探索染色废水处理工艺的自动控制研究 75页

'北京化工大学硕士学位论文染色废水处理工艺的自动控制研究姓名：李安峰申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：张志群;丁庭华2001.5.14 北京化1．人学硕十论文摘要镥3826l3本文以青岛藤华染色有限公司废水处理工程为工业背景，针对酸碱中和的特点，研究开发出一种新的4个pH值限的PLC自控系统；在充分分析曝气池运转影响因素的基础上，对曝气池进行被控参数单点检测的单回路自动控制；反复比较控制方案，提小』，砂滤与吸附的压差控制系统；此外，还对出水池、单元操作之间的输送泵进行了自动控制，基于这些单元操作的控制，本文进一步用‘台PLC组成一集巾控制系统，对藤华废水处理工程的全过程进行自动控制，并对控制系统进行了模拟实验。该集中控制系统具有结构简单、可靠性高、抗干扰性强等优点，并具有自动、手动两种运行方式和超常状态报警等功能。为便于对整个过程控制的监视与控制，本文利用一台计算机对控制系统进行上位机监控，监控软件在“组态下”工控软件基础上二次开发而成。经过运行调试，该龄控软件实现了整个工艺流程的动态显示，现场设备运行情况的实时显示，设定值的修改，实时及历史数据的报表以及超常状态的报警等功能。关键词：废水处理，pH值，溶解氧，PLC，自动控制 北京化1：人学硕十论文ABSTRACTTheresearchworkconductedinthisP印erwasbasedonthewastewatertreatmentprocessinQingdaoTenghuaDyeingCo．，Ltd．Theprocesswasmadeupofvariousunitoperations，includingneutralizationofpH，activatedsludge，filtering，adsorptionandSOon．ApHautomaticcontrolsystemwith4pHvaluelimitswasdeveloped．Thedissolvedoxygenconcentrationinthewastewateroutletoftheactivatedsludgeunitwascontrolledautomaticallytovarywithinappropriaterange．Alsoasystemtocontrolthefilteringandadsorptionoperationswasdesigned．Basedontheunitoperationcontrol，aconcentratedcontrolsystem，consistingofProgrammableLogicalController(PLC)，wasfurtherdevelopedtocontrolthewholeprocess．Thesystemischaracterizedbysimplestructure，hi曲reliabilityandhighanti—interference，andcanbeoperatedeitherautomaticallyormanuallywithalarminacaseofemergency·Inordertomonitorthewholeprocesscontrolconveniently，amonitorsystemwithfriendlyuser—interfacewasdevelopedwithmanyfunctions，suchasdisplayingthetechnologicalprocess，modifyingtheparametervalue，preservingandprintingthedata．KEYWORDS：wastewatertreatment，pHvalue，DO，PLC，automaticcontrol 北京化I‘人学硕十论文第一章文献综述在国内传统的工业分类中，通常把织物的印花和染色统称为印染行业。对于印染行业中的染色厂，其实它并非只进行染色作业，从工艺上讲，织物在染色之前必须进行练漂，在染色之后应进行整理，而每一步都会产生大量废水，所以通常情况下，人们把练漂废水、染色废水和整理废水统称为染色废水。1．1染色废水的来源与性质染色废水主要来源于练漂车间、染色车间和整理车间。对于针棉织物，练漂车间包括退浆、煮练和漂白三个过程，退浆过程要对织物进行及时和充分的热水洗净，因此退浆过程中将产生大量温度较高的废水；在煮练锅中进行煮练及漂白过程的漂白液自然也要产生废水。染色车间目前国内外基本上以湿法加工为主，一般以水为介质，此处产生大量废水，水质随所用染料种类而不同。在整理车间中的化学处理过程中，常用特定的化学药剂制成浸液，对棉织物进行处理，所以此处也将会有一定废水排出。染色废水具有很多性质，其中包括物理特性、化学特性和生物特性，下面分别作一介绍：11．1物理特性总固体量是染色废水非常重要的物理特性，它包括废水中的漂浮物质、悬浮物质、胶体物质和溶解物质。其他的物理特性包括气味、温度和颜色。总固体：废水中的固体是指经过103—1050C蒸发后留下的全部残余物。根据颗粒大小以直径l岬为界将废水中的固体分为可过滤固体和不可过滤固体(又称悬浮固体)，不可过滤固体可用沉降法去除；可过滤固体又以10、’微米为界分为溶解固体和胶状固体，其中胶状固体可用混凝法除去。气味：染色废水常具有刺激性气味，这主要是由漂白工段使用漂白剂漂白时释放出C10，或cl，造成的。温度：由于退浆、煮练等过程产生大量温度较高的废水，所以染色废水一般温度都在30。40‘℃左右，特别是夏天时，一般要经冷却塔冷却后才能进行后续处理。颜色：染色废水自然有很高的色度，一般在几十到几千之间变化，这主要是 北京化J：人学硕{：论文由残余染料引起的，其中废水颜色随染料的不同而变化。1．12化学特性染色废水的化学特性分有机物、有机物含量的测定、无机物、溶解气体等四个方面作一介绍：有机物：在中等浓度的染色废水中，大约75％的悬浮固体及40％的可过滤固体实质上都是有机物，这些有机物质的主要基团是蛋白质(40％。60％)、碳水化合物(25％～50％)以及脂肪和油类(10％)，此外还有尿素以及各种结构简单和结构极复杂的合成有机分子，例如各种表面活性剂。有机物含量的测定：若干年来，拟定了各种不同的测定废水中有机物含量的检验方法，目前常用的有生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)，总需氧量(TOD)是最近出现的另一种检验方法。在这些测定方法中，五同生化需氧量(BODi)是测量废水和地表水遭受有机物污染使用最广泛的参数，事实上生化需氧量的测定，就是测量微生物在有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧：化学需氧量适用于测定废水和天然水中的有机物，可被氧化的有机物的氧当量数是在酸性介质中使用强氧化剂测定的，重铬酸钾是测定COD的最好的氧化剂，实验在高温和有催化剂下进行。无机物：无机物中pH值是重要的水质参数，退浆中的酸退浆、碱退浆，染色中的酸性染料、碱性染料等都是造成染色废水呈酸碱性的原因。另外，无机物中的氮是合成蛋白质的重要构造单元，所以含氮量对于评价废水是否能采用生物方法处理是必不可少的；磷对于藻类和其他生物的生长也很重要，所以为使染色废水能进行生物处理，当废水中的氮、磷不足时，必须向废水中补充氮和磷。溶解气体：溶解氧是染色废水的一个重要参数，好氧微生物以及其它所有好氧生物的呼吸都需要氧，但氧只微溶于水，所以好氧生物处理染色废水时需要进行曝气。另外，织物漂白过程中往往使废水溶有氯气或二氧化氯，这些气体对微生物有害，需在生物处理过程之前进行有毒气体的吹脱。11．3生物特性染色废水的生物特性主要是微生物，废水中主要的微生物可分为原生生物、植物和动物，原生生物包括细菌、真菌、原生动物和藻类，其中细菌在有机物的分解和稳定方面具有广泛和重要的作用，而原生生物对于生物处理操作非常重要，因为这些原生生物在各种微生物之间能保持天然平衡。 ——!!巫些!：叁兰塑±堡茎1．2染色废水处理单元操作与处理系统对废水进行的人工操作称为废水处理，而每一种操作则又称为废水处理的单元操作，从原理来分类，废水处理的单元操作可分为物理法、化学法、生化法三大类⋯。下面就染色废水处理常用的方法分别作一介绍：1．2．1物理处理单元操作染色废水处理常用的物理处理单元操作主要有筛滤、自然沉降、过滤、吸附等。筛滤：筛滤是过滤法的一种，但与砂滤、布滤不同，它只用来滤去比较巨大的固形物。筛滤的构件包括平行的棒、条或金属线，格网、会属线网或穿孔板。山平行的杆或捧构成的滤网称为格栅，虽然格栅也是一种滤网，但滤网一词只限于金属丝织物或穿孔板。自然沉降：这是利用废水中悬浮物与水的比重差，使悬浮物沉降的方法口I。由于染色废水中的悬浮物大多是有机物，同水的比重差别很小，故大多数悬浮物沉降速度很慢，因此这个方法只能用来除去涂料型的颜料和粗粒淀粉等。过滤f2J：此法是应用各种过滤材料，除去废水中悬浮物质，当然不能除去溶解物。废水中悬浮物含量较多，粒子直径细小，且多数是胶状物时，极易堵塞过滤材料的细孑L，因此需要对滤池经常做反向冲洗，冲洗水需要重新进行处理。吸附：将活性炭、粘土等一类表面含有活性部分的多孔性物质的粉未与废水混合，或把废水通过这些粒状物组成的滤池，废水中的污染物质吸附在多孔性表面上，或被过滤除去的方法为吸附法。目前国外主要采用活性炭吸附，该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但它不能去除水中的胶体和疏水性染料；另外，活性炭再生费用也是一个问题；还有，使用中需要不断补充新的活性炭，所以若废水BOD。>200毫升／升，则采用这种方法是不经济的【3I。活性硅藻土对碱性染料具有良好的吸附性能，而且活性硅藻土本身容积大，所以絮凝物污泥的脱水性能也较好，因此在日本得到普遍的应用”I。在国内，研究应用较多的是半煤渣吸附法14,51，利用半煤渣吸附法处理染料废水效果十分明显，不仅具有良好的脱色和去异味效果，而且能使各项污染指标大幅度降低，由于原材料均为废料，所以运转费用也较低，具有良好的应用前景，美中不足的是更换煤渣频繁，劳动量较大。1．2．2化学处理单元操作化学处理过程是利用化学反应使废水水质发生变化的过程。染色废水化学处 !!塞些．!：叁堂堕±笙墨理单元过程主要包括pH调节、凝聚、臭氧氧化、铁屑微电极过滤，此外，化学法还有光氧化法、电解浮选法等。pH调节：染色废水往往具有很高的酸碱性，严重影响后续处理的iF常进行，所以必须进行中和处理。中和装置由中和槽、搅拌机、药剂加入装置及pH自动控制装置组成。废水的水量与水质变化巨大时，在中和槽前必须加装贮存槽，以消除水量水质的波动。凝聚：废水中的微细粒子互相结合，形成巨大粒子的过程称为凝聚。凝聚作用是有：电荷间的作用、化学作用、机械作用三种单独或共同作用而形成。凝聚法主要有凝聚沉淀法和凝聚气浮法，所采用的凝聚剂多半以铝盐或铁盐为主，其中以碱式氯化铝的架桥吸附性能较好，而以硫酸亚铁的价格最低。近年来，国外采用高分子混凝剂者日趋众多，且有取代无机混凝剂而遥遥领先之势，但在国内因价格原因，使用高分子混凝剂者还不多见【3I。混凝法的主要优点是工艺流程简单、操作管理方便、设备投资省、占地面积少、对疏水性染料脱色效率很高；缺点是运行费用较高、泥渣量多且脱水困难、对亲水性染料处理效果差。臭氧氧化：此法在国外应用较多，COD去除率高，对多数染料能获得良好的脱色效果，但对硫化、还原染料等不溶于水的染料脱色效果差。总之，该法脱色效果好但耗电多，大规模推广应用尚有一定困难口】。铁屑微电极过滤：此法最近国内外研究较多[63,81，它是利用铁屑和石墨在废水中腐蚀形成微原电池原理来处理废水的。它的脱色率在90％左右，COD去除率较差，大约为50％，但它最大的优点是费用低，因为铁屑、石墨均为工业废料，而且铁屑每年也只需要再生2-3次。12．3生物处理单元操作生物处理单元过程可以去除废水中呈溶解的和胶体的有机物，去除机理包括微生物代谢和生物凝聚作用等。废水生物处理按机理分为好氧过程(如活性污泥法)、厌氧过程(如厌氧消化法)和兼氧过程。活性污泥法：1880年在英国和美国虽己进行了把空气吹入污水中进行净化的实验，但是，当时活性污泥法还没有开发。英国的Andem和Lockea证实了通过把空气吹入，上成的污泥循环使用可以加速污水的净化，他们1914年把这一结果在英国化学工程学会上发表，从而涎生了活性污泥法H。该法是指微生物处于悬浮状态，使废水中的有机物转化为微生物细胞组织、水和气体的废水生物处理过程。 ——!!室些!