發(fā)布時(shí)間：2022-10-23 16:06:13
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的工業(yè)廢水論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
西露天煤礦采場內(nèi)用水主要是生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，主要是南北老火區(qū)消火、北采區(qū)臨時(shí)內(nèi)排區(qū)采掘過程中的消火（臨時(shí)內(nèi)排矸石著火，主要以灌注為主，用水量極大）、作業(yè)區(qū)公路及主干線公路灑水降塵、環(huán)境治理過程中的植被恢復(fù)綠化用水。由于采場內(nèi)自然涌水量和第四系孔隙潛水含水層自然補(bǔ)水量過小，雖經(jīng)利用儲(chǔ)水倉存水，但相對于采場內(nèi)需水量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，除雨季個(gè)別時(shí)間段外，大部分生產(chǎn)用水還需要水車在生活區(qū)導(dǎo)運(yùn)至采場，不但對清潔水資源消耗大，而且運(yùn)距較長，經(jīng)濟(jì)上極不合理。
2選煤廠工業(yè)廢水排棄方式的調(diào)整
西露天煤礦選煤廠自使用以來，每年大量的煤泥水排入了哈爾腦干河，日積月累，部分滯留在河床上的煤泥風(fēng)化成粉，順著不同季節(jié)風(fēng)向的變化，對周邊的農(nóng)田、住宅及環(huán)境造成了破壞，對人們的生活和身體健康帶來了危害，為地企共建和諧社會(huì)留下了隱患。西露天煤礦本著善待自然環(huán)境，在礦產(chǎn)開發(fā)、利用和保護(hù)過程中，樹立自然生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的價(jià)值取向，為生態(tài)文明建設(shè)提供社會(huì)基礎(chǔ)，傳播生態(tài)文化的理念，經(jīng)過技術(shù)論證，在采場內(nèi)防排水系統(tǒng)改造完成的前提下，西露天煤礦2013年投資46.3萬元，進(jìn)行了選煤廠工業(yè)廢水排棄系統(tǒng)技術(shù)改造，技改完成后，將每年產(chǎn)生的25萬m3廢水由原來向工業(yè)區(qū)外部哈爾腦干河排棄，改變?yōu)橄虿蓤鰞?nèi)部排棄至采場內(nèi)儲(chǔ)水倉，改變了原排棄方式，最終將含煤粉的煤泥水通過系統(tǒng)循環(huán)處理后進(jìn)行充分利用[3-6]。
2.1技術(shù)應(yīng)用及原理
1）選煤廠工業(yè)廢水排棄系統(tǒng)改造前，洗選煤產(chǎn)生的廢水注入30m3濃縮池后，經(jīng)管路直接由外排系統(tǒng)排棄入哈爾腦干河。通過技術(shù)改造后，中斷了原系統(tǒng)外排部分的使用，保留濃縮池功能，由新增設(shè)至采場內(nèi)排水系統(tǒng)的890m長管路與濃縮池（+540水平）鏈接（高程落差53m、管路坡度6%）。2）將工業(yè)廢水在濃縮池內(nèi)充分?jǐn)嚢韬螅ㄟ^水泵輔助向管路內(nèi)加壓，利用管路坡度、廢水重力、水泵增加排水壓力將煤泥水經(jīng)由管路排入采場內(nèi)；濃縮池標(biāo)高+540，890m管路在采場內(nèi)端頭標(biāo)高+487，儲(chǔ)水倉標(biāo)高+350。3）煤泥水排水管路端頭（+487水平）與采場內(nèi)防排水系統(tǒng)管路相連接，將煤泥水經(jīng)導(dǎo)水盲溝排入采場內(nèi)儲(chǔ)水倉。工業(yè)廢水在儲(chǔ)水倉內(nèi)沉淀過濾后，由儲(chǔ)水倉導(dǎo)入采場內(nèi)水車加水點(diǎn)蓄水池（標(biāo)高+452水平）進(jìn)行綜合利用。從2013年年初提出改造，經(jīng)考察論證、方案設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝施工，在2013年10月完成，使采場內(nèi)缺水的局面得到了徹底改觀。
2.2效益分析
實(shí)施該項(xiàng)目，在綜合利用、技術(shù)創(chuàng)新、節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、土地復(fù)墾、社區(qū)和諧和企業(yè)文化多方面取得了成績，有效地推進(jìn)了綠色礦山建設(shè)工作。通過廢水的綜合利用，每年可為采場內(nèi)用水節(jié)省138.75萬元成本，每年25萬m3清潔水資源得到保護(hù)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。直接經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)：138.75萬元/年。每年循環(huán)用水量25萬m3，赤峰地區(qū)工業(yè)用水3.0元/m3，每年水費(fèi)節(jié)約75萬元。由地面加水點(diǎn)至采場內(nèi)加水中心加權(quán)運(yùn)距5.1km，運(yùn)費(fèi)0.5元/m3•km，運(yùn)量25萬m3，每年運(yùn)費(fèi)節(jié)約63.75萬元。。間接經(jīng)濟(jì)效益：選煤廠工業(yè)廢水外部排棄系統(tǒng)維護(hù)人員取消，分流到需要崗位，節(jié)省了人員工資；節(jié)省了外排沉積物的清理費(fèi)用等。
3結(jié)語
本次設(shè)計(jì)采用“一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵”的多泵控制系統(tǒng)。在這里利用PLC設(shè)計(jì)一套變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬間壓力變化自動(dòng)調(diào)節(jié)某臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速和多臺(tái)水泵的投入及退出，使管網(wǎng)主干管出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個(gè)系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)?？蓪?shí)現(xiàn)恒壓變量、雙恒壓變量等控制方式，多種啟?？刂品绞剑撓到y(tǒng)可以通過任意修改參數(shù)指令（如壓力設(shè)定值、控制順序、控制電機(jī)數(shù)量、壓力上下限、PID值、加減速時(shí)間等）；具有完善的電氣安全保護(hù)措施，對過流、過壓、欠壓、過載、斷水等故障均能自行診斷并報(bào)警。
