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污水處理系統(tǒng)的功能要求
污水處理系統(tǒng)的主要功能是完成對城市污水的凈化的作用，將城市中排除的污水通過該系統(tǒng)處理后，輸出符合國家標準的水質(zhì)。長期以來，工業(yè)污水處理技術(shù)雖然經(jīng)過了迅速發(fā)展，但仍滯后于城市發(fā)展的需要，工業(yè)污水處理率低、設備運轉(zhuǎn)率低等極大地影響了城市發(fā)展。為實現(xiàn)工業(yè)污水處理技術(shù)的簡易、高效、低能耗的功能，并且實現(xiàn)自動化的控制過程，采用PLC作為核心控制器是個較好的方案。
PLC作為工業(yè)污水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)使得設計過程變得更加簡單，可實現(xiàn)的功能變得更多。與各類人機界面的通信可完成PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)視，同時使用戶可通過操作界面功能控制PLC系統(tǒng)。由于PLC的CPU強大的網(wǎng)絡通信能力，使得工業(yè)污水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且也可實現(xiàn)其遠程監(jiān)控。
利用PLC作為控制器的工業(yè)污水處理系統(tǒng)主要涉及兩個方面：一是信號輸入；二是控制輸出信號。
1、信號輸入
工業(yè)污水處理系統(tǒng)信號輸入檢測方面主要涉及四類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、液位差的輸入檢測、液位高低的輸入檢測，以及曝氣池中含氧量的輸入檢測。
（1）按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有自動按鈕、手動按鈕、格柵機啟動按鈕、清污機啟動按鈕、潛水泵啟動按鈕、潛水攪拌機啟動按鈕、污泥回流泵按鈕、曝氣機工頻、變頻按鈕，以及變頻加速減速按鈕等。
（2）液位差輸入檢測。檢測粗細格柵兩側(cè)液位差，用來控制清污機的啟動與停止。
（3）液位高低輸入檢測。檢測進水泵房和污泥回流泵房中液位的高低，用來控制潛水泵或污泥回流泵的啟動和停止，以及投入運行的潛水泵的數(shù)量。
（4）含氧量輸入檢測。以上三種都為數(shù)字量輸入，該輸入為模擬量輸入。曝氣過程是工業(yè)污水處理系統(tǒng)中zui重要的環(huán)節(jié)，為了保證微生物所需要的氧氣，必須檢測污水中的含氧量，并通過曝氣機增加或減少其含氧量。通過將溶解氧儀設置在適當位置上，將檢測值反饋到PLC中，通過運算輸出控制曝氣機的轉(zhuǎn)速信號。當溶解氧值偏低時，降低了微生物分解的效果，延長了處理時間，嚴重時甚至導致處理失效，因此需要增加曝氣機轉(zhuǎn)速以增加供氧量；當溶解氧值偏高時，導致微生物過氧化，降低了其活性，也不利于處理，因此減小曝氣機轉(zhuǎn)速以減少供氧量，zui終使污水中的溶解氧保持在一定的范圍內(nèi)。
2、控制輸出信號
信號輸出部分主要包括兩個方面：一個是數(shù)字量輸出，即各類設備的接觸器；另外一個是模擬量輸出，用來控制曝氣機變頻器。
（1）數(shù)字量輸出。控制各類設備的啟動和停止，包括：格柵機啟停、清污機啟停、潛水泵啟停、潛水攪拌器啟停、污泥回流泵等設備。
（2）模擬量輸出通過PLC中PID運算后的數(shù)據(jù)，通過其功能模塊輸出控制信號，該控制信號輸入到變頻器的控制端子上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制曝氣機的轉(zhuǎn)速，zui后達到控制污水中含氧量的要求。
調(diào)試和運行結(jié)果
污水處理廠自動控制系統(tǒng)設計、安裝完成后，進行系統(tǒng)的調(diào)試和試運行，確定符合實際進水水量和水質(zhì)的各項控制參數(shù)，發(fā)現(xiàn)并解決設備、儀表、程序、工藝等方面出現(xiàn)的問題，檢驗系統(tǒng)是否實現(xiàn)工藝設計目標，即出水各項指標達到設計要求。