：叁堂堕±丝塞具体地讲，废水曝气后，氧气充分溶解，再加入适当的营养成分，在这种条件下，使好氧性微生物与细菌大量繁殖生成絮凝物，絮凝物表面覆有粘性物质，废水中的悬浮性有机污染物吸附在粘性物质上面，为微生物分泌的酵素所分解，变成低分子物质后再被微生物吸收，溶解性的有机污染物则被直接吸收，而絮凝物本身不断生长，重复这个循环过程，将废水的BOD降低I]O,HJ。此法处理水质良好，不足为动力消耗大，污泥发生量大。后来出现了其改进形式，如延时曝气活性污泥法(Y、nLI完全氧化法)，该法增大了反应池容积，延长停留时间，生成的降解性污泥几乎全被内源呼吸作用消耗，减少了污泥量。其它改进形式还有阶段曝气、完全混合式活性污泥法、渐减曝气等112,13】。厌氧消化法【】4】：这是在与氧隔离、无氧存在的条件下，通过厌氧性微生物的作用，将废水中有机物转变为甲烷与二氧化碳的方法，此法适用于BOD在10000ppm以上的浓厚废水。生物滤池法：这是将废水间断地喷淋在用碎石或多孔性材料做成的滤池上，过滤材料表面含有繁殖生成的微生物，在废水通过时能将废水中有机污浊物当作营养食物加以吸收、分解并氧化，因而将废水净化。同活性污泥法比，此法需要广大的占地面积、设备投资高，而且需要一定时间才能稳定运转并获得良好的废水净化作用，故废水处理的效果差。它的优点是不容易受到印染废水中药剂的影响，对废水在数量和质量上的变化并不敏感，容易管理，运转费用低，据说生物滤池法用来处理药剂含量高、具有酸性或强碱性的印染废水很是适宜【lI。此外，染色废水处理中常用到的生化法还有生物氧化塘法等。1．24染色废水处理系统上面介绍的各种单元操作单独进行几乎都达不到出水要求，所以一般是将几种单元操作串联，以形成一个处理系统。一般而占，一个处理系统包括三个部分：预处理、二级处理、三级处理(也叫深度处理)。预处理包括有毒气体的吹脱、杂物隔除、pH调整、水温调节、水量和水质调节、筛滤等，由于染色废水酸碱性很高，严重影响二级处理的凝聚分离法和生化法的正常进行，故中和处理特别重要，不可缺少，其它操作采用一种或几种视水质特点及后续处理工艺而定⋯。作为二级处理和三级处理串联在一起的主体工艺，国内外已在应用和j下在研究的相当多，它l"t。1无非是一些物理法、化学法和生化法单元操作的串联，比较典型的有：延时曝气一活性炭吸附：该系统处理出水水质良好，污泥产生量小，但设备较 ．：!!至些．!：叁堂堡±丝壅多，基建费用较高。该系统出水可满足多种场合的回用水要求，对节约水资源有重要意义，尤其适用于缺水地区，同时水的回用可以对此工艺的较高费用起到一定程度的补偿作用。接触氧化～混凝沉淀：该系统流程简单、易于操作管理、基建费用低，但不能得到高质量的出水、污泥量大，这对出水水质要求相对低和资金紧张时是很有价值的，如青岛即墨针织有限公司便是采用此工艺处理废水的。水解好氧一氯氧化【l5l：其中水解一好氧即A／O工艺是80年代发展起来的工艺，是国家七五重点攻关项目，氯氧化是靠氯气破坏染料中的发色基团，也是去除水中氨氮最有效的办法，从而达到脱色、除氨氮、降低COD的目的。该工艺具有外排污泥极少、处理效果稳定、运转费用低、易操作等，具有一定推广价值。混凝沉淀一二氧化氯氧化¨61：该法水力停留时问短、处理效率高、处理效果稳定、无返色现象，且具有设备简单、能耗少、操作管理方便、工程造价低等优点，在国内该法已在江苏天伦染织实业公司及靖江市第三纺织厂实现工业应用，并取得令人满意的效果。铁屑过滤一混凝16】：该系统COD去除率达80％以上，铁屑和石墨为工业废料，易得价廉，以废治废，也不需外加电源，处理费用低，系统简单，占地面积小，基本建设投资省，易上马，便于操作管理，处理费用约为O．22元／B屯废水，适用于中小型印染厂的废水处理。除此之外，国内应用的还有吸滤一焚烧[1"S,18】、水解一接触氧化[19J、化学凝聚一半煤渣吸附㈣、混凝气浮～生物氧化【201等。1．3过程控制与控制系统过程控制一般是指石油、化工、冶金、机械、电力、轻工等工业部门生产过程的自动化。Illi．i1．过采用各种检测仪表、调节仪表、控制装置及电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、监督和控制，以达到实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约电源、改善劳动条件、保护环境卫生等目的【21I。1．3．1过程控制发展概况生产过程自动化是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的特征之。其发展经历了以下几个阶段1221：6 北京化f1人学硕+论文(1)初级阶段本世纪40年代前后，生产过程自动化主要是凭生产经验，局限于一般的控制元件及机电式控制仪器，采用比较笨重的基地式仪表实现生产设备就地分散的局部自动控制。在设备与设备之间或同一设备中的不同控制系统之帕J，没有或很少有联系。过程控制的目的主要是几种热工参数如温度、压力、流量及液位的定值控制，以保证产品质量和产量的稳定。(2)仪表化阶段本世纪50年代及以后10年问，先后出现了气动与电动单元组合仪表和巡回检测装置，因而实现了集中监控与集中操纵的控制系统，对提高设备效率和强化生产过程有所促进，适应了工业生产设备同益大型化与连续化发展的需要。随着仪表工业迅速发展，对过程控制对象特征的认识，对仪表及控制系统的设计计算方法都有了较快的进展。但从过程控制设计构思来看，仍处于各控制系统互不关联或关联甚少的定值控制范畴，只是控制的品质有较大的提高。(3)综合自动化阶段60年代至今，由于集成电路及计算机技术的飞速发展，由分散的机组或车间控制，向全车间、全厂甚至全企业的综合自动化发展，实现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的分散计算机控制系统，这是过程控制发展的一个新阶段。我国化工生产部门早在60年代初就开始采用计算机作自动检测和数据处理，后来又在石油分馏装置上采用计算机自动而合理地调整模拟控制器的设定值，开始进行闭环计算机监控(scc)，继而，又实现了某电站的电子计算机闭环控制，不久出现了采用数字计算机代替常规仪表的直接数字控$0(DDC)，并向最优化控制方向发展。在70年代，石油、化工、冶金及电站等重要的生产部门陆续采用计算机实现了SCC或DCC控制。近年来微型计算机与微处理器的迅速发展对实现分级计算机控制十分有利。微型计算机小巧灵活，控制的范围较小，数学模型容易建立，不同的算式也容易利用软件实现，用来实现机组一级的分散控制颇为方便。即使微型计算机(单板机或单片机)出了故障，影响较小，容易从上一级计算机控制系统中脱出，即易于检查修复，也不致于影响全局。总之，由于计算机硬件可靠性提高，成本较低，有直观的CRT显示，便于人机联系。它既没有模拟常规仪表那样数量多、仪表庞大的缺点，也不会出现采用大型计算机控制过于集中而一出故障就影响全局那样令人生畏的问题。可见采用分散集中的计算机控制是一种趋势，它J下迅速发展并成功地应用于生产过程控制。 北京化』‘人学硕十论文实现生产过程自动化对于发展国民经济，提高生产技术水平，加速实现_[业、农业、国防和科学技术现代化有着十分重要的意义，过程控制将在我国四个现代化的实现过程中得到更快的发展。1．3．2控制系统的发展(I)单回路控制系统单回路控制系统又称简单控制系统。它是由被控对象、检测元件及变送器、控制器和执行器组成一个闭合回路的反馈控制系统【23】。该系统结构简单，投资少，易于调整、投运，又能满足一般生产过程的控制要求，应用十分广泛，尤其适用于被控对象为纯滞后和惯性小、负荷和干扰变化比较平缓、或者对被控量要求不太高的场合。(2)串级控制系统串级控制系统由主回路和副回路构成。主回路是指处于控制系统外环的整个回路，其中包括主控制器、副控制器、控制阀、副对象、主对象及主变量变送器等组成的闭合回路，副回路处于串级控制系统的内环，由副控制器、控制阀、副对象及副变量变送器等组成的闭合回路，副回路有时又称随动回路。从结构上讲，主控制器的输出作为副控制器的设定值，两个控制器串联使用，从而完成定值控制的任务。由于该系统中副控制器具有“粗调”的作用，而主控制器起着“细调”的作用i2”，两者互相配合，使控制质量必然高于单回路控制系统。(3)前馈控制系统反馈控制是按照被控参数与设定值的偏差进行控制的，由于过程控制系统总是具有滞后特性，从干扰作用产生到被控参数的变化，需要一定的时间，所以这种控制总是滞后于干扰作用，是不及时的控制。这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰克服在被控量偏离设定值之前，从而限定了这类控制系统控制质量的进一步提高。为解决上述问题，提出了一种按照干扰作用进行控制的新的控制方法，该方法是当某一干扰一出现，调节器立即根据干扰的性质和大小，对被控参数进行控制，来补偿干扰对被控参数的影响，使被控参数基本不变化(或很少变化)。由于按干扰控制是在干扰发生瞬间而不是在被控量发生变化后进行控制的，所以称为前馈控制或扰动控制。前馈控制在理论上对干扰影响可以达到完全补偿，使被控参数不变。因此，它对时间常数或滞后时间较大、干扰大而频繁的对象有显著效果。 !!登些!：盔堂堡：!堡茎前馈控制系统按结构形式而言，又有静态前馈控制系统、动态前馈控制系统、前馈反馈控制系统、前馈一串级控制系统等I“I。为满足：[业生产过程对过程控制的某些特殊要求，在解决生产过程中的控制问题时，发展了不少其他特殊控制系统。如比值控制系统125l，它是用来实现两个或两个以上参数之间保持一定的比值关系的过程控制系统；均匀控制系统122,23】，它具有使控制量与被控量均匀缓慢地在一定范围变化的特殊功能；还有由～个调节器分别以某区段信号去控制两个或两个以上调节阀动作的分程控制系统；此外还有选择性控制系统、多变量控制系统Ⅲ1等。1．4污水处理自动控制的发展现状14．1污水处理的自动控制系统(1)国外污水处理的自动控制国外污水处理自动化技术已有数十年的发展历史，先后经历了仪表检测、仪表闭环调节、智能单回路(多回路)控制、计算机集中控制、PLC控制以及分布式计算机控制(DCS)等多个发展阶段。在污水处理控制领域，西方发达国家已经走出了一条从探索到相当成熟的道路。七十年代中期，随着微处理器的飞速发展，结合计算机网络技术，相继出现了用于污水处理过程的计算机分布式控制系统、分散式控制系统和集散式控制系统，提高了整个控制系统的稳定性，可靠性，使计算机控制在污水处理中真正普及丌来。这方面的代表是同本的同立公司的AQUAMAX80系列控制系统，英国Witney、Avnnmouth的污水处理厂、美国的WestPoint污水处理厂也相继采用了这’一控制系统。进入80年代，国外污水处理业一直在探索使用计算机技术来增强操作过程控制和管理水平。人工智能的突破，多媒体技术的出现，网络技术的发展，这些计算机技术的成果都为计算机控制提供了更高效的条件和可能。当前的污水处理控制领域，将最新的计算机技术，如专家系统、模糊控制、网络技术等运用到过程控制中已成为一股热潮，如美国Enos．Stover等开发了一种用于污水处理厂的专家系统，提供专家的诊断和管理功能，日本也设计了一种知识库系统，用于污水厂的管理。(2)我圉污水处理的自动控制 !!塞些!：叁堂堡±笙墨我国的水处理自动化起步较晚，70年代开始应用集中巡检，至80年代随国家工业水平的提高，计算机水平的应用，使水处理自动控制技术得以发展，特别是从国外引进自动控制技术以来，我国水处理自动化水平彳‘有了很大提高。目前，我国大型污水处理厂多采用DCS系统或PLC与PC组成的集散式控制系统，而小型污水处理厂和企业水处理的部分单元操作有的已采用自动控制，但几乎很少使用全过程自动控制系统。DCS控制系统诞生于1975年，我国化工系统1981年首先应用ⅢI，它由多台计算机和现场终端机连接而成，适用于连续性过程生产控制。浚系统软、硬件齐全，响应时间短，对处理模拟量和回路调节具有强化功能。哈尔滨三水厂、南通狼山水厂都是采用这种控制系统。PLC+PC的集散式控制系统具有DCS控制系统的功能，可集中、分散、现场三级控制，实时性、可维护性和软件开发较强。沈阳李巴彦水厂、镇江金西水厂、南京上元水厂、广东江门西江水厂、广东台山二水厂、西安曲江水厂等都采用了这种系统ⅢI。14．2单元操作的自动控制近年来，国内外许多学者致力于污水处理单元操作的自动控制研究，并取得了一定成果，这些单元操作的自动控制主要有pH值的自动控制、曝气池的自动控制、沉淀池排泥量的自动控制等。(1)pH值的自动控制由于酸碱中和过程通常呈严重非线形特性和时变性，所以pH控制非常困难，而且还往往造成中和剂的大量浪费，国外90年代丌始研究采用专家系统智能控制技术来实现废水处理中的pH控制，取得有效成果[28,291，采用专家系统智能控制，其思想是根据不同运行阶段的不同特性，相应采用不同的控制方式，以分别取得最佳效果[30,31I。