PLC技术在厂用生活污水处理系统中的应用

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PLC技术在厂用生活污水处理系统中的应用

何树勇

（河北津西钢铁集团股份有限公司,河北 唐山 064302）

摘　要：为响应国家节能减排号召，实现企业生活污水再利用，本文结合工程实例介绍了厂用生活污水处理的自动控制方法，并设计开发了一套基于施耐德PLC的软硬件系统。该具有完善的系统连锁保护功能，为企业生活污水处理提供了技术支持和可靠的后台保障。关键词：污水处理；自动控制；PLC；环境保护DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.046

0　引言

　　2015年，*总书记在十八届五中全会中提出“十三五”五大发展理念之一：绿色，这也是将生态文明建设融入经济、政治、文化、社会建设各方面和全过程的全新发展理念。为了控制环境污染，实现资源可持续发展，国家颁布了一系列关于环境保护政策和法规，采取了强强有力的对策和措施，防治和控制工业废水的污染，以保障经济与环保齐头并进，协调发展。

　　厂用生活污水系统是企业作为耗能污染主体，主动承担环境保护义务，将生活污废水转化为可再次利用的厂区绿化用水、景观用水等进行回用。符合国家对于节能减排、收旧利废的大政方针，也有利于企业降低用水成本、环保降耗，将有限的资源循环利用，减少污染企业的能源消耗，在一定程度上减少了经营成本。

1　污水处理的工艺流程

　　废水自流进入格栅渠，经过格栅去除废水中的大颗粒悬浮物后，自流至进水池。进水池中原水经泵送至调节池均和水质水量后，用泵提升至一沉池。废水经过初步去除废水中所含的SS和COD后，自流进入厌氧池，厌氧池的水解微生物利用胞外酶将大分子有机物分解成小分子有机物，将长链水解为短链、支链成直链、环状结构成直链或支链，提高污水的可生化性，并去除一定量的COD，出水自流进入好氧池。通过池内微生物的生化作用降解有机污染物质，有机物经过好氧生化降解后，可将废水中的可生化降解的有机物基本去除。好氧池出水自流进入二沉池，通过重力进行固液分离，去除混合液中夹带的生物絮体及其他杂质。

图1　生活污水处理系统工艺流程

2　软硬件结构及组态

2.1　控制逻辑及连锁保护

　　控制逻辑既要保证设备单操正常，并且在设备发生故障时能够形成逻辑联锁反应，从而实现工艺系统的自动保护控制。

　　（1）进水池格栅清污机1台，清污机能连续昼夜运行，也能间隔一个时段运行，且每天早9：00起运行5min。

　　（2）污水提升泵3台,2用1备，进水池位处于高水位4m时画面闪烁报警信号，高液位3.5m时提升泵启动2台，进水池处于低液位1m时提升泵停止运行。故障时切换备用泵。

　　（3）调节池供水泵4台，一体化污水处理设备为2套。一号一体化污水处理设备1用1备，轮换运行。二号一体化污水处理设备1用1备，8小时轮换运行。调节池位处于高水位4m时画面闪烁报警信号，高液位3.5m时每套一体化污水处理设备提升泵启动1台供水泵，

调节池处于低液位1m时供水泵停止运行。故障时切换备用泵。

　　（4）二沉池反洗泵2台，#1、#2二沉池各一台。反洗泵与供水泵联锁，相对应的一体化污水处理设备的供水泵启动，反洗泵启动。反洗泵运行3min后自动停止。

　　（5）二沉池排泥泵2台，#1、#2二沉池各一台。累计运行6天早8：00和9:00排泥一次，每次排泥10分钟。

　　（6）消毒池中间水泵2台，1用1备，互为联锁。消毒池高水位报警时中间水泵启动，消毒池处于低水位时停止运行。故障时切换备用泵。

　　（7）清水池中水回用泵2台，1用1备，互为联锁。清水池处于高水位4m时画面闪烁报警信号，高液位3.5m时回用水泵启动，清水池处于低液位1m时停止运行。故障时切换备用泵。

