【JL060】基于S7-300的污水处理生产监控系统的设计
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【JL060】基于S7-300的污水处理生产监控系统的设计,jl060,基于,s7,污水处理,生产,出产,监控,系统,设计
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本科毕业设计答辩 基于 指导老师：王卫军 答辩学生：石凯丽 报 告 内 容 一 二 三 四 五 结 研究意义 一方面，人类对水资源的需求以惊人的 速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食 大量可供消费的水资源。中国水资源人均占有 量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工 业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。 由中央管理微机和现场 元组成地、两个层次地计算式监控系统 具有很好地适应性，仍为国内污水处理 自动化系统应用的主导形式，同时也是 未来污水处理厂自动化控制系统的发展 的主要趋势。 水处理发展现状 污水处理工艺 称为：序列间歇式活性污泥法。 是基于以悬浮生长的微生物在好氧条件下对污水中的有机物、氨氮等污染物进行降解的废水生物处理活性污泥法的工艺。按时序来以间歇曝气方式运行，改变活性污泥生长环境的，被全球广泛认同和采用的污水处理技术。 具有代表性的 微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统。 将 高自动化水平。 典型件部分 字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和通信模块等组成。 源、 西门子 槽位限制的模块化结构，所以便于企业用户在今后应用中进行扩展。 污水处理生产监控系统总体设计 总体功能设计 本文的集散控制系统上位机采用 要实现监控功能和对现场设备运行状态调整的功能。下位机采用 要实现对现场设备的控制、数据采集和反馈控制功能。 具体结构 本系统 水处理系统主要分为三个区，即 预处理区（ 粗格栅、细格栅、提升泵、沉淀池） 反应池区（ 两个 污泥处理区（ 输送机、浓缩脱水一体机以及一些进出水阀门 ）。 粗格栅 提升泵 细格栅 沉淀池 预处理区 粗格栅控制 提升泵控制 细格栅控制 沉淀池控制 反应池控制 污泥处理池控制 本系统研究的成果如下： （ 1）根据 （ 2）实现对集散型控制系统的运用。 （ 3）实现了用西门子 （ 4）运用西门子 （ 5）运用西门子 全文总结 感谢各位评审老师 ! 祝各位老师 工作顺利 心情愉快 英 文 翻 译 系 别 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 城市污水处理自动控制系统 的 应用以及重要性 在经济水平日益提高的情况下 ,人们的生活水平也逐渐提高 ,随之而来的环境问题也日益突出 ,尤其是生活用水和工业用水污染程度大幅度提高 ,严重的威胁到了生活质量和健康。随着全球对环境问题的关注 ,减排节能和低碳经济被高度重视 ,在这样的环境下 ,水污染的问题成为整个社会重视的焦点。同时国际社会和国家在环保等生态上不断增加的投入和对相关企业的改革快速推进 ,解决水污染问题的措施和能力得到了极大的提高。在提高运行效率、降低运行成本的问题上 ,通过引进智能控制系统 ,实现自动控制和远程监控 ,便是一个重要的解决方案 ,因此在企业化、规模化 和专业化的发展趋势下 ,引入相关的监控和控制系统对提升整体运营效力和品质具有重要的意义。 在城市污水处理厂的自动控制系统中通常采用集中监测方式，同时辅以分散控制方式，中控室可以实时监控整个污水处理厂的工作情况，具体的生产工艺控制采用就地单独控制的方式。 动控制系统的特点 污水处理自动控制系统比较复杂，涉及到的 物理 量也比较多，既有模拟量也有数字量；同时控制方式也多种多样，包括实时控制和顺序控制等，还有闭环控制和开环控制。同时，其最终控制对象是 ，这不同于一般控制系统。为了使污水处理过程中的上述参数合格，需要对处理设备的运行状态、进泥量和排泥量、各工艺段的处理时间、加药量、进水量及排水量等进行综合控制，这些都大大增加了自动控制系统的复杂性。目前，污水处理自动控制系统已经由简单的逻辑控制发展到更为发展的分散控制阶段，这使得自动控制系统有更好的开放性、适应性和 经济 性及扩展性等。 动控制系统的组成与结构 现代污水处理自动控制系统通常设置有总站和子站，总站是指厂级的 计算机 系统，子站指的是现场级的计算机系统，实行的二级监控集散模式。厂级的计算机系统主要是对污水处理厂的运行 管理 情况进行集中监测，对全厂所有工艺设备的控制和监测主要通过对 管理来实现。自动控制系统的子站主要包括以下几个：鼓风机子站、污泥回流泵房子站、鼓风机子站、一级处理子站、回用水加压泵房子站、污泥脱水间子站、配 电子 站等。