杭州电子工业学院的庞全等人也于1993年开始专家智能pH控制系统的研究，他们将pH反应过程分为非灵敏区、过渡区和灵敏区三个阶段，分别采用当量控制、限速控制和间隙微量控制，取得了很好的效果m’3”。浙江大学化工系麻江昭、杨宗岭设计了一种分程控制系统，具体讲是将输出信号分成0-5mA和5～10mA两段，以分别控制酸碱阀，此系统在造纸厂已经得到应用m’。另外，还有报道工业废水的pH值微电脑控制系统【351。(2)曝气池的自动控制 j!要些!：查堂堡主丝墨在曝气池中，进水的流量、成分和浓度不断发生变化，底物和微生物问相互作用的微观机制难于用精确的数学模式来表达，故基于机理的控制非常困难[361，但长期污水厂的运行，使训练有素的工程师积累了相当丰富的专门知识，在此基础上诞生了专家系统。1980年，Tong等人m1在英国Norwich污水处理厂建立了一个系统，这是最早具备专家系统雏形的典型系统之一，他们是将出水BOD、SS、曝气池MLSS、DO和回流污泥Ss及出水NH，．N浓度、回流污泥量等的监测数据作为输入变量输入该系统，“模糊化”以后再与规则集中进行匹配，随即确定可用规则和相应控制手段，控制手段包括调节曝气池DO浓度、调节污泥回流比和改变剩余污泥排放量。差不多同时，美国学者Flanaganl38’建立了另一套活性污泥工艺的控制策略。此后，很多学者[39,40,411对此进行了大量研究，但由于缺乏系统的获取知识的方法等众多原因，大多数系统还只是一些小的原型，只作过有限的测试和评价。60年代最优控制理论较完整地建立，70年代有关活性污泥的最优控制开始起步，从此以后，很多学者对此课题进行了大量研究。在这些研究中，多数以回流污泥量作为控制变量142,43A4l，这属于单变量最优控制；少数以污泥排放量和污泥回流量(或进水流量1为控制变量[45,46I；几乎所有的研究都以平均出水底物浓度或出水底物浓度波动最小为性能指标m删，只有Kabourisl441等极少数研究以回流污泥与排放污泥的能耗最小为性能指标。目前，污水处理厂出水中的底物浓度较高或波动大与运行费用较高是普遍存在的两个问题，也是两个永久性的研究课题，哈尔滨建筑大学的彭永臻等人【491将这两个问题联系起来，他们进行了以Q。和DO为控制变量，以出水质量为约束条件，以运行费用为性能指标的活性污泥法多变量最优控制问题的研究。此外，青岛海泊河污水处理厂在曝气池工艺段采用以DO为目标值的控制，它是用空气阀门和鼓风机进风导叶片角度相结合的调节方式进行曝气量的优化控制，在确保氧转化效率的前提下最大可能地节约能耗”“。(3)沉淀池排泥量的自动控制沉淀池排泥主要控制排泥量和排泥周期及排泥的过程，目前基本上采用一台PLC来控制，依据排泥规律、泥位和生产经验设定方式来工作127’。如青岛海泊河污水处理厂【501在移动式排泥车的潜水吸泥泵下方配置水力预旋系统，按进水流量比例调节沉淀池排泥量，其中回流污泥量的控制采用按进水量比例调节的方式； 一!!巫些j：叁堂堡±堡茎剩余污泥量采用时间控制方式，利用PLC的计时功能很简便地实现流量的精确调节。(4)投加混凝剂的控制药剂投加控制目前有三种方式口71：SCD、数学模型法和模拟沉淀法。SCD投加系统多以原水流量为前馈变量，通过一台PLC来控制，调节加药泵的转速，SCD为后馈变量控制加药泵的冲程。这是目前控制混凝剂投加比较多的型式。主要是采用美国MILTONROY公司产的SC5200、SC4200，也有采用国产单因子SCD控制的。数学模型法没有机械部件，比较稳定，在国内已有应用。水质模型控制多因厂高不同、水质差异而采用不同的模型和参数。如哈尔滨三水厂采用流量、浊度、水温、电导率作为参数，南京上元门水厂采用浊度、水温、DH、NH3-N、碱度为控制参数，广东汕头新津水厂则采用流量、浊度、水温、混凝剂浓度。模拟沉淀控制已在南通狼山水厂应用，它是以流量、浊度、水温为前馈参数，模拟沉淀出水浓度为反馈参数进行控制的。(5)投氯控制投加氯气的控制一般以原水流量为前馈量，进清水池处余氯为后馈量，在PLC中组成一个前馈一后馈闭环比例控制系统。在投氯控制中一般设泄氯警报和自动切换装置和地秤系统，藉以配合来实现投氯的自动控制127l。由以上文献综述可知，我国污水处理的自动控制水平较为落后，因此丌发一套适于我国国情的污水处理PLC自动控制系统是十分必要且有意义的。本文以青岛藤华染色有限公司废水处理工程为背景，在深入分析工艺的基础上，研究开发出pH调节池、曝气池、过滤与吸附、出水池以及单元操作之间输送泵的自动控制单元，进而用一台PLC和一台计算机构成一套集中控制与上位监控系统，对藤华工艺的全过程实行自动控制。以下各章就这些工作逐一论述。 北京化j：人学硕十论文第二章藤华公司废水处理工艺简介青岛藤华染色有限公司是一家中日合资企业，以生产针棉织品为主，其染整生产设备全部采用进口设备，技术上较为先进，在一定程度上代表了国内染整行业的最高技术水平及发展趋势。在有资金保证的情况下，相应的废水处理设施经过优选工艺、精心设计、严格施工，自建成以来一直处于正常运转中，出水水质长期稳定并达到设计要求。2．1废水处理工程概况藤华染色有限公司地处青岛市区与城阳区交界处，流亭镇政府所在地，由原青岛市第十棉纺厂与同本两家较大的纺织工业企业(伊藤忠商事株式会社和近藤纺织株式会社)合资兴建，中方和日方资本比例分别为5％和95％。该公司利用原青岛第十棉纺厂的厂址，重新兴建厂房，引进全套同本产染整设备，总投资3000万美元。藤华废水处理工程与生产设施同时进行设计和施工，并同时投入运转。在工程建设过程中，R方的指导思想是要建设在国际上都能达到一流水平的染色废水处理工程。本着这一思想，该工程中所有主体设备均从R本引进，这些设备代表了当今染色废水处理领域中的国际先进水平和发展趋势。作为设计及建设承担单位的北京市环科院，则在方案选择、工艺设计、施工建设、调试运转等各环节力求做到精一心、严格。工程建成以后受到各方好评，成为染色废水处理工程中的佼佼者。藤华公司废水处理工程规模为2400m3／d，建设分两期进行，其中一期工程1200m3／d，于1996年l～3月设计，4月动土兴建，当年11月完工并投入部分运转。1997年4月完成二期工程，同时对整套设施进行工艺调试，1997年11月工程通过了青岛市环保局主持的验收。藤华公司废水经处理后出水最终排入附近的白沙河，入胶洲湾。根据青岛市环保局的要求，该工程的处理出水执行国家I级标准。处理前后的水质情况列入表2—1中。 北京化I‘大学硕十论文表2—1藤华公司废水处理工程进水水质及处理要求项目实际进水水质出水要求PH值6～126～9SS(m∥L)100～25070色度(倍)300～50040COD。(m∥L)600～2000100BOD5(mg／L)250～600252．2废水处理工艺流程藤华公司废水处理工艺流程如图2—1所示，包括预处理、二级处理和三级处理i个部分。漂染废水卜_—-1有毒气体的吹脱染色及精炼废水污泥脱水集水池广—1同体杂物隔除仟黑手悭叶竺快速砂过滤卜———刊活性炭吸附卜_——叫出水池图2—1藤华公司废水处理工艺清水外排预处理主要由有毒气体吹脱、杂物隔除、pH调整、水质和水量的均和等单元组成。染色车问不同工段的废水分流引入废水处理流程，由于漂白工段使用亚氯酸钠为漂白剂，因此漂白废水中含有较多有毒气体CIO：，通过单独在漂白排水池中对其进行曝气吹脱，可达到去除目的，以利于后续的生化处理，吹脱后的漂白废水与染色及精炼废水混合进入次一级流程。杂物隔除采用水力筛，由于栅条阳J距较小，仅0．75mm，所以不仅能隔除较大杂物，也能去除掉很大一部分悬浮的织 北京化J：大学硕十论文物纤维，为后续处理减轻了负担。pH调整过程设一pH调节池进行酸碱中和，以将pH值中和到所需范围内。pH调整以后的废水进入原水调节池进行水量调节和水质均和，然后引入生化处理单元。本工艺的二级处理采用了国外较为流行的延时曝气活性污泥法。延时曝气活性污泥法是活性污泥法的一种改进形式，该法增大了反应池容积，延长了停留时间，生成的降解性污泥大部分被内源呼吸所消耗，减少了污泥量，该单元出水的BOD值可以降到很低，大部分有机污染物通过该单元去除。本工艺的三级处理采用活性炭吸附。因为染料的可生化性较差，去除色度的效果不很理想，因此生化处理以后进行活性炭吸附脱色，以去除残余的有机物。为延长活性炭使用期限，防止吸附床堵塞，在吸附前设压力过滤单元。为重复使用活性炭，本工程建有活性炭微波再生装置。由于使用了延时曝气工艺，整个系统污泥产量很少，且沉降絮凝性能良好，在污泥处置单元中不设浓缩池，剩余污泥加药絮凝后直接进入带式压滤机进行脱水。废弃的活性炭和脱水后的干污泥掺入煤中烧掉，不造成二次污染。2．3主要操作单元由图2-1的工艺流程可知，藤华公司废水处理工艺主要由pH调整、曝气池操作和脱色操作等单元组成，各单元的详细情况如下：2．3．1pH调整单元染色生产中排放的废水一般都不是中性的。漂白废水常呈弱酸性，煮炼废水则呈强碱性，几种废水混合以后pH值一般在6～12之间变化，这样的pH值对后续流程J下常运转有很大危害。生化处理单元所要求的pH值应在6～9之间。PH值的调节最好设置pH调节池，池中通入空气或用搅拌机进行搅拌混合，以保持水质随时均和，便池内呈现完全混合流态。将pH电极设在池内，这样可使调节过程有相当的缓冲余地，得到的pH值更稳定。染色废水在大部分时徊J里是呈强碱性的，呈酸性的时候很少，因此在设计加药系统时，酸的贮药设备及计量设备应该比碱更大。设置足够容量的贮酸设备是为了避免酸的补充过于频繁，减轻劳动强度和管理繁琐程度。2．3．2曝气池操作单元 一!!室些．!：叁堂堡±堡塞藤华工艺曝气池操作单元采用的是活性污泥法。活性污泥法是通过在曝气池中形成的细菌、真菌、原生动物等所组成的菌胶团发挥其强有力的吸附絮凝作用，对有机污染物进行氧化分解，达到去除目的。该法广泛应用于城市污水及有机型工业废水的处理中。根据曝气池中混合液的流态及水力特征，活性污泥法分为推流式和完全混合式两种，藤华工艺采用的是推流式。推流式又称活塞流式，其曝气池一般呈长方形，混合液在沿流动方向上没有混合作用，废水中有机污染物的浓度沿水流方向逐渐减小。完全混合式是利用空气或机械的搅拌，使曝气池内混合液处于不断循环流动中，混合液成份在池内任何地方都是相同的，当原水进入曝气池时，立即被完全稀释混合。活性污泥法的两种流态形式各有特点。推流式较好地模拟了微生物对有机物的降解过程，运行稳定，污泥性能良好，管理和过程控制比较容易，缺点是溶解氧量分配不合理，抵抗冲击负荷的能力较差。完全混合式克服了这两个缺点，但过程控制相对难一些，污泥性能不如推流式好，且容易产生短流现象，影响出水水质。曝气池池型的选择对活性污泥系统的运转有较大影响。选择池型时要考虑上述诸多因素。值得强调的是，当对出水水质要求很高且追求处理系统的可靠性时，应首先考虑选用推流式，这也正是藤华工程中采用推流式曝气池的原因所在。活性污泥法按曝气方式及处理机制等方面的不同，可分为阶段曝气、吸附再牛、多点进水、延时曝气等多种工艺。藤华工艺中采用的是延时曝气法，延时曝气法采用较长的曝气时间和较低的污泥负荷，池中的微生物处于内源呼吸阶段，在充分氧化分解有机物的同时，使污泥在曝气池中得到部分好氧氧化，因此产泥量少，而且出水水质优良，污泥的絮凝沉降性能也良好。延时曝气池的缺点是曝气池容积大，基建费用较高。染色废水的可生化性比城市污水差，主要原因为染色废水中含有一些残余染料和助剂，由比较稳定的环状有机物组成，这些环状有机物可以通过化学方法(如用重铬酸钾为氧化剂)氧化分解而生化降解的速度却很慢，造成BOD／COD值较低。当采用延时曝气法时，由于废水停留时间较长，这些难降解的有机物可以得到充分分解，对提高出水水质颇有好处。因此，如果资金允许，在水质要求较高的情况下，延时曝气工艺是一种很有价值的工艺。23．3脱色操作单元 ——一一!!巫些．!：叁堂堡主堡茎目前，脱色方法可分为生化法和物化法。生化法脱色效果不理想，一般的好氧生化法只能去除掉30％～50％的色度，远不能使出水达到排放要求。物化法主要有三种：混凝法、吸附法和氧化法。氧化法是利用臭氧、紫外线等作为氧化剂，将废水中引起色度的有机物通过化学反应得到分解。由于设备费用和可靠性等方面的原因，使这～方法一直没有得到真正意义的推广。混凝法在国内占有绝对优势，而在国外则以吸附法为主。藤华工艺选用了吸附法。吸附单元按操作形式可分为问歇式和连续式两种。间歇式操作由于很繁琐，一般只用于实验室中试验活性炭的性能，工程上很少应用。连续式操作分为固定床、移动床和流化床三种，后两种一般适用于大规模污水处理厂。固定床又分为升流式和降流式，且可以多级串联。降流式固定床吸附效果较好，但水流通过炭层时水头损失较大，当进水中悬浮物较多时容易堵塞炭层，必要时应进行反冲洗。为防止堵塞，有时在吸附操作之前增加砂滤单元以降低悬浮物浓度。