工业废水4.11

1、 摘要在现代工业生产中，使产生的废水PH值稳定在7左右,是对环境友好型社会建设有积极意义的。其应用广泛存在于诸如化学工业、生物工程、工业以及生活污水处理、甚至核能发电等。比如本文所要探讨的就是造纸厂所产生废水的PH值处理，对这一问题进行了简单的研究分析。造纸厂废水经过芬顿法的处理，很多杂质离子都会形成固态物，经过吸附，沉淀过滤能分离出，而处理过后的废水会变为PH值呈现在3.5-5之间的酸性溶液，所以只需在处理后的废水中添加碱就能使其达到标准要求。PH计量器检测经过芬顿法处理的造纸废液的PH值，得到的一个电流信号，经过I/V变换之后，再将转换所得电压信号送入A/D完成模数转换后，输入到8031单

2、片机。经程序处理之后再将信号送入D/A转换器，再由V/I转换后将电流信号送入调节控制阀，从而调节经芬顿法处理过的废水的流入以及碱的添加量，以保证PH稳定于7，达到所需的排放要求。本系统采用闭环控制，利用反馈使处理的废水PH值减小误差，更加稳定，到达所需的要求。关键词：单片机 芬顿法 PH值 闭环控制 AbstractIn modern industrial production, wastewater pH stable at around 7, which has positive significance on the construction of environmental frien

3、dly society. Its application widely exists in many fields, such as chemical industry, biological engineering, industrial and domestic sewage treatment, even nuclear power. For example, this paper explored the is paper mills produced the pH value of wastewater treatment, on the issue of research and

4、analysis of simple.Paper mill wastewater treated with Fenton, a lot of impurity ions will form a solid, by adsorption, sedimentation, filtration can be separated, and after treatment of wastewater will change between 3.5-5 acidic solution pH value, so only in the treatment of waste water add alkali

5、can to meet the requirements of the standard.Key words: single chip microcomputer Fenton method pH closed loop control目录摘 要Abstract目 录第1章 绪论 1.1课程设计的目的 1.2课程设计的意义 1.3课程设计中需要解决的几个问题 1.4设计需要达到的技术要求 1.5造纸厂所排放污水的分析 1.6芬顿法介绍 1.7采用芬顿法的实验原理第2章 控制方案的确定 2.1几种常见的控制系统 2.1.1开环控制系统 2.1.2闭环控制系统 2.1.3串级调节系统 2.1.4比

6、值调节系统 2.1.5均匀调节系统 2.1.6前馈调节系统 2.2总体控制方案的确定 2.3串级调节系统说明 第一章 绪论1.1 课程设计的目的 从测经过芬顿法处理的造纸废液的PH值的PH计所得到的电流信号经过I/V变换之后，再将转换所得电压信号送入A/D完成模数转换后输入8031单片机，经程序处理后再将信号送入D/A，再由V/I转换后将电流信号送入调节控制阀，从而调节造纸废液的流入以及碱的添加量，以保证PH稳定于7，达到所需的排放要求。1.2 课程设计的意义在现代工业社会，特别是我国依旧处于工业化未完成现代化，少污染化的时期，由于工业发展所造成的一系列问题往往会给人们的生存环境造成直接的影响

7、，也会造成生态系统的间接危害。所谓间接危害就是不是立刻在当下就会显现的，是一种慢性的，长期的危害。例如近几年忽然而至的雾霾天就是日积月累所造成的间接危害，严重影响人们的生活质量甚至生存。另一方面，直接影响或许更加明显，例如作为生命之源的水同样遭受着日趋严重的污染，饮用水源的质量普遍下降，会严重威胁人的身体健康。水污染不仅会带来个体的健康问题，也会造成社会问题，上海，这么一座临江临海的城市竟然也算是缺水城市，为什么？因为大部分水质不达标。因此改善环境，尤其是水环境已经是刻不容缓的问题了。说到水污染，就不得不提到造纸厂，毕竟这是废水排放的一大源头。这次设计先采用芬顿法对进过沉淀吸附等物理操作之后的