自动控制系统采用通讯技术、自动化技术、网络 技术、计算机技术、图形显示技术、数据库技术构建成等综合技术以实现自动化远程监控。 硬件构成包括 、溶解氧等传感器；采集控制单元包括 数据采集模块；中央监控单元包括服务器等，另外还有一些辅助设备，如显示器和打印机等。软件构成包括自行研发的软件，还有主流的 内自动化系统基本上都在 开发运行，用于 。 动控制系统的功能 污水处理控制系统的功能包括 :生产过程自动控制、实时在线监视、故障显示报警、联锁保护、自动生成报表等。这些功能能够提高污水厂的处理效率，提高企业的管理水平和劳动生产率，保证设备正常运行，减轻工人的劳动强度。 (1)在线监视功能在线监视功能是自动控制系统的重要功能之一，借助该功能动态的工艺流程图都可以在中控室的计算机屏幕上显示，同时现场设备的运行状态、一些重要工艺参数的变化情况及仪表监测数据等也可以很清楚地显示在子站界面上。可以很方便地利用鼠标和键盘根据设备的运 行状态对系统进行干预。 (2)实时管理显示管线状态参数，全线工艺流程图，方便系统的维护。并且可以实时记录操作过程，将操作行为按时间顺序存入 历史 数据库，以便有据可查，责任到人。 (3)控制方式的选择污水处理厂第一级由控制中心集中监控，第二级由各子站制，对各操作设备进行手动或自动选择在控制系统中就可以完成。同时，应将手动操作方式作为自动控制方式的一个补充。 (4)报警处理有设备出现故障时，首先 预先设定的操作命令会对故障进行初次处理，并且系统会显示报警画面，来提示操作人员对故障进行处理。报警窗口分为两部分：当前报警和历史报警。当前报警会显示目前存在的报警，已处理的报警消失后和它相关的报警信息都会从当前报警中消失；历史报警不仅显示目前存在的报警并且报警得到处理后其相关的报警信息仍可以显示和查询。 2 结语 自动控制系统与传统的人工控制方式相比，大大提高了污水处理自动化水平和管理水平，同时也大大提高了污水处理的质量、减少了有害物质的排放，产生了很好的经济效益和社会效益。由于污水处理的自动化技术在起步比较 晚，我国在这方面与西方发达国家仍然有很大的差距，集中体现在缺乏自主研发的控制系统、核心设备和精密仪表的生产质量较低、设备故障率较高、国产设备与国外设备的接口配套方面存在问题等。因此我们要加大这方面的研发投入，以进口缩小与世界先进水平的差距。 as as of n of s to of is in an of of to of On of is an so in of is of to In by be of of is by a in a is as as SS is To to of of of is by a to a of of is to to a of of of of to to a to LC as a so to T, T on 1.3 of of of of (1) of is an of of be on a in of of be on on to in of (2) to of be in in so to (3) by of by LC or in be of be as a to (4) is be to to is of an of an to be 2 of of of in in is a of in of of of So we to & D in in to 本科毕业设计论文 题 目 基于 污水处理生产监控系统的设计 专业名称 自动化 学生姓名 石凯丽 指导教师 王卫军 毕业时间 2014 年 06 月 毕业 任务书 一、题目 基于 污水处理生产监控系统的设计 二、指导思想和目的要求 （ 1）掌握运用所学理论知识分析解决工程实际问题的一般方法； （ 2）培养分析问题、 解决问题和独立工作的能力； （ 3）通过毕业实习、毕业设计及毕业答辩全过程的训练，加强老师与学生之间、学生与学生之间知识的相互交流，互相渗透，培养学术研讨的好学风； （ 4）要求同学们以满腔的热情、科学的态度，严谨的作风、 高度的责任感从事毕业设计工作；不得敷衍了事、马马虎虎、得过且过；提倡周密思考、大胆创新，反对死搬硬套、墨守陈规；提倡共同研究，反对相互抄袭； （ 5）要求遵守学校的各项规章制度，确保毕业设计顺利地、高质量地完成。 三、主要技术指标 当前我国面临的环境问题日益紧迫，有关防治污染和减排的研究及应用 正处于快速发展时期。随着污水处理厂规模不断扩大，其生产管理迫切需要提高水平、降低成本。 水处理工艺是目前全球普遍采用的污水处理技术，本课题要求针对中等规模的污水处理厂，将 统运用于 艺，提高自动化水平。 （ 1）通过对 水处理工艺的学习，选择控制方案； （ 2）选择适合本方案的 按照流程要求编写各环节控制程序； （ 3）各环节相应传感器的选型； （ 4）系统仿真。 四、进度和要求 （ 1）第 1收集资料，根据需要学习相关的背景知识和硬软件； （ 2）第 4 周进行系统概要设计，提出设计的 总体思想； （ 3）第 5 周，初步确定设计方案； （ 4）第 6，完成系统硬、软件的设计，针对设计中存在的缺点和不足，不断完善设计方案； （ 5）第 13，撰写并修改论文； （ 6）第 15 周，完成论文，准备答辩资料。 