為保證小區(qū)的供水正常，利用PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，按照用戶的需求按需調(diào)節(jié)水泵流量，根據(jù)夜間用水少可以只開一個(gè)小流量泵，并滿足用戶的流量需求，使真?zhèn)€系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。
關(guān)鍵詞： 變頻器 可編程控制器 恒壓供水
ABSTRACT
This design plan mainly use the variable pumps control system of a frequency conversion controls several water pumps. Designs a set of one kind of frequency this system may act according to pipe network instantaneous pressure variation, control add or decrease pump. Doing this can make output of pipe network constant pressure value and satisfy the need of user. Consequently the system can be maintained the state of high efficiency and energy saving. This system may revise the parameter instruction (for example pressure to suppose definite value, control order, control the quantity of electrical machine, pressure lower limit, the PID value, adds and subtracts fast time and so on); It has the consummation electrical safekeeping measure can judge oneself and alarm the over-current, over-pressure, less-pressure, the overload, the stop of water supply and so on.
In order to make sure regular water supply , the water supply system used PLC and frequency conversion, a low power pump can be used during night. The pump may satisfy needed water supply at that time. The system can be in state of high efficiency and energy saving.
Key words : Frequency conversion PLC constant pressure water supply
目 錄
摘要………………………………………………………………………
Abstract…………………………………………………………………
第1章 緒論……………………………………………………………
1.1 引言……………………………………………………………… 1.3 PLC的發(fā)展概況…………………………………………………
1.4 本文的主要研究內(nèi)容……………………………………………
第2章 水泵調(diào)控技術(shù)………………………………………………….
2.1 水泵調(diào)控技術(shù)……………………………………………………
2.1.1 水泵參數(shù)……………………………………………………. 2.2 常用的調(diào)速方式…………………………………………………
2.3 供水系統(tǒng)變頻調(diào)速運(yùn)行的工作原理……………………………
第3章 方案的基本的選擇…………………………………………….
3.1 PLC的選擇………………………………………………………
3.1.1 PLC的組成…………………………………………………. 3.1.3 PLC的主要功能……………………………………………
3.1.4 PLC的選擇………………………………………………….
3.2 變頻器的選擇……………………………………………………
3.2.1 變頻器的特點(diǎn)……………………………………………….
3.2.2 變頻器的種類……………………………………………….
3.2.3 變頻器的選擇……………………………………………….
3.3 壓力傳感器的選擇………………………………………………
第4章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………
4.1 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及工作過程……………………………………
4.1.1 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)……………………………………………. 4.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)…………………………………………..
4.2.1 主電路設(shè)計(jì)……………………………………………...
4.2.2 控制電路設(shè)計(jì)…………………………………………...
4.3 PLC程序設(shè)計(jì)………………………………………………..
4.3.1 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)…………………………………..
4.3.2 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)…………………………………...
4.4 顯示…………………………………………………………..
