毕业设计开题报告设计题目污水处理控制系统设计院系名称：机电工程学院专业班级：学生姓名：导师姓名：开题时间：2015年3月20日1课题研究目的和意义目前，环境问题成为了制约世界各国可持续发展的重要因素之一。

水环境的污染问题，不仅严重影响着人们的健康，还加速了水资源的短缺。

城市生活污水处理效率低。

城市生活污水处理在发达国家已经成为了一个比较稳定的市场。

而在中国则迫切需要加快污水处理的发展进程。

据有关资料显示，美国平均每1万人就拥有1座污水处理厂，英国与德国则每 7000〜8000人就拥有 1 座污水处理厂，而中国平均每 150 万人才拥有 1 座污水处理厂。

因此，不断加大我国污水处理的效率和力度，对改善环境质量和人民生存环境，促进社会的可持续发展具有重要的意义。

本次毕业设计主要目的是建立完整的 SBR污水处理的控制系统，简化控制系统结构，确保维护方便。

SBR废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术对校园生活污水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。

废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响废水处理效果，因此采用地埋式砖混结构处理池降低温度对处理效果的影响。

同时，SBR废水处理技术工艺参数变化大，硬件设计选型与设备调试比较复杂。

2 文献综述2.1 污水处理控制系统研究概况及发展趋势综述污水处理方法大致分为三类：物理法、化学法和生物处理法。

物理法是利用物理作用分离污水中呈悬浮固体状态污染物质的方法。

主要方法有：格栅截留法、沉淀法、气浮法和过滤法等。

化学处理法是应用化学反应的作用分离回收污染物中的各种污染物质的方法，主要用于处理工业废水，主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、汽提、萃取、吸附和离子交换等。

生物处理法是利用微生物的代谢作用使污水中呈溶解、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质的方法。

主要方法有好氧法和厌氧法两大类，好氧法广泛应用于处理城市污水及有机工业污水，厌氧法则多用于处理高浓度有机污水和污水处理过程中产生的污泥。

国外的一些发达国家，如美国、日本、西欧等国，由于这些国家经济发达，并较早的实现了工业现代化。

这些国家经济发展较早而且较快，环境问题特别是水资源污染的严重性也较早的体现出来，同时也得到了这些国家政府的重视，投入了大量的人力、物力进行水处理的研究。

这些国家在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自控系统的研究。

这些国家先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表。

国外的污水处理厂很早就实现了污水处理厂的网络控制，如DCS/FCS系统，同时国外较早的将SCAD技术引入到了，给水排水工程中，并取得了良好的经济效益和社会效益。

国外同时注重水处理PLC的开发，相继研制出了一些智能、稳定、小巧的控制单元，如 AB公司的SLC 系列、Siemens 的 s7 系列、Schneider 的 TSX Quantum DO 化学需氧量 COD分析仪等。

一些发达国家经过几十年的努力，污水处理率已经达到80%-90%，成功的解决了来自于城市和工业的水污染问题。

同时一些国家开始重视污水的回收利用。

其特点有：大量采用在线监测的水质分析仪表，对全厂的水质实时监测并有上位机记录下来，提高了测量精度；生产过程中不同程度的采用了智能控制，可以根据水质和水源的变化自动的调整相应的控制方式；大量采用遥测、遥控设备，并有效地利用社会资源，如电话网络、移动电话网络、国际互联网、气象信息等。

早期的控制系统多采用继电器——接触器控制系统，但随着电子技术的飞速发展，控制要求的不断提高，该类控制方法已不能满足现代工业污水处理系统的控制要求，因此已逐渐被淘汰，取而代之的是 DCS现场总线控制、PLC等控制方。

(1)DCS系统。

DCS是集散控制系统的简称，又称为分布式计算机控制系统，是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术等相互渗透形成的。

由计算机和现场终端组成，通过网络将现场控制站、检测站和操作站、控制站等连接起来，完成分散控制和集中操作、管理的功能，主要是用于各类生产过程，可提高生产自动化水平和管理水平，其主要特点如下：采用分级分布式控制，减少了系统的信息传输量，使系统应用程序比较简单。

实现了真正的分散控制，使系统的危险性分散，可靠性提高。

扩展能力较强。

软硬件资源丰富，可适应各种要求。

实时性好，响应快。

(2 )现场总线控制系统。

现场总线控制系统是由DCS和PLC发展而来的，是基于现场总线的自动控制系统。

该系统按照公开、规范的通信协议在智能设备之间，以及智能设备与计算机之间进行数据传输和交换，从而实现控制与管理一体化的自动控制系统，其优点：可以用计算机丰富的软件、硬件资源。

响应快，实时性好。

通信协议公开，不同产品可互连。

(3 )PLC系统。

PLC是可编程逻辑控制器的简称，用它作为处理系统的控制器，实现控制系统的功能要求，也可利用计算机作为其上位机，通过网络连接 PLC，对生产过程进行实时监控，其特点如下：编程方便，开发周期短，维护容易。

