（环境工程专业论文）序批式生活污水处理系统的运行与自动控制.pdf

江苏大学工程硕士学位论文 摘要 本文根据卡特彼勒( 徐州) 有限公司的序批式生活污水处理系统( s b r 1 0 0 ) 的运行现状，提出系统的改进需求和自动控制方案，以较小的投资扩大原有系统 的污水处理能力，通过p l c ( 可编程逻辑控制器) 实现系统的自动运行与控制， 提高系统运行的稳定性，减少运行误差，确保污水处理符合相关的排放标准。 通过对污水处理量与曝气量的关系，确定了序批式生活污水处理系统( s b r ) 的关键运行参数，为系统的稳定运行提供的理论依据。 通过对改造完成前后的运行结果进行比较分析，对自动控制的可靠性进行了 验证；对系统运行的参数的设置进行阐述，说明系统对变化水量的适应性：对不 同污染物的排放浓度进行相关性分析，确定不同污染物的排放浓度相关性。 对现有的生活污水处理系统( s b r 1 0 0 ) 进行改造后，将污水处理能力提高一 倍，实现每天处理生活污水2 8 0 吨，并实现自动控制、实时监控和运行记录的查 询等功能。 在附录部分，提供了序批式生活污水处理系统( s b r ) 及其前级污水处理系统 的工艺流程。 关键词：序批式生活污水处理系统( s b r ) ，p l c ( 可编程逻辑控制器) ，自动控制 运行参数，实时监控，运行记录查询 江苏大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t i h sa r t i c l ed e s c r i b e st h eo p e r a t i o na n da u t o m a t i cc o n t r o lo ft h es e q u e n c eb a t c h r e a c t o r s ( s b r ) i nc a t e r p i l l a rx u z h o ul i m i t e d b a s e d0 1 3 t h ec u r r e n ts i t u a t i o n ，t h e i m p r o v e m e n td e m a n da n da u t o m a t i cc o n t r o ls c h e m ew i t hl o w e s ti n v e s th a v e b e e n d e s c r i b e d p r o g r a m m a b l el o 百s t i cc o n t r o l l e r ( p l c ) i su s e dt o c o n t r o lt h er e l a t e d e q u i p m e n ta n dd e v i c e s ，e n s u r es t a b i l i t yf o rt h es b r so p e r a t i o nt om e e tt h ed i s c h a r g e s t a n d a r d s t h ec r i t i c a lp a r a m e t e r sa r ef r o mt h er e l a t i o n s h i pa n a l y s i so ft h ev o l u m eo fw a s t e w a t e ra n da e r a t i o ns u p p l i e d c o m p a r a t i v ea n a l y s i s f o rt h e o p e r a t i o nr e s u l t sv a l i d a t e d t h es u c c e s so ft h e a u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mf o rt h es b r s y s t e m c r i t i c a lp a r a m e t e r sc a nb er e s e ta c c o r d i n g t ot h es i t u a t i o nt ob ec o n t r o l l e dt om a k et h ef l e x i b i l i t y t e n da n a l y s i si sl a u n c h e dt o p r o v i d et h ep e r t i n e n c yo f t h ed i f f e r e n tp o l l u t a n t s t h ec a p a c i t yo ft h es r bs y s t e mh a sb e e nd o u b l e da f t e rt h eu p g r a d e o t h e r w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e sa r ei n t r o d u c e di nt h ea p p e n