基于~PLC的污水处理系统毕业结业论文.doc

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1、|毕业设计设计（论文）题目： 污水处理系统控制专 业 班 级： 机电一体化 1302 班学 生 姓 名： 梁 坤指 导 教 师： 郭 德 龙|摘 要随着现代生产工艺的飞速发展，我国城市化进程的推动，中小城市(镇)数量的不断增多，由其带来的水污染问题日趋严重。序批式活性污泥法(简称 SBR)符合中小城镇污水处理的基本要求，但必须实现自动控制，才能发挥其优势，使其具有更加广阔的应用前景。随 着 自 动 化 技 术 、 计 算 机 技 术 的 不 断 发 展 、 完 善 ,污 水 处 理 厂 的 自动 化 水 平 也 相 应 提 高 。 而 PLC 控 制 器 以 其 技 术 成 熟 、 通 用 性

2、 好 、 可 靠 性 高 、 安装 灵 活 、 扩 展 方 便 、 性 能 价 格 比 高 等 一 系 列 优 点 ， 在 工 业 控 制 中 得 到 了 越 来 越 广泛 的 应 用 。 本 文 主要介绍了污水处理厂自动控制系统的组成、功能及如何利用 PLC实现自动控制。在 污 水 处 理 中 采 用 PLC 控 制 系 统 改 造 后 ， 提 高 了 自 动 控 制 的 可 靠性 ,不 仅 减 轻 了 工 人 的 劳 动 强 度 ,而 且 提 高 了 污 水 处 理 厂 的 运 行 效 率 和 运 行 效 益 ,实 现 了 污 水 厂 生 产 管 理 的 科 学 性 。 充 分 证 明 了

3、 自 动 化 控 制 系 统 对 提 高 生 产 率 ， 无人 值 守 或 少 人 值 守 ， 提 高 安 全 性 具 有 良 好 的 效 果 。|目录第一章 绪论 .41.1 国内污水处理行业的发展概况 .41.2 生活污水的处理工艺 .51.3 SBR 污水处理工艺 .61.4 本课题研究的主要内容 .8第二章 控制方案 .92.1 系统的总体设计 .92.2 工艺及控制要求分析 .112.2.1 格栅池 .112.2.2 调节池 .122.2.3 SBR 反应池池 .122.2.4 除盐池 .122.3 PLC 的 I/O 分配 .132.4 I/O 设备确定及 PLC 的选型 .142

4、.4.1 I/O 设备确定 .142.4.2 PLC 的选型 .152.5 系统软件的介绍 .15第三章 PLC 程序设计 .173.1 系统外部接线图如图 3-1 所示 .173.2 系统程序流程图如图 3-2 所示 .183.3 系统梯形图如图 3-3 所示 .193.4 系统程序仿真图及系统说明 .22结束语 .26致 谢 .27|第一章 绪论1.1 国内污水处理行业的发展概况近 几 年 随 着 工 业 迅 速 ， 城 市 人 口 的 逐 渐 增 加 ， 人 们 生 活 水 平 逐 渐 提 高 各 种 用 水量 亦 随 之 增 长 。 地 球 虽 然 有 70.8 的 面 积 为 水 所

5、 覆 盖 ， 但 淡 水 资 源 却 极 其 有 限 ，人 类 真 正 能 够 利 用 的 是 江 河 湖 泊 以 及 地 下 水 中 的 一 部 分 ， 仅 占 地 球 总 水 量 的0.26 ， 而 且 分 布 不 均 。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 。 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 。

6、 全 世 界 每 天 约 有 200 吨 垃 圾 倒 进 河 流 、 湖 泊 和 小 溪 ， 每 升 废 水 会 污 染 8 升 淡水 ； 所 有 流 经 亚 洲 城 市 的 河 流 均 被 污 染 ； 美 国 40 的 水 资 源 流 域 被 加 工 食 品 废 料 、金 属 、 肥 料 和 杀 虫 剂 污 染 ； 欧 洲 55 条 河 流 中 仅 有 5 条 水 质 差 强 人 意 。 20 世 纪 ，世 界 人 口 增 加 了 两 倍 ， 而 人 类 用 水 增 加 了 5 倍 。 世 界 上 许 多 国 家 正 面 临 水 资 源 危机 ： 12 亿 人 用 水 短 缺 ， 30 亿

7、人 缺 乏 用 水 卫 生 设 施 。 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 。 在 这 样 的 背 景 下 ， 污 水 处 理 行 业 成 为 新 兴 产 业 ， 目前 与 自 来 水 生 产 、 供 水 、 排 水 、 中 水 回 用 行 业 处 于 同 等 重 要 地 位 。 截 至 2005 年 底 ， 全 国 661 个 设 市 城 市 中 ， 已 有 383 个 城 市 建 成 污 水 处 理 厂792 座 ， 污 水 处 理 率

