河南理工大学毕业设计（论文）说明书
世界任何国家的经济发展，都会推进社会进步、促进工农业生产能力，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程度的环境污染，污水也是造成环境污染的原因之一。这个污染源的出现引起了世界各国政府的关注，治理水污染的课题被列入世界环保组织的工作日程。我国是一个严重缺水的国家，虽然我国年平均水资源总最为28000 亿㎡，居世界第6 位，人均水资源量为2220㎡，居世界第110 位，已经被联合国列为世界上13个缺水国家之一。目前我国约300个城市缺水，其中严重缺水的城市有5O个。据中国经济信息网分析统计，全国按目前正常需要，年缺水总量约为300 亿～400 亿立方米，因缺水造成的经济损失每年达2300 亿，超过洪涝灾害。水资源的匮乏和水资源的污染，己经严重的影响了人民的日常生活，严重的影响了我国的经济建设和发展。因此建设符合我国国情的污水厂自动控制系统对降低工业污水处理成本、改善环境、建立可持续发展社会与和谐社会、保持我国经济高速发展具有重要意义。
1.2工业污水处理的国内外现状
我国工业污水处理技术从“七五”国家科技攻关开始逐步进行研究。“七五”和“八五”攻关项目在氧化塘，土地处理和复合生态系统等自然处理技术方面的研究较多，以这些设计成果为设计依据，建立了一些氧化塘，土地处理等污水示范工程。在人工处理技术方面，“八五”对高负荷活性污泥、高负荷生物膜、一体化氧化沟技术进行了深入研究。研究成果己被应用于大批工业污水处理厂。污水厂污泥处置问题在“九五”科技攻关中受到重视，并配套开发成套的污泥处理技术。经过“七五”、“八五”和“九五”期间的努力，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、酸化水解好氧技术和多种类型的稳定塘技术等，这些污水治理技术已经在水体污染、改善水体环境方面发挥了突出的作用，标志着我国工业污水处理事业发展到了一个崭新的阶段。现阶段，我国工业污水处理的工作重点已经从工艺技术的研究转移到具体项目的实施。
国际上，大规模的水污染治理是在第二次世界大战以后，随着50年代经济的蓬勃发展带来的60年代日益严重性的环境污染而展开的。工业污水处理设施中，城市排水管线和工业污水处理厂的兴建与运行在水污染控制中发挥着骨干作用。至70年代末，美国投入了数千亿美元兴建了18000余座城市工业污水处理厂，英
2
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
国、法国、德国更耗费了巨额资金兴建了7000至8000座城市工业污水处理厂。这些工业污水处理厂的投入对国家的水体污染改善起到了关键的作用，也为人类治理水污染积累了丰富的经验。现在，这些国家的工业污水处理水平又有了进一步提高，兴建了一批具有脱氮除磷功效的设施，对水体质量的改善和水环境的保护起到了重大的作用。
1.3课题主要设计的内容
本课题主要设计的内容是工业污水处理工艺及工业污水处理系统的组成和PLC控制系统设计,主要由以下内容组成：
（1）概述工业污水处理的基本内容，包括工业污水处理的发展现状以及工业污水处理的工艺流程；
（2）理解和分析PLC的基本结构和工作原理，并对工业污水处理控制系统进行设计分析；
（3）具体分析设计工业污水处理的硬件系统； （4）具体分析设计工业污水处理的软件系统； （5）工业污水处理系统的预期效果。
3
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
2 工业污水处理控制系统总体介绍
2.1工业污水处理基本概念
城市污水、生活污水、生产污水以及经过工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入排水系统。这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物。经处理后的污水，最后排出途径有三种：①排放水体；②灌溉田地；③重复使用。
污水污染物可根据化学性质和物理形态进行不同的分类。按化学性质，污水中的污染物质可分为无机性物质和有机性物质，其化学元素以碳、氮、磷为主。按物理形态，污水中的污染物质可分为固体悬浮物即呈颗粒状的污染物质、胶体污染物质和溶解性污染物质。
好氧有机污染物的性质稳定，在微生物的作用下，借助微生物的新陈代谢功能降解为无机物，如二氧化碳、水、硝酸根离子等稳定的无机物。有机物的种类很多，其共性是在微生物的作用下被降解时，都要消耗水中的溶解氧，所以在工程实际中，采用以下的几个综合污染指标来表述：生物化学需氧量或生化需氧量（Bio-chemical Oxygen Demand, BOD）mg/L、化学需氧量(Chemical Oxygen Demand, COD) mg/L、总有机碳(Total Organic Carbon) mg/L、总需氧量(Total Oxygen Demand) mg/L。