d i xs e c t i o n k e y w o r d s ：s e q u e n c eb a t c hr e a c t o r ( s b r ) ，p r o g r a m m a b l el o g i s t i cc o n t r o l l e r ( p l c ) ，a u t o m a t i cc o n t r o l ，r e a lt i m em o n i t o r i n g ，o p e r a t i o n a lr e c o r d s i n q u i r y i i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 年月日 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密口。 指导教师签名： 锄。写 口 年月日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 日期：年月日 江苏大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 序批式污水处理系统( 8 b r ) 简介 卡特彼勒( 徐州) 有限公司的序批式生活污水处理系统( s b r 1 0 0 ) 于i 9 9 7 年初建成，设计处理能力为1 4 0 吨，天，符合综合污水排放标准g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) ) 表2 中的一级标准。 公司原有的s b r 系统由两组子系统组成：即a 1 b 1 和a z b 2 ，每一组子系统由 两只等尺寸的反应池串联而成( 长7 米、宽3 米、高2 8 米，有效水深1 7 米) ， 每池的有效容积为3 5 立方米1 】( 3 5 2x 2 = 1 4 0 ) ，各s b r 池的进水与排水均由水 泵来完成，具体工艺流程如图上i 所示： 图1 1公司原有s b r 系统工艺流程图 随着市场需求的扩大，公司调整生产经营计划，增加员工，根据2 0 0 8 年公司 规划，预计每天污水处理能力需求为2 5 0 吨，目前的生活污水处理系统的污水处 理能力己不能满足要求；而且自动运行控制系统不能发挥应有的功能。 我们通过调研，可以对现有的生活污水处理系统( s b r - 1 0 0 ) 进行改造，将原 有s b r 的串联系统改为并联系统( a 、b 、c 、d ) ，每个s b r 池的运行时间为1 2 小时( 进水、曝气反应、沉淀、排水、闲置) 2 6 】 2 9 ，在不增加占地面积的基础上， 将污水处理能力提高一倍，实现每天处理生活污水2 8 0 吨( 3 5 4 2 = 2 8 0 ) ，s b r 江苏大学工程硕士学位论文 系统工作状态序列如图上互所示； 通过可编程序控制器( 简称p l c ) 实现污水处理设备的自动控制、污水处理运 行工序的实时监控和运行记录的输出与查询【1 8 】 2 1 。 图1 - 2s b r 系统工作状态序列 1 2 原有s b r 系统运行状况 本公司每天处理的污水水源组成情况如下：生活污水为8 1 2 吨，占总水量的 5 8 ；整机清洗废水为4 6 2 吨，占总水量的3 3 ；结构件磷化清洗废水为9 8 吨， 占总水量的7 ，滤布清洗废水和乳化液废水分别为1 4 吨，各占总水量的1 ，各 2 江苏大学工程硕士学位论文 类污水的处理过程如下： ( 1 ) 生活污水：来自公司食堂、浴室、卫生间、污泥压滤脱水等，占总水量 的5 8 ： ( 2 ) 整机清洗废水：主要来自涂装生产线整机清洗工序，占总水量的3 3 ； 清洗废水经过调质、调量后进入气浮池进行处理，初步出去废水中油类物质和悬 浮物1 ；处理后的废水进入生活污水进水池。2 1 清洗废水的处理工艺参见附录l ； ( 3 ) 结构件磷化清洗废水：来自涂装生产线结构件磷化清洗工序，占总水量 的7 ；经加入( c a ( h o ) ：) 反应、沉淀、气浮处理“”“”后进入生活污水集水池，磷 化清洗废水的处理工艺参见雎主匿呈； ( 4 ) 滤布清洗废水：来自空调系统滤布的清洗，约占总水量的1 ，经沉淀处 理后进入整机清洗废水集水池“1 ；滤布清洗废水的处理工艺参见雎耋盘上； ( 5 ) 乳化液废水：来自机加工中心废弃的乳化液及油库区收集的雨水，约占 总水量的1 ，经乳化液处理系统处理后进入整机清洗废水集水池。1 ；乳化液废水 的处理工艺参见雎显兰。 ( 6 ) s b r 回流污泥和终端过滤器反冲洗水”3 ，约占总水量的1 0 。 污水处理系统( s b r ) 的污水水源分布见垦上三，公司的污水处理的总体流程如 图1 4 ： 水量 图1 3 污水水源分布 3 江苏大学工程硕士学位论文 图1 4 原有s b r 处理系统流程图 1 3 公司原有s b r 污水处理系统的污水水源、水质 13 1 原有s b r 污水处理的流程 1 a 池进水( 1 小时) 、a 池曝气并排泥( 3 小时，其中排泥3 分钟) 、a 池沉 淀( 2 小时) 、a 池排水入b 池( 1 小时) 、a 池闲置( 2 小时) ，a 池进水开始下一 循环；a 池结束曝气前排泥3 分钟，使a 池内的污泥龄( s l u d g e a g e ) 为1 0 天f 1 6 】。 