在藤华废水处理工程中就是选用降流式固定床。藤华工程的活性炭吸附单元采用了从美国进口的破碎粒状炭，材质为活性无烟煤。吸附反应器采用压力降流式，设有反冲洗系统。反应器分两期共建造四个，在管道设计上有相当的灵活性，可以串联操作，也可以并联操作，可同时使用，亦可单独使用其中的一个、两个或三个。反应器直径2．6m，填充的炭层高度为2．25m。活性炭使用周期为一个月，届时将炭全部卸出进行再生。再生损耗率约为5％，装炭时补充相应数量的新炭。2．4处理效果及运转情况设施建成后经过一年的运转，未发现故障和隐患，证实了工艺和设备的可靠性。处理效果见表2．2，各项指标达标率均为100％。表2-2藤华废水处理工程处理效果项目设计出水要求处理出水实际水质去除率(％)PH值6~97～8色度(倍)400～3265～100SS(m∥L)70<4>95BOD5(mg／L)2595COO．(mg／L)100<40>90 北京化I：人学硕十论文由以上藤华公司废水处理工艺介绍可以看出，欲建立全厂自动控制系统，首先应对pH调节、曝气池、过滤与吸附、出水池以及各主要操作单元之问的输送泵进行自动控制，进而开发整个废水处理工艺的集中控制系统，再用计算机实施全过程监控。 北京化1人学硕十论文第三章PH调节池的自控系统在青岛藤华废水处理工艺中，废水pH值变化很大，为保证废水处理效果，特别是鉴于后续延时曝气活性污泥法处理过程的需要，废水pH值需要调整到6～9之间。目前，国内外研究pH值控制的特别多，工业上已应用的也为数不少，但很多情况下工业上应用的控制技术及方案都是从别的领域照搬过来的，真J下根据污水处理的特点而针对污水处理开发的自控系统却很少见。如90年代国内外研究丌发的专家系统智能控制技术，控制效果好但结构复杂，投资高，适用于农药提炼等要求较高的场合，用在污水处理上则有些大材小用。鉴于这种现状，本文针对藤华工艺废水处理的特点研究开发出一套结构简单、控制效果又能满足污水处理要求的pH调节池PLC自控系统。3．1被控参数的确定在pH调节池的自控系统中，显然最直接的方法是以pH值为被控参数，而且目前国内外在酸度计的生产上有非常成熟的技术和经验，酸度计的测量精度及准确度都很高，例如，北京环科环保技术公司生产的HBPH—3型工业酸度计是选用几本横河公司生产的PH传感器组件(包括玻璃电极、参比电极、温度传感器、壳体及电缆)，配以超声波清洗探头等组成，在工业上得到广泛应用，因此选用pH值作为被控参数在实时性、准确性、可行性上具有无与伦比的优越性，是非常明智的选择。3．2控制参数的确定调节pH值的方法～般为加酸或加碱中和，在工业上酸碱是由酸碱泵输送的，所以酸碱泵的开启是加酸或加碱的最佳控制方法，因此本文选用酸碱泵的开启作为控制参数。3．3控制系统的设计3．3．1控制目标与系统组成 ——一j!巫些!：盔堂堡±笙茎本系统要求根据pH调节池中废水的pH值，自动加酸或加碱，将调节池出水的pH值调整到“9之间。控制系统主要由pH探头、酸度计、PLC、酸泵和碱泵组成，其中pH探头为检测元件，酸度计为变送单元，PLC为控制器，酸泵和碱泵为执行单元。3．3．2控制原理(1)分程控制在工业废水处理中，由于废水流量的变化及酸碱含量的变化都很大，造成pH值的变化幅度也很大，因而要求根据pH值的变化适时地加入酸或碱，这种情况下若采用普通的负反馈控制，显然无法满足控制的要求，所以我们采用了分程控制方案。所谓分程控制，实际上就是用一台控制器去操纵两个阀门，并且按输出信号的不同去操纵不同的阀门。具体讲是当废水偏酸性时，酸阀呈关闭状态，打丌碱阀加碱；废水偏碱性时，碱阀呈关闭状态，打开酸阀加酸，这样就可以适时地加酸或碱，将废水pH值控制在要求的范围内。(2)4个pH值限对于废水pH值的PLC自控系统，有两个pH值限与4个pH值限两种方案。两个pH值限是指pH值上限和pH值下限，具体讲是当调节池中废水的pH值大于上限时打开酸阀，低于上限时关闭酸阀；当调节池中废水的DH值低于下限时打丌碱阀，高于下限时关闭碱阀。这套系统的设计基点是把pH调节池假想成全混流，但由于流体停留时问分布和流动非均匀性的限制，事实上口H调节池不可能混合那么均匀，总有些微小流团冲击pH电极，造成酸度计输出的pH值来回摆动，致使酸碱阀在短时间内频繁开启，特别是工业应用时PLC直接控制酸碱泵，会给泵造成很大损坏。为解决这一问题，本文提出了有4个pH值限的PLC白控方案。在4个pH值限的自控方案中，4个pH值限按pH值由大到小分别为酸阀开限，酸阀关限，碱阀关限和碱阀开限。在本实验中4限分别为8．5，8．0，7．0和6．5。整个系统具体讲是当调节池中废水的pH值大于8．5时打开酸阀，中和至低于8．O时关闭酸阀；低于6．5时打开碱阀，中和至高于7．0时关闭碱阀，这样以来，即便pH调节池混合得不是很均匀，有些微小流团冲击pH电极，但只要pH值变化幅度不大于0．5，就不会影响阀的开启状态，这样就弥补了两个pH值限控制方案的不足。20 北京化I‘大学硕十论文3．4控制流程基于上述思想，本文编制了pH调节池的控制程序，控制流程示意如图3-l所示。废水在酸性或碱性报警时，为防止无人发现，本系统引入了自动报警装置，图3-1pH调节池控制流程示意 北京化～I：人学硕十论文同时，当酸性报警时自动打开碱阀；碱性报警时自动打开酸阀。另外，系统设有自动和手动两种运行状态，在工艺调试或异常情况报警时可以采用手动控制。3．5结果及讨论3．5．1调节效果工业废水有的呈酸性、有的呈碱性、有的呈酸碱变化。本文采用所开发的口H调节池控制系统分别对这3种废水做了A、B、c实验研究。3个实验的进、出口废水的pH值的数字特征见表3—1，-实测的进、出口废水pH值变化曲线如图3-2图3-4所示。由pH值变化曲线及表3．1中数据可知，无论进口废水是酸性、碱性、还是酸碱变化，出口废水的pH值都能调节在6．50～7．96之间，不仅完全满足工业控制pH值调节到6～9之间的要求，而且调节精度很高，均在平均值附近变化。159l3172l时间(raill)图3-2进口为酸性条件的进、出口废水pH值变化曲线一■一进口一●一出口l5l2捌9毛630：_／h-．I——I-II-I-．●●●●～●●●●●—-●●●●●●●-●●●159I3172I时fHl(rain)图3-3进口为碱性条件的进、出口废水pH值变化曲线一一i进口●出口2286420四z4 北京化1：人学硕十论文_，1．△一一口⋯[913l72时间(min)图3-4进口为酸碱变化的进、出口废水pH值变化曲线一■一进口一●一出口表3-1第1组实验进、出口废水pH值的数字特征I项目进口废水DH值出口废水pH值最小值虽人值最小值最人值平均值标准著A2．266．986．507．046．660．1433B9．4311．647_357．967610．1884C2．231I．726．707．527．170．2264由pH值变化曲线及表3-1中数据可知，无论进口废水是酸性、碱性、还是酸碱变化，出口废水的pH值都能调节在6．50～7．96之问，不仅完全满足工业控制pH值调节到6～9之间的要求，而且调节精度很高，均在平均值附近变化。35．2调节范围为检验此系统是否能将出口废水pH值调节到比6～9更小，做了将出口废水DH值调到6．5～7．5之间的实验D，结果如图3．5所示。另外，有时要求出口废水为酸性或碱性，为检验此系统在这种情况下是否能使用，又分别做了将pH值在2～12之间变化的废水调到3～5之间的实验E和调到9～11之间的实验F，结果见图3-6和图3—7。3个实验进、出口废水pH值的数字特征见表3—2。由进、出口废水pH值变化曲线及表3—2中数据可知，这3种情况下出口废水均能满足调节要求，而且出口废水的标准差最大只有O．5167，因此调节精度都很高，从而证明这套系统在这3种情况下均能使用。529630 北京化jj人学硕+论文135时间791(min)图3-5出口废水pH值为65～75的进、出口废水pH值变化曲线一一一进口一●一出口15I2趔9毛6301357911时问(min)图3-6出口废水pH值为30～5．0的进、出口废水pH值变化曲线一■一进口一●～出口1512趔9毛631335791时间(min)图3-7出口废水pH值为9．O～110的进、出口废水pH值变化曲线一●一进口一●一出口529630四=A ——一!!堕垡．!：查堂堡主笙茎表3-2第2组实验进、出口废水pH值的数字特征进口废水pH值出口废水pH值项目最小值最大值最小值最人值平均值标准差D2．2811．626．747266．98O．1696E2．161l803．554．794．2704318F2．1111839．1910．469．560．51673．5．3对比试验在进121废水和酸、碱流量等条件都相同的情况下，做了6次两个pH值限和4个pH值限的对比实验，结果如表3—3所示。由表3．3数据知，两个pH值限的控制系统比4个pH值限的控制系统丌启阀次数平均要多1倍。特别是实验过程中，当pH调节池混合不均匀，有些微小流团冲击pH电极，造成pH检测仪输出的pH值来回摆动时，两个pH值限方案中的酸碱阀在短时间内频繁开启，对硬件损坏很大。因此，采用4个pH值限的PLC自控系统可使设备运行可靠性增加，事故率降低。表3—3对比试验中两种方案的开启阀次数对比1次数LlL2X(％)次数LlL2Xf％、f17638JOO48440110I28842’10955422145．5I34616187．567131138．5沣：L。为两个pH值限方案的开启次数L2为4个pH值限方案的开启次数揣表1i(Ll—L2)／L2★100％3．5．4讨论在研究中发现，以下两个问题应予以注意：(1)废水在调节池中要有足够大的平均停留时间。因为废水中常含有一些弱酸、弱碱，即使用强酸、强碱中和，中和反应也需要一定时问。其次，调节池中不论是用曝气混合还是用机械搅拌混合，都需要一定的平均停留时问来保证混合均匀。更重要的是，若平均停留时间太短，进口废水对调节池中pH值的冲击大，使pH值变化迅速且变化幅度大，会导致系统不易控制。(2)酸、碱流量的选定及浓度的要求。酸的流量要满足酸中H+的流量要略 北京化l：大学硕士论文大于进口废水中OH‘的最大流量。因为如果前者小于后者，当某段时间进口废水中OH。达到最大流量时，加入的酸无能力将废水中和至6～9；如果前者远大于后者，调节池中pH值变化迅速，会带来酸碱阀频繁开启，故前者应略大于后者；在满足这一点的前提下，酸浓度应尽量大，以保证将废水快速中和。同理，碱的流量应满足碱中OH。的流量要略大于进口废水中H+的最大流量；在满足这‘点的前提下，碱的浓度也应尽量大。在本文研究中，经过几次尝试，将废水在pH调节池中的平均停留时问增加到5分钟以后，解决了调节池中废水的pH值变化较快、不易控制的问题：另外，为保证酸碱中和反应速度，实验中选用0．5mol／L的硫酸溶液和1mol／L的氢氧化钠溶液。实践证明，这些措施是切实有效的。 北京化I：人学硕u}=论文第四章曝气池的自控系统在经过原水调节池和输送泵的调节后，曝气池进水的水量及其COD见表4—1和表4—2。由表中数据可知，进水水质和水量虽经原水调节池和输送泵一定程度地均和，但变化仍很大，故曝气池所需曝气量也要经常变化。因此，为保证出水水质及节约能源，需要经常改变开启风机的台数，不仅操作频繁：而且也很难保证曝气池中有适量的溶解氧，而采用自动控制便能很好地解决这一问题。表4—1曝气池进水COD的变化1日期2000．4．262000．5．92000．5．162000．5．232000．5．311进水COD(mg／L)273．0936l47332．3227519246．021日期2000．6．152000．7．122000．7182000．8．920008．15I进水COD(rag／L)280．59272．41299．68314．92153．92表4-2曝气池进水水量的变化日期2000．592000．5．i02000．5．112000．5．122000．5．16进水水譬(m3／d)13851212143014071468日期20005．172000．5．182000．5192000．5232000．5．24进水水量(m3／d)102712431418147414334．1被控参数的确定延时曝气活性污泥法系统的控制，主要通过对微生物所利用的基质的控制来实现。为了对基质进行有效控制，必须保证曝气池中微生物生长的各种环境因素，这些因素包括：溶解氧(Do)、温度(T)、pH值及有毒物质等。(1)溶解氧(DO)溶解氧是指溶于水中的游离氧，它是衡量水质优劣的一个参数。在200C、一个大气压时，清水中的饱和溶解氧值为9．17m∥L。研究表明，溶解氧的大小会直接影响到微生物的代谢活动，为了满足好氧微，￡物『F常活动的需要，提高系统的处理能力，必须向处理系统供氧，以保持足够的溶解氧浓度。