机正反转的连锁是接触器或磁力启动器之间的机械连锁。而可编程序控制器的梯形图都是内部的软接点连锁，一旦出现故障，还需要外部的机械连锁才能保证可靠。输入阻抗小一些好。配线距离应短一些好，或分段中间用中继连接。 开始 自动 /手动 循环时间到 开进水 /出水阀阀阀 延时到 关进水 /出水阀 开排水阀 延时到 结束 /循环 开反冲洗泵 关排水 /排气 阀 时间到 开排气阀 按钮 6 4、本文主要工作 污水处理系统的基本功能就是对注入到系统当中的污水进行循环的处理，采用的就是循环的方式来进行的。 当某一个过滤罐
13、的方式选择开关置于自动的位置时 ,该过滤罐处于自动控制状态 ,该过滤罐按照过滤罐定时器所设定好的时间间隔定时自动操作 ,不需要操作人员的干预。 当某一个过滤罐的方式选择开关置于手 动的位置时 ,该过滤罐处于手动控制状态。该过滤罐需要操作人员通过仪表盘上的按 钮 来启动该过滤罐 ,使其自动完成排污水过程。 当过滤器运行一段时间后 ,需要反冲洗 ,首先需要将过滤器中的水排出。排水时 ,过滤进出水阀关闭 ,排水、排气阀打开 ,将过滤器中的污水排出启动反冲洗泵。进行反冲洗。 输入信号按钮有 12个 ,共有 12个输入信号。输出信号有 4个阀门 ,电机接触器 2个，控制台显示 3个 ,共 9个输出点。选
14、择 OMROM公司的 CPM2A行可编程序控制器，满足本题要求。 (由于操作台的限制不对反冲洗详细设计原理同过滤过程一样 ) 设置了这么 多的按钮，依照流程来对每个阀门的开启和关闭的操作，最终达到污水循环处理的目的。 7 1 基于 PLC 技术的污水处理的设计 1.1 PLC 简介 1.1.1 PLC 的组成 PLC(可编程逻辑控制器 )是一种专为在工业环境下应用而设计的控制器，具有很高的抗干扰性和可靠性，是一种数字运算的电子系统，采用了可编程序存储器，并通过数字量或模拟量输入输出，用来监测、控制各种类型的生产过程。处理器是 PLC的核心，起着总指挥的作用 7。 目前 PLC中所用的处理器多为
15、单片机，在高档机中现己采用 16位甚至 32位单片机为处理器存储器： PLC内部存储器有两类 :一类是随机存取储存器 (即随机存储器 )，可以随时由处理器对它进行读出，写入另一类是 ROM(即只读存储器 )，处理器只能从中读取而不能写入。随机存取储存器主要用来存放各种暂存的数据，中间结果及用户程序。 ROM主要用来存放监控程序及系统内部数据，这些程序及数据出厂时固化在 ROM芯片中。输入输出接口电路 :它起着 PLC和外围设备之间传递信息的作用。为了保证 PLC可靠的工作，设计者在 PLC的接口电路上采取了不少措施。输入端采用光电偶合电路，可以大大减少电磁干扰。 输出也采用光隔离电路，并分为三
16、种类型 :继电器输出型、晶体输出型和晶闸管输出型。这使得 PLC可以适应各种用户的不同要求。其中继电器输出型为有触点输出方式，可用于直流或低频交流负载回路；晶闸管输出型和晶体管输出型皆为无触点输出方一式，前者可用于高频大功率交流负载回路，后者则用于高频小功率交流负载回路。而且有些输出电路被做成模块式，可插拔，更换起来十分方便。电源： PLC电源是指将外部交流电经整流，滤波，稳压转换成满足 PLC中处理器，存储器，输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电路或电源模块为避免电源间干扰，输入 输出接口电路的电源回路彼此相互独立。编程工具 :编程工具是 PLC最重要的外围设备，它实现了人与PLC的联系
17、对话。用户利用编程工具不但可以输入，检查，修改和调试用户程序，还可以监视 PLC的工作状态，修改内部系统寄存器的设置参数以及显示错误代码等。编程工具分两种，一种是手持编程器，只需通过编程电缆与 PLC相接。输入 /输出扩展接口 :若主机单元 (带有处理器 )的输入 /输出点数不够用，可进行输入 /输出扩展，即通过输入 /输出扩展接口电缆与输入 /输出扩展单元 (不带有处理器 )相接，以扩充输入 /输出点数。A/D,D/A单元一般 也通过该接口与主机单元相接。除了上面介绍的几个主要部分外， PLC还常常配有连接各种外围设备的接口，并均留有插座，可通过电缆方便地配接诸如串行8 通信模块， EPRO
18、M写入器，打印机，录音机等。 PLC， 俗称 “电力线上网 ”， 英文全名为 Power Line Communication， 主要是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式 7。 1、主要特点 (1) 结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与 WLAN媲美。 (2) 传输质量高、速度 快、带宽稳定，可以很平顺的在线观赏 DVD影片，它所提供的 14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准 HomePlug AV传输速度已经达到了 200Mbps；为了确保 QoS， HomePlug AV采用了时分
19、多路访问 (TDMA)与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问 (CSMA)协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。 (3) 范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设 N多个 AP才能满足需求，而且同样不能 避免信号盲区的存在。而电力线是最基 础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。 (4) 低成本。充分