2 b 池进水( 1 小时) 、b 池曝气并排泥1 分钟( 3 小时，其中排泥1 分钟) 、 b 池沉淀( 2 小时) 、b 池排水( 1 小时) 、b 池闲置( 2 小时) ，b 池进水开始下 循环；b 池结束曝气前排泥1 分钟，使b 池内的污泥龄( s l u d g e a g e ) 为3 0 天 1 6 1 。 3 b 1 1 3 2 每天排水两次【1 j 最大处理能力为1 4 0 吨( 3 5 吨2 2 1 ： 4 s b r 的运行过程为手动二班操作，人为误差不能保证系统的正常运行。 5 s b r 污水处理系统及2 4 小时工艺流程图如屋址三： 4 江苏大学工程硕士学位论文 映 l2345 678 9 1 01 1 1 21 31 4 - 1 51 6 1 7 1 81 9 2 0 2 l2 22 3 也4 a 1进沉排 曝气并排泥闲置 池水 淀水 进排b i 闲置曝气并排泥沉淀闲置 池 水水 进曝气并排排a 2 闲置 沉淀闲置 池 水泥水 b 2进排 闲置 曝气并排泥沉淀闲置 池 水水 图i - 5s b r 污水处理工艺及2 4 小时流程图 1 3 2 原有s b r 污水处理的效果 i 除总磷外，主要污水污染物的排放均达到综合污水排放标准g b 8 9 7 8 1 9 9 6 的一级标准，2 0 0 2 年1 月至2 0 0 3 年4 月( 改造前) 主要污水污染物的平均排放浓 度如塞! ：! ，其中2 0 0 2 年7 月后总磷数据为s b r 出水经纤维球过滤器后的结果【1 2 】： 2 根据检测数据，s b r 系统并不能有效稳定地去除污水中的总磷，即不能符 合一级排放标准中规定的最大允许排放浓度( o 5 p p m ) ；s b r 出水经过纤维球 3 0 ) 过滤器，可有效地降低总排水中总磷的浓度，以实现总磷的稳定达标排放 1 4 1 ，过 滤工艺流程参照盟显，过滤前后的结果比较参见图! ：! q ； 3 总磷( t o t a lp h o s p h o r u s ) 中附着在悬浮物中的部分可以通过纤维球过滤器 拦截，实验室测得的总磷为活性磷( a c t i v ep h o s p h o r u s ) 和未被纤维球过滤器拦截 的悬浮物部分【6 j ，总磷与活性磷的检测结果见主让2 ； 表1 - 12 0 0 2 年1 月2 0 0 3 年4 月主要污水污染物的平均排放浓度 生化需氧量化学需氧量 石油类氨氮总磷 悬浮物( s s ) ( b o d )( c o d ) ( o i l ) ( n h 3 - n 、 ( t p ) 最大允许排放浓度 3 01 0 0 7 01 01 5o 5 ( p p m ) 2 0 0 2 年1 月2 0 0 3 年4 6 8 32 6 5 2 1 6 1 4o6 91 5 3o 5 5 月平均浓度( m g l ) 5 江苏大学工程硕士学位论文 表1 2 活性磷与总磷的比较 过滤前 0 4 5um 滤纸过滤后 日期活性磷总磷活性磷总磷 a u g ，2 8 ，2 0 0 2 o 4 60 5 20 3 30 2 9 a u g 2 9 ，2 0 0 2 0 3 6o 8 2o 3 6o 2 9 s e p t 4 ，2 0 0 2 o5 90 5 90 2 9o 2 3 图1 - 6 过滤前后的结果比较图 1 4s b r 系统增容改造方案 14 1 s b r 池的改造 为提高s b r 系统的污水处理能力，并确保符合相关的排放标准，根据s b r 的 运行机理，对原有的s b r 系统进行改造，改造后的s b r 系统结构如图1 7 ： 1 将原有的两个子系统a 1 b 1 、a 2 b 2 改造成a 、b 、c 、d 四个独立的子系 统；并对内部的曝气系统进行改造，提高s b r 系统的曝气效率，s b r 池内的曝气 管道示意图如图1 - 8 ； 2 每个独立的子系统运行周期为1 2 小时：曝气8 小时1 0 分钟( 曝气3 0 分 钟后开始排泥设定的百分比，曝气4 0 分钟后开始进水，进水时间为3 小时，) 、沉 淀2 5 小时、排水及闲置1 小时2 0 分钟【4 】，见图1 - 9 ： s b r 系统的处理能力增加 一倍，可达到2 8 0 吨天，即( 3 5 吨4 x 2 = 2 8 0 吨天) ； 6 江苏大学工程硕士学位论文 图1 7 改造后的s b r 系统 圈i - g 曝气装置的布置 i234567891 0l l【21 3i 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 4 i 进水 l 进水 a 曝气沉淀 l 排水i 骣气沉淀 l 排水 i进承i 进东t b 沉淀l 排水l 曝气 沉淀 j 排水i 曝气 - 进水 l 进水 c 沉淀 j 排水 曝气沉淀 