1、硬件系統(tǒng)的調(diào)試 按照系統(tǒng)設計要求將各硬件接線接好。調(diào)試過程首先檢查總供電及各設備供電是否正常，然后檢查設備的電氣控制是否正常，能否正常開機，各種閘閥能否正常開啟和關閉，檢查儀表及控制系統(tǒng)是否正常。在對系統(tǒng)進行必要的檢查后，開始具體調(diào)試。 硬件功能調(diào)試主要是測試硬件的功能是否正常，這部分的調(diào)試內(nèi)容包括：
（1）供電線路的設置和檢驗，主要用萬用表檢測電路的連通是否實現(xiàn)，以及保證接線的正確性，防止220V與24V線路的錯位接線發(fā)生；
（2）電機直接加三相電源調(diào)試，檢測電機工作狀態(tài)；
（3）變頻器單獨調(diào)試，檢測能否正常進行參數(shù)設置；
（4）變頻器加電機進行調(diào)試，檢測能否正常進行變頻調(diào)速，在外部控制模式下，控制端子是否能正常控制電機啟動，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速等；
（5）PLC單獨檢測，檢查PLC單元能否正常工作，指示燈是否正常，該部分工作實際上在計算機模擬調(diào)試前就己經(jīng)完成；
（6）PLC加變頻器聯(lián)機調(diào)試，檢查PLC、變頻器是否能實現(xiàn)對此系統(tǒng)控制；
經(jīng)過測試，結(jié)果表明上述功能一切正常，可以進行總體調(diào)試。
2、軟件系統(tǒng)的調(diào)試
在STEP7-Micro/WIN32軟件中，通過編程，將編好的程序下載到PLC中進行運行調(diào)試，檢查程序是否有錯誤，是否能夠?qū)崿F(xiàn)相應的功能控制。調(diào)試時，可根據(jù)功能模塊分類分別調(diào)試，zui后進行總體調(diào)試。
在該控制程序中，需要根據(jù)外界輸入的狀態(tài)來控制清污機、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計反饋來的信息進行判斷處理，然后再進行輸出控制。
3、運行結(jié)果
通過系統(tǒng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)PLC在系統(tǒng)控制中的手動、自動模式的控制。啟動電源后按下手動或自動模式選擇按鈕，當在手動模式時，可通過各控制按鈕實現(xiàn)對工業(yè)污水處理系統(tǒng)中各電機的控制運行同時相應的指示燈亮。
在間歇運行過程時，粗格柵機運行20min定時到后停止運行2h，2h定時到后又開始運行20min。細格柵機粗格柵機相似。根據(jù)反饋回來的液位差狀態(tài)控制清污機的運行與停止。而進水泵房中的潛水泵根據(jù)液面高低進行運行、停止及運行數(shù)量的控制：①潛水泵系統(tǒng)啟動首先開始啟動潛水泵。②檢測液面高度，低于zui低位傳感器時，開始定時防止誤判。③定時到后，若仍低于zui低位傳感器，則停止?jié)撍眠\行，否則潛水泵繼續(xù)運行。④檢測液面處于中位和高位傳感器之間時，開始定時防止誤判。⑤定時到后，若液面仍持續(xù)處于高位傳感器，則輸出報警信號。
而轉(zhuǎn)碟曝氣機根據(jù)溶解氧儀反饋的模擬量經(jīng)PLC運算后通過變頻器控制其進行工頻運行還是變頻運行，進行加速還是減速運行，同時控制分離機的運行與停止。當在自動模式時，在自動方式下進行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測到外部傳感器的狀態(tài)對設備進行啟停控制。自動控制系統(tǒng)過程包括：粗格柵系統(tǒng)、潛水泵系統(tǒng)、細格柵系統(tǒng)、曝氣沉砂系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)。啟動自動運行按鈕后，自動過程開始，啟動潛水攪拌器和刮泥機。運行粗、細格柵機，進行間歇運行，即運行一段時間然后停止一段時間，循環(huán)進行。