8、造纸厂废水处理，能有效过滤其中的各类杂质离子，仅需进一步解决芬顿法处理后留下的酸性液体即可较高效简约的达到排放标准。1.3 设计中需要解决的几个问题1.芬顿法的原理及应用2.PH计，流量控制计的选定3.控制环节的整定4.程序的设计5.添加的药剂选择1.4 设计需要达到的技术要求 本设计使用的是 单片机，具体过程是对经过芬顿法流程之后的造纸厂废液进行中和处理，通过添加适量的碱使原先的偏酸性溶液能够转化为PH值在7附近，杂质达到环保要求的可排放废水。1.5造纸厂所排放污水的分析 造纸厂用物理,化学或者物理化学相结合的方法使植物纤维原料离解变成本色纸浆以及漂白纸浆,然后将纸浆进一步制成纸产品的过程中

9、主要产生三种废水：黑液，中段水和白水。1. 蒸煮工段废液：黑液是指在蒸煮过程中产生的废水(碱法制浆产生黑液,酸法制浆产生红液),而我国绝大部分造纸厂都采用碱法制浆，所以本文探讨的是对黑液的处理，也是采用芬顿法的原因。此类污染物占了造纸厂所产生废水的90%左右，是处理的核心。2. 中段水： 制浆中段废水是指经黑液提取后的蒸煮浆料经过筛选，洗涤以及漂白等过程中排出的废水,颜色呈深黄色。中段水占造纸厂排放的8%-9，中段水也是色素较多的废水，同样也是处理的重点。3.白水：白水即抄纸工段废水,它来源于造纸车间纸张抄造过程白水主要含有细小纤维、填料、涂料和溶解了的木材成分。白水水量虽然较大,但其含的有机

10、污染物远远低于蒸煮黑液和中段废水，可以通过沉淀，曝晒，吸附等物理方法进行处理回收，此部分进行简单处理即可。1.6 芬顿法介绍 1.芬顿法概述：1894年，HJ芬顿发现了采用Fe2+/H2O2 体系能氧化多种有机物。1964年加拿大学者将芬顿试剂法成功的应用到处理苯酚废水和烷基废水上 。近年来，芬顿法成功地应用用于多种工业废水的处理，日益受到国内外的关注。芬顿法处理造纸废水的原理是以H2O2 为氧化剂、以亚铁盐为催化剂的均相催化氧化法。反应中产生的羟基自由基（OH）是一种氧化能力很强的自由基，能氧化废水中的有机物，从而降低废水的色度 。而且芬顿法并不需要特殊的反应系统，也不会分解产生新的有害物质

11、。最关键的，加入的Fe2+和一部分被氧化成的Fe3+ 都可在中性 或碱性环境中水解絮凝，因此可替代混凝作用。利用该方法对含有难生物降解的造纸废水可以进行效果理想的深度处理。 2.芬顿法原理：过氧化氢(H2O2) 与二价铁离子Fe的混合溶液成为芬顿试剂，具有很强的氧化性，能够将有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，效果显著。20 世纪70 年代之后，芬顿试剂在环境化学中找到了它的位置，在诸如含油废水、含酚废水、含硝基苯废水、焦化废水、印染废水等工业生产加工过程产生的废水处理中体现了很多的应用价值。进入20世纪90年代，人们认为其反应中产生了羟基自由基，因此氧化性很强。此后人们采用如下化学反应方

12、程式用来描述芬顿试剂中发生的化学反应：Fe+H2O2Fe+OH+ OH 从上式可以看出，芬顿试剂中的铁离子与双氧水反应后产生了羟基自由基，从而使得芬顿试剂具有强的氧化能力。而根据人们的观察计算，在pH值为4的酸性溶液中，OH自由基的氧化电势高达2. 73 V。如此强大的氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此，顽固性的有机物，特别是其他普通试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1.7 采用芬顿法的实验原理 芬顿法在PH为4的酸性溶液中进行，效果最好，所以需要进行第一步的预处理；经过芬顿法处理过后的溶液呈酸性，需要加入碱性试剂，进行第二次的调剂。因此，本系统

13、需要进行两次调控。第二章 控制方案的确定2.1 几种常见的控制系统 控制系统分为很多种，最基础的分类就是开环控制与反馈控制，具体按过程控制则有串级调节系统，比值调节系统，均匀调节系统，前馈调节系统等。2.1.1开环控制 此类是指无被控量反馈的控制系统，即需要控制的是被控对象的某一量（被控量），而测量的只是给定信号，被控量对于控制作用没有任何影响的系统。信号由给定值至被控量单向传递。开环控制没有反馈环节，系统的稳定性不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响，没有自动修正或补偿的能力。从另一种意义上来理解，这意味着对被控对象和其他控制元件的技术要求较