l 排水i 嗥气 _ 进水l 进东 d 曝气沉淀i 排水l 曝气沉淀 l 排水f 曝气 j 过滤器反冲洗 - 图1 - 9s b r 池的运行工序示意图 3 根据污水处理出水中总磷的处理效果，调整污泥龄【8 ，实现s b r 系统除磷 的最佳效果 1 3 】； 4 考虑s b r 系统的除磷效果不能满足排放标准的要求，s b r 出水后需经现 7 江苏大学工程硕士学位论文 有的过滤器，以确保总磷的排放浓度符合相关的排放标准要求 1 5 ； 5 增加一个有效容积为( 6 4 3 5 = 8 4 n ) 的调节水箱，对源水进行水质水量 的调节，以减少源水水质水量的波动性f 3 ； 6 将低排水( 泵) 改为滗水，减少对已沉淀污泥的扰动和出水中悬浮物的含 量，提高出水水质1 2 ； 1 4 2 s b r 池的自动控制 利用p l c 实现s b r 的自动控制，通过组态王软件实现远程监控和运行记录的 查询，以减少劳动强度和手工操作误差，提高系统运行的稳定性和可靠性；交替 启动备用设备，对故障设备进行及时报警并在指定的时间内启动备用设备，保证 系统的正常运行。 p l c 是一神专为在工业环境应用而设计的数字运算的电子系统。p l c 是以微 处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新 型、通用的自动控制装置，它用软件编程取代了原来接触继电系统的硬件逻辑， 满足不同控制的需要。 p l c 具有体积小、结构简单、性能优越、可靠性强、灵活通用、易于编程、 使用方便等优点。近年来在工业自动控制、机电一体化、数控系统、改造传统产 品等方面得到广泛的应用。 1 5 论文的目的与意义 1 ，51 本课题研究的目的 通过p l c 对s b r 运行过程中的运行参数( 如曝气时间、曝气量、污泥龄、沉 淀时间、闲置时间等) 进行自动控制，探索适应于特定污水源的最佳运行工艺与 参数，实现s b r 的最佳运行效果。 1 5 2 对国民经济或学术上的价值和意义 目前国内生活污水中的主要污染物是c o d 、总磷和氨氮等，对c o d 、总磷和 总氮等污水污染物进行控制，以减少污染物的排放，是水处理系统的主要任务之 一；对于s b r 系统而言，探索并控制最佳运行参数，是实现s b r 系统综合运行绩 效的重要任务；同时可以减少手工操作的人为失误和劳动强度，提高s b r 系统运 8 江苏大学工程硕士学位论文 行的稳定性，减少污染物超标准排放的风险，最终实现污水污染物的稳定达标排 放。 本文对原s b r 系统进行改造，并通过p l c 对s b r 运行过程中的各个设备和 运行参数进行自动控制，实现s b r 系统的自动运行；通过监控终端监视s b r 工序 和各设备的运行状态；根据运行结果，调整运行参数，以确定最佳运行参数：实 现s b r 系统的自动运行，以确保s b r 系统中的污泥活性；对主要设备的运行状况 进行记录，实现数据输出，以验证或审核该设备的运行状况是否为预期状态；同 时提升公司在污水处理控制方面的自动化程度，减少劳动量，提高员工的满意度 和凝聚力。 1 6 论文的主要内容 1 s b r 系统增容改造的参数设计：通过计算获得曝气量，通过试运行，调整 s b r 各个运行阶段的时间分配，根据污水水量的波动规律，调整s b r 池的高低控制 液位；通过运行结果分析调整s b r 系统的污泥滞留时间，即污泥龄( s l u d g e r e t e n t i o nt i m e ) 。 2 p l c 控制与监控设计：根据各个s b r 的运行特征，利用p l c 控制s b r 系 统各个设备的运行状态，实行备用系统的自动切换运行和故障报警；通过；通过 监控系统监控并记录设备的运行信息，改变运行参数，确保s b r 系统的稳定有效 运行。 3 改造后运行结果分析：通过改造前后运行结果的比较分析主要污染物的排 放浓度分布；污水污染物( c o d 、氨氮、悬浮物和总磷等) 排放的运行趋势和各个 污染物的相关性。 9 江苏大学工程硕士学位论文 第二章s b r 系统增容改造的参数设计 2 1 曝气方式及曝气量的计算 21 1s b r 运行参数 s b r 池为地埋式钢结构，尺寸为( 7 m 3 m 2 8 m ) ，有效水深为1 6 米( 水面 距池口o , 4 米，排水后池内水深o 8 米) ，每个s b r 池的有效容积为3 3 6 立方米； 每日运行两个循环，处理能力为6 7 2 立方米，水温2 0 0 c 3 0 0 c ，混合液中可挥发 性悬浮物m l v s s ( m i x e dl i q u o rv o l a t i l es u s p e n d e ds o l i d ) 控制在2 0 0 0 3 0 0 0 m g a ， s b r 系统由四个独立的s b r 池组成( 见图1 7 ) 。 2 1 2 曝气方式及曝气装置 1 曝气装置采用倒盆式扩散器，距池底o 3 米( 距水面2 ，1 米) ，在s b r 池内 均布，该曝气装置的氧转移效率( e a ) 为6 8 】； 2 曝气装置的布置平面图( 如图1 8 ) 。 