污水中的溶解氧值是出出水水质和能量消耗两方面因素决定的。 北京化1人学硕十论文溶解氧低会使微生物代谢活性降低，好氧微生物不能正常进行氧化分解和硝化作用，从而起不到生化处理污水的作用，直接造成出水水质达不到要求；但是，溶解氧也并非越高越好，从工艺上讲，污水中的溶解氧过高，曝气时间过长，将导致“过曝”，过曝的直接后果是破坏了活性污泥絮凝体，使之变成长丝状或微细致密的颗粒，虽然曝气池中BOD；、COD等水质指标的去除率能达到标准，长丝状或致密的活性污泥絮凝体在沉淀过程中也易于沉淀，但是微细颗粒却难于沉淀，使得出水浊度变高，同时溶解氧过高也造成能源的不必要浪费。因此，溶解氧应保持在一个适当的范围为最佳。虽然一般认为对好氧微生物DO>0．3mg／L既己足够，但国内外的标准均规定：曝气池出口处溶解氧浓度应控制在2．0mg／L左右为宜。(2)温度微生物的生理活动及其所处环境温度有密切关系。在温暖季节水温适宜时，污水处理情况较好，出水水质较好；而在严寒季节，水温过低时，处理效果就差，这是因为微生物酶系统的工作有一定的适宜温度范围，在这个范围内，微生物的生理活动活跃，旺盛生长，繁殖正常，物质代谢较快。根据经验，污水水温在200c～300C之间为适宜范围，若水温超过350C或低于lOoC时，处理效果就下降。(3)pH值污水的pH值也是一项重要参数。因为，污水中的氢离子浓度的高低影响了微生物的生长与存活。每类微生物都有适宜的生长pH值范围。pH值过低、过高都是不适宜的，一般位于6．5～7．5之间是最适宜的，因为这个范围内微生物的生长繁殖情况最好。若pH值低于6．0，将对霉菌生长有利，而霉菌对污水的处理具有极大的破坏作用，造成污泥膨胀。同样，pH值过高达9．0时，原生物将由比较活跃转为呆滞，菌胶团粘性物质解体，活性污泥遭到破坏。根据曝气池处理系统的运行经验来看，污水的pit值位于6～9范围内较好。(4)有毒物质有毒物质是指对微生物具有抑制及杀害作用的那些化学物质，毒物对微生物的影响是破坏它们的细胞结构，主要是破坏细胞的细胞质膜和机体内的酶，使酶失去活性，细胞质膜遭到破坏，使机体外界物质进入细胞体内，而体内细胞质也溢出体外，这就破坏了微生物的jF常生理活动。 一j!窭垡．!：叁堂堡兰堡茎许多重会属离子，如：砷、铅、镉、铬、铜、锌等对微生物有毒害作用，它们能与细胞内的蛋白质结合，而使蛋白质变性，使酶失去活性，因此在污水处理过程中，对这些重金属离子需加以控制，使其在允许范围内。此外，又如：酚、氰、醛、硝基化合物等，一方面对微生物有毒性，另一方面又能被某些微生物分解利用，使之无毒。但微生物对其能承受的浓度有一定限度。因此延时曝气活性污泥工艺中影响微生物生长的主要因素有溶解氧、温度、pH值、有毒物质等。由于染色废水水温较高，藤华废水处理工艺采用加大原水调节池中的曝气量，与此同时加大活性污泥系统中剩余污泥排量的方法，以保持水温在夏天最热的月份不高于350C，实践证明这些方法是切实可行的。藤华工艺中污水pH值经过pH调节池调节已中和至6～9之间，可满足活性污泥的要求。而废水主要来自于练漂车间、染色车间和整理车间，不存在对微生物有毒的物质。故影响藤华工艺曝气池运转的主要参数只剩下溶解氧一种，因此选用溶解氧作为被控参数。4．2控制参数的确定溶解氧是生化法处理废水的重要参数，从理论上讲，溶解氧可以控制在所需要的任何水平上，而实现污水中溶解氧的控制最常用的方法是曝气。曝气的作用是促进气体与液体之问的物质传递，供给微生物所需的氧气，同时又能起到混合搅拌的作用。曝气系统的控制也是污水处理厂即能保证出水水质，又能达到节能目的的有效途径。曝气系统发展到今天，将空气供给量作为需氧量的控制参数已经成为共识，藤华工艺中鼓风机为4用1备，共5台风机，由于进入曝气池的水质及水量随时变化，再加上微生物的活动特性决定了曝气池出口废水溶解氧的变化随曝气量的变化并非十分敏感，所以空气量就没有必要通过进口阀调节、或出口阀调节、或进口导向叶片角度调节、或电机转速调节等方法精确调节，只要通过开启风机的台数来控制就已足够。另一方面，精确调节需要模拟量控制，增加了控制系统的复杂程度和投资费用。因此选用鼓风机的开启台数作为控制参数。4．3被控参数范围的确定 ——一．!!翌些!：叁堂堕±笙茎人们一般认为生化法污水处理过程最充分的好氧条件，是污水中的溶解氧浓度在2mg／L左右。由于本文研究基于青岛藤华染色有限公司的废水处理工艺，为了保证控制的准确性，我们未采取经验数据，而是到现场采集数据，再进行分析、处理，力求找出最佳的被控参数范围。4．3．1原理当曝气不足时，溶解氧低会使微生物代谢活性降低，好氧微生物不能J下常进行氧化分解和硝化作用，从而起不到生化处理污水的作用，直接造成出水水质达不到要求，而COD是衡量水质的一个重要参数，所以曝气池出口废水COD值是衡量曝气是否充分的一个重要指标。另一方面，曝气过量时，污水中的溶解氧过高，将导致“过曝”，过曝的直接后果是破坏了活性污泥絮凝体，使之变成长丝状或微细致密的颗粒，虽然曝气池中BOD，、COD等水质指标的去除率能达到标准，长丝状或致密的活性污泥絮凝体在沉淀过程中也易于沉淀，但是微细颗粒却难于沉淀，使得出水浊度变高，容易造成污泥膨胀，而检测污泥沉降性能简便有效的方法是污泥沉降比，因此，我们根据工艺现场运行数据中曝气池出口废水的COD值和污泥沉降比，来寻找被控参数的最佳范围。4．3．2被控参数的范围表4-3曝气池出水溶解氧与化学耗氧量、污泥沉降比的关系日期4254．305．125．226．67．37．177．247．318．7Do1．81．71_33．63．23．32．62．82．03．1CoD48．2860．5788．945．8253．2614．98】5658．6636．6855．05SV151415．51615171514．513513根据表4—3绘制的曲线如图4—1和图4-2所示。图4—1表明，溶解氧在1．8～3．6mg／L之间时，出水COD值小于60me,／L，处理效果良好，考虑到节能的需要，应把溶解氧控制在1．8—2．6mg／L之间为最佳；又由图4．2可看出，溶解氧在1．8~2．6mg／L之间时，污泥沉降性能也很好，故应将曝气池出水溶解氧控制在1．8～2．6mg／L之间为宜。4．4控制系统的设计 ——!!室些!：叁堂堡主堡壅2870窘嚣i81011．522．533．54D0图4-1曝气池出水Do与COD的关系2015磊105O11．522．533．54DO图4-2曝气池出水D0与sv的关系44．1控制目标与系统组成根据曝气池出口处废水的溶解氧值，由程序决定开启的鼓风机台数，以使曝气池出口处废水的溶解氧值控制在I．8~2．6mg／L之间，这是本系统的控制目标。控制系统主要由溶解氧探头、溶氧仪、PLC及5台鼓风机组成。其中，溶氧仪探头置于曝气池出口处在线测定，为控制系统的检测单元，溶氧仪则为信号变送单元，PLC为控制器，5台鼓风机为执行单元。4．42控制原理(1)被控参数单点检测根据曝气池中混合液的流态及水力特征，延时曝气活性污泥法分为推流式和完全混合式两种，藤华工艺中是选用推流式。推流式较好地模拟了微生物对有机物的降解过程，根据微生物的生长情况可分为滞后期(不一定出现)、对数生长期、减速生长期和内源呼吸期，因此沿水流方向所需氧不均匀，在藤华工艺中，曝气管主管道是沿水流方向逐渐变细的，结合进入曝气池支管的阀门调节，曝气量的分布可满足微生物对有机物降解过程的需要，因此只要出口处废水的溶解氧 一!!至些!：查堂堕主堡茎满足要求，整个过程的溶解氧即能满足要求，因此只需在出口处设置一个溶解氧探头即可。(2)单回路控制系统曝气池的自动控制选用单回路控制系统。所谓单回路控制系统是由被控对象、检测元件及变送器、控制器和执行器组成一个闭合回路的反馈控制系统。该系统结构简单，投资少，易于调整、投运，尤其适用于象曝气池这种随干扰变化比较平缓的场合。此系统具体工作过程为溶氧仪通过溶解氧探头测得曝气池出L]废水溶解氧值，液晶显示其溶解氧值并将其测量信号传送给PLC，PLC相应给出丌关信号，控制5台风机的开关，以保证曝气池内的微生物有充分的好氧条件。，3外，当溶解氧值超过报警限时，系统会发出报警铃声。溶解氧值与开启鼓风机台数的对应关系见下表，此对应关系也可在运行过程中根据情况作相应调整，只要保证出口废水溶解氧在最佳范围内即可。表4-4溶解氧值与开启鼓风机台数的对应关系I溶解氧值(mg／L)DO≤l21．22．61l鼓风机开启台数432，I}}：DOllOm∥L或Do≥3Omg／L时系统处十报警状态。4．5控制流程控制流程如图4．3所示，与pH调节池自控单元相似，溶解氧报警时相应的风机会自动开启，以减少报警无人及时发现时所带来的损失。另外，系统设有自动与手动两种运行状态，当采用自动时，鼓风机的丌启台数由控制程序根据曝气池出口废水溶解氧值来确定。4．6讨论在本系统的应用中，应注意以下两个问题：(1)溶解氧值与开启鼓风机台数的对应关系并非固定不变，它由废水的水质、水量等条件决定，在现场调试中需根据实际运行情况进行修改。(2)出前面的分析可知，曝气池出水溶解氧高达3．6mg／L时处理效果仍然良好。因此溶解氧上限(3．Omg／L)报警时，不会影响系统运行的处理效果，只是造32 北京化I．人学硕士论文成能源的浪费。图4-3躁气池的控制流程示意33 ————!!窒些!：叁堂堡±堡塞第五章过滤与吸附的自控系统在藤华工艺中，过滤与吸附操作单元分为14和24两个流程，根据水量可自由选择使用其中一个流程或两个流程同时使用，每一流程的过滤与吸附都由一个过滤罐和两个吸附反应器组成，如图5．】所示。止洗_L}J水24流脞图5-1过滤与吸附单元的流程示意此外，该单元的操作是周期性的，每个周期均包括过滤与吸附、反冲洗、正沈三个阶段。工作时首先进行过滤与吸附操作，为防止废水中的污染物堵塞过滤罐中的砂层和吸附反应器中的活性炭，工作一段时间后要对过滤罐与反应器进行反冲洗，反冲洗后接着进行正洗，以便将砂层和活性炭压实，然后再进行过滤与吸附，如此循环进行。在此单元每个流程的工作过程中，活性炭反应器使用一个或两个视活性炭使用情况和水质情况而定，例如，对于新更换的活性炭或曝气池出水的COD值和色度已较低时，使用一个活性炭反应器即可，否则，则应该将 J匕京化1一大学硕+论文两个活性炭反应器串联使用。总之，此单元配管比较复杂，阀门较多，操作比较繁杂，易于出现误操作。5．1被控参数的确定本单元操作考虑了两种控制方案：时间控制和压差控制。5．1．1时间控制时间控制是固定过滤与吸附、反冲洗和正洗的时间，即过滤与吸附一定时间后自动进入反冲洗阶段，反冲洗一定时问后自动进入正洗阶段，正洗一定时间后义进入过滤与吸附阶段，如此循环进行。这种控制方式相对简单，容易实现，但时间控制方案中时间是按照水污染最严重的情况下设置的，而事实上，大多数情况下水污染并没有那么严重，因此这种控制方案设置的过滤时间偏短，从而增加了反冲洗次数，增大了石英砂和活性炭的磨损和损耗，增加了运转费用。5．1．2压差控制压差控制是通过设在进、出口的压力计测量进出水压差，变送器将其转化成标准电流信号，当其信号达到设定的临界值时，即丌始反冲洗，反冲洗一定时间后进行『F洗，『F洗一定时间后再进行过滤，如此循环进行。进出水之间的压差大小反映了滤层纳污的情况，纳污越多，滤层阻力越大，压差越大，所以这种控制方案比较切合实际。分析以上两种控制方式，显然压差控制优于时间控制，因此在此单元的自控系统中选用压差控制。由于悬浮物大部分都通过过滤罐去除，阻力主要集中在过滤罐中，所以选择过滤罐的阻力作为被控参数。5．2控制参数的确定藤华工艺中每个流程均包括一个过滤罐和两个活性炭吸附反应器，每个罐及反应器分别有5个阀门，所以不同阀门的开启决定了是过滤与吸附、反冲洗还是IF洗。因此选用阀门的开启作为控制参数。5．3控制系统的设计5．31控制目标与系统组成1E 一j!星垡!：叁堂堡±笙茎根据藤华工艺，本系统应满足如下要求：当过滤罐中的压力达到设定值时，系统自动进入反冲洗阶段，反冲洗一定时间后，又自动进入『F洗阶段，『F洗⋯定时间后再回到过滤与反冲洗，如此循环。为实现上述目标，本系统由压力计、PLC和阀门等组成，其中压力计为检测及信号变送单元，PLC为控制器，阀门为执行单元。53．2控制原理(1)反馈控制系统反馈控制系统由被控对象、检测元件及变送器、控制器和执行器组成，是一个闭合回路的控制系统。该系统结构简单，投资少，易于调整、投运；但是，反馈控制是按照被控参数与设定值的偏差进行控制的，由于过程控制系统总具有滞后特性，所以反馈控制是一种不及时的控制，适用于被控对象为纯滞后和惯性小、负荷和干扰变化平缓、或对被控量要求不太高的场合。在本文的过滤与吸附单元中，被控量选用过滤罐的阻力，由于此参数的波动并不影响整个系统的『F常运行，所以对此参数的要求不高，适用于反馈控制系统。(2)半自动控制如图5一l所示，由于本单元流程各由一个过滤罐和两个吸附反应器组成，这就决定了每个流程有三种工作方式。