设计 论文 五、主要参考书及参考资料 料； 业应用资料； 水处理相关资料； 学生 石凯丽 指导教师 王卫军 系主任 _史仪凯 _西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 I 摘 要 随着 经济建设的快速发展与人口的急剧增长，我国对环境问题越来越重视，污染控制指标日益严格。其中污水处理厂规模不断扩大，污水处理厂的管理和设备的控制面临严峻的考验。集散控制系统运用于污水处理厂可以最大限度提高污水处理厂运行可靠性，提高出水水质，降低能耗和工人劳动强度，达到提高经济效益的目的。 根据 水处理工艺要求，本文研究了如何实现集散控制系统对污水处理系统各环节的自动控制，其中主要包括下位机的预处理区、反应区、污泥处理区三部分如何实现对现场设备的控制。该系统的下位机选用西门子 为现场控制设 备， 把 统运用于 艺， 对下位机 及现场各种传感器进行了硬件选型，并进行了 应控制程序的编写，以及调试仿真。 通过系统软硬件的设计与调试，进一步实现了用西门子 现场设备的自动控制和数据采集功能，达到了预期的设计要求。 关键词： 统， 艺， 北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 of to is is a to of be to to it of to BR in to of of it to of in In as CS BR to LC to of of LC of it of LC to it 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 录 第一章 绪 论 . 5 课题研究背景与意义 . 5 内外水控制现状 . 6 第二章 污水处理工艺及主要构筑物 . 7 处理概述 . 7 水处理工艺 . 10 水处理流程概述 . 11 水处理主要构筑物 . 14 水处理厂集散控制系统 . 15 第三章 硬件部分设计 . 19 作原理及特点 . 19 门子 . 20 感器的选择 . 22 水处理生产监控系统总体设计 . 23 第四章 序设计 . 24 处理区 制程序 . 24 格栅 制程序 . 24 升泵 制程序 . 26 格栅 制程序 . 27 淀池 制程序 . 30 处理区 IO 地址分配 . 32 应池 制程序 . 33 泥处理池 制程序 . 36 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 考文献 . 39 致 谢 . 40 毕业设计小结 . 41 附 录 A 预处理区 制程序 . 42 附 录 B 反应池 制程序 . 50 附 录 C 污泥处理池 制程序 . 54 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 5 第一 章 绪 论 课题研究背景与意义 20 世纪 50 年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅速恶化， “ 水危机 ” 日趋严重。水资源是人类的生命之源，人们的生存离不开水。但是饮用了被污染的水，人们就会产生疾病甚至死亡。 目前我国水资源概况：我国大小河川总长 42 万公里，湖泊 平方公里，占国土总面积的 水资源总量 28000 亿 m，人均 2300m，只占世界人均拥有量的 ，居 121 位，为 13 个贫水国之一。现在我国 640 个城市有 300 多个缺水， 国污水、废水排放量每天约为 1108m之多。水污染现状更是触目惊心，调查表明，目前我国已有 82%的江河湖泊受到不同程度的污染，每年由于水污染造成的经济损失高达 377 亿元。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的 水污染 蚕食大量可供消费的水资源。中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。 随着人类生活不断提高 ， 水体富营养化氨氮、磷 等营养盐问题和国家环保局对污水排放标准一步步提高，沿用了许多年传统的水处理工艺技术和设备，已经难以适应当今的高浊度和高浓度污水的处理要求，而且处理工艺流程长，系统庞大，而且还散发大量臭气。运营者要想达到最新排放标准，需要 重 新再投入高额的资金扩建原有污水处理系统，加大占地面积使用和高额的污水处理设备及高额后期维护费用，然而 ,传统的污水深度处理再生回用技术系 统 (如活 性炭过滤、微孔过滤、渗透膜净化等技术系 统 )投 资高、后期维护运行费用高，太多的运营者难以承受。采用各种技术手段，将污水中所含的污染物质（在物理污染方面 如水温，色度和固体；在化学西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 6 方面如酸碱度，氮，磷，无机盐类和重金属，离子等；在有机物污染方面如碳水化合物，蛋白质与尿素，脂肪和油类，酚，有机酸碱，有机农药与取代苯类化合物，在生物污染方面，如细菌和病毒 ） 进行分离去除，回收利用或将其转化为无害物质，使污水得到净化，达到有关排放或利用水质的标准。 