污泥回流泵的運行與停止根據(jù)液面的高低進行控制：①污泥回流系統(tǒng)啟動首先檢測液面高低，若低于zui低位傳感器，啟動定時。②定時到，若液面仍低于zui低位傳感器則停止回流泵運行。③若液面處于zui高位和zui低位之間，啟動污泥回流泵。④若液面高于zui高位傳感器時，啟動定時。⑤定時到，若液面仍處于zui高位傳感器時，輸出報警信號。
在污泥脫水系統(tǒng)中，離心式脫水機的啟動采用順序控制方式，依次啟動其設備。控制系統(tǒng)能根據(jù)外界溶解氧儀檢測反饋的模擬量信號輸入的狀態(tài)來控制清污機、潛水泵，以及污泥回流泵的啟停，因此需要按照液位傳感器和液位差計反饋來的信息進行判斷處理，然后再進行輸出控制。各模塊程序在仿真軟件上進行調(diào)試時也能實現(xiàn)相應功能的控制。基本上達到了系統(tǒng)設計的目標要求。
常用的污水處理工藝
（1）傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥處理法是一種zui古老的工業(yè)污水處理工藝，其工業(yè)污水處理的關鍵組成部分為沼氣池與沉淀池。
污水中的有機物在曝氣池停留的過程中，曝氣池中的微生物吸附污水中的大部分有機物，并且在曝氣池中被氧化成無機物，然后在沉淀池中經(jīng)過沉淀后的部分活性泥需要回流到曝氣池中。該工藝的優(yōu)點有：有機物去除率高，污泥負荷高，池的容積小，耗電省，運行成本低。該工藝的缺點有：普通曝氣池占地多，建設投資大，滿足國家標準相關指標范圍小、易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，磷和氮的去除率低。
（2）A/O法。A/O法是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A代表Anoxic（缺氧的），O代表Oxic（好氧的）。A/O法是一種缺氧----好氧生物工業(yè)污水處理工藝。該工藝通過增加好氧池與缺氧池所形成的硝化----反硝化反應系統(tǒng)，很好的處理了污水中的氮含量，具有明顯的脫氮效果。但是此硝化----反硝化反應系統(tǒng)需要得到很好的控制，這樣就對該工藝提出了更高的管理要求，這也成為了該工藝的一大缺點。
（3）A2/O法。A2/O法也是在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎上發(fā)展起來的一種工業(yè)污水處理工藝，其中A2，即A-A，前一個A代表Anaerobic（厭氧的），后一個A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的）。A2/O是一種厭氧—缺氧—好氧工業(yè)污水處理工藝。A2O法的除磷脫氮效果非常好，非常適合用于對除磷脫氮有要求的工業(yè)污水處理。因此，在對除磷脫氮有特別要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般*A2/O工藝。
（4）A/B法。A/B法是吸附生物降解法的簡稱，該工藝沒有初沉淀，將曝氣池分為高低負荷兩段，并分別有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負荷段停留時間約為20~40min，以生物絮凝吸附作用為主，同時發(fā)生不*氧化反應，去除BOD達50%以上。B段與常規(guī)活性污泥法相識，負荷較低。AB法中A段效率很高，并有較強的緩沖能力。B段起到出水把關作用，處理穩(wěn)定性較好。對于高濃度的工業(yè)污水處理，AB法具有很好的適用性，并有較高的節(jié)能效益。尤其在采用污泥消化和沼氣利用工藝時，優(yōu)勢zui為明顯。但是，AB法污泥產(chǎn)量較大，A段污泥有機物含量*，因此必須添加污泥后續(xù)穩(wěn)定化處理，這樣就將增加一定的投資和費用。另外，由于A段去除了較多的BOD，造成了碳源不足，難以實現(xiàn)脫氮工藝的要求。對于污水濃度低 的場合，B段也比較困難，也難以發(fā)揮優(yōu)勢。