第5章 PID算法在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用……………….
5.1 PID控制及其調(diào)節(jié)規(guī)律……………………………………….
5.1.1 經(jīng)典PID控制及調(diào)節(jié)…………………………………… 制……………………………………………
5.2 數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)………………………………………
5.2.1 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法………………………………….
5.2.2 PLC的PID模塊分析研究………………………………
結(jié)論……………………………………………………………………….
致謝……………………………………………………………………….
附錄1……………………………………………………………………..
附錄2……………………………………………………………………..
緒 論
1.1引言
隨著城市高層建筑供水問題的日益突出，隨著城市化進(jìn)程的加快，越來越多的人涌進(jìn)城市，因而對城市供水提出了越來越高的要求，保持供水壓力的恒定，提高供水質(zhì)量是相當(dāng)重要的。同時(shí)要求保證供水的可靠性和安全性。而用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此，供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中的反映在供水的壓力上，用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水的壓力恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水質(zhì)量。以前大多采用傳統(tǒng)的水塔、氣壓罐式的增壓設(shè)備，或是通過在樓頂建蓄水池來實(shí)現(xiàn)的，蓄水池中的水是由一個(gè)或多個(gè)水泵提供，而且這些水泵電機(jī)有很大一部分是不能變速的拖動(dòng)系統(tǒng)，不能變速電機(jī)的電能大多消耗在為了適應(yīng)供水量的變化而不得不頻繁的啟、停水泵中。這樣不但會(huì)使水泵電機(jī)工作在低效率區(qū)，縮短電機(jī)的使用壽命，而且電機(jī)的頻繁啟動(dòng)和停止會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊，從而導(dǎo)致設(shè)備故障率很高，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且使系統(tǒng)的維護(hù)、維修費(fèi)用較多，工作量較大。并且這些水泵都是以高出實(shí)際用水高度的壓力來提升水壓，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗。
隨著社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的迅速發(fā)展和人們住房條件的提高，高位生活用水和工業(yè)用水逐漸增多，傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)落后。以前采用人工進(jìn)行控制蓄水池的水位，由于不可能每時(shí)每刻對水位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測，并且?guī)в泻艽蟮闹饔^性，所以很難準(zhǔn)確控制水泵電機(jī)的起停；使用浮子或其它機(jī)械水位控制裝置使供水狀況有了一些改善，但由于機(jī)械控制裝置的故障率高，可靠性差，給日常維護(hù)和維修帶來很大的麻煩。
針對以上所存在的問題，結(jié)合工控行業(yè)的發(fā)展，特別是PLC和變頻技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，可以用它來解決水壓控制系統(tǒng)存在的以上問題。并且變頻技術(shù)在城市供水領(lǐng)域有節(jié)能、安全與恒壓方面的優(yōu)越性。
為了實(shí)現(xiàn)供水的自動(dòng)控制，一般選用以單片機(jī)與變頻器或PLC與變頻器結(jié)合為核心，這樣所構(gòu)成的系統(tǒng)都能達(dá)到較為理想的控制效果。對PLC與單片機(jī)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的一些主要方面做了簡單的比較如表1所示：
表1 PLC與單片機(jī)在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的比較
硬件 軟件 抗干擾能力 經(jīng)濟(jì)成本
單片機(jī) 電路相對復(fù)雜
需要有較多的外圍元件 程序設(shè)計(jì)復(fù)雜
程序修改麻煩 較差 低
PLC 體積小、高集成
有多種擴(kuò)展模塊 編程簡潔直觀
程序修改簡單 很強(qiáng) 高
通過上表的比較，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的成本與單片機(jī)相差不大，為了實(shí)現(xiàn)通用性，要求能夠根據(jù)現(xiàn)場的使用情況方便的修改、調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，對于供水系統(tǒng)來說，時(shí)間參數(shù)變化較多，與單片機(jī)相比PLC的軟件中時(shí)間參數(shù)的調(diào)整更簡單。
基于以上原因，選用了PLC與變頻器結(jié)合來實(shí)現(xiàn)對高樓的恒壓供水，再加上變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)與DBS 316A型壓力變送器，使軟件程序的設(shè)計(jì)簡單化，硬件接口簡易可行、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，特別是整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力很強(qiáng)，不僅改變傳統(tǒng)用閥門控制水量的多少，也改善了傳統(tǒng)控制方法的故障率較高的弱點(diǎn)，而且在節(jié)能、恒壓控制等方面均有非常好的使用效果。