内外水控制现状 纵观污水处理的发展历程，国外污水处理自动化技术已有数十年地发展历史，先后经历仪表检测、仪表闭环调节、智能单回路 (多回路 )控 制、计算机集中控制、制以及 制等多个发展阶段。我国污水处理 面临着水污染严重 ， 污水治理起步晚、基础差、要求高的形势。近些年 ， 城市污水处理的建设有了很大发展 ，截至 2005 年 6 月底 ， 全国 661 个设市城市建有污水处理厂 708 座 ， 处理能力为 4 912 万 m/d， 是 2000 年的两倍多 。 全年城市污水处理量 m， 比 2000 年增加了 43%， 城市污水处理率达 但绝大多数城市的污水处理能力满足不了实际需要 ， 全国还有 297 个城市没有建成污水处理厂 ， 其中地级以上城市 63 个 ，包括人口 50 万以上的大城市 8 个 ,位于重点流域、区域 “ 十五 ” 规划范围内的城 市54 个 ,全国 5 万多个城镇 ， 370 多万个村庄 , 9 亿多人口居住地尚无污水处理设施。与国际相比 ， 我国城市污水处理率较低 , 其主要原因是我国的城市污水处理厂建设滞后。 从我国已经建成的污水处理厂自动控制系统的现状看，由中央管理微机和现场制单元组成地、两个层次地计算式监控系统具有很好地适应性，仍为国内污水处理自动化系统应用的主导形式，同时也是未来污水处理厂自动化控制系统的发展的主要趋势。因此设计和开发适合我国国情的大中型城市污水处理厂自动控制系统，在吸收国外先进经验和充分了解工艺过程的基础上，研制 并开发出高性价比较高的污水处理厂自动控制系统系统产品十分必要。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 7 第二章 污水处理工艺及主要构筑物 处理概述 污水处理的目的就是利用各种方法将水中的污物从水中隔离出来，或者将它转化为无害的物质从而使污水得到净化。 根据常见污水处理方法分类： (1) 物理处 理法，利用筛滤法，沉淀法，过滤法，气浮法，上浮法和反渗透法去除水中呈悬浮状态的固体污染物质； (2) 化 学处理法，利用中和，混凝，电解，氧化还原，汽取，萃取，吸附 ，离子交换和电解析等方法分离回收污水中处于各种形态的污染物质； (3) 生物 化学处理法，利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解，胶体状态的有机物转化为稳定的无害物质。 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。 污水 处理一般来说包含以下三级处理： 一级处理是它通过机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、油脂等。 机械处理工段包括格栅、沉砂池、初沉池等构筑物，以去 除粗大颗粒和悬浮物为目的，处理的原理在于通过物理法实现 固液分离 ，将污染物从污水中分离，这是普遍 采用的污水处理方式。机械处理是所有 污水处理工艺 流程必备工程 (尽管有时有些工艺流程省去初沉池 )， 城市 污水 一级处理 典型去除率分别为 25%和 50%。在生物除磷脱氮型 污水处理厂 ，一般不推荐 曝气沉砂池 ，以避免快速降解有机物的去除；在原污水水质特性不利于除磷脱氮的情况下，初沉的设置与否以及设置方式需要根据水质特注的后续工艺加以仔细分析和考虑，以保证和改善除磷除脱氮等后续工艺的进水水质。 产品可分为手动型和全自动型。手动型主要是通过阀门的调节来控制过滤器的运行，全自动是将软水器运行及再生的每一个步骤实现自西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 8 动控制，并采用时间、流量或其它感应器等方式来启动再生。该设备通过程序控制装置，实现离子交换和树脂再生过程的自动化。罐体材质可分为玻璃钢罐、碳钢罐、不锈钢罐。 二级处理是生物处理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。 污水生化处理属于二级处理，以去除不可沉悬浮物和溶解性可 生物降 解 有机物为主要目的，其工艺构成多种多样，可分成 活性污泥法 、 、 A/O 法、 法、氧化沟法、稳定塘法、土地处理法等多种处理方法。日前大多数 城市污水处理 厂都采用活性污泥法。生物处理的原理是通过生物作用，尤其是微生物的作用，完成有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物转变成无害的气体产物 (液体产物 (水 )以 及富含有机物的固体产物 (微生物群体或称生物污泥 )；多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀池固液分离，从净化后的污水中除去。 