1、 毕业设计文献综述 电气工程及其自动化 含油污水过滤流程的 PLC 控制设计 第 1 章 前言 含油废水主要来源于石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械加工等工业部门。废水中油类污染物质，除重焦油的相对密度为 1 1 以上外，其余的相对密度都小于 1。 随着含油污水的处理量日益增多，因而新建一定数量的含油污水处理站来满足生产需求势在必行。经过认真的市场调研和技术准备，我们使用了目前比较先进的 PLC 技术开发微机系统，对现场各种生产过程信号进行采集、监测、计量。从实际应用的效果来看，该系统有性价比高、可维护性强、性能稳定 等优点。 7 当今这个世界，随着生产力的发展，生活水平的提高，人对
2、新事物的追求也越来越高，大气污染，环境污染，污水污染等各种问题也越来越多，根据各种统计报告指出，这些问题严重危害社会，对整个世界的破坏也乘上升趋势，面对着这紧张局势，我们对这些问题的处理要求也日趋严格，迫切需要掌握更多对这些污染问题的解决方法与解决这些问题的专业技术人员来保证污染问题处理的正常运行。 例如含油污水是石油开采过程中的一种伴生产物，它对环境有很大的影响。为了避免对环境的污染，含油污水必须得到妥善的处理。目前国内各油田对含油污水的 处理基本上都是进行加药、沉降、过滤、回注等处理工序。为了保证污染处理过程的安全性、可靠性和生产的连续性，需要对含油污水处理的沉降和过滤过程进行控制。 6
3、由于油田污水种类多，地层差异及钻井工艺不同等原因，各油田污水处理站不仅水质差异大，而且油田污水的水质变化大，这为油田污水的处理带来困难。 因此，从节油、环保、注水等多方面的因素考虑，在油田上建起了越来越多的污水处理站来处理中转站、转油放水站及联合站产生的污水。 2在油田污水处理系统中如何合理的设计便于操作维护和可靠安全的自动监测控制系统，以保证污水处理 过程中的合理优化控制，提高处理品污水效率，降低员工劳动强度，提高管理水平，实现节能降耗，这是自控技术在油田污水处理中的一个新的台阶。 第 2 章 主要处理方法 2.1 上浮法 上浮法 主要用于隔油池出水的高级处理，去除细小油珠和乳化油。经过上浮
4、处理后，出水含油量可降至 30 毫克升。其方法是：将适量的空气通入含油废水中，形成许多微小气泡，在气泡作用下构成水、气、油珠三相非均一体系。在界面张力、气泡上浮力和静水压力差的作用下形成气 -油珠结合体上浮而实现油水分离。上浮法按气泡产生的方法，可分为布气上浮法、溶气上浮 法 二 种。 2.2 布气上浮法 这种方法主要是借助于机械剪力将混入水中的气泡破碎，或将空气先分散成细小气泡后进入废水，进行气水混合上浮。常用方法有叶轮上浮法、射流上浮法以及多孔材料 (如扩散板、微孔管、帆布管等 )曝气上浮法。布气上浮法的优点是设备简单，管理方便，电耗较低。缺点是气泡破碎不细，一般不小于 1000 微米 ，
5、 上浮效果因而受到限制。此外，采用多孔材料曝气上浮法，多孔材料容易堵塞，影响运行。 2.3 溶气上浮法 这种方法主要是从含过饱和空气的废水中析出气体，产生气泡以实现上浮。常用的有加压溶气上浮法和真空上浮 法，前者应用较普遍。加压溶气上浮法是用水泵将废水送入溶气罐加压到 3 5.5 千克力 /厘米 2，同时注入空气使其在压力下溶解于废水。一般溶气时间为 24 分钟。然后废水通过减压阀进入上浮池。溶入废水中的空气由于突然减到常压 ,便形成许多细小的气泡逸出 ,从而实现上浮。 4上浮池内的上浮时间一般不小于 1 小时。目前常采用将经过上浮处理的部分废水 (30 50 )加压回流进入未经加压上浮处理的
6、废水中实现上浮的方法。其优点是加压废水量小，可减少电耗，同时可以防止未处理的废水中油品在加压溶气时进一步乳化。真空上浮法是使废水中的 气泡在减压（真空）条件下逸出的。 溶气上浮法的主要优点是产生的气泡直径可小到 30 120 微米。气泡直径小，在供气量相同时 ,气泡吸附时的比表面积就大 ， 气泡上浮速度减慢，与吸附质点的接触时间增加，可以提高上浮效果。因此，溶气上浮法获得广泛应用。 2.4 过滤法 过滤法 常作为上浮法出水的高级处理手段。经过滤法处理的废水，含油量可降至 10 毫克/升以下。处理构筑物可采用普通快滤池或压力滤池。但管理比较困难，需要空气反冲，热水反洗。如管理不善，滤料容易堵塞。