2 1 3 曝气量的计算 1 平均需氧量的计算： r ( 0 2 ) = d 够，+ 6 v x ， ( 4 - 1 ) 其中：r ( 0 2 ) 为平均需氧，q 为日处理水量( 7 0 吨) ，s ，为有机物的去处量( 以b o d 计) ，v 为s b r 池有效容积( 3 5 立方米) ，x v 为s b r 池内悬浮物浓度( 取平均值 2 5 0 0g n f d ，6 为修正系数a = o 5 ，b = o 1 5 。 r(02)=0570幽+o1535x型=18375(kgld)10001 0 0 0 、z 2 平均需氧量的计算 a ) 不同温度下水中溶解氧的饱和度 c s f 2 。) = 9 1 7 m g l ，c s ( 3 0 ) = 7 6 3 m g l ( 4 - 2 ) b ) 曝气机出口处的绝对压力p b ： 1 0 江苏大学工程硕士学位论文 只= 1 0 1 3 1 0 5 + 9 8 1 0 3 日 = 1 0 1 3 1 0 5 + 9 8 1 0 3 2 i = 1 2 1 8 8 1 0 5 3 空气离开曝气池面时，氧气的百分比： p ：! ! 里二当2 ：巡二! ：堕：1 9 9 9 7 9 + 2 1 ( 1 一e ) 7 9 + 2 1 ( 1 一o 0 6 ) a ) 曝气池混合液中平均氧的饱和度： c 州旷面素矗+ 警 ( 4 - 3 ) ( 4 - 4 ) ( 4 5 ) 当t = 3 0 0 c 时，曝气池混合液中平均氧的饱和度： c 邶旷c ，o o ) ( 赢斋+ 密 ( 4 - 6 ) ：7 3 6 掣! 婴! 雩+ 1 99 9 ) ：7 9 3 、2 0 2 6 1 0 34 2 b ) t = 2 0 0 c 时，脱氧水的充氧量： 墨坠! 垦! ! 虫 a p p c s b - c x 1 0 2 4 “o 其中：口= 0 8 2 ，夕= 0 9 5 ，p = 1 ，c = 2 , 0 。 r ( 0 2 ) c s ( 2 0 ) 凡2 瓦历蠢c 纂希c 葫1 0 2 4 “ a t p 删3 0 1 一 归0 _ 砷 一 ! ! ：翌! ：! ：坚 0 8 2 x 0 9 5 1 0 x7 9 3 2 0 1 0 2 4 ”2 0 c ) 曝气池的平均需气量： g s ：0 _ ：垫：! ! ：1 6 2 7 2 2 ( m 3 a ) 0 3 e 。0 3 0 0 6 d ) 曝气池内每吨水的平均需气量： g s t ：i g s ：i 1 6 2 7 2 2 ：2 3 2 5 ( m 3 d 吨) d7 0 。 2 2 风机的运行控制及供气量的计算 2 2 1 风机的运行方式 ( 4 - 7 ) 2 9 2 9 ( 碚d ) ( 4 8 ) ( 4 - 9 ) 采用罗茨风机鼓风曝气( 一用一备) ，风机工作能力为9 m 3 m i n ，风机采用变 江苏大学工程硕士学位论文 频器控制，通过调节风机出口压力，实现恒压供气。 根据s b r 池的运行工序示意图示( 见图1 9 ) ，对于s b r 系统，在一个循环周 期内( 1 2 小时) 三个s b r 池同时曝气的时间段t l 为8 小时，( 4 x 2 4 , 时) ，两个 s b r 池同时曝气的时间段t 2 为4 小时( 4 x 1 ，j 、时) ；对每个s b r 池在曝气时间内( 8 小时) ，处于三个s b r 池同时曝气时段t 1 为6 小时( 3 2 4 , 时) ，处于两个s b r 池 同时曝气时段t 2 为2 小时( 2 1 小时) 。 风机出口压力设定为o 0 4 3 m p a ，出口管道尺寸为0 6 5 ；三个s b r 池同时曝气 时变频器的工作频率为4 5 h z ，两个s b r 池同时曝气时变频器的工作频率为2 7 h z 。 22 2 风机的平均供气量一根据变频器运行参数计算 1 主要运行参数： i = 8 ( 小时) ，瓦= 4 ( 小时) ，t 。= 6 ( 小时) ，t ：= 2 ( 小时) q = 9 m3 r a i n ，f 1 = 4 5 h z ，f 2 = 2 7 h z ，f o = 5 0 h z 假定因为风机的运行频率与空气输出量成正比。 2 风机1 2 小时内的供气量： q = 垂f o 哪鲁吲叩6 。 ( 4 - 1 0 ) ：r 笪8 + 一2 7 4 、9 6 0 ：5 0 5 4 4 m 3 5 05 0 。 3 单个s b r 池八小时内的平均供气量： q 。：旦。业生：塑坐。! 