在污水生化处理过程中，影响微生物活性的因素可分为基质类和环境类两大类： (1) 基质类包括 营养物质 ，如以 碳元素 为主的有机化合物即碳源物质、氮源、磷源等营养物质、以及铁、锌、锰等微量元素；另外，还包括一些有毒有害化学物质如酚类、苯类等化合物、也包括一些重金属离子如铜、镉、铅离子等。 (2) 环境类影响因素主要有： 温度 温度对微生物的影响是很广泛的，尽管在高温环境 (50 70 )和低温环境 (0 )中也活跃着某些类的细菌，但污水处 理中绝大部分微生物最适宜生长的温度范围是 20。在适宜的温度范围内，微生物的生理活动旺盛，其活性随温度的增高而增强，处理效果也越好。超出此范围，微生物的活性变差，生物反应过程就会受影响。一般的，控制反应进程的最高和最低限值分别为 35和 10 。 活性污泥 系统微生物最适宜的 范围是 性或碱性过强的环境均不利于微生物的生存和生长，严重时会使污泥絮体遭到破坏， 菌胶团 解体，处理效果急剧恶化。 溶解氧 对好氧生物反应来说，保持混合液中一定浓度的溶解氧至关重要。当环境中的溶解氧高于 l 时，兼性菌和好氧菌都进行好氧呼吸；l 接近于零时，兼性菌则转入厌氧呼吸，绝大部分好氧菌基本停止呼吸，而有部分好氧 菌 (多数为丝状菌 )还 可能生长良好，在系统中占 据优势后常导致污泥膨胀。一般的， 曝气池 出口处的溶解氧以保持 2mg/l 左右为宜，过高则西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 9 增加能耗，经济上不合算。 在所有影响因素中，基质类因素和 决定于进水水质，对这些因素的控制，主要靠日常的监测和有关条例、法规的严格执行。对一般城市污水而言，这些因素大都不会构成太大的影响，各参数基本能维持在适当范围内。温度的变化与气候有关，对于万吨级的城市污水处理厂，特别是采用活性污泥工艺时，对温度的控制难以 实施，在经济上和工程上都不是十分可行的。因此，一般是通过设计参数的适当选取来满足不同温度变化的处理要求，以达到处理目标。因此，工艺控制的主要目标就落在活性污泥本身以及可通过调控手段来改变的环境因素上，控制的主要任务就是采取合适的措施，克服外界因素对活性污泥系统的影响，使其能持续稳定地发挥作用。实现对生物反应系统的 过程控制 关键在于控制对象或控制参数的选取，而这又与处理工艺或处理目标密切相关。溶解氧是生物 反应类型 和过程中一个非常重要的指示参数，它能直观且比较迅速地反映出整个系统的运行状况，运行管理方便，仪器、仪表的安装及维护也较简单，这也是近十年我国新建的污水处理厂基本都实现了溶解氧现场和在线监测的原因。 三级处理是污水的深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。可能根据处理的目标和水质的不同，有的污水处理过程并不是包含上述所有过程。 三级处理是对水的深度处理，现在 的我国的污水处理厂投入实际应用的并不多。它将经过二级处理的水进行脱氮、脱磷处理，用 活性炭吸附法 或反渗透法等去除水中的剩余污染物 ,并用臭氧或氯消毒杀灭细菌和病毒 ,然后将处理水送入中水道，作为冲洗厕所、喷洒街道、浇灌绿化带、工业用水、防火等水源。由此可见，污水处理工艺的作用仅仅是通过生物降解转化作用和固液分离，在使污水得到净化的同时将污染物富集到污泥中，包括一级处理工段产生的初沉污泥、二级处理工段产生的剩 余活性污泥以及三级处理产生的化学污泥。污泥必须经过一定的减容、减量和稳定化无害化处理井妥善处置。污泥处理处置的成功与否对污水厂有重要的影响，必须重视。如果污泥不进行处理，污泥将不得不随处理后的出水排放，污水厂的净化效果也就会被抵消掉。所以在实际的应用过程中，污水处理过程中的污泥处理也是相当关键的。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 10 水处理工艺 水处理工艺即序批式活性污泥法，全称为 ： 序列间歇式活性污泥法（ 简称 （ 歇式活性污泥法污水处理工艺， 艺。它是近十几年来活性污泥处理系统中较引人注目的一种废水处理工艺。自 20 世纪 80 年代起，国外将此工艺逐步应用于工业化生产。近年来，国内对 艺的应用也日益增多。从我国及美国、日本、加拿大等国家的应用情况看， 一种高效、经济、可靠、管理简便、适合于中小水量污水处理的工艺，是符合我国国情的活性污泥法，有广阔的应用前景。它是基于以悬浮生长的微生物在好氧条件下对污水中的有机物、氨氮等污染物进行降解的废水生物处 理活性污泥法的工艺。按时序来以间歇曝气方式运行，改变活性污泥生长环境的，被全球广泛认同和采用的污水处理技术。 (1) 工艺流程 一种具有代表性的 艺流程 是：通过 格栅 预处理 的废水， 进入 集水井 ，由潜污泵 提升进入 应池，采用水流曝气机充氧，处理后的水由 排水管 排出，剩余污泥 静压 后，由 排入污泥井，污泥作为 肥料 。 分批式操作： 时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，如 行周期由进水时间、反应时间、 沉淀 时间、滗水时间、排泥时间和闲置时间，可以适当灵活调节。 (2) 工艺特点 艺作为一种活性污泥工艺，也有活性污泥工艺的优缺点，如活 性污泥工艺优点 ： 污水适应性强，建设费用较低。活性污泥工艺的缺点：运行稳定性差，容易发生污泥 膨胀 和污泥 流失 ， 分离 效果不够理想。 (3) 适用范围 中小城镇 生活污水 和厂矿企业的工业污水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。 需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。 水资源紧缺的地方。 统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 11 用地紧张的地方。 对已建连续流污水处理厂的改造等。 非常适合处理小水量，间歇排放的工业污水与分散点源污染的治理。 艺还有独有的特点。其总的优缺点参见以下： 优点 ： (1) 处理工艺流程简单 工艺过程五个阶段：进水、曝气、沉淀、排水、待机。 间歇式曝气、非稳定 生化反应 替代稳态生化反应 。 静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。 (2) 构筑物数量少、造价低 不需要设初沉地，也不需要二沉地，污泥回流设施，调节池、初沉池也可省略。便于操作和维护管理。 避免了传统 厌 氧反应器 处理 效率 低、占地大的缺点。 (3) 结构简单 组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 处理后出水水质好。 良好的自控系统 ,良好的 脱氮 除磷效果，废水达标排放 ,有数据称 均去除率能达到 94 %以上，强于单级好氧处理工艺。 运行上的 有序 和间歇操作。特别适用在难生化降解的废水处理。 解决了 高效 厌氧反应器 ，容易在出现水解酸化阶段 酸性 积累从而抑制产 甲烷 段处理 效率的问题。 占地少， 能耗 低， 投资 省，运行管理方便 缺点 ： 严重依靠现代自动化 控制技术 。自动化程度要求较高，操作、管理、维护，对操作管理人员素质要求较高。 如采用人工操作，会出现因进出水工序操作 繁锁，曝气板容易堵塞。 水处理流程概述 污水处理工艺流程是用于某种污水处理的工艺方法的组合。通常根据污水的水质和水量，回收的经济价值，排放标准及其他社会、经济条件，经过分析和比较，必要时，还需要进行试验研究，决定所采用的处理流程。一般原则是：改革工艺，西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 12 减少污染，回收利用，综合防治，技术先进，经济合理等。在流程选择时应注重整体最优，而不只是追求某一环节的最优。 (1) 一级处理工艺 城市污水处理厂的预处理工艺通常包括格栅处理，泵房抽升和沉砂处理。格栅处理的目的是截流大块物质以保护后续水泵管线、设备的正 常运行。泵房抽升的目的是提高水头，以保证污水可以靠重力流过后续建在地面上的各个处理构筑物。沉砂处理的目的是去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降，防止造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。一级处理工艺：主要是初级沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能地沉降去除，一般初次沉淀池可去除 50%左右的悬浮物和 25%左右的 (2) 二级处理工艺 主要是由曝气池和二次沉淀池构成 ， 利用曝气风机及专用曝气装置向曝气池内供氧 ， 主要目的是通过微生物的新陈代谢将污 水中的大部分污染物变成 也就是好氧技术。曝气池内微生物在反应过后与水一起源源不断地流入二次沉淀池，微生物沉在池底，并通过管道和泵回送到曝气池前端与新流入的污水混合；二次沉淀池上面澄清的处理水则源源不断地通过出水堰流出污水厂。 (3) 深度处理 是为了满足高标准的受纳水体要求或回用于工业等特殊用途而进行的进一步处理，通用的工艺有混凝沉淀和过滤。深度处理的末端往往还要有加氯要求和接触池。 (4) 污泥处理和污泥最终处置 主要包括浓缩、消化、脱水、堆肥或家用填埋。浓缩有机械浓缩或重力浓缩，后续的消化通常是厌氧中温消化，也就是厌氧技术。消化产生的沼气可作为能源燃烧或发电，或用于作化工产品等。消化产生的污泥性质稳定，具有肥效，经过脱水，减少体积成饼成形，有利运输。为了进一步改善污泥的卫生学质量，污泥还可以进行人工堆肥或机械堆肥。堆肥后的污泥是一种很好的土壤改良剂。对重金属含量超标的污泥，经脱水处理后要慎重处置，一般需要将其填埋封闭起来。 整个过程为通过粗 格栅 的原污水经过污水提升泵提升 后，经过格栅或者砂滤器，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、 生物接触氧西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 13 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。 