1、 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 污水处理系统的研究 摘要： 随着人类社会的不断发展，城市规模的不断扩大，城市的用水量和排水量都在不断增加，这加剧了用水的紧张和水质的污染，环境问题日益突出，由此造成的水危机已经成为社会经济发展的重要制约因素。 针对中、小规模城市生活污水，本设计方案应用序批式活性污泥法（ SBR）处理工艺，确定了 SBR 池运行周期；同时讲述了 PLC控制系统的优势 ，和 以 PLC为主体的污水处理系统， 实现了对污水处理的自动控制，构成了低成本污水处理控制系统。 关键词： 水危机；污水处理； PLC；控制 系统； SBR 工艺 一、污水处理现状 根据 2008年中国环境
2、状况公报，在监测的全国 200条河流的 409个断面中，基本丧失使用功能的劣类水质的断面比例达 20.8%，该比例近年来虽有所下降，但仍超过 1/51。我国全海域海水同样面临污染程度扩大的趋势，清洁区域越来越少，污染面积增加。在全国污染程度加深的同时，污水处理行业的发展情况引发了广泛的关注。 美国、日本、西欧等经济发达国家，较早的实现了工业现代化。这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国 家政府的重视，投入了大量的人力、物力进行水处理的研究。这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。这些国家先后投资研究高效型
3、、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。一些发达国家经过几十年的努力，污水处理率已经达到了 80% 90%，成功的解决了来自于城市和工业的点源污染问题。同时一些国家开始重视污水的回用，如以色列的污水回用率达到了90%2。 相关资料显示，美国平均每 1 万人拥有 1 座污水处理厂，英国和德国则每 70008000 人就拥有1 座污水处理厂，而中国每 150 万人才拥有一 座污水处理厂 3。 2000 年后国家开始对污水处理进行投入，经历了“蛰伏”发展的 5-6 年时间。至 2006 年全国城镇污水处理及再生利用设施建设“十一五”规划提出后，国家正式把污水处理提上了工作日程， 2006-20
4、09 年迎来了污水发展的黄金期。对照美国的发展趋势，我国目前的污水处理发展水平仅仅处在美国 70 年代水平上 4。 所以在中国污水处理是迫切的，而污水处理的市场也呈现出一派蓬勃的景象。 二、常用的污水处理工艺 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，污水处理的方法一般以生物处理方法为主辅以物理处理法和化学处理法 5。 活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法，是一种较低成本的废水初级处理方法。活性污泥法有许多种形式，使用广泛的主要有以下三种类型：传统活性污泥法及其改进型 A/0、 A2/0、
5、AB 工艺；氧化沟工艺； SBR(Sequencing Batch Reactor)工艺 . 传统活性污泥及其改进型 A/0、 A2/0、 AB 工艺，处理单元多，操作管理复杂，尤其是污泥厌氧消化工艺，对管理水平要求较高。 而氧化沟法回流污泥溶解氧较高，对除磷有一定的影响，综合考虑，中城市污水处理厂选用 SBR 法最经济实用 6。 SBR 法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。 污水在反应池中通过曝气与停气间断的反应，从而实现好氧与厌氧交替的进行，最终实现脱氮除磷的作用 7。 这种一体化工艺的特点是工艺简单，
6、由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方 式灵活，适用于中小规模的城市污水处理厂，选用 SBR 法完全符合污水水质状况、出水要求、以及污水处理厂的设计原则 8。 三、污水处理工艺流程 本文介绍的污水处理采用 SBR 法污水处理工艺，是按“进水、中和反应、曝气、沉淀、 排水”步骤周期性进行生化反应。 从污水流入到排水结束算做一个周期。工艺流程如图 1 所示 9。 滗水器 污水 出水 图 1 污水处理工艺流程图 粗格栅 提 升 泵 房 细格栅 集水池 酸液 碱液 SBR 池 转刷 皮带运输机 皮带运输机 搅拌