20、利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术， PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已 开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为 50-80元 /月左右，这样的价格和很多地方的 ADSL包月相持平。 (5) 适用面广。 PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络 “最后一公里 ”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得 PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受
21、 4.545Mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的 “四网合一 ”8。 1.1.2 PLC 的硬件 PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，而 PLC则采用循环扫描工作方式。在 PLC中用户程序按先后顺序9 存放。对每个程序，处理器从第一条指令开始执行，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素 :一是处理器执行指令的速度 ;二是执行每条指令占用的时间 ;三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期大致可分为
22、输入 /输出刷新和执行指令两个阶段。所谓输入/输出刷新是指， PLC先将 上一次扫描的执行结果送到输出端，再读入输入数据并存入输出状态寄存器，输出状态的寄存器内容进行一次更新，故称为 I(输入 )/O(输出 )刷新。由于每一个扫描周期只进行一次输入 /输出刷新，即每一个扫描周期 PLC只对输入，输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入，输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度由此可见，若输入变量在输入 /输出刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的输入 /输出刷新期间输出才会发生变化。由于
23、 PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。 PLC的这一特点，一方面使它的响应速度变慢，但另一方面也使它的抗干扰能力增强，对一些短时的瞬间干扰，可能会因响应滞后而躲避开。这对一些慢速控制系统是有利的，但对一些快速响应系统则不利，在使用中应特别注意这一点。总之，采用循环扫描的工作方式，是 PLC区别微机和其他控制设备的其他设备的最大特点，使用者对此应给予足够的重视 8。 1、 CPU运算和控制中心 当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后 CPU根据系统所赋予的 功能(系统程序存储器的解释编译程序 )，把用户程序翻译成 PLC内部所认可的用户编译程序
24、。 寄存器。然后由 CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映像寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。 组成： CPU由控制器、运算器和寄存器组成 。这些电路集成在一个芯片上。 CPU通过地址总线、数据总线与 I/O接口电路相连接。 2、存储器 具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的 解释编译程序。由只读存储器、 ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器 (RAM)10 组成。用户使用的
25、。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为 3 5年。 3、输入 /输出接口 (1)输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性 工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成 PLC内部所能接受的
26、数字信号。 (2)输出接口： PLC的继电器输出接口电路 工作过程：当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触 点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或没有动作。 三种类型： 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载 晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载 晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载 4、编程器 编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过 PLC的 RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过 CX-PROGRAMMER软件 (或 WINDOWS下软件 )向 PLC内部输入程序。 PLC采用“顺序扫描，不断循环 ”的工作方式 (1)每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 (2)输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，