8、由 2000 年 的 34 提 高 到 52 ， 并 形 成 了 适 合 国 情 的 污 水 处 理技 术 路 线 和 管 理 机 制 。 其 中 ， 有 135 个 城 市 的 污 水 处 理 率 已 达 到 或 接 近 70 ， 单厂 处 理 规 模 达 到 每 天 100 万 立 方 米 。 2007 年 ， 中 国 水 污 染 治 理 投 资 达 到 3387.6 亿 元 ， 比 上 年 增 加 32%， 占 当 年GDP 的 1.36%。 中 国 水 环 境 质 量 总 体 保 持 稳 定 。 2007 年 ， 共 取 缔 一 级 水 源 保 护 区 内排 污 口 942 个 ， 停

9、 建 二 级 水 源 保 护 区 内 可 能 造 成 污 染 的 建 设 项 目 1294 个 ， 限 期 治理 931 个 。 |截 至 2010 年 9 月 底 ， 全 国 设 市 城 市 、 县 及 部 分 重 点 建 制 镇 （ 以 下 简 称 “城 镇 ”） 累 计 建 成 污 水 处 理 厂 2631 座 ， 污 水 处 理 能 力 达 到 1.22 亿 立 方 米 /日 ； 全 国 正 在建 设 的 城 镇 污 水 处 理 项 目 达 1849 个 ， 总 设 计 能 力 约 4660 万 立 方 米 /日 。 在 全 国 设市 城 市 中 ， 已 有 593 个 城 市 建 有

10、 污 水 处 理 厂 ， 占 设 市 城 市 总 数 的 90.7%； 累 计 建成 污 水 处 理 厂 1623 座 ， 形 成 污 水 处 理 能 力 1.04 亿 立 方 米 /日 ； 其 中 36 个 大 中 城市 （ 直 辖 市 、 省 会 城 市 和 计 划 单 列 市 ） 建 有 污 水 处 理 厂 376 座 ， 处 理 能 力 达 4368万 立 方 米 /日 。 在 县 城 及 乡 、 镇 中 ， 全 国 已 有 933 个 县 （ 含 新 疆 生 产 建 设 兵 团 团 级单 位 ） 建 有 污 水 处 理 厂 ， 约 占 县 城 总 数 的 52.1%； 县 城 及 乡

11、 、 镇 建 有 污 水 处 理 厂1008 座 ， 处 理 能 力 达 1826 万 立 方 米 /日 。 虽 然 由 于 国 家 和 各 级 政 府 对 环 境 保 护 重 视 程 度 的 不 断 提 高 ， 中 国 污 水 处 理 行 业正 在 快 速 增 长 ， 污 水 处 理 总 量 逐 年 增 加 ， 城 镇 污 水 处 理 率 不 断 提 高 。 但 目 前 中 国 污水 处 理 行 业 仍 处 于 发 展 的 初 级 阶 段 。 一 方 面 ， 中 国 目 前 的 污 水 处 理 能 力 尚 跟 不 上 用 水 规 模 的 迅 速 扩 张 ， 管 网 、 污泥 处 理 等 配

12、套 设 施 建 设 严 重 滞 后 。 另 一 方 面 ， 中 国 的 污 水 处 理 率 与 发 达 国 家 相 比 ，还 存 在 着 明 显 的 差 距 ， 且 处 理 设 施 的 负 荷 率 低 。 因 此 中 国 应 完 善 污 水 处 理 的 政 策 法 规 ， 建 立 监 管 体 制 ， 创 建 合 理 的 污 水 处 理 收费 体 系 ， 扶 植 国 内 环 保 产 业 发 展 ， 推 进 污 水 处 理 行 业 的 产 业 化 和 市 场 化 。 污 水 处 理行 业 是 一 个 朝 阳 产 业 ， 发 展 前 景 十 分 广 阔 。 中 国 将 在 “十 一 五 ”期 间 投

13、 资 3000 亿元 以 推 进 城 市 污 水 处 理 和 利 用 ， 中 国 污 水 处 理 行 业 由 此 迎 来 高 速 发 展 期 。1.2 生活污水的处理工艺生产废水及生活污水的循环利用，是节约用水和减少水资源开采的有效途径，既可利国利民，又是减少生产成本的重要举措。同时为了响应实现工业废水零排放，努力建设节约型企业的号召，污水处理工程改造项目很必要。前处理也称为预处理技术，常用有格栅或格网、调节池、沉砂池、初沉池等。由于生活污水处理的核心是生化部分，因此我们称污水处理艺是特指这部分，如接触氧|化法、SBR法、A/O法等。用生化法（包括厌氧和好氧）处理工生活污水在目前是最经济、最适

14、用的污水处理工艺，根据生活污水的水量、水质及现场的条件而选择不同的污水处理工艺对投资及运行成具有决定性的影响。典型的生活污水处理完整工艺如下图 1-1 所示：污水 前处理 调节池 生化池 消毒 出水污泥处理系统图 1-1 典型污水处理流程图1.3 SBR 污水处理工艺SBR 是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法. 与传统污水处理工艺 不同，SBR 技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静