7、机 鼓风机 污泥池 基本操作运行程序如下： 进水 :进水阀门打开，污水通过粗格栅过滤，经过 水泵，然后细格栅过滤到达集水池 . 中和反应：当集水池满后，停止进水，在集水池里进行酸碱中和反应，反应完后，打开 SBR 池进水阀门进水。 反应：进水到一定液位后，停止进水，空气阀门打开，鼓风机启动，开始曝气，同时潜水搅拌器和回流污泥泵运行。 沉淀：当 SBR 池停止曝气，空气阀门关闭，潜水搅拌器和回流污泥泵停止运行，开始重力沉淀和泥水分离。 排水： SBR 池水位达到最高水位，并经过沉淀工艺以后，上清液（上面的清液）由滗水器缓慢排出池外。 当水位达到处理周期开始时的最低水位时，停止滗水。 剩余污泥泵在
8、滗水器停 止运行后开始运行，排泥至储泥池 10。 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， PLC 用于处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为上位机，通过网络连接 PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下： 编程方便、开发周期短、维护容易。 通用性强，使用方便。 控制能力强。 模块化结构，扩展能力强 11。 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。 四、污水处理控制系统 整个系统由现场信号输入、 P
9、LC、驱动及执行机构等设备组成， PLC 为整个系统的控制核心。 整个系统框图如图 2 所示 12。 图 2 PLC 污水处理控制系统框图 根据上述对污水处理控制工艺流程的描述，可知 PLC 控制系统的基本单元输入包括：系统启动、液位开关 PH 仪 融氧仪 环 境 数 据 采 集 PLC 驱 动 及 执 行 机 构 粗 /细格栅 皮带运输机 水泵、水阀 搅拌机 鼓风机 滗水器 污泥汞 集水池高低液， 4 个 SBR 池的高低液位及循环工作按钮。 系统输出包括粗格栅，细格栅，皮带运输机，水泵，搅拌机，酸阀，碱阀， 4 个 SBR 池的进水阀、回流污泥泵、鼓风机、滗 水器、剩余污泥泵 13。 本文
10、提出的 PLC 污水控制系统同传统的人工控制污水处理厂相比，不仅提高了污水处理的质量，使排放有害物量较大减少，而且操作人员的工作量减少，劳动强度随之降低，完全满足出水水质要求；同时，与某些大型污水处理设备相比，系统运行可靠，投资大为降低，不失为一种值得推广的小型污水处理控制系统。 参考文献： 1 牛彦平，徐伟朴，李景会 .污水处理行业的现状和特征 J.河北建筑工程学院学报 .2004 ,1,26(8):22 25. 2 雷乐成 .水处理新技术及工程设计 M.北京：化学 工业出版社 .2001,3. 3 张自杰等 .环境工程手册 水污染防治卷 M.北京：高等教育出版社， 1996,1. 4 张培
11、山 ,钟昆 ,张林江 .基于 PLC 的污水处理厂自控系统的实现 J.自动化与仪表 .2007,(5):60 72. 5 高钦和 .PLC应用开发案例精选 M.北京 :人民邮电出版社 ,2008,7. 6 谢克明 ， 夏路易 .可编程控制器原理与程序设计 M.北京 :电子工业出版社 ,2002,8. 7 李方园 .PLC行业应用实践 M.北京 :中国电力出版社 ,2007， 1. 8 吕卫阳 ， 徐昌荣 .PLC工程应用实例解析 M.北京 :中国电力出版社 ,2007， 4. 9 陈莉荣 .城市污水单项活性污泥法处理系统模拟设计及预测 D.西安：西安建筑科技大学 ,2003,1. 10 Moh
12、ammed Bani Younis Alexander Fay Georg Frey. Automatic Re-Implementation of PLC ProgramsJ. ATP International ,2008， 4， 31(4):23-27. 11 张兴国 .可编程序控制器技术及 应用 M.北京 :中国电力出版社 ,2006， 9. 12 Lina N. Abu-Ghunmi， Ahmad I. Jamrah Biological treatment of textile wastewater using sequencing batch reactor technologyJ. Environmental Modeling and Assessment， 2006，11， 21(7):33-40. 13 杨公源，黄琦兰 .可编程控制器应用与实践 M.北京 :清华大学出版社 ,2007， 5.