业：8 4 2 4 m ， ( 4 1 1 ) ”4 ( z + 乃) 4( 8 + 4 ) 、 4 曝气池内每吨水的平均供气量： g ：粤：i 8 4 2 4 ：2 4 0 7 m 3 ( 4 - 1 2 ) 1 3 53 5 2 2 3 风机的供气量与需氧量的比较 s b r 池内每吨水的平均供气量( g = 2 4 0 7 m 3 ) 大于曝气池内每吨水的平均需气 量( g s l2 3 2 5 m 3 ) ； 通过对s b r 池内的溶解氧( d o ：d i s s o l v e do x y g e n ) 进行检测，曝气6 小时 后，溶解氧已到达4 0 r a g 1 以上，能够满足s b r 的供氧需要，溶解氧与曝气时间 的对应关系见主皇釜l ，溶解氧( m 胡) 与时间的对应关系见垦韭生： 】2 江苏大学工程硕士学位论文 表2 - 1 溶解氧( m g 1 ) 与时间的对应关系 溶解氧 时间 日期 1 0 ：0 01 1 ：0 01 2 ：0 01 3 ：0 01 4 ：0 01 5 ：0 0 7 月1 5 日 3 8 05 8 05 9 06 0 66 2 5 6 ，8 8 7 月1 6 日3 ，2 7 6 2 26 5 45 9 46 6 7 6 6 0 7 月1 7 日5 3 06 6 06 9 17 2 46 8 77 3 0 7 月1 8 日5 8 06 8 66 7 26 8 26 8 06 6 8 8 0 0 7 0 0 瓷6 0 0 誓5 0 0 辫 4 0 0 3 ，0 0 2 3 p l c 控制与远程监控 2 ，3 1 s b r 池的运行工序 1 2 ：0 01 3 ：0 0 1 4 ：0 0 时间 图2 1 时间与溶解氧关系曲线 5 日 6 日 7 日 8 日 s b r 池( a 、b 、c 、d ) 运行周期为1 2 小时，分别实现进水、曝气、沉淀、 排水和闲置等工序。全过程由p l c 控制，溶解氧( d o ) 保持在3 - 6 m g l ，污泥量 指数( s v i ) 保持在1 0 一1 2 ，曝气风机通过变频器控制实现恒压输出( o 0 4 2 m p a ) ； s b r 池的运行工序示意图示( 见图1 9 ) ，运行周期内( 1 2 小时) 的循环过程如下： 1 曝气3 0 分钟后开始排泥，排泥量在设定的时间内( 1 0 分钟内) 由设定的百 分比控制( 1 札1 0 ) ，以精确地控制污泥停留时间( s r t ) ； 2 曝气4 0 分钟后开始进水，直到高液位；如果集水池内的水量不足，3 小时 内可根据集水池的水位间歇进水) ； 3 曝气时间为8 小时l o 分钟； 1 3 江苏大学工程硕士学位论文 4 沉淀2 5 小时； 5 滗水并闲置1 小时2 0 分钟( 滗水1 小时左右，闭置2 0 分钟左右) ； 6 a 池进水时间结束后，过滤器开始反冲洗1 0 分钟； 7 风机通过变频器实现恒压控制，控制系统根据出口压力控制风机的转速， 以保证各池均匀曝气，曝气量通过调节风机出口压力来调节，参见“迅扭出旦廷 直遮置”： 8 上述设定的参数根据系统运行要求在运行周期内可调，但需保证3 、4 、5 项时间之和为1 2 小时，参见“叁数逡宝”； 9 s b r 处于程序控制( 自动状态) 过程中，可通过设备的控制开关实现个别 设备的手动运行； 1 0 电器控制面板上设备的控制开关处于自动状态时，可通过监控终端实现 手动操作； 1 1 备用水泵和风机可目动手工切换，具体功能参见“羞毽毽备篮瞳途途逝 曼切逸”。 2 3 2 运行控制及终端监控的运行条件 23 2 1 可编程控制器( p l o ；p r o g r a m m a b i el o g i cc o n t r o ie r ) 的工作原理 采用三菱可编程控制器通过编入的控制程序( 梯形图) 和数模转换组件，实 现数据的采集分析、数据输出和控制指令输出( 设备控制) ，可编程控制器( p l c ) 的工作原理如图2 - 2 ： 图2 2 可编程控制器( p l c ) 的工作原理 1 4 江苏大学工程硕士学位论文 2 32 2p i e 指令程序开发与运行环境： 1 p l c 指令程序开发行环境：编程软件s w o p c f x g p w i n c 为一个可应用 于f x 系列可编程控制器的编程软件，在s w o p c f x g p w i n c 中，可通过线路符 号、列表语言及s f c 符号来创建顺控指令程序，建立注释数据及设置寄存器数据； 将创建的顺控指令程序存储为文件，可用打印机打印；该程序可在串行系统中可 与可编程控制器进行通讯、文件传送、操作监控以及各种测试。 2 p l c 指令程序开运行环境：p l c 指令程序可运行s w o p c f x g p a v i n c 的 p c 环境如下： ( 1 ) 操作系统 ：m s d o s ( m s d o s v ) 、w i n d o w s3 1 ( 3 8 6 增强模式) 、w i n d o w s 9 5 及以上版本； ( 2 ) p c 机及内存 ：机型：i b m p c a t ( 兼容) ；c p u ：i 4 8 6 s x 或更高；内存： 8 兆或更高( 推荐1 6 兆以上) 。 ( 3 ) 硬盘 ：必须，推荐1 0 g 以上。 ( 4 ) 光驱 ：软件安装时必须。 ( 5 ) 鼠标 ：鼠标或能在w i n d o w s 环境下指向的元件对于充分发挥程序功能来 说至关重要。 ( 6 ) 显示器 ：解析度为8 0 0 x 6 0 0 点，1 6 色或更高。 ( 7 ) 打印机 ：如需打印程序，需要可在w i n d o w s 下工作的打印机。 3 组态王6 0 监控系统的运行环境： ( 1 ) 适用于i b m 5 8 6 以上的微型机极其兼容机： ( 2 ) v g a 、s v g a 以及支持w i n d o w s2 5 6 色的图形卡； ( 3 ) 主频1 0 0 m h z 以上，内存不少于3 2 兆； ( 4 ) 运行于w i n d o w s9 8 第二版、w i n d o w s2 0 0 0 、w i n d o w sn t4 0 ( 补丁6 环境) 。 4 p l c 指令程序即p l c 运行控制梯形图见世丞逼。 2 3 2 3 组态王监控系统的运行机制： 采用组态王监控系统 1 8 ，接收并显示可编程控制器( p l c ) 的运行状态和输 出信息，通过显示终端显示s b r 系统的工艺状态，并实现数据查询等功能，组态 王监控系统的运行机制如图呈曼： 1 5 江苏大学工程硕士学位论文 图2 - 3 组态王监控系统的运行机制 2 3 ，3s b r 池的自动运行控制及终端监控 工控主界面如图皇生所示，实现以下功能： 图2 4s b r 池的终端监控主界面 工作流程监视； 设备控制； 系统运行参数设定； 1 6 江苏大学工程硕士学位论文 设备动作记录的查询； 系统运行的实时曲线； 系统运行的历史曲线等。 1 工作流程动态监视： 动态工作流程示意图见围三兰，通过动工作态流程示意图，在控制室和办 公室内可以了解各个设备( 泵、阀、风机等) 的运行状态( 虚鱼堡丞羞虚! 蕴鱼堡丞丝厘握篁! 堡鱼堡丞垄岔) 、各个水池( 包括集水池、调节水池、 s b r 池) 内的水位高度及各个s b r 池所处的运行阶段( 闲置、进水、扑 气、沉淀和排水) ； 通过现场巡视，可以及时发现系统故障并予以排除，以减少污水处理系统 的运行风险。 图2 - 5s b r 动态流程不意图 2 设备控制： 桌面设备控制见国2 鱼，在控制室内可以了解各个设备( 泵、阀等) 的运行 状态与垦量互相对应，灰色显示关闭、黄色显示故障报警、绿色显示运行； 当电器控制柜上设备的控制开关处于自动状态时，可通过选择监控终端左 1 7 江苏大学工程硕士学位论文 上角的“控制方式手动”进行设备的手动操作，实现手动控制； 通过“参数设定”按钮，进入“工作参数设定”画面，如图2 ：2 所示 图2 - 6 桌面设备控制图示 图2 7s b r 运行循环参数设定图示 1 8 江苏大学工程硕士学位论文 3 系统运行及控制参数的设定： ( 1 ) s b r 池曝气时间： 设置s b r 池的实际曝气时间，目前设为8 小时1 0 分钟； ( 2 ) s b r 开始曝气时间： 设置s b r 开始曝气与进水开始的时间间隔，旨在s b r 排泥前将池内的污泥搅 拌均匀，以实现稳定的排泥量，目前设置为进水前4 0 分钟开始曝气，曝气3 0 分 钟后开始排泥( 1 0 分钟排放放设定的百分比) ； ( 3 ) s b r 进水时间： 设置s b r 进水时间，根据图1 - 9 ；工艺控制要求，s b r 进水时间设定为3 小 时，即四个s b r 池的进水间隔为3 小时；在进水时间3 小时内，生活污水集水池 内的水泵可以根据集水池内的水位情况自动启动，对某个s b r 池进行连续或间断 进水，直至该s b r 池至上限水位或集水池内处于下限水位； ( 4 ) s b r 池沉淀时间： 设置s b r 池的沉淀时间，目前设为2 小时3 0 分钟； ( 5 ) s b r 池滗水闲置时间： 设置s b r 池的滗水和闲置时间，根据排水水泵的实际流量，滗水时间为1 小 时左右，闲置时间为2 0 分钟左右； 注：( 1 ) + ( 4 ) + ( 5 ) 项时间之和为1 2 小时。】 ( 6 ) 过滤器反冲洗时间： 设置过滤器反冲洗水泵的运行时间，根据水泵流量及缓冲水箱的容积确定， 目前设为1 2 分钟，反冲洗时间不得超过1 5 分钟( 取决于水泵流量和蓄水池的容 积) ，反冲洗水泵与过滤器内的搅拌机联动； ( 7 ) 风机出口压力设置： 设置风机的出口压力，旨在通过变频器控制风机的转速，以控制供气量，目 前设为o 0 4 3 m p a ，两个s b r 池同时曝气时变频器的频率为2 7 h z ，三个s b r 池同 时曝气时变频器的频率为4 5 h z ： ( 8 ) s b r 池排泥量： 设置s b r 池的排泥百分比( 1 1 5 ) ，排泥时机为曝气停止前1 0 分钟开始 排泥，以精确地控制污泥停留时间( s r t ) ；目前设为8 ，可以根据s b r 对氨氮 1 9 江苏大学工程硕士学位论文 及总磷的去处情况进行调节，以达到最佳的除磷除氮效果； ( 9 ) s b r 池高位： 设置s b r 各池的上限水位，调整范围为1 2 米一2 4 米； ( 1 0 ) s b r 池低位： 设置s b r 各池的下限水位，调整范围为o 8 米一1 2 米。 