國外生產(chǎn)的變頻器國威通用型且單機(jī)控制（即一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)電機(jī)），功能主要是限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在中、大容量的變頻恒壓供水系統(tǒng)中，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證水管管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)；多臺(tái)水泵的循環(huán)控制需外部提供邏輯控制；在變頻與工頻電源的切換技術(shù)上，大多采用主電路串接軟啟動(dòng)器降壓啟動(dòng)的方法。八十年代中期進(jìn)入中國市場的日本公司Samoc，近期推出了獨(dú)有的恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”、“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)備指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)（泵）的供水系統(tǒng)。該設(shè)備簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此使用范圍受到限制。
目前國內(nèi)有不少公司在做變頻器恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器（PLC）予以實(shí)現(xiàn)；有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)，本文組要采用的是PLC控制。這兩種控制方案，從可靠性方面來講，PLC優(yōu)于單片機(jī)，從經(jīng)濟(jì)性方面來講，單片機(jī)優(yōu)于PLC。在變頻與工頻電源的切換技術(shù)上，多數(shù)采用前面提及的主電路串接軟起動(dòng)器的方法進(jìn)行降壓起動(dòng)，也有采用切換時(shí)封鎖變頻器的控制脈沖，使變頻器輸出為零，切換到工頻電源上。這兩種方法，前者容易實(shí)現(xiàn)，軟啟動(dòng)器一般為成品部件，但設(shè)備投資較大；后者設(shè)備投資少，但頻率波動(dòng)大，易引起水管管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定。深圳華為電氣公司看到了變頻恒壓供水的潛在市場，于近期推出了恒壓供水專用變頻器（5.5KW～45KW），無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成早變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，其輸出接口限制了帶負(fù)載的容量，因此只適用于中小容量的系統(tǒng)。
可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究中，對于大中容量恒壓供水系統(tǒng)存在的水壓閉環(huán)控制和變頻電源與工頻電源的無擾動(dòng)平穩(wěn)切換問題沒有得到根本解決。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能并且降低種大容量系統(tǒng)的投資成本。
1.3 PLC的發(fā)展概況
PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。它問世于20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)的PLC功能都很簡單，只有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能；硬件方面用于PLC的集成電路還沒有投入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，CPU以分立元件組成；存儲(chǔ)器為磁心存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量有限；用戶指令一般只有二三條，還沒有成型的編程語言；機(jī)型單一，沒有形成系列。一臺(tái)可 編程控制器最多只能替代200～300個(gè)繼電器組成的控制系統(tǒng)，在體積方面，與現(xiàn)在的可編程控制器相比，可以說是龐然大物。
進(jìn)入70年代，隨著中小規(guī)模集成電路的工業(yè)化生產(chǎn)，可編程控制器技術(shù)得到了較大的發(fā)展?？删幊炭刂破鞴δ艹壿嬤\(yùn)算外，增加了數(shù)值運(yùn)算、計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制等；軟件開發(fā)有自診斷程序，程序存儲(chǔ)開始使用EPROM；可靠性進(jìn)一步提高，初步形成系列，結(jié)構(gòu)上開始有模塊式和整體式的區(qū)分，整機(jī)功能從專用向通用過渡。
70年代后期和80年代初期，微處理器技術(shù)日趨成熟，單片微處理器、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，大規(guī)模集成電路開始普遍應(yīng)用?？删幊炭刂破鏖_始向多處理器發(fā)展，使可編程控制器的功能和處理速度大為增強(qiáng)，并具有通信和遠(yuǎn)程I/O能力，增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)運(yùn)算、三角函數(shù)、查表、列表等，自診斷和容錯(cuò)技術(shù)也迅速發(fā)展。 進(jìn)入21世紀(jì)，可編程控制器仍保持旺盛的發(fā)展勢頭，并不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，如為用戶配置柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。目前可編程控制器主要向兩個(gè)方向擴(kuò)展：一是綜合化控制系統(tǒng)，它已經(jīng)突破了原有的可編程控制器的概念，將工廠生產(chǎn)過程控制與信息管理系統(tǒng)密切結(jié)合起來，這種發(fā)展趨勢帶來工業(yè)控制的一場變革，實(shí)現(xiàn)真正意義上的電子信息化工廠；二是微型化的可編程控制器使得控制系統(tǒng)可將觸角延伸到工廠的各個(gè)角落。隨著世界經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，發(fā)達(dá)國家更加注重了對可編程控制器的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，國際大型可編程控制器制造商紛紛加入了可編程控制器的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，他們利用許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立了符合他們經(jīng)濟(jì)的技術(shù)保護(hù)壁壘。