以流程1“为例，其三种工作方式为：过滤罐I与反应器I工作、过滤罐I与反应器II工作、过滤罐I与反应器I和反应器Il同时工作。对于新更换的活性炭，可以选择前两种方式；当两个活性炭反应器单独使用不能满足处理要求时，可选择第三种方式工作一段时间，再卸出活性炭进行再生，这样可充分利用活性炭，减少再生次数。由此可知，由于本单元操作包括14和24两个流程、每个流程又有三种工作方式，涉及阀门众多，另一方面，因三种工作方式的选择主要是通过处理出水的色度和COD来决定，而色度测定尚未查到相应的自动检测设备，故相关操作还需通过人工来控制，因此，本设计采用全自动不太现实，以采用半自动控制为宜。例如，在工作前手动操作选定流程1”、工作方式选定过滤罐I与反应器II，然后启动自动按钮，那么PLC就只控制14流程中过滤罐I与反应器II的阀门。5．4控制流程 北京化1‘人学硕士论文基于上述原理，结合藤华工艺特点编制PLC控制程序，图5—2示出了流程1一的控制流程示意。由图可见，本单元采用半自动控制，流程和工作方式可根掘水量、水质等情况手动选择，而过滤与吸附、反冲洗和J下洗三个阶段操作出程序控制自动运行；对于超常状态，该单元也设置了自动报警功能。5．5讨论(1)在本单元操作中，流程和工作方式的选择并非经常使用；另外，将这些选择设计成自动，也不易确定相应的被控参数。因此设计成半自动控制是一种理想选择，这样不仅可以简化控制系统、而且也符合实际需要。(2)在该单元的控制中，手动操作是关键，因为它是整个系统稳定运行的|ji『提，所以在流程和工作方式的手动选择时一定要谨慎。 北京化1：人学硕十论文图5—2过滤与吸附14流程的控制流程示意 北京化1。人学硕士论文第六章输送泵和出水池的自控系统在藤华污水处理系统中，漂白池、集水池和原水调节池中都设有输送泵，而池中水量调节与液位控制对于整个废水处理操作至关重要。因液位控制涉及众多输送泵的关闭与开启，若用人工控制，则需要操作人员频繁巡视工艺现场来决定泵的开启台数，带来很大不便。而设计成自动控制则很好地解决了这一问题。对于出水池，为保证反冲洗有足够的冲洗水，水位不能过低。另外，出水不达标时，应及时进行报警并采取措施，如更换活性炭反应器、将出水回流重新处理等，这些因素在本单元的自控系统设计中均应予以考虑。6．1输送泵的自控系统6．11被控参数与控制参数输送泵自控主要是为了均和水量，不要让水位过高或过低，因此被控参数选用液位，控制参数选用泵的开启。对于液位测量，由于并不需要精确连续地调节流量，所以选用浮球开关即可。61．2控制系统的设计(1)控制目标与系统组成输送泵的控制目标是均匀调节水量，尽量减少水量变化对运行系统的影响，以使污水处理工艺稳定运行。输送泵的控制系统由常开式浮球开关、PLC和泵组成，其中浮球开关为测量和变送单元，PLC为控制器，泵为执行单元。(2)控制原理本单元采用简单控制原理，即当水位达到一定高度时，相应常丌式浮球开关闭合，并将这一信息传送PLC，PLC相应给出开关信号，控制泵的开启。6．1．3浮球开关与系统动作(1)漂白池漂白池设有一台泵(泵16)和三个浮球开关，三个浮球丌关按位置出低到高分别对应于低水位、中水位和高水位。水位与系统动作的对应关系见表6—1。 ——一!!巫些!：叁堂堡主堡壅表6—1漂白池水位与系统动作的对应关系j水位低水位中水位高水位I运行状态泵16关闭泵16开启报警(2)集水池集水池设有两台泵(泵1和泵2)和五个浮球开关，五个浮球开关按位置由低到高分别对应于低水位、偏低水位、中水位、偏高水位和高水位。水位与系统动作的对应关系见表6．2。表6—2集水池水位与系统动作的对应关系【水位低水位偏低水位中水位偏高水位高水位【运行状态泵1关闭泵1开启泵2关闭泵2开启报警(3)原水调节池原水调节池设有两台泵(泵3和泵4)和五个浮球开关，五个浮球开关按位置由低到高分别对应于低水位、偏低水位、中水位、偏高水位和高水位。水位与系统动作的对应关系见表6—3。表6-3原水调节池水位与系统动作的对应关系『zkt"市低水位偏低水位中水位偏高水位高水位『运行状态泵3关闭泵3开启泵4关闭泵4开启报警6．2出水池的自控系统6．2．1被控参数与控制参数由于出水池兼作反冲洗池，所以水位不能过低，以保证有充分的冲洗水。同时，出水在COD达标后才能外排，否则应将出水回流重新处理，所以被控参数应选用水位和COD。控制参数选用外排泵和回流泵的开启。6．2．2控制系统的设计(1)控制目标与系统组成本单元控制目标为：设置水位下限值，当水位高于此值且COD达标时，将出水池的水外排；当COD不达标时，则将水回流到原水调节池重新处理。 北京化丁大学硕十论文出水池的控制系统由浮球开关、COD在线测定仪、PLC和泵组成。其中浮球丌关和COD在线测定仪为测量和变送单元，PLC为控制器，泵为执行单元。(2)控制原理本单元同样采用简单控制系统，当水位到达一定高度，相应浮球闭合，并将这一信息传送PLC；同时，COD在线测定仪也将出水COD值转化成电流信号传送PLC，PLC结合这两种信号给出相应的开关信号，控制泵的开启。62．3浮球开关、COD在线测定与系统动作出水池设有一台外排泵(泵17)、一台回流泵(泵18)、一台COD在线测定仪和三个浮球开关，COD在线测定仪输出达标和不达标(兼作报警)两种信号，-{个浮球开关按位置出低到高分别对应于低水位、中水位和高水位。浮球开关、COD在线测定仪与系统动作的对应关系见下表。表6-4出水池浮球开关、C01)在线测定与系统动作的对应关系I低水位中水位高水位lCOD达标水位报警泵17关闭泵17开启lCOD不达标COD报警COD报警、泵18关闭COD报警、泵18开启6．3控制流程图6l示出了出水池的控制流程示意。由图可知，在自动运行状态下，出水池水位与出水的COD值共同决定着出水的外排与回流，这样既保证了系统的稳定运行，同时又保证了出水水质。出于输送泵的自动控制与出水池相比，只是减少了一个被控制参数GOD，其它类似，因此其控制流程从略。6．4讨论在出水池自控系统中，活性污泥法运行不正常，或活性炭反应器中的活性炭使用时问过长，都有可能造成出水COD不达标，所以当系统发出COD报警后，并不一定是活性污泥法运行不正常，可尝试通过更换新的活性炭反应器，或通过将两个活性炭反应器串联来解决。4l 北京化1：人学硕十论文输送泵和出水池的自动控制，不仅实现了污水处理工艺中水量的自动调节而且保证了出水水质，是全厂控制系统中非常重要的一部分。图6-1出水池的控制流程示意42 北京化I。人学硕士论文第七章全厂控制系统前几章讨论中，已对藤华污水处理工艺的主要单元操作进行了自动控制。本章的工作是基于整个污水处理工艺，建立全过程自动控制系统。7．1控制器的选择控制器的选择对控制系统的实现至关重要。因为它是整个控制系统的核一t5部件，其性能好坏直接影响着整个系统的控制性能。目前广泛应用的控制器主要有单片机、工控机和可编程控制器(英文简称PLC)。单片机价格便宜，但开发能力弱，抗干扰能力差，功能有限；工控机价格较高，在要求快速、实时性强、功能复杂的领域中占有优势，用在开关量控制上则有些大材小用，所以在本文的控制系统研究中，可编程控制器是最佳选择。早在1968年，通用汽车公司首先提出了研制可编程控制器的思想。1969年，美国数字设备公司研制出了世界上第一台可编程控制器。最初，可编程控制器是用来替代继电器控制线路完成逻辑功能，但是近年来由于电子技术的不断发展，特别是微处理器和数字技术的发展，大大加强了PLC的数学运算、数据处理、图形显示、联网通信等功能，使可编程控制器的性质和功能有了较大的提高。当今的可编程控制器不但能完成复杂的逻辑控制功能，而且也能完成对模拟量的处理，对过程变量的闭环PID控制。目前，PLC在美国、德国、同本等发达国家已成为重要产业(如美国的Allen—Bradlly公司、WestHouse，日本的三菱、日立、东芝，德国的西门子、BBC、AGE，法国的TE等公司都是世界著名的PLC制造商)，而PLC在工业控制中应用也越来越广泛。在国外，PLC已被广泛应用于钢铁、采矿、水泥、汽车、造纸、环保、电力、化工、机械、石油等方面；在国内PLC应用主要在大中型企业和发达地区。国内大型的污水处理和水处理厂中，如?昆明水厂、羊额水厂、沙市东区水厂等，也采用PLC进行过程自动控制。图7—1示出了可编程控制器的基本组成，其特点为：(1)可靠性高，抗干扰能力强；(2)控制程序可变，具有很好的柔软性；(3)编程简单，使用方便； ——一!!塞些i：查堂堕±堡兰按钮继点器触电模拟量／／．输入摸块输山模块图7一l可编程控制器基本组成(4)体积小，结构紧凑，功能完善，安装维护方便。7．2全厂控制方案电磁线圈指示灯电磁阀72．1控制系统的选择目前，我国大型水厂多采用集散型控制系统，如哈尔滨三水厂、南通狼山水厂等，而本文研究是基于中小型污水处理厂，所以拟采用集中控制系统。集中控制系统(CentralisedControlSystem)近年来在石油、冶金、化工等工业部门应用非常广泛，其核心是用一台计算机对多个对象或设备进行集中管理和控制，有时也简称为“群控”。对于集中式控制系统，由于单一计算机的高度集中，便于信息的分析和综合，容易实现整个系统的最优控制。对于控制回路的增删、控制方案的变化，可由软件来改变，提供了应用的灵活性。同时，由于只使用～台计算机，不仅减少了投资费用，而且便于集中在操作室由一两个人全面监视。但是，集中控制系统存在两个主要问题：其一是集中控制的脆弱性。单台计算机控制着几十个甚至几百个回路，把危险也集中了，一旦这一台计算机发生故障，将导致生产过程的全面瘫痪。其二是计算机性能的限制。由于生产装置的控制点和运算量很大，用单台计算机进行控制其速度和容量都不够，易造成负荷过载，反应不及时。本文的全厂控制系统选用PLC为控制器，若采用集中控制系统，由于PLC是可靠性最高的工业控制设备，如三菱的F。、F：系列PLC平均无故障时间达30万小时；而当检测设备和控制设备出现故障时又可及时从PLC上脱离，所以不存在集中控制的脆弱性问题。另外，本文研究的废水处理过程并非十分复杂，处理规模属中小型，控制点也不太多，所以集中控制的计算机性能问题也不会突出。相反，蚕 北京化I：人学硕十论文若采用集中控制，反而可充分利用其优点，如便于信息的分析和综合、可减少投资费用、便于集中在操作室全面监视等，因此本文决定采用集中控制系统，来实现对藤华废水处理工艺的全过程自动控制。72．2主要操作单元的控制方案基于前几章讨论，藤华工艺中各主要单元操作的控制方案如下：(1)pH调节池中pH值的控制以废水pH值为被控参数，以加酸或加碱泵的丌关为控制变量，用～个控制器控制两个不同的开关，使用分程控制系统；(2)对曝气池中曝气量的调节，以曝气池出口处DO值为被控参数，以鼓风机的丌关为控制参数，利用反馈控制系统使曝气池出口处的DO值维持在所需范围内；(3)对砂滤和吸附使用以过滤阻力为被控参数的反馈控制系统，当阻力达到某设定值时，开始反冲洗，反冲洗一定时间后再『F沈一段时间，随后开始过滤和吸附，如此反复循环；(4)对漂白池、集水池和原水调节池中的输送泵，由池中浮球开关发出的信号控制泵的开启。对于出水池，则以出水COD和浮球开关作为被控参数，利用简单控制系统，控制出水的外排和回流。73全厂集中控制系统设计全厂集中控制系统的设计不仅要考虑对藤华工艺的全过程控制，而且要实现各控制点信息的采集与处理。整个控制系统由工作站、现场检测以及执行单元三部分组成。7．3．1工作站工作站为一台控制柜。控制柜的核心部件为三菱公司生产的FX。型PLC。该型号的可编程控制器是FX系列产品中档次最高的超小形程序控制装置，具有体积小、速度高、控制性能优越等特点。其主要功能模块如下：(1)CPU单元CPU单元是PLC系统的核心，由电源电路、微处理器、控制逻辑、存储系统、外设接El、I／O接口和输入／输出电路等几个部分组成。它按照系统程序完成PLC的各种功能。当用户程序编制完成并投入运行时，出CPU单元负责对用户程序进 北京化I‘人学硕十论文行译码并解释执行。(2)存储器单元存储器单元按器件类型可分为RAM、EPROM和EEPROM三类。存储器单元安装在CPU单元的存储器插槽上。其备用供电方式分为电池供电和电容供电两种。在毫温25。c条件下，备用电池可支持RAM单元达5年之久，电容可支持20天。但随着环境温度的升高，备用供电时问将相应减少。(3)I／O接口单元及特殊功能单元Fx。型PLC具有丰富的I／0接口，这些接口作为基本I／O单元可实现多种形式的数字量的输入和输出。为了适应更广泛的控制需要，它还提供了多点数字量输入／输出、模拟量输入／输出、高速计数、定位控制、旋转角度检测等特殊功能单元。此外，还有用于PLC之间或PLC与计算机之间互连的通信链接单元。表7—1全厂主要控制设备一览表序标号名称数规格各注号量1P—16排水泵18BE2—13Q=O．