7、 2.5 生物法 含油量在 30 毫克升以下，并含有其他需要生物 降解的有害物质时，才考虑使用，一般不只是为了除油。石油炼制厂的含油废水，经物理法除油后，就具备用生物法处理的条件。 2.6 生物氧化法 生物氧化法是利用微生物的生物化学作用使废水得到净化的一种方法。油类是一种烃类有机物 ,可以利用微生物的新陈代谢等生命活动将其分解为二氧化碳和水 。 含油废水中的有机物多以溶解态和乳化态存在 ,BOD5 较高 , 利于生物的氧化作用。对于含油质量浓度在3050mg/L 以下 ,同时还含有其他可生物降解的有害物质的废水 ,常用生化法处理 ,主要用于去除废水中的溶解油 。 5含油废水常见的生化处理法
8、有活性污泥法、生物过滤法 、 生物转盘法等。活性污泥法处理效果好 ,主要用于处理要求高而水质稳定的废水 。 生物膜法与活性污泥法相比 ,生物膜附着于填料载体表面 ,使繁殖速度慢的微生物也能存在 ,从而构成了稳定的生态系统。但是由于附着在载体表面的微生物量较难控制 ,因而在运转操作上灵活性差 ,而且容积负荷有限 。 2.7 化学法 化学法又称药剂法 ,是投加药剂由化学作用 将废水中的污染物成分转化为无害物质 ,使废水得到净化的一种方法。常用的化学方法有中和 、 沉淀、混凝、氧化还原等。对含油废水主要用混凝法 。 混凝法是向含油废水中加入一定比 例的絮凝 剂 ,在水中水解后形成带正电荷的胶团与带负
9、电荷的乳化油产生电中和 ,油粒聚集 ,粒径变大 ,同 时生成絮状物吸附细小油滴 ,然后通过沉降或气浮的方法实现油水分离 3。常见的絮凝剂有聚合氯化铝 (PAC)、三氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁等无机 絮凝剂和丙烯酰胺、聚丙烯酰胺 (PAM)等有机高分子絮凝剂 ,不同的絮凝剂的投加量和 pH 值适用范围不同。此法适合于靠重力沉降不能分离的 乳化状态的油滴和其他细小悬浮物。 2.8 声波、微波和超声波脱水技术 声波可加速水珠聚结 ,提高原油脱水效率 ;超声波可降低能耗和减少破乳剂用量 ;而微波在降低乳状液稳定性的同时 ,还可加热乳状液 ,进一步促进水滴的聚结 ,在解决我国东部老油田因三采等引起的原油性
10、质复杂的深度脱水问题方面具有很好的应用前景。 微波是指频率为 300MHz300GHz 的电磁波。微波水处理技术是把微波场对单相流和多相流物化反应的强烈催化作用、穿透作用、选择性供能及其杀灭微生物的功能用于水处理的一项新型技术。 超声波是一种高频机械波 ,其频率一般 2104 5108Hz 之间 ,具有能量集中、穿透力强等特点 。 超声波在水中可以发生凝聚效应 、 空穴或空化效应。当超声波通过含有污水的溶液时 ,造 成微小油滴与水一起振动 。 但由于大小不同的粒子具有不同的相对振动速度 、 油滴将会相互碰撞、粘合 ,使油滴的体积增大。随后 ,由于粒子已变大 、 不能随声波振动了 ,只作无规则运
11、动。最后水中小油滴凝聚并上浮 ,油水分离效果良好。超声处理乳化油污水时 ,必须以先通过实验 ,以确定最佳的声波频率 ,否则可能出现超声粉碎效应 ,影响处理效果 。 目前 ,国内外学者利用超声波技术降解水中的污染物已多达几十种 ,但所研究的对象多为单组分模拟体系 ,而实际污水中常含有多种污染物 ,因此超声波技术在实际污水处理中的适用性如何还有待进一步的研究。此外 ,目前有关 利用超声波技术降解水中污染物的研究大多属于实验室阶段 ,且由于声化学反应过程的降解机理 、 反应动力学及反应器的设计放大等方面的研究开展得很不充分 ,目前还难以实现工程化。 8 第 3 章 PLC 技术在含油污水过滤过程中的
12、应用 3.1 PLC系统简介 PLC 即可编程序控制器（ Programmable Logic Controller），按功能及规模可分为大型PLC（输入输出点数 1024），中型 PLC（输入输出点数 256-1024）及小型 PLC（输入输出点数256）。 PLC 系统采用可编程控制器 PLC 与上 位工业控制机构成一个整体系统，上位工控机作为监控显示、数据处理单元， PLC 的各种模块可以根据需要，任意构成采集、控制单元，实现对测量、计量参数的采集和回路的控制。目前 S i e m e n s、 A B B、 GE、 O M R O N 等公司都推出了符合 IEC 61131-3工业可编
13、程控制器产品标准的 PLC。与工业 PC 机相比，在高端应用方面二者的差异很小，而在低端应用方面小型 PLC 具有工业 PC 不可替代的优点，一是体积小，二是坚固性，三是可嵌入到机电设备中去，另外， PLC 系统具有模块化结构，扩展灵活，安 装调试方便，调试周期短，编程方便，运行可靠性高、稳定性强等优点。 现在 PLC 系统逐渐成为工控系统的主流，特别对于中、小系统工程。通过对市场的调查，考虑到设备的先进性、可扩展性、设备厂商的技术支持力以及性价比等因素，在 SIEMENS、欧姆龙、 G E 等几个著名的 PLC 生产厂家中， SIEMENS 的 STEP7-300 系列产品处于比较领先的地位