總體而言，AB法工藝較適合于污水濃度高，具有污泥消化等后續(xù)處理設施的大中規(guī)模的城市工業(yè)污水處理廠，且有明顯的節(jié)能效果，而對于有脫氮要求的城市工業(yè)污水處理廠，一般不宜采用。
（5）SBR法。SBR法是歇式活性污泥法的簡稱，是一種按照一定的時間順序間歇式操作的污水生物處理技術(shù)，也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥工業(yè)污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。其反應機理及去除污染物的機理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同，只是運行操作方式不盡相同。SBR法與傳統(tǒng)的水處理工藝的zui大區(qū)別在于它是以時間順序來分割流程各單元，以時間分割操作代替空間分割操作，非穩(wěn)態(tài)生化反應代替生化反應，靜置理想沉淀代替動態(tài)沉淀等。整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的，但是通過多個單元組合調(diào)度后又是連續(xù)的，在運行上實現(xiàn)了有序和間歇操作相結(jié)合。
處理工藝流程簡述
A. 廚房及餐廳污水*入隔油器，隔除大顆粒物及浮油后再進入調(diào)節(jié)池。
B. 自動格柵：設置格柵，對污水中的大塊顆粒物質(zhì)和大顆粒雜質(zhì)進行去除，保證后續(xù)處理裝置的連續(xù)運行，柵渣定期人工處理。
C. 污水經(jīng)去除塊漂浮物物后進入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池中設潛水排污泵，對污水進行提升；調(diào)節(jié)池內(nèi)設置攪拌系統(tǒng)進行攪拌，以防污物沉淀。
D. 采用初沉池，對污水中的無機顆粒進行沉淀去除，減輕后續(xù)處理負荷。
E. 采用缺氧反應池，在缺氧條件下有機污染物在微生物的作用下水解酸化，由大分子量的脂肪、蛋白質(zhì)等水解為脂肪酸、醇等小分子量有機污染物，另一方面，該缺氧反應池可根據(jù)季節(jié)性工藝運行需要控制氧量供給，使該池可作為缺氧池，亦可作為好氧池，從而達靈活操作控制，且保證處理效果滿足處理要求。
F. 生化處理部份采用接觸好氧處理工藝，該處理工藝是一種應用較為廣泛比較成熟的處理工藝方案，該方案有較高的有機污染物的去除率，不僅能有效降除BOD5，而且能有效去除氨氮。采用生物接觸氧化池，該池中生物膜具有較大的表面積，能夠大量吸附廢水中的有機物，而且具有很強的氧化能力。在有機物被分解的同時，微生物的機體則在不斷增長和繁殖，也就是增加了生物膜的數(shù)量。由于生物膜的吸附作用，在它的表面往往附著一層薄薄的水層，水中的有機物被生物膜所氧化，其濃度要比濾池進水中有機物的濃度低得多，因此當廢水在濾料表面流動時，有機物就會從運動著的廢水中轉(zhuǎn)移到附著在生物膜表面的水中去，并進一步被生物膜所吸附。同時，空氣中的氧也將經(jīng)過廢水而進入生物膜。生物膜上的微生物在氧的參與、作用下對有機物進行分解和機體新陳代謝，產(chǎn)生了包括二氧化碳等無機物，它們又沿著相反的方向，即從生物膜經(jīng)過附著水排到流動著的廢水及空氣中去；在這些過程的綜合作用下，廢水中有機物的含量大大減少，因此得到了凈化。由于生物膜上微生物的老化死亡，生物膜將會從濾料表面脫落下來，然后隨著廢水流出池外。
G. 采用多級生物接觸氧化池，通過控制各階段曝氣量使池內(nèi)保持高的溶解氧和優(yōu)良的生物菌群與有機污染物接觸反應環(huán)境，為有機污染物的降除和氨氮氧化，創(chuàng)造了zui適應環(huán)境，污水中的有機污染物質(zhì)被填料上的各類生物菌群氧化分解為二氧化碳和水，得到*去除。
H. 采用豎流式沉淀池作為二沉池，該池主要為澄清接觸氧化池出水中含有的脫落生物菌群和其他一些不溶性物質(zhì)，為此沉淀池的設計采用合理的設計參數(shù)，從而提高了澄清效果。上清液水質(zhì)達標，直接排放。
