安徽工程大学毕业设计（论文）
第1章 绪 论
水是生命之源，水对人类而言有着非同寻常的意义，不论是日常生活，还是工农业生产都离不开水。特别是在现代社会中，人们不仅对水的需求量与日俱增， 对水质的要求也越来越高。
随着现代城市社会和经济的发展，城市用水量不断增加，供水量不足已成为城市发展的瓶颈，而地下水资源的利用已近饱和，增加地表水供应量是解决供水不足问题的唯一可行途径。因此对水厂关键工艺进行升级改造，以提高其水处理能力，增加出水量，是满足城市发展需要的有效途径。
改革开放以来，我国人民的生活水平逐步提高，饮用水的质受到越来越多的关注，自来水厂的处理工艺要求也不断提高，与之相反的是水源水质却每况愈下，如何保证水厂出厂水质达标，水处理过程的每一个 环节都很重要。滤池是自来水厂处理工序中最为关键的环节之一，它运行质量的好坏可决定一个水厂生产质量的好与坏，并对全水厂的生产成 本、效能产生重大影响。滤池最大的特点是控制运行参数多，阀门位置分散，环境恶劣。因此为了做到安全可靠的生产，应采用自动控制系统。
滤池是水厂常规处理净水构筑物的最后一道工序，滤池运行得好坏直接影响到水厂的出水水质。滤池反冲洗工艺复杂，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行滤池自动化系统的改造。通过使用PLC来控制该系统，可以缩短设计周期，并便于安装调试，对于水厂这样的不便于停产的生产单位来讲， 这一点是尤其重要的。它可在现场改变某些工艺参数和动作顺序，增加系统的功能，并取代传统的继电器控制，使设备运行更加平稳、可靠，提高了经济效益。
本设计主要涉及滤池控制以下几个方面内容：滤池基本工艺过程、滤池的控制策略、滤池液位控制、反冲洗控制等。
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丁家根：基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计
第2章 滤池基本工艺
首先介绍水厂滤池的基本工艺流程。水厂生产的基本工艺可分为加药、反应、沉淀、过滤、消毒、储存、送水等几个相关过程。其中过滤过程又可分为正常过滤和滤池反冲洗两个子过程，这两个子过程交替运行，相互之间间隔一定时间(24h)，图1表示滤池工艺过程简图。
图2-1 滤池工艺简图
反冲洗过程 正常过滤过程 实时、故障处理模块 所谓滤池的正常过滤过程就是通过滤料层将待滤水去除杂质颗粒、细菌的过程，其主要目的是使过滤后水的浑浊度达到国家饮用水的卫生标准。而滤池的反冲洗，就是先后运行气洗、水洗两种清洗方式去除滤料层中的杂质，是滤池自净的工艺措施。图1-2 表示滤池基本工艺结构简图。
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滤后水阀 滤料层 排污阀 水平面 鼓风机 进水阀 超声波液位计 反冲洗水阀 高位水箱 反冲洗气
图2-2 水厂滤池工艺结构简图
滤池的进水利用虹吸原理完成。真空泵对进水虹吸管抽真空，当真空形成(虹吸管中空气全部排除)后，真空引水器及时准确地发出真空形成信号，进水成功。从沉淀池来的经初步处理的原水进入滤池，经滤层过滤，从清水管经清水阀门去清水库。水头损失仪由传感器和数显仪组成，传感器中压力接口与滤前水引管相接，差压接口与滤后清水管相接，不同水位差值得到相应的差压信号，经放大处理后由显示仪显示，即反应滤池实际水头损失值。过滤层混浊时，相应水位压差增大，当水头损失到一定数值时，关闭清水阀门，滤层即用反冲水箱中的储水反冲。滤池对反冲时产生的污水排水也是利用虹吸原理完成的，真空泵对排水回路抽真空，真空形成后，污水从排水渠道排出。滤池反冲至反冲水箱低水位时停止。
根据工艺，滤池PLC控制要求为：距上一次反冲结束8小时(该时间段可根据工艺要求修改)之间不进行反冲：距上一次反冲结束8小时之外到24小时(该时间段亦可修改)之内，如水头损失值达到设定上限值时，启动该滤池反冲，否则不冲洗；距上次反冲结束24小时，则启动该滤池反冲。多个滤池轮流反冲，反冲间隔时间控制反冲水箱自动上水至设定高水位在滤池正常下作时间内，系统自动调节清水阀门开启度，以保持滤池液位在一定高度。
2.1取水
工业废水的处理、自然水源的直接获取都给水厂提供了水源。 其中工业废水处理逐渐成为人们关心的水处理问题。
工业废水中的悬浮物，经过一级处理，用截留、沉淀和沉砂的方法就可以将泥沙、藻类和腐败的有机物除去。胶体杂质多采用二级处理的方法进行处理。溶解杂质目前多用三级处理的方法进行处理。
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丁家根：基于PLC水厂滤池自动控制系统的设计
在确定对废水采用何种处理方法之前，首先要确定废水的PH值、颜色气味、溶解氧气、比重、悬浮物、溶解物、硬度和BOD含量，然后根据水质的情况进行全面的分析和研究确定采用哪种方法进行处理。
例如，电镀废水的处理方法很多，有化学还原法、离子交换法、点解氧化法、钡盐沉淀法、活性炭吸附法蒸发浓缩法、反渗透法。根据电镀废水的水质和数量的不同，有些电镀废水采用二级处理便达到目的，有些却需要三级处理才可以。有些水质复杂的电镀水，要经过以及处理、二级处理、三级处理等多种方法处理后才能达到目的。