15、置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR 技术的核心是 SBR 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。正是 SBR 工艺这些特殊性使其具有以下特点：1、 理 想 的 推 流 过 程 使 生 化 反 应 推 动 力 增 大 ， 效 率 提 高 ， 池 内 厌 氧 、 好 氧 处 于 交替 状 态 ， 净 化 效 果 好 。 |2、 运 行 效 果 稳 定 ， 污 水 在 理 想 的 静 止 状 态 下 沉 淀 ， 需 要 时 间 短 、 效 率 高 ， 出 水水 质 好 。 3、 耐 冲 击 负 荷 ， 池 内 有 滞 留 的

16、处 理 水 ， 对 污 水 有 稀 释 、 缓 冲 作 用 ， 有 效 抵 抗水 量 和 有 机 污 物 的 冲 击 。 4、 工 艺 过 程 中 的 各 工 序 可 根 据 水 质 、 水 量 进 行 调 整 ， 运 行 灵 活 。 5、 处 理 设 备 少 ， 构 造 简 单 ， 便 于 操 作 和 维 护 管 理 。 6、 反 应 池 内 存 在 DO、 BOD5 浓 度 梯 度 ， 有 效 控 制 活 性 污 泥 膨 胀 。 7、 SBR 法 系 统 本 身 也 适 合 于 组 合 式 构 造 方 法 ， 利 于 废 水 处 理 厂 的 扩 建 和 改 造 。 8、 脱 氮 除 磷 ，

17、 适 当 控 制 运 行 方 式 ， 实 现 好 氧 、 缺 氧 、 厌 氧 状 态 交 替 ， 具 有 良 好的 脱 氮 除 磷 效 果 。 9、 工 艺 流 程 简 单 、 造 价 低 。 主 体 设 备 只 有 一 个 序 批 式 间 歇 反 应 器 ， 无 二 沉 池 、污 泥 回 流 系 统 ， 调 节 池 、 初 沉 池 也 可 省 略 ， 布 置 紧 凑 、 占 地 面 积 省 。 由 于 上 述 技 术 特 点 ， SBR 系 统 进 一 步 拓 宽 了 活 性 污 泥 法 的 使 用 范 围 。 就 近 期 的技 术 条 件 ， SBR 系 统 更 适 合 以 下 情 况 ：

18、 (1)中 小 城 镇 生 活 污 水 和 厂 矿 企 业 的 工 业 废 水 ， 尤 其 是 间 歇 排 放 和 流 量 变 化 较 大的 地 方 。 (2)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 。 (3)水 资 源 紧 缺 的 地 方 。 SBR 系 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 。 (4)用 地 紧 张 的 地 方 。 (5

19、)对 已 建 连 续 流 污 水 处 理 厂 的 改 造 等 。 (6)非 常 适 合 处 理 小 水 量 ， 间 歇 排 放 的 工 业 废 水 与 分 散 点 源 污 染 的 治 理 。 本 文 所 研 究 的 污 水 处 理 流 程 如 图 1-2 所 示|污水 格栅池 调节池 SBR 生化池除盐 出水污泥泵图 1-2 污水处理流程图1.4 本课题研究的主要内容本课题采用的处理工艺为：过滤 生化反应 除盐污水处理工艺，以处理生活污水为主，另有少量的工业废水，水中的 COD(化学耗氧量)、BOD(生化耗氧量)含量分别为 536 mgL、I 12 mgL。经处理 COD 为 408 mgL，

20、BOD 为 251 mgL，达到一级排放要求，为了实现污水工程的全自动运行，按生产工艺要求，采用 PLC 可编程控制器实现连锁集中控制。本课题研究了污水处理工艺及污水处理系统的组成，设计了基于 PLC 的控制系统的，主要由以下内容组成：(1)介绍了国内的污水处理行业的发展以及污水处理系统工艺流程；(2)选择 PLC 对污水处理控制系统进行设计和分析；(3)具体分析设计污水处理的软件系统。|第二章 控制方案2.1 系统的总体设计本污水处理控制系统采用的可编程控制器为三菱FX2N型。控制系统的结构框图见图2-1，控制系统设有集中控制室(加药间低压配电室内)，框图中的各设备可以在集中控制室内控制。在集中控制室的控制面板上有自动手动，自动控制位置时，污水站处于自动运行状态，此时启闭机打开，格栅井、调节池、生化池.污泥泵，除盐根据各自的液位控制器开动、停止，开始运行。控制柜正面如图2-2所示。|监控计算机三菱 FX2N-48MR操作站控制站站调节池电磁阀控制 生化池电磁阀控制 生化池空压机控制除盐池电磁阀控制格栅池电磁阀控制图 2-1 控制系统结构图控制面板