　　（8）风机4台，#1、#2一体化污水处理设备各2台，1用1备，轮换运行。供水泵运行时，风机自动启动进行曝气，供水泵停止时停止曝气。调节池长时间缺水，供水泵停止时间超过2小时，风机间断运行，每2小时运行30分钟，以保证生物膜的活性。故障时切换备用风机。

2.2　软硬件硬件组态

　　硬件系统可编程序控制器（PLC）采用施耐德公司QUANTUM󰀃140CPU67260，带有双机热备中央处理单元，冗余的电源模件，冗余的通讯模件，输入输出模件，存储器，外壳，专用连接电缆及连接件和实时操作系统等。

　　逻辑组态使用Unity󰀃Pro󰀃XL，画面组态为iFIX.5.5软件。操作画面如下图所示：

图2　生活污水处理系统组态画面

　　软件组态包括以下功能：

　　（1）工艺图画面。内容有P&ID图及图上的测点、阀门、泵等状态的指示。必要的步序指示（包括执行的步序、状态、步序执行的时间，步序设定时间等）、必要的设备工作状态指示及设定等，必要的在线指导等。

　　（2）报警画面。报警的各种指示等，包括阀门、泵等工艺设备的故障报警、高低液位、温度、化学分析仪表等模拟量报警内容。报警画面中还有报警确认和报警使能/禁止等功能。

　　（3）系统诊断画面。包括上位机的工作状态，每台PLC的工作诊断以及通讯网络的诊断等信息，主要供维护人员使用。

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工业技术

废水中重金属离子处理方法的研究进展

Xuan Sang Nguyen,张高科,廖庆玲*

（武汉理工大学资源与环境学院,武汉 430071）

摘　要：本文综述了废水中重金属离子的各种处理方法，简要说明了各种方法的优缺点，重点介绍了吸附法处理技术的研究现状，最后展望了介孔新型材料用于重金属离子的净化处理研究和实际应用趋势。关键词：重金属离子；净化；新型材料DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.047

　　含有重金属离子的污染物进入水体会造成水体的重金属离子污染。矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属工业废水对人类健康和自然生态系统都会有影响[1],因此，水中的重金属离子必须得到妥善处理。本文介绍目前国内外处理废水中重金属离子的方法，如活性炭吸附法，总结了各种方法的优缺点，最后展望了废水中重金属处理方法的发展趋势。

1　水中重金属离子可采用的净化方法

1.1　沉淀法

　　沉淀法一般是通过化学反应把水体中的重金属离子从游离态的转变为含重金属的沉淀物，再过滤和分离处理，使沉淀从水中分离，包括中和、硫化物、铁氧体共沉淀几种方法[2]

。各种处理技术的操作分别如下：把碱加入到含重金属的废水中，重金属会转变为不溶于水的氢氧化物沉淀，然后将沉淀物分离，该法操作耗时少，简单；把硫化物类的沉淀剂加入废水中生成硫化物沉淀而除去重金属也常用；先将铁盐向废水中投加，然后控制工艺条件，使金属离子形成不溶性的铁氧体晶粒，最后固液分离，从而达到去除重金属离子目的。1.2　电解法

　　电解法用于重金属离子的净化是一种相对成熟的废水净化处理技术[3]

，

不仅污泥的生成量能有效的减少，而且能高效地回收某些贵金属。其基本原理是电解过程中，氧化和还原反应分别在阳、阴两极上发生，有害物质在氧化还原作用下转化为无毒无害物质，实现废水的净化。电解法技术去除率高、可回收所沉淀的重金属加以资源优化，二次污染情况少、处理过程中所使用的化学试剂量少；常温常压下，操作管理简便；废水中污染物的浓度发生波动时，通过电流电压的调整，可保证出水水质的稳定；整套装置的占地面积不大，有效节省空间。1.3　氧化还原法