27m3／minH=6．5mO．75KW2P—l集水泵I80ATOS-37BE3Q=1．2m3／minH=10m3．7KW3P一2集水泵l80ATDS-37BE3Q--1．2m3／rainH=10m3．7KW4P一】1硫酸泵1E一】000Q=l00～】000cc／min5Kg／cm20．1KW5P一12氢氧化钠泵1E-500Q=60,．-600cc／min5Kg／cm2O1KW6P-3原水泵180ATOS-22BE3Q=lm3／rainH=7m2．2KW7P-4原水泵180ATOS一22BE3Q=lm3／minH=7m22KW8P-7污水泵1100SG57．5Q=lm3／minH=25m7．5KW9P-8反冲洗泵1150SF511Q=3．15m3／minH=13．4m1IKW10P—18污水泵1100SG57．5Q=lm3／minH=25m7．5KWIIP—19反冲洗泵1150SF51lQ=3．15m3／rainH=13．4mlIKW12P—17山水泵1150SE57．5O=1．6m3／rainH=14m7．5KW13P—_20l亓l流泵】150SE57．50=】．6m3／minH=I4m7．5KW14B一1鼓风机1BH一125Q=l0m3／min0．5kgf／cm215KW15B一2鼓风机1BH一125Q=lOm3／min0．5kgflcm215KW16B一3鼓风机1BH一125Q=lOm3／min0．5kgf／cm215KW17B一4鼓风机1BH一125Q=10m3／min0．5kgflcm215KW18B一5鼓风机1BH一125Q=10m3／min0．5kgf／cm215KW ————j!窒些!：厶堂堡主笙塞7．3．2现场检测与执行单元现场检测及变送单元主要由pH探头、pH检测仪、DO探头、DO检测仪、压力计、浮球丌关、COD在线测定仪等构成，主要控制设备在表7—1中列出，整个控制系统共有45个开关量输入，5个模拟量输入和60个开关量输出。7．4PLG程序设计与编程74．1编程软件本文采用SWOPC软件进行全厂集中控制系统PLC程序的设计与编程。该软件由四通工控公司自行研制开发，屏幕显示中文界面，适用于FX，，Fx0N，FX。。，Fx：。型PLC的编程，主要有以下特点：(1)有指令和梯形图两种编程模式，用户可以任选其中一种，系统具有模式自动转换功能；(2)可设置密码对用户程序传送进行保护，传送时可指定传送程序的内容与步长；(3)具有编程语法错误检查、双线圈检验和电路错误检查等功能；(4)可对用户程序打印输出，并可设计打印表头及规定程序的打印步数；(5)可进行运行监控。74．2控制程序设计各主要操作单元的控制流程示意图见第三章～第六章。根据各单元操作的控制目标、控制原理，结合工艺特点，运用梯形图进行各单元操作控制程序的编写，以这些单元操作的控制程序为基础，利用图7—2的全厂控制程序框图构成全厂控制程序。如图7—2，全厂控制程序采用模块化设计，各模块相互独立，分别控制着某一操作单元，各操作单元有自动与手动两种运行方式，当某～操作单元选用手动时，相应的程序模块不予运行，这样以来，当某一单元操作出现故障时，可及时从整个系统中脱离，增加了系统的可靠性；此外，在程序模块中，设立了超常状态的自动报警；为保证系统稳定运行，程序模块中还注重了互锁的保护功能，例如pH调节池的自控程序模块中，酸泵与碱泵互锁，即必须在一种泵关闭的条件下另一种泵爿‘能打丌。整套程序采用起保停电路进行设计，程序清晰明了，便于错误检 北京化1j大学硕十论文查及更改。一F页续 北京化l‘大学硕十论文图7—2全厂控制程序框图7．5模拟运行在程序设计完成后，进行全厂集中控制系统的模拟调试是非常重要的一个环节。模拟调试的目的是检查程序的运行是否符合要求，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的『F确变化以及各步被驱动的负载是否接通。用sc—加9电缆(编程专用)将微机与PLC相连，在PLC菜单下进行端r|和串行口的『F确设置，然后将程序传入PLC。在程序检查无误后，将系统切换到监控状态。用钮子开关模拟输入信号，用PLC上的发光二极管模拟输出信号，进行Jr关量的模拟调试与运行，装置示意图如图7—3所示。所做的主要工作如下：(1)在pH调节池的自控模拟实验中，本文对手动与自动的切换、手动或自动时各开关量的活动状态、自动控制时pH值变化与pH值报警以及酸碱泵的开关49 j!巫垡．!；叁兰堡±堡茎对应关系等方面进行了模拟实验；(2)在曝气池的自控模拟实验中，主要模拟了手动与自动的切换、手动或自动时各丌关量的活动状态、自动控制时溶解氧值变化与溶解氧值报警以及鼓风机丌启台数的对应关系；(3)在过滤与吸附的自控模拟实验中，主要模拟了手动与自动的切换、手动或自动时各丌关量的活动状态、自动控制时压差变化与压力报警、过滤与反冲洗、JF洗的转换、以及反冲洗与正洗的时问控制；(4)在出水池与输送泵的自控模拟实验中，对手动与自动的切换、各丌关输入信号与泵的开启关系进行了模拟；(5)在全厂集中控制系统的模拟实验中，在上述各单元操作中随机取几对输入输出关系同时进行模拟，以检验各单元的控制是否冲突。总之，在模拟调试过程中，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的每一条支路、各种可能的进展路线都逐一进行了调试与检查。在经过反复的修改后，最终程序中输入量与输出量之间的关系完全符合控制要求。全厂控制系统的PLC控制程序详见附录一。7．6结论分析本文开发的全厂集中控制系统可知，它具有以下特点：(1)性能价格比高。目前在国内应用较多的是三菱公司FX系列PLC和欧姆龙公司C200H型PLC，而对于这两种PLC，以2001年1月的报价，三菱公司FX。128MR．001型PLC可比欧姆龙公司128点的C200H型PLC价格低2600元，性能上都相差无几，因此本文选用Fx：。型PLC丌发的集中控制系统，在性能价格比上具有很大优势。(2)灵活性和可扩充性高。程序采用了分段与模块化设计，需要时，可通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。Fx：。型PLC采用模块化、总线式结构，也可根据实际需要，方便地改变和扩充模块配置。(3)可靠性和抗干扰性强。FX2。型PLC的电源系统具有完善的滤波和隔离能力，具有较强的抗干扰性能，使用时不需配备隔离变压器，在I／O通道上也有完善的信号隔离与调理、保护电路，具有良好的抗电子噪声和电磁干扰的能力。 北京化l：入学硕十论文第八章全厂监控系统为了实时显示工艺流程和动态数据画面，并完成报表编制等多种功能，进一步把个人计算机连入PLC网络，建立了全厂污水处理过程的上位机监控系统。8．1“组态王”简介监控系统的开发软件选用北京亚控公司研制开发的“组念王”，利用此软件可方便快捷地二次开发出我们所需要的上位机监控软件。北京亚控公司是一家位于北京海淀黄庄，专业从事工业自动化软件开发的高科技公司，先后推出了工业自动化通用组态软件“组态王”1．2、1．51、2．0、5．0和5．1版，支持的硬件设备有三菱、欧姆龙等9家公司的16个系列的PLC，研华公司、威达公司、中机浦发公司6个系列的智能模块，宇光AI系列等的智能仪表，中泰全系列等的板卡，ABB系列等的变频器。“组态王”自推出以来，以其功能强大、方便实用而倍受关注和好评，在电力、制冷、化工、机械制造、交通管理等工程领域获得了广泛的应用。其主要特点为：(1)全新中文Explorer界面，实用方便灵活(2)256色调色板，精美工具箱，21种动画连接(3)精美图形库，大量工业标准元件(4)支持ActiveX控件，增加温控曲线、X，Y轴曲线、列表框、动感按钮等几十种功能控件(5)采用OLE自动化技术，将“组态王”和各种驱动程序整合到一起，采样速度快，可靠性高(6)支持多媒体、语音报警、视频输出等(7)操作员口令保护、操作过程记录，完整的系统安全防范(8)一百多种功能强大的命令语言函数(9)配方管理、简单实用的报表处理系统8．2监控软件的开发步骤本文采用“组态王”进行监控软件的开发，分为以下四个步骤进行5l 北京化I：人学硕士论文(1)图形界面设计利用工具箱、调色板和图库绘制工艺流程及相关的按钮、文本、曲线，构成人机交流的界面。(2)构造数据库构造数据库是监控软件开发的核心部分。数据库中存放的是系统预定义的变量及制作应用程序时定义的变量，所以构造数据库就是定义与本工程相关的“I／O变量”和“内存变量”，以这些变量为中介环节，在监控软件运行时，可以实现动画显现、设定值修改等。(3)建立动画连接动画连接就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系，主要通过“填充连接”对话框完成。(4)运行和调试将软件切换到运行状态，进行所开发软件的设计功能调试。以上四步并非完全独立，而是在软件开发和调试运行中交错进行。在监控软件开发之前，还需解决“组态王”与下位机的通讯问题。“组态王”把PLC看作外部设备，利用通讯电缆将装有“组态王”软件的微机与PLC的232BD卡相连，然后再根据设备配置向导完成连接过程；在运行期间，“组念王”通过驱动程序和PLC交换数据，包括采集数据和发送数据／手旨令，每一个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通讯程序和“组念王”构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，同时也可以使系统能够达到很大的规模。8．3监控功能的设计与实现8．3．1监控功能要求上位机在整个系统中起监控和管理的作用，针对藤华废水处理工艺，所要丌发的监控软件须满足以下要求：(1)工艺流程图显示(2)数据实时采集、显示与处理(3)自动报警显示(4)趋势曲线图显示 !!室垡!：盔堂堡±笙茎(5)报表统计、数据保存和打印(6)必要时对现场运行设备进行控制(7)设定值的修改(8)操作的安全性保护8．3．2监控功能设计操作者与计算机进行交流的渠道和环境为人机界面。借助于人机界面，整个系统能实时地被操作者所监督、控制，并能实时地与现场工作站通信。所以，监控功能实现的核心是人机界面的设计。本文采用了以工艺流程图为主的画面设计方法，使用中文界面，使这套监控软件具有直观醒目、易于掌握操作等特点。(1)工艺流程图工艺流程利用绘图工具和标准图形库绘制，全厂工艺流程图由一系列画面组成，一幅画面描述一个工艺流程段，并设置了该工艺段的主要参数、设备运行情况指示及操作情况，同时与实时数据库相连接。不同工艺流程段之间的切换可通过画面下方相应的切换按钮完成。图8—1～图8-4示出了主要工艺流程段的画面。(2)数据的采集、显示和处理上位机通过通讯程序自动调用PLC的各种数据，在画面上设置了过程参数测量值的显示，且有上、下限设定值的显示，设定值可以通过键盘和鼠标在线修改，如图8．3和图8-4所示。(3)报警显示过程检测或设备运转出现越限或故障时，流程图上相应的图例会产生闪动，并发出报警声响加以提示。报警声响可以通过报警确认按钮解除，图例闪动继续保持，直到故障排除，同时报警对象、内容、时间等内容实时列表记录，如图8—2所示。(4)趋势曲线图采用“组念王”的工具箱，绘制实时趋势曲线图。该曲线显示了某～段时间范围内检测参数的变化情况，供有关人员进行相关的分析，如图8—1所示。(5)数据报表数据报表功能设置了历史数据报表和实时数据报表两部分。历史数据报表可选择～定时刻作为起始时间进行数据显示，两种报表均可进行报表打印，如图8—5所示。 北京化l：人学硕十论文恒画刚《隧一占匦 北京化一】：人学硕士论文喧阿刚矧鳍N占匦 ——!!壅些三查堂堡圭笙奎暄阿一刚铡鼎|ll∞占圃 ——j!塞些三盔堂堡主堡塞57旧I画N刚裂野|Il’十占圃 北京化T大学硕士论文恒凰懈舞咚瓢If)占囤 北京化1‘人学硕士论文(6)对现场设各的控制上位机可以在必要时对现场的设备进行控制操作。通过键盘，可以对目标设备进行控制。如：手动的歼、停控制，手动，自动的切换，以保证出现异常情况时，污水处理仍能J下常运行。(7)设定值修改操作人员可通过上位机键盘对现场控制工作站的过程变量设定值，如：pH值的加酸、加碱限，砂滤的反冲洗时问等，进行设定和修改，如图8一l和图8—3所示。(8)安全性保障系统设有多级安全密码，不同的操作都有不同的密码权限，不同的管理人员也有不同的密码，只有当管理人员的密码权限高于相应操作的权限时，相应的操作才可操作，从而保证系统能够J下常、稳定地工作。8．3．3设计举例为方便对整个开发过程的理解，下面以“二缴处理”切换按钮的开发为例，说明本监控软件上位机功能的设计与实现。图8—1所示预处理画面中设置的“二级处理”切换按钮具有两个功能。