本文污水处理厂水处理工艺采用 即序列间歇式活性污泥法工艺。具体工艺流程图如图 示。 粗格栅提升泵沉淀池细格栅提升泵污泥池浓缩脱水一体机剩余污泥泵艺流程 首先污水 通过总管道进入污水处理系统。污水首先经过粗格栅过滤掉较大的杂质，然后污水经过细格栅过滤掉较小的杂质后，由提升泵输送到沉淀池。接下来在沉淀池中进行水质的调节，为下一步的反应池的处理进行准备。污水由提升泵打到反应池中进行除磷脱氮处理。反应完成后上层的清液取出供用户使用。池底的污泥一部分通过剩余污泥泵返回到反应池，另一部分输送到污泥处理车间进行泥饼的制作。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 14 水处理主要构筑物 图 水处理主要构筑物 (1) 格 栅间 在排水工程 中，格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬 浮物，并保证后续处理设施能正常运行，是由一组（或多组）相平行的金属栅条和框架组成，倾斜安装在进水的渠道里，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。 其主要由进水井、过水渠组成。 格栅采用阶梯式格栅 ： 阶梯式格栅除污机是从国外引进的一种新型格栅除污设备，其运作特点是没有耙斗，使用成排的阶梯式栅条，靠隔排栅条固定，隔排栅条可移动，运行时栅条向上旋转，将截留的栅渣输送至上一个阶梯，一级一级到达顶部的卸料口。阶梯式格栅是一种自清式棒式细格栅，具有去除污物效率高、耐磨损、体积小、结构灵巧和可提升出水面 维修等优点。常见的其他类型细格栅清污机安装就位后，地面以上部分一般有 2 m 高度，而阶梯式细格栅只需约 0.6 m，所需净空较低，可降低厂房高度。 (2) 沉淀 池 其按使用 功能分为初次沉淀池和二次沉淀池。初次沉淀池是生物处理法中的预处理，去除 30%的 55%的悬浮物；二次沉淀池是生物处理构筑物后，是生物处理工艺的组成部分。其按水流方向分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池三种。平流式沉淀池的池型是长方形，一端进水，另一端出水，贮泥斗在池进口；竖流式沉淀池的池内水流由上而下，而辐流式沉淀池的水流向 四周辐流，他西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 15 们的池型多为圆形，也有方形或多边形的，在池中央进水，池四周出水，贮泥斗在池中央。 沉淀池一般有竖流式、平流式、斜管 /斜板式、以及辐流式等等。根据位置可分为初沉中沉和后面的二沉池，初沉主要是除沙和 颗粒悬浮物），中沉和二沉一般是沉降活性污泥或者化学反应产生的其它污泥。其作用是用来处理废水中的固体悬浮物，使进入下一个沉淀池的废水渣滓更少；否则，直接排入二级沉淀池会堵塞过滤通道，无法实现二次过滤的目的。 (3) 曝气池 曝气池是生化处理的主反应池，是污水处理的主要工艺阶段。利用活性污泥法进行污水 处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。 曝气池说简单点就是普通的活性污泥池，曝气池利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。 (4) 污泥消化池 消化污泥是经过好氧消化或厌氧消化的污泥，所含有机物质浓度有一定程度的降低，并趋于稳定。又称熟污泥，在好氧或厌氧条件下进行消化，使污泥中挥发物含量降低到固体相对地不易腐烂和不发恶臭。 污泥厌氧消化的目的 ： 减少污泥 体积 、稳定污泥性质 、 提高污泥的脱水效果 、 利用产生的甲烷气体 。 典型 的 污泥处理 工艺流程，包括四个处理或处置阶段。第一阶 段为 污泥浓缩 ，主要目的是使污泥初步减容，缩小后续处理构筑物的容积或设备容量；第二阶段为污泥消化 ，使污泥中的有机物分解；第三阶段为污泥脱水，使污泥进一步减容；第四阶段为污泥处置，采用某种途径将最终的污泥予以消纳。 水处理厂集散控制系统 分散控制系统 (简称，国内一般习惯称为 集散控制系统 。集散控制系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称 统。它是一个由 过程控制级 和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级 计算机系统 ，综合了 计算机 (通讯 (显示 (控制 ( 4C 技术，其基本思想是分散控西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 16 制、集中操作、分级管理、配置灵活、 组态 方便。 (1) 分散控制系统 特点 高可靠性 由于 系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。 