虽然BOD20能较精确地描述污水的生化需氧量，但测定的时间比较长，需要20天。考虑到好氧分解速率一般在开始的几天最快，在20℃温度下，污水五日生化需氧量(BOD5)，约占BOD20的70%～80%，因此把BOD5作为衡量污染水的有机物浓度指标。化学需氧量(COD)的特点是能够精确的表示污水中有机物的含量，并且测定时间短，但它不能像BOD那样能表示出微生物氧化的有机物量。
2.2 常用的工业污水处理工艺
不同的工业污水处理对象，不同的工业污水处理环境，将需要不同的工业污水处理工艺来处理。因此，在选择工业污水处理工艺的时候必需要认真考虑当地污水的情况，以及实际的工业污水处理的环境。
工业污水处理的方法主要有物理、化学、物理化学，以及生物等几种。这些方法根据实际情况，可以单一使用，也可以针对不同的污水混合使用。目前，工业污水处理的方法一般以生物处理法为主，辅以物理处理法和化学处理法。常用的工业污水处理工艺有以下几种：
4
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
1）传统活性污泥法：传统活性污泥处理法是一种最古老的工业污水处理工艺，其工业污水处理的关键组成部分为沼气池与沉淀池，主要处理部分关系框图如图2-1所示：
原污水曝气池（微生物吸附有机物转化为无机物）沉淀池（活性污泥下沉）清水流出回流活性污泥图2-1传统活性污泥法工艺流程图
污水中的有机物在曝气池停留的过程中，曝气池中的微生物吸附污水中的大部分有机物，并且在曝气池中被氧化成无机物，然后在沉淀池中经过沉淀后的部分活性泥需要回流到曝气池中。
该工艺的优点有：
（1）有机物在曝气池内的降解经历了第一阶段的吸附作用和第二阶段的代谢的完整过程，活性污泥也经历了对数增长，减速增长，内源呼吸的完整生长周期；
（2）对污水的处理效果好，BOD去除率达90﹪以上；
（3）适用于处理净化程度高和稳定程度要求较高的污水。 该工艺的缺点有：
（1）曝气池首端有机物负荷高，耗氧速率较高，为了避免由于缺氧而形成厌氧状态，进水的有机物浓度不过高，则曝气池的容积大，占用的土地比较多，基建费用较高；
（2）耗氧速率沿池长是变化的，而供养速率难于与其相吻合，在池前可能出现好氧速率高于供养速率，在池后又可能出现溶解氧过剩的现象，从而影响处理效果；
（3）对进水水质，水量变化的适应性较低，运行结果容易受到水质，水量变化的影响，脱氮除磷效果不太理想。
2）A/O法：A/O法是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处理工艺，其中A代表Anoxic（缺氧的），O代表Oxen（好氧的）。A/O法是一种缺氧----好氧生物工业污水处理工艺。该工艺通过增加好氧池与缺氧池所形成的硝化----反硝化反应系统，很好的处理了污水中的氮含量，具有明显的脱氮效果。
5
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
但是此硝化----反硝化反应系统需要得到很好的控制，这样就对该工艺提出了更高的管理要求，这也成为了该工艺的一大缺点。其工艺流程图如图2-2：
混合液回流格栅沉砂池初沉池厌氧池好氧池二沉池进水排出回流污泥剩余污泥
图2-2 A/O法工艺流程图
综上所述，A/O法具有如下优点：
（1） 反硝化反应以原废水有机物为碳源；
（2）硝化池内含有大量硝酸盐的硝化液回流到反硝化，进行硝化脱氮反应； （3）在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反应时所需碱量，如废水氮浓度不高时可不必另外加碱；
（4）该工艺具有流程简短，工程造价低等优点。 其不足之处是:
（1）该系统的脱氮率一般在85﹪左右；
（2）处理水中含有一定浓度的硝酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，会产生反硝化反应，污泥上浮，出水水质恶化；
（3）要提高脱氮率，必须加大内循环比，将导致：一是运行费用增加；而是内循环液带入大量溶解氧，使反硝化池内难以保持理想的缺氧状态，影响硝化反应。
3）A2/O法：A2/O法也是在传统活性污泥法的基础上发展起来的一种工业污水处理工艺，其中A2，即A-A，前一个A代表Anaerobic（厌氧的），后一个A代表Anoxic（缺氧的）；O代表（好氧的）。A2/O是一种厌氧—缺氧—好氧工业污水处理工艺。A2/O法的除磷脱氮效果非常好，非常适合用于对除磷脱氮有要求的工业污水处理。因此，在对除磷脱氮有特别要求的城市工业污水处理厂，一般首选A2/O工艺。其工艺流程图如图2-3所示：
6