　　废水中的重金属离子在氧化还原作用下生成无毒无害的新物质，其实质是在氧化还原过程中，无机物元素的原子或离子在失去或得到电子的过程中会导致元素化合价的变化，是用于治理电镀废水的最早方法之一[4]，此法原理简单、操作好掌握、对水量和高浓度废水的冲击承受大。一般根据还原剂的种类可以分为NaHSO3法、FeSO4法、SO2法、铁屑法等。1.4　膜分离新型处理技术

　　该技术可以在分子水平上，利用混合物分子具有不同粒径的特征，在通过半透膜时可实现选择性分离，包括电渗析滤膜、反渗透滤膜、萃取滤膜、超过滤滤膜等。电镀工业废水经过膜分离处理后的废水组成稳定，并可回槽使用。膜分离废水净化技术是近年来发展最迅速的高新技术，分离效率高、分离过程中不会发生相变且不会化学反应、分离器体积小、低能耗和方便操作等，广泛应用于物质的分离与浓缩，具有广阔的发展前景，在废水处理中已受到特别的青睐[5]

。

1.5　高效离子交换法

　　离子交换处理法是利用离子交换树脂、沸石等交换剂分离废水中有害金属离子的方法。离子交换树脂主要有凝胶型和大孔型两种，前者有选择性交换功能，后者制造很复杂、高成本、再生剂耗量大。交换剂将自身所带的能自由移动的离子通过与被处理的溶液中的离子进行交换来实现净化目的。离子间的浓度差和功能基对离子的亲和能力是离子交换的推动力，多数情况下交换剂的离子是先被吸附，再被交换，具有吸附、交换的双重作用[6]。1.6　生物净化处理技术

　　生物技术治理废水日益受到人们的关注，根据净化机理的不同，可分为絮凝法、吸附法、化学法以及植物修复法。利用微生物或其产生的代谢物来实现絮凝沉淀；利用生物体本身的特殊化学结构及特性成分来吸附水中的金属离子，最后通过固液两相分离去除金属离子的方法也广受关注[7]。1.7　吸附净化处理法

　　重金属离子可利用吸附剂的独特结构特点来除去，常用吸附剂有活性炭、腐植酸、海泡石、壳聚糖树脂等。该法要求对水进行预处理，因为吸附剂自身的价格一般较昂贵，所以主要用于微量污染物的净化处理，也常用于从高浓度的废水中吸附某些有用的特定物质以达到资源回收和治理的目的。目前，应用于工业废水处理的吸附剂主要有活性炭和生物吸附剂。一些尚处于实验室模拟阶段的吸附剂有粘土类、高分子、利用废弃物制备的吸附剂和复合吸附剂等。其中活性炭可用于净化去除大多数的重金属和有机分子，具有较强的吸附能力,󰀃但由于其使用成本相对昂贵、复杂的工艺操作和运行管理,󰀃因而很多地区难以得到广泛的应用。绝大部分吸附剂可能存在吸附效率低，产生二次污染无法解决等问题。介孔材料经过功能化处理后，特殊的功能基团对重金属的吸附能力强，还可以选择性地吸附水中重金属离子，并且在适当条件下可以进行再生，实现吸附材料的重复使用，并且吸附效果仍然非常可观[8]。

2　重金属净化处理方法的缺点

　　化学沉淀法处理金属离子废水往往出水浓度达不到要求，沉淀剂的使用工艺和操作的环境条件等方方面面都会影响出水质量，产生的沉淀物需作进一步处理，否则容易造成二次污染。电化学法在运行过程中的电耗和电极金属会产生大的消耗量，沉淀物质分离出来后不能够直接处理利用，整体操作成本较高。氧化还原法需要加入特定的氧化剂或者还原剂，不可避免会导致处理废水的成本大大升高，不同的有害物质还必须采用特定的试剂来处理，反应后的废液的后处理也不是件简单的事情。膜分离法虽然处理金属离子的效率高,󰀃但是膜材料的生产和预处理成本也很高，特别是膜组件价格贵，膜容易受污损等等问题制约了膜分离技术在废水处理领域的广泛应用。离子交换法在