I. 沸石吸附池。設置沸石吸附池，當經(jīng)過生化處理后的污水氨氮達不到排放標準時，出水進入沸石吸附池，該池主要利用沸石對污水中銨的交換吸附特性，使沸石成為富集氨氮的核心體，系統(tǒng)微生物群落中的硝化細菌受營養(yǎng)源的吸引，容易集中生長在沸石表面，特別是當進水氨氮負荷降低時，硝化細菌主要利用沸石內(nèi)部的氨氮進行代謝活動，這樣沸石就得到生物再生； 生物沸石反應器中，沸石離子交換吸附作用與生物硝化/反硝化作用是相互促進的關系。沸石內(nèi)由于交換吸附而富集了大量氨氮，為微生物貯存了氮源，當水體中營養(yǎng)物不足時，微生物可以全部吸收沸石吸附的氨氮，可直接使沸石再生；另一方面，微生物的生物作用減輕了沸石吸附負荷，可以使沸石在較長時間內(nèi)保持較高的離子交換水平，同時，生物硝化作用降低水中NH4+濃度，促進了沸石上NH4+的解吸，間接使沸石再生。沸石通過離子交換而吸附水中銨離子，沸石表面生物膜的生物硝化作用對水體中和沸石內(nèi)的氨氮進行轉(zhuǎn)化，生物反硝化作用再將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣從水中排除，這些作用相互促進和依存，使得反應器內(nèi)發(fā)生著復雜的變化，zui終去除廢水中的氨氮氮。
J. 消毒池加氯（氯片）接觸消毒，殺滅污水中各種病原菌及大腸菌群，使污水達標排放。
K. 污泥池提供一定容積容納剩余污泥，池中設置好氧消化曝氣系統(tǒng)，對污泥進行好氧消化，大大減少污泥體積，上清液回流入調(diào)節(jié)池，進行再處理，防止二次污染產(chǎn)生。系統(tǒng)中沉淀池產(chǎn)生的污泥，定期自流進入污泥池后，定期由市政環(huán)衛(wèi)吸糞車抽吸外運，進行集中處理。污泥池的上清液回流至調(diào)節(jié)池，進行循環(huán)處理，防止二次污染。
污水處理系統(tǒng)的啟動與停止
1、污水處理投運前的準備工作
1）化學藥品、儀器儀表齊全，各檢測儀表處于備用狀態(tài)。
2）進行系統(tǒng)全面檢查，系統(tǒng)內(nèi)的各閥門是否嚴密、靈活好用。
3）檢查各臺水泵的緊固螺栓、螺釘是否有松動現(xiàn)象；水泵和生產(chǎn)現(xiàn)場應干凈無雜物、無灰塵、無油污。
4）檢查水泵和風機的潤滑油量是否適當，轉(zhuǎn)動機械的冷卻水是否暢通。
5）各臺水泵的轉(zhuǎn)動聯(lián)軸器旋轉(zhuǎn)是否均勻，有無卡位現(xiàn)象。
6）電動機的轉(zhuǎn)動方向是否與水泵的轉(zhuǎn)動方向*。
2、污水處理系統(tǒng)運行的啟動與停止：
（整套設備的啟動）
1）對整套系統(tǒng)投入試運行前，必須對系統(tǒng)中的各項設備按其要求進行分步調(diào)試，分步調(diào)試合格后，方可進行整套系統(tǒng)投運工作。
2）啟動前檢查所有設備安裝是否按照要求施工完畢，現(xiàn)場照明是否充足，加藥藥品是否配制好，加藥系統(tǒng)處于備用狀態(tài)。
3）啟動廠區(qū)污水提升泵、市政污水提升泵，開啟污水提升泵出口門、入口門，關閉調(diào)節(jié)池排泥閥門，使調(diào)節(jié)池內(nèi)上滿水。
4）在調(diào)節(jié)池液位2/3時，啟動綜合污水提升泵，開綜合污水泵出口門、入口門、水解好氧池入口門，同時關閉接觸氧化池排泥閥門，使水進入接觸氧化池內(nèi)。
5）啟動風機，待風機運轉(zhuǎn)正常后，開啟風機出口門，向水解好氧池內(nèi)嚗氣。
6）待水解好氧池水位2/3時，開啟水解好氧池的出口閥門，往機械反應器內(nèi)上水，水位升至1/2處時，啟動加藥裝置向機械反應器內(nèi)加藥。
7）待反應沉淀池水位達到溢流狀態(tài)時，關閉集水池排泥閥門，往集水池內(nèi)上水。
8）集水池水位達到2/3時，開啟集水池甲、乙側(cè)出口門，開啟提升水泵出口、入口閥門，啟動提升水泵，往高效纖維過濾器內(nèi)上水。在水進入高效纖維過濾器內(nèi)前，啟動加氯消毒系統(tǒng)向污水處理系統(tǒng)加消毒液。