14、。 3.2 工艺流程及设备控制要求 3.2.1 沉降、过滤过程的工艺流程 沉降和过滤过程是在含油污水经过加药处理过程后，在污水中形成许多絮凝物，加药后的污水进入沉降罐中，污 水中的杂质在沉降罐中淀后，上层清液由沉降罐顶部流出，经过加压泵后，进入精细过滤器过滤，经过过滤器过滤后就可以达到要求的技术指标。沉降罐运行中底部的污泥需要定时排出。在沉降罐底部圆周上均匀分布着 4 个排污阀，在设定的循环周期中， 4 个排污阀依次打开，将沉降罐底部的污泥排出。精细过滤器是内部填充有多层滤料的承压罐，一般采用 6 l0 个过滤器并联运行。过滤器分时间进行反冲洗操作。这样可以保证整个流程连续不断地运行。过滤器从
15、开始进水过滤开始，到反冲洗完成结束算做一个周期。 1沉降罐排污流程 (1)沉降 在沉降罐中进行， 来水进入沉降罐，在罐中将大部分杂质沉淀到罐底，上层清液由顶部 的出水口流出，进入下一道处理工序。 (2)排污 沉降过程运行一定的时问后，需要将底部的 4 个排污阀依次打开，将罐底的污泥排出。排污过程不影响沉降过程。 2过滤器过滤流程 经过沉降处理的污水进入过滤器中。过滤进水阀和出水阀门打开，污水经过加压泵加压 后，由过滤进水阀进入过滤器，经过滤层过过滤后，再经过滤出水阀流出，进入清水罐储存起来。 (3)排水 当过滤器运行一段时间后，需要反冲洗，首先需要将过滤进出水阀关闭，然后排水和排气阀打开。将过
16、滤器中 的水排出。 (4）反冲洗 当过滤器中的水排出后，将排气和排水阀关闭，将反冲洗泵打开，并将过滤器的反冲洗进水和出水阀打开，开始反冲洗过程。 3.2.2 设备控制要求 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，操作员可以使用控制盘上的按钮控制设备的工作。 1系统组成 在中央控制室设有一面控制盘。控制盘上有用于控制操作的开关、按钮和定时器，以及 用于显示工作状态的指示灯等控制设备。控制盘内安装有一台 OMRON 的 CQM1 系列PLC。 PLC 输出节点通过电缆和现场的控制设备连接。控制阀门采用气动蝶阀，控制
17、电磁阀采用两位五通单电控电磁阀。 1 2沉降罐设备控制 沉降罐的控制分为自动和手动两种制方式。这两种方式，都由 PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制沉降罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启闭阀门， 1）自动动状态 当某一个沉降罐的方式选择开关置于自动的位置时，该沉降罐处于自动控制状态。该沉降罐按照沉降罐定时嚣所设定好的时间间隔定时自动操作，不需要操作工的干预。 2）手动状态 当某一个沉降罐的方式选择手动的位置时该沉降罐 处于手动控制状态，该沉降罐不会按照沉降罐定时器所设定好的时间问隔定时自动操作。而需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动该沉降罐，使其自动完成排污过程。 在任何时候，均可
18、中断沉降罐的排 污过程。在下一次启动时将从上 -次被被中断的阀开始。 3过滤罐的控制 过滤罐的控制分为自动、手动和差压 3 种控制方式。这 3 种方式，都是由 PLC 按程序设定好的操作顺序依次控制过滤罐阀门的开启和关闭，不需要操作人员在现场手动启闭闭阀门。 （ 1）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，不需要操作工的干预。 （ 2）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。该过滤罐需要操作工通过仪表盘上的按钮来启动该过滤罐，使其自动完成排污过程。 （
19、3）差压控制状态 无论过滤罐的方式选择开关处于何种状态，当该过滤罐上的差压开关动作后，仪表盘上的差压报警指示灯点亮，并且自动开始该过滤罐的反冲洗过程。 当有过滤罐正在反冲洗时，以上的控制都不起作用，只有等到停止反冲洗后才能起作用。 在任何时候，均可以中断过滤罐的反冲洗 过程。小结 上述方法各有不同的适用范围 ,应根据不同种类油的性质和不同的水质要求 ,采用不同的 处理方法。以上各种处理单元在含油废水处理中并不是单一出现的 ,因为废水中的油粒多数同时存在集中状态 ,很少以单一状态存在 ,所以含油废水处理 采用多级处理工艺 ,经多级单元操作分别处理后方能达到排放或回用标准。 参考文献 1陈忠喜 ,
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