其一是按此钮可以方便地进入二级处理画面，其二是当二级处理画面中溶解氧变量报警时，此按钮闪烁，以及时提示管理人员采取相应处理措施。该功能的设计与实现过程如下：(1)在预处理画面中，用“组态王”工具箱绘制一按钮，并将按钮文本改变成“二级处理”：(2)在工程浏览器中建立一新画面，命名为二级处理，并设立一溶解氧报警变量；(3)用“组态王”的编程语言编程，对此按钮进行动画连接。当按下此按钮时显示二级处理画面；当溶解氧报警时，按钮闪动：(4)将文件保存，并切换到运行状态，对此功能进行运行和调试。8．3．4监控功能的实现在完成监控软件开发以后，将软件切换到运行状态，并通过通讯电缆与PI。C相连，用钮子开关和发光二极管模拟PLC的输入输出信号，对监控软件进行调试，装置示意图如图8—6所示。 北京化1‘大学硕十论文图8-6监控软件调试实验装置示意图按照功能设计要求，调试工作主要包括：(1)对“预处理”画面中的时间，pH报警及报警记录，漂白池、集水池和原水调节池的工作状态、报警与报警确认，四幅画面的切换按钮等进行调试；(2)对“二级处理”画面中的工作状态，运行状态，溶解氧报警与报警记录，四幅画面的切换按钮等进行调试；(3)对“三级处理l”画面中的工作状态，运行状态，压力报警与记录，反冲洗及正洗时间，四幅画面的切换按钮等进行调试；(4)对“三级处理2”画面中的工作状态，运行状态，溶解氧报警与记录，反冲洗及正沈时间，四幅画面的切换按钮等进行调试；(5)对“数据报表”画面中不同时间的历史数据报表及打印，实时数据报表及打印，四幅画面的切换按钮进行调试。经过运行和调试，该软件各项功能均满足了预先的设计要求，可用于对整个集中控制系统的监视与控制。8．4结论本文所丌发的监控系统具有以下特点：(1)将管理与控制相结合。本系统不仅能对工艺过程进行控制，而且还具有数据报表等管理功能；60 北京化1：人学硕十论文(2)具有友好、生动的人机界面，可方便地对工艺过程进行监视与控制(3)系统设有多级密码，可保证整个系统的稳定运行。61 北京化f：人学硕十论文第九章结论本文以青岛藤华染色有限公司废水处理工艺为背景，存深入分析和探讨污水处理工艺的基础上，研究丌发出一套适用于我国中小型污水处理工艺的PLC集中控制与上位机监控系统，主要结论如下：(1)开发了一套4个pH值限的PLC自动控制系统。实验运行结果证明，该系统调节精度高、控制效果好，可在多种场合的污水处理中推广应用；(2)开发了以曝气池出口处废水的溶解氧值为被控参数的曝气池自动控制系统；结合藤华工艺中过滤与吸附单元阀门比较多、运行方式多变的特点，对过滤与吸附单元进行了半自动控制：此外还对出水池以及各单元操作之间的输送泵进行了自动控制；(3)基于可编程控制器(PLC)开发了藤华工艺废水处理全过程的集中控制系统。该系统具有结构简单、性能价格比高、可扩充性强、抗干扰性强等优点。模拟运行结果表明，该系统可方便地对整个工艺过程进行自动或手动控制、可对超常状态进行报警、运行可靠、操作灵活、控制稳定；(4)用“组态王”开发了过程控制的上位机监控软件。该软件设计为中文界面，以控制流程图为主体进行切换，具有工艺流程图的显示；实时数据的采集、显示与处理；报警显示；设定值修改；实时和历史数据的报表jq-Fp等功能，调试实验结果表明，该监控软件运行可靠、易于理解、便于操作。 ——一!!壅些!：叁堂塑±笙奎参考文献[1】上海市纺织科学研究所编译．印染工业废水处理．同济大学出版社，1989．f2】张希衡主编．废水治理工程．冶金工业出版社．1984．【3】沈东升、冯孝善、沈益民、汪雪根．环境污染与防治．1996，18(11：26．【4】张建志、吕步云．环境工程．1991，9(1)：1．[51李国发、周长鑫．环境工程．1993，11(2)：7．【6】祁梦兰．环境工程．1993，11(3)：3．[7】祁梦兰、张晶、刘华成．化工环保．1994，14(1)：20．【8]紫天明．环境工程．1999，17(4)：27．【9】[R】桥奖须藤隆一编著，李至时等人译．新活性污泥法．学术书刊出版社，1990．【10】秦麟源编著．废水生物处理．同济大学出版社，1989．【11】茹至刚编著．废水治理工程技术．中国环境科学出版社，1989．【12】【美】C．P．小莱斯利·格雷迪、亨利C．利姆编著．李献文等译．废水生物处理理论与应用．中国建筑工业出版社，1989．[13】R．S．拉马尔奥著，严忠琪、王凤石译．废水处理概论．中国建筑工业出版社，1982．【14】赵传芳等编著．有机废水的生物化学处理．四川科学技术出版社，1986．【15】白端超、阳运河．环境工程．1994，12(1)：7．(16】陈鸿林、张长寿、苏静．化工环保．1999，19(4)：223．【17】叶斌、李毅．环境工程．1997，15(4)：21．(18]叶斌、李毅．工业水处理．1997，17(3)：36．【19】王平、马荣建、李益林．江苏环境科技．1997，3：25．【20J阿力木江等．环境工程．1993，11(2)：3．【21】邵裕森编．过程控制及仪表．上海交通大学出版社，1986．【22]涂植英、朱麟章主编．过程控制系统．机械工业出版社，1988．【23】翁维勤、周庆海．过程控制系统及工程．化学工业出版社，1996．【24]蒋慰孙、俞金寿编著．过程控制工程．烃加工出版社，1988．【25】周春晖主编．过程控制工程手册．化学工业出版社，1993．[26】郑名登．化工自动化及仪表．1998，25(3)：1． ——一!!室些．!：叁堂堡±鲨塞【27】刘灿生、费霞丽、高欣忠．给水排水．1998，24(1)：56．128]CLKarreta1．FuzzycontrolofpHusinggeneticalgorithms．IEEETrans．onFuzzySystems，1993，1(1)：46-53[29】NVShuklaeta1．Enhancingtherobustnessofinternal—basednonlinearpHcontr01．ChemicalEngineeringScience，1993，48(5)：913～920【30】SKMahulieta1．pHcontrolusingastatisticaltechniqueforcontinouson—linemodeladaptation．Computers&ChemicalEngineering，1993，17(4)：309～317【31】TKGustafssoneta1．NonlinearandadaptivecontrolofpH．Industrial&EngineeringChemistryResearch，1992，31(12)：2681～2693[32】庞全、杨翠容．工业水处理．1997，17(4)：37．[33】杨翠容、庞全、张玉清．自动化仪表．1999，20(8)：34．【34】麻红昭、杨宇岭．环境污染与防治．1995，17(3)：13．【35】张荣标．环境工程．1994，12(3)：51．[36】高旭、郭劲松．环境科学进展．1998，6(5)：40．【37】Tong，R．M．，eta1．，FuzzyControloftheActivatedSludgeWastewaterTreatmentProcess，Automatica，V01．16，NO．6，pp695～7叭(1980)【38】Flanagan，M．J．，OntheApplicationofApproximateReasoningtoControloftheActivatedSludgeProcess，Pl：0ceedingsofthe1980JointAutomaticControlConference，ASME，SanFrancisco，Califomia，V01．1，TA6-C(1980)【39】Barnett，M．w，andAndrews，J．F．，ExpertSystemforAnaerobicDigestionProcessOperation，ASCEJournalofEnviron．Eng．，V01．118,NO．6，pp949～963(1992)[40]Barnett，M．wI，andAndrews，J．E，KnowledgeBasedSystemsforOperationofWastewaterTreatmentProcesses，Proceedingsofthe5thInternationalAssociationonWaterPollutionResearchandControlWorkshop，YokhamaandKyoto，Japan．PergammonPress(1990)[41】Lapointe，J．，eta1．，BIOEXPERTAnExpeaSystemforWastewaterTreatmentProcessDingnosis，ComputersChem．Enging．，V01．13，No．6，pp619～630(1989)【42】HarrisC．J．Modellingandadaptivecontrolofurbanwastewatertreatmentplants．EnvironmentalSystemPlanning，Design，andContr01．ProcIFACSyrup，Kyoto，Japan，197764 北京化I：大学硕士论文【43】CheruyA，PanzarellaL，DenatJRMultimodelsimulationandadaptivestochasticcontrolofanactivatedsludgeprocess．ModellingandControlofBiotechnologicalProcesses．ProcIFACSymp，Helsinki，Finland，1982f44]ChenM．Stochasticmodellingandstochasticoptimizationofchemicalengineeringprocessph．D．thesis，DepartmentofChemicalEngineering，KansasStateUniversity，Manhattan，Kansas，1969[45】KabourisJC，GeorgakakosAP．Optimalcontroloftheactivatedsludgeprocess．WatRes，1990，24(10)：1197-1208【46]AngelbeckDI，ShahAlamAB．Simulationstudiesonoptimizationoftheactivatedsludgeprocess．JWPCF,1978．50(1)：3l～39【47]HamalainenRP，HalmeA，GyllenbergA．Acontrolmodelforactivatedsludgewstewatertreatmentprocess．ProcIfac6thWorldCongress，Boston，Mass，1980【48】SincicD，BaileyE．OptimalperiodiccontrolofactivatedsludgeprocessesI．Resultsforthebasecasewithmonod／decaykinetics．WatRes，1978，12：47～53【491彭永臻、王宝贞、王淑莹．环境科学学报．1998，18(1)：11．[50】张悦．中国给水排水．1998，14(3)：47． ：·!!室些!!叁堂堡±堡皇附录一PLC控制程序j丁“抖‘一lI—lfIij矿”抖‘j矿”抖‘玎一‘j‘j丁一+‘j丁～I‘j丁～I‘ ——!!塞些j：盔堂堡主堡壅●●1帮——。1I1烨——●●X044一Il，X045—4fIJI—II—lI、1053X060—斗fIl(To67 、 北京化I．人学硕十论文_lIjF∞’X066一I(t 北京化I一大学硕十论文附录二监控程序监控程序见监控软件(另附磁盘)。 』匕京化I‘人学硕十沦文致谢首先要感谢我的导师张志群教授在方案选择、数据处理、论文写作过程中给我的教导和帮助。张老师严谨的治学态度、渊博的专业知识、活跃的学术思想以及朴素的为人作风给我留下很深的印象。本论文实验研究在北京市环境保护科学研究院完成。在课题研究过程中，于绍堂研究员和丁庭华高工在生活和学习上给予我莫大的关心和帮助，使我受益非浅；同时，他们热情、谦虚、平易近人的生活品质也成为我做人的楷模。课题研究期间还得到了北京市环科院潘涛、苑文颖、赵兴利、李占华等人的热情帮助，在此也向他们表示感谢。最后，再一次向所有关心和帮助我的老师和同学表示衷心的感谢!李安峰2001年5月1同 北京化l‘人学硕士论文攻读学位期间发表的学术论文目录【1】废水处理中pH值的PLC自控系统．中国环境科学．2001年第l期[2]废水处理的自动控制系统．(己投稿)．'