开放性 用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统 通信网络 或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。 灵活性 通过 组态软件 根据不同的流程 应用对象 进行软硬件组态，即确定测量与控制信号 及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的 控制系统 。 易于维护 功能单一的小型或微型 专用计算机 ，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。 协调性 各 工作站 之间通过 通信网络 传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。 控制功能齐全 控制算法 丰富，集连续控制、顺序控制和 批处理 控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制 算法。 构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、 现场控制 站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、 工业控制计算机 和 可编程控制器 构成。处于底层的 过程控制级 一般由分散的现场 控制站 、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据 通信网络 传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自 过程控制级 的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着 计算机技术 的发展， 以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 17 (2) 分散控制系统 的结构 从结构上划分， 括过 程级、操作级和管理级。 过程级主要由 过程控制 站、 I/O 单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。 操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和 组态 。 管理级主要是指工厂管理信息系统（ 统 ），作为 高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。 控制程序： 控制决策是由过程 控制站 完成的，所以控制程序是由过程 控制站 执行的。 典型的 系结构图如图 示 : 操 作 员 站主 处 理 器 主 处 理 器I / I / 总 线仪 表现 场I / 总 线仪 表I / O I / O I / 功 能 站工 程 师 站操 作 员 站现 场 控 制 站 现 场 控 制 站现 场 总 线 网 络现 场 总 线 网 络系 统 网 络图 型的 系结构 (3) 分散控制系统 过程 控制站 的组成 过程 控制站 是一个完整的 计 算机系统 ，主要由 电源 、 中央处理器 ）、网络接口和 I/O 组成 I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是 I/O。 的 I/O 一般是模块化的，一个 I/O 模块上有一个或多个 I/O 通道 ，用来连接传感器和执行器（调节阀）。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 18 I/O 单元：通常，一个过程 控制站 是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。 在的机架被称为 元，同一个过程站中只能有一个 元，其他只用来摆放 I/O 模块的机架就是 I/O 单元。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论 文 19 第三章 硬件部分设计 作原理及特点 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储 器，用来 在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令 ， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 (1) 基本工作模式 运行模式和停止模式。 运行模式：分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行 、输出处理五个阶段。 停止模式：当处于停止工作模式时， 进行内部处理和通信服 务等内 容。 在运行模式下， 上述五个阶段进行周而复始的循环工作，称为循环扫描工作方式
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