目前，废水的处理方法很多，其中一级处理、二级处理和三级处理各自有多种不同的方法。
一级处理主要有： a) 截离法 b) 沉砂法 c) 沉淀法
二级处理有以下方法： a) 浮上分离法 b) 氧化还原法 c) 活性污泥法 d) 洒水滤床法 e) 甲烷发酵法 f) 灌溉法
三级处理方法有以下方法： a) 电渗析法
b) 活性炭吸附法 c) 反渗透法 d) 精密过滤 e) 自立交换法 f) 泡沫分离法 g) 离子上浮法 2.1.1 废水的一级处理
1、截留
截留是用栅格或网筛等构筑物除去废水中的较大颗粒垃圾或者悬浮物的方法。这种构筑物主要有棒状、方格状、网状等。
格栅一般由一组平行的栅条组成。棒的断面形状可以是正方形、圆形、矩形和半圆的矩形，各栅的间距一般为15-25mm，滤棒附近的流速为0.45m/s。由于这种过滤水位差损失小，所以在安装棒状滤网处的水道宽度最好比流入水路宽一些。积存在栅栏上的杂物可以用人工、绳锁等方法排除，用皮带机运到合适地方。
2、沉砂
把除去粗颗粒的废水引入沉砂池。由于有些废水含有大量的沙粒和砂状沉淀物，使处理困难，所以必须进行沉砂。
沉砂池根据水流方向一般可分为平流式和竖流式两种。平面为矩形的平流式沉砂池是最常见的一种形式，它结构简单，效果好。其水流速度为0.15-0.3m/s。
3、沉淀
工业上称流体与悬浮颗粒的混合系统为悬浮系统，悬浮系统中的流体可以是液体，
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也可以是气体。悬浮物固体，也可以是不相同的另一种流体。沉淀就是利用悬浮颗粒与液体的密度不同，让液体混合静置后，固体颗粒从液体中沉淀下来，从而分离出来的过程。沉降设备一般比较简单、易于制造、操作和维修。
废水属于液相悬浮系统，其中悬浮物可能是固体颗粒，也可能是其他液体的珠滴，但沉淀过程基本相同。废水处理中的沉淀过程是比较复杂的，其成分不一，颗粒大小不一，沉淀难易不一，而废水处理量往往很大，分离要求高。
沉淀池由出水部分、污泥部分、缓冲层等三部分组成。沉淀池的形成按池内水流方向的不同，可以分为平流式、竖流式、辐射式三种。为了提高废水中的悬浮物去除效率，可以在沉淀池中安装斜板或者蜂窝、合成树脂回路管等。在沉淀池中，沉淀物质作为污泥被除去，漂浮上来的油和轻质物质作为浮渣而去除，因此通过沉砂池处理的废水，导入沉淀池，经过处理，可以进一步除去微细的沉淀性物质和悬浮物质。 2.1.2 废水的二级处理
有些废水只经过截留、沉砂、沉淀处理便可以达到净化的目的，但一般来说大多数废水要经过二级处理。在二级处理中，有些物理化学处理和生物方法等。物理化学处理有浮上分离法、凝聚沉淀法、氧化还原法等。常用的生物处理方法有活性污泥法、洒水滤床法、甲烷发酵法等。
此外，还有用碱处理的中和法。
浮上分离法主要有空气上浮法和浮力式浮上法。
液体中的悬浮物，根据其粒径大小可以分为粗细、胶体三种颗粒。把凝聚剂加入废水中，可以使废水的悬浮物或者胶体粒子在静电、化学、物理方法的作用下，凝聚成小块，加快了沉淀速度，加速分离。凝聚剂可以分为无机、有机凝聚剂两类。无机凝聚剂常用铝盐和铁盐。有机凝聚剂则是具有数百万分子量的水溶性线性聚合物，分为离子型、非离子型两种。
氧化还原法在废水处理中具有非常重要的地位，氧化可以使废水中的部分有机物被分解，而且具有消毒杀菌作用。废水处理中使用的氧化剂要满足以下要求：能进行氧化作用，反应后的生成物无毒，即使在常温下仍有较快的反应进度，反应时PH值变化不应太大等。常见的氧化剂有氯气、臭氧、二氧化氮、氧气、次氯酸盐等。
生物学处理使用微生物净化水中的有机物，使水质得到净化。 2.1.3 废水的三级处理
废水的三级处理也叫深度处理。深度处理方法是工业用水封闭循环系统中的重要组成部分。深度处理的大部分为三级处理。三级处理是把二级处理水中残存的氮和磷、有机物、无机物、细菌病毒等进一步进处理的方法。这种方法可以在自来水的生产、工业用水、洗涤用水、灌溉用水、冷却用水等水资源再利用方面应用。
三级处理有精密过滤法、活性炭吸附法、离子交换法电渗析法、反渗透法、泡沫分离法、离子浮上法、紫外线照射法、超声波法、蒸馏法、冷冻法等多种方法。 2.1.4 自来水厂水源处理
对于自来水厂的水源较工业水处理简单。一般水厂取水源有江河、湖泊、水库、地下水等等。根据不同的情况，要建造不同的取水口。比如:在水位基本恒定的湖中，取水口应设置在水中悬浮固体、胶体物质、铁、锰和浮游生物全年含量尽可能低的深度。又比如:河流中的取水口必须预防土、砂、树叶、芦苇、草、废弃的包装材料，特别是塑料、漂浮物和水流带来的苔醉膜或碳氢化合物膜等。总之，不论何种原水，在送入主体处理构筑物之前多要求先经过预处理。预处理通常为纯物理性质或机械性质，其目的在于尽量去掉那些在性质上或大小上不利于后续处理过程的物质。
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基于plc的水厂滤池自动控制系统设计本科毕业论文