f 注：通过调节上下限水位，可以改变s b r 的实际处理能力，s b r 的最大处 理能力为： 7 m 3 m ( 2 4 一o 8 ) ( 1 8 ) 】8 = 2 4 7 3 0 m 3 】，其中8 为设定的排泥 百分比。， ( 1 1 ) 集水池低位： 设置集水池的下限水位，调整范围为0 2 米1 0 米。 注：集水池的“0 ”测量水位的实际水位为0 6 米。 ( 1 2 ) 集水池中位： 设置集水池的中间水位，超过中间水位后，集水池内的两个潜水泵同时启动， 向调节水池进水。 ( 1 3 ) 集水池高位： 设置集水池的上限水位，调整范围为i 1 米3 0 米。 ( 1 4 ) 调节水池低位： 设置调节水池的下限水位，调整范围为o 5 米1 5 米，如果调节水池达到下 限水位，s b r 池将不再进水。 ( 1 5 ) 调节水池中间水位： 设置调节水池的中间水位，如果水位超过设定的中间水位，集水池内的潜水 泵不能启动。 ( 1 6 ) 调节水池高位： 设置调节水池的上限水位，调整范围为1 5 米3 3 米；如果调节水池达到上 限水位，调节水池将不再进水：同时在3 5 米处设置高位声光警报系统，提醒现场 工作人员或巡查人员及时排除故障，以防止因系统故障而导致污水溢出。 4 设备动作记录的查询与维护： p l c 将各设备运行状况传输到监控终端，实现设备运行记录和报警记录的 查询、整理( 删除) 与打印输出：设备运行记录和报警记录的查询对话框 2 0 江苏大学工程硕士学位论文 如图2 ：8 = 2 ：! ；2 4 小时的设备运行记录参主垦至。 图2 8 设备运行的查询对话框 图2 - 9 设备报警记录的查询对话框 2 1 江苏大学工程硕士学位论文 表2 - 12 4 小时的设备运行记录 2 4 小时运行记录 序号日期时间设备动作记录序号日期时间设备动作记录 14 2 6 2 0 0 50 ：0 2 ：5 5滗水器b 停止 2 94 2 6 2 0 0 53 ：0 7 ：3 7 s b r 池d 停止曝气 2 4 ，2 6 2 0 0 5 0 ：0 2 ：5 5 加药泵1 停止 3 04 2 6 2 0 0 53 ：5 7 ：3 7 曝气电磁阀c 打开 34 2 6 2 0 0 50 ：0 7 ：3 7曝气电磁阀c 关闭3 14 2 6 2 0 0 5 3 ：5 7 ：3 7 s b r 池c 开始曝气 44 2 6 2 ：0 0 50 ：0 7 ：3 7s b r 池c 开始沉淀3 24 2 6 2 0 0 54 ：2 7 ：3 7 排泥电动阀c 打开 54 ，2 6 2 0 0 50 ：0 7 ：3 7s b r 池c 停止曝气3 34 2 6 2 0 0 5 4 ：3 7 ：3 7 进水电动阀c 打开 64 2 6 2 ：0 0 50 ：1 5 ：1 4污水提升泵2 运行3 44 2 6 ，2 0 0 54 ：3 7 ：3 7排泥电动阀c 关闭 74 2 6 2 0 0 50 ：4 5 ：1 5污水提升泵2 停止 3 54 2 6 2 0 0 54 ：5 8 ：0 0 进水电动阀c 关闭 84 2 6 2 0 0 5 0 ：5 7 ：3 7曝气电磁阀b 打开3 64 2 6 2 0 0 55 ：3 7 ：3 7 滗水器d 运行 94 | 2 6 强0 0 50 ：5 7 ：3 7s b r 池b 开始曝气3 74 2 6 2 0 0 5 5 ：3 7 ：3 7 加药泵1 运行 1 04 2 6 2 0 0 5 l ：2 7 ：3 7排泥电动阀b 打开3 84 2 6 2 0 0 55 ：3 7 ：3 7 s b r 池d 沉淀结束 1 14 2 6 2 0 0 51 ：3 i ：2 8排泥电动阀b 关闭3 94 2 6 2 0 0 56 ：0 7 ：3 8 曝气电磁阀a 关闭 1 24 2 6 2 0 0 51 ：3 7 ：3 7进水电动阀b 打开 4 04 2 6 2 0 0 56 ：0 7 ：3 8 s b r 池a 开始沉淀 1 34 2 6 2 0 0 5 1 ：5 1 ：5 7进水电动阀b 关闭4 14 ，2 6 2 0 0 56 ：0 7 ：3 8 s b r 池a 停止曝气 1 44 2 6 2 0 0 51 ：5 7 ：3 7风机2 变频停止4 24 2 6 2 0 0 56 ：1 1 ：3 9滗水器d 停止 1 54 2 6 2 0 0 5 l ：5 7 ：3 7s 1 3 r 池a 停止曝气4 34 ，2 6 2 0 0 56 ：1 1 ：3 9 加药泵1 停止 1 64 2 6 2 ：0 0 51 ：5 7 ：3 7s b r 池b 停止曝气4 44 2 6 2 0 0 56 ：5 7 ：3 7 曝气电磁阀d 打开 1 74 2 6 ，2 0 0 51 ：5 7 ：3 7s b r 池d 停止曝气4 54 2 6 2 0 0 56 ：5 7 ：3 7s b r 池d 开始曝气 1 84 2 6 2 0 0 52 ：0 0 ：3 7风机1 变频运行 4 64 2 6 2 0 0 5 7 ：2 7 ：3 8排泥电动阀d 打开 1 94 ，2 6 ，2 0 0 52 ：0 0 ：3 7s b r 池a 开始曝气4 74 2 6 2