14、高。相对的，其结构简单，成本低廉，在系统精度不高或者扰动影响较小的情况下，还是有一定实用价值的，例如数控线切割机进给系统，包装机等，均利用开环控制。2.1.2闭环控制闭环控制系统也称为反馈控制，是指有被控量反馈的控制系统。从系统的信号流向入手，系统的输出信号沿着反馈通道又回到系统的输入端口，从而构成了闭合通道。当被控量受干扰的影响，其实现状态与期望状态出现偏差时，控制主体将根据这种偏差发出新的指令，以纠正偏差，抵消干扰的作用。在闭环控制中，由于控制主体能根据反馈信息发现和纠正受被控量运行的偏差，所以有较强的抗干扰能力，能进行有效的控制，从而保证预定目标的实现。相对开环控制，我们可以很明显的发现

15、，由于存在负反馈，控制系统的设计必将复杂化，构造也会相对困难。然而其利用偏差来纠正偏差，能是系统达到较高的控制精度，不失为一种有效较完美的控制系统。当然在实际工程中，完全可以根据已知的条件进行灵活选择，可以开闭环并用，解决控制精度与实际成本之间的矛盾。2.1.3 串级调节系统串级调节是改善调节质量的有效方法之一，它得到了广泛的应用。串级调节系统是一个双回路系统。实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被调量准确保持为给定值。通常，串级调节系统副环的对象惯性小，工作频率错开相差三倍以上，以免频率相近时发生共振现象而破坏正常工作。串级调节主要是用来克服落在副环内的扰动。这些扰动能在

16、中间变量反应出来，很快就被副调节器抵消了。与单回路系统相比，干扰对被调量的影响可以减小许多倍。对于中间变量并无特殊要求，它的选择应该是，既能迅速反映扰动作用，又能使副环包括更多的，特别是幅度大而频繁的扰动。主调节器的任务主要是克服落在副环以外的扰动，并准确保持被调量为给定值。由于副回路的存在，串级系统可以为闭合的副回路代替了原来的一部分对象，起了改善对象特性的作用。与单回路系统相比，除了克服落在副环内的扰动外，还提高了系统的工作频率，加快了过渡过程。采用串级调节的效果可以用图下图所示的串级调节系统的方块图来说明。串级调节系统由于副回路改善了对象的动特性，使整个系统的过渡过程比单回路系统的过渡过

17、程的频率有所提高。当对象特性一定时，副调节器的放大系数越大，这种效果愈加显著。对于不包括在副环范围内的扰动，因为副回路减少了对象时间常数，而引起整个系统调节过程波动频率提高，被调量的动态偏差也将减小。这时，主调节器发出的调节作用经过调节通道去影响被调量。由于调节通道的惯性小，所以调节作用能较快地克服偏差，从而减小动态偏差，提高调节质量。2.1.4 比值调节系统 在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的

18、系统，称之流量比值控制系统。2.1.5均匀调节系统均匀调节系统是按功能命名的复杂控制系统。其目的是使两个被控变量都比较平稳。通常是兼顾液位和流量两个变量，容器液位的平稳是保持物料平衡的需要，流出或进入物料流量的平稳是为了使负荷能接近恒定。2.1.6前馈调节系统 这类按输入或扰动的开环控制通常与包含按偏差的闭环控制共同组成反馈-前馈控制系统，称为复合控制系统。由于按偏差确定控制作用以使输出量保持其在期望值的反馈控制系统，对于滞后较大的控制对象，其反馈控制作用不能及时影响系统的输出，以致引起输出量的过大波动，直接影响控制品质。如果引起输出量较大波动的主要外扰动参量是可量测和可控制的，则可在反馈控制的同时，利用外扰信号直接控制输出（实施前馈控制），构成复合控制能迅速有效地补偿外扰对整个系统的影响，并利于提高控制精度。2.2总体控制方案的确定 根据本次课题设计的具体情形，我决定使用串级过程控制系统作为主要方案。整个控制环节需要经过两次PH值的整定，为了使芬顿法能够最有效的进行，需要进行废液酸化的预处理，使其PH值在4左右即可，不需控制的及其准确，故前一部分的处理，可以用开环控制，通过添加酸