通用性强，使用方便。

控制功能强。

模块化结构，扩展能力强。

近年来污水处理过程控制的ICA技术(仪器化、控制化和自动化)开始应用于工程实践。

一些大型污水厂采用泵房液位控制、溶解氧控制化学除磷控制等技术和策略，达到了稳定出水，水质和节能降耗效果明显。

典型案例如英国 PoolCommon亏水厂WTOS实时控制系统，我国上海白龙港污水厂采用的 BIOS生物处理智能控制系统。

我国污水处理技术起步晚，经过科研人员的不懈努力，我国在工业污水处理技术方面取得了较大的成就。

目前在水污染治理技术上，我国已能提供下列工艺技术传统活性污泥法技术、各种新型活性污泥工艺如：SBR法和氧化沟技术等、酸化水解好氧技术和多种类型的稳定塘技术等。

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，SBF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SBF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。

SBR技术中PLC 控制有序，自动化程度高。

MBR亏水处理工艺同样采用PLC控制，工艺流程是：污水经格栅进入调节池后经提升泵进入生物反应器，通过PLC控制器开启曝气机充氧，生物反应器出水经循环泵进入膜分离处理单元，浓水返回调节池，膜分离的水经过快速混合法氯化消毒(次氯酸钠、漂白粉、氯片)后，进入中水贮水池池。

反冲洗泵利用清洗池中处理水对膜处理设备进行反冲洗，反冲污水返回调节池。

通过生物反应器内的水位控制提升泵的启闭。

膜单元的过滤操作与反冲洗操作可自动或手动控制。

当膜单元需要化学清洗操作时，关闭进水阀和污水循环阀，打开药洗阀和药剂循环阀，启动药液循环泵，进行化学清洗操作。

膜生物处理技术应用于废水再生利用方面，具有以下特点：(1)能高效地进行固液分离，将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开。

分离工艺简单，占地面积小，出水水质好，一般不须经三级处理即可回用。

(2)可使生物处理单元内生物量维持在高浓度，使容积负荷大大提高，同时膜分离的高效性，使处理单元水力停留时间大大的缩短，生物反应器的占地面积相应减少。

(3)由于可防止各种微生物菌群的流失，有利于生长速度缓慢的细菌(硝化细菌等)的生长，从而使系统中各种代谢过程顺利进行。

(4)使一些大分子难降解有机物的停留时间变长，有利于它们的分解。

(5)膜处理技术与其它的过滤分离技术一样，在长期的运转过程中，膜作为一种过滤介质堵塞，膜的通过水量运转时间而逐渐下降有效的反冲洗和化学清洗可减缓膜通量的下降，维持 MBR 系统的有效使用寿命。

(6) MBR 技术应用在城市污水处理中，由于其工艺简单，操作方便，可以实 现全自动运行管理。

3设计基本内容、拟解决的主要问题3.1污水处理系统组成及工作原理污水处理系统原理图如图1所示:PLC 为核心控制器，通过检测操作面板按钮的输入、各类传感器的输入，以及相关模拟量的输入，完成相关设备的运行、停止和调速控制 污水处理系统工艺流程图如图 2:* |F 显示面板 各类泵运 行.变频蛊 图1系统原理图格栅机定时运行可编稈逻辑控制器PLC 操作面板 液位差传感器辅入 离心式脫 兀机运行液位高度传感养输入 溶解氧仪反馈值(模拟量)行图2工艺流程图其工作过程如下：水由进水系统通过粗格栅和清污机进行初步排除大块杂质物体，到达除砂池中。

在除砂池系统中细格栅和转鼓清污机进一步净化污水中的细小颗粒物体，将污水中的细小沙粒滤除后进入氧化沟反应池。

在该氧化沟系统中进行生化处理，分解污水中的有害物质，此环节用到一些化学药剂来加强处理效果，如复合碱、氯气、油絮凝剂等。

对污水进行除油、消毒、调整PH值。

同时在该系统中设置有溶解氧仪超声波检测器，通过它对污水中的含氧量进行检测，根据其反馈到PLC的值来控制曝气机变频器的运行，改变污水中溶解氧的含量。

潜水搅拌机的作用是推进水流，使氧化沟的污水和活性污泥处于剧烈搅拌充分混合接触，使生化反应更加充分，以最大程度地分解污水中的有害成分。

经处理的污水进入沉淀池中，在刮泥机的作用下进行物理沉淀，为了加强沉淀效果，同时加入混凝剂和絮凝剂利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用更加容易沉降。

污水经沉淀池处理最后到达脱水环节，离心式脱水机作用下进行脱水处理后排出清水。

3.2设计基本内容基本内容：(1 )分析SBR污水处理系统的特点、性能要求、工艺过程。

(2)根据技术要求确定总体方案。

(3)PLC控制系统的硬件设计。

(4)PLC控制系统的软件设计(5 )编写设计计算说明书。

3.3拟解决的主要问题本次毕业设计的主要内容是用 PLC做控制器，完成对污水处理的控制，以满足污水处理和环保的要求。

如果有参数超出环保要求，则PLC控制器向输入端发出电信号，PLC输出端通过控制电路作出相应的处理，调整整个污水中的参数，使它们保持在环保的要求范围内。

技术要求：控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O 接口。

可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。

电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能。

PLC的接地应按接地手册中的要求设计，并在图中表示和说明。

为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，加入电动机过热保护、控制系统短路保护等。