1.4本文的主要研究內(nèi)容
經(jīng)過系統(tǒng)分析，并結(jié)合供水生產(chǎn)實(shí)際，本次研究的主要內(nèi)容和目標(biāo)是基于PLC的單臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行的恒壓供水系統(tǒng)的研制，該系統(tǒng)利用變頻器實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的軟起動(dòng)和調(diào)速，同時(shí)把水泵電機(jī)控制納入自動(dòng)控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的操作控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，設(shè)備管理達(dá)到最優(yōu)效果，運(yùn)行調(diào)節(jié)達(dá)到最佳節(jié)能。具體而言，論文包括以下內(nèi)容：
1.對水泵電機(jī)的調(diào)控技術(shù)進(jìn)行分析。
2.介紹了基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵電機(jī)變頻運(yùn)行。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號(hào)經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證管網(wǎng)的壓力恒定。重點(diǎn)對變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程，控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
3. 對PID控制器的基本原理的介紹。
第2章 水泵調(diào)控技術(shù)
2.1水泵調(diào)控技術(shù)
水泵廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)中，但在供水行業(yè)中，普遍采用的是離心式葉片泵，也稱離心泵。離心泵是利用葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力的原理工作的。在啟動(dòng)前必須使泵和進(jìn)水管充滿液體，當(dāng)葉輪在泵殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)在離心力的作用下被甩向葉輪邊緣，并匯集到泵殼內(nèi)，使液體或的動(dòng)能和壓能，并沿著出水管道輸送出去。
在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設(shè)備維護(hù)管理費(fèi)用，在生產(chǎn)成本中占有很大的比例。水泵電機(jī)作為一種高耗能通用機(jī)械，其耗電量占全國總耗電量的21%以上，具有很大的節(jié)能潛力。由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門來控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當(dāng)部分的電能消耗在閥門和額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的電機(jī)。因此，這種調(diào)控方式雖然簡單，但從節(jié)能的角度來看，很不經(jīng)濟(jì)。近年來，電機(jī)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，為水泵電機(jī)的節(jié)能開辟了一個(gè)新途徑。
它可以通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來適應(yīng)水量和水壓的變化，使水泵始終在高效區(qū)工作，將大大降低水泵的能耗，合理地進(jìn)行設(shè)備的管理與維護(hù)，對節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有極其重要的意義。
2.1.1水泵的工作參數(shù)
水泵的工作參數(shù)共有六個(gè)，即：流量、揚(yáng)程、功率、效率、轉(zhuǎn)速及允許吸上真空高度或氣穴余量。
1.流量Q
水泵流量是指水泵在單位時(shí)間從水泵出水口排出的水量，可分為體積流量和質(zhì)量流量兩種。
2.揚(yáng)程H 3.功率P
水泵的功率有有效功率和軸功率兩種。有效功率為泵內(nèi)液體實(shí)際所獲得的凈功率，可以根據(jù)流量和揚(yáng)程來計(jì)算。軸功率是水泵在一定流量揚(yáng)程下運(yùn)行時(shí)所需的外來功率，即由動(dòng)力機(jī)傳給水泵軸上的功率。軸功率不可能全部傳給液體，而要消耗一部分功率后，才成為有效功率。
4.效率
水泵效率標(biāo)志著水泵傳遞能量的有效程度，亦即反映了泵內(nèi)功率損失的大小，是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。它由泵內(nèi)水力效率、機(jī)械效率和容積效率等三個(gè)局部效率組成。
5.轉(zhuǎn)速n
轉(zhuǎn)速是指葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。水泵銘牌上所標(biāo)明的額定轉(zhuǎn)速是設(shè)計(jì)工況時(shí)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速改變后，水泵的工作性能也隨之改變。
6.允許吸上真空高度或臨界氣穴余量
二者是表征水泵吸水性能或氣穴性能的參數(shù)，它們是確定水泵安裝高度和評述水泵發(fā)生氣穴與氣蝕問題的主要參數(shù)。
（1）供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn) 管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，揚(yáng)程H與流量Q之間的關(guān)系曲線H=ƒ(Q)，如圖1-2所示。管阻特性描繪了水泵的能量用來克服泵系 統(tǒng)的水位及壓力差、液位在管道中流動(dòng)的阻力變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程H與供水流量間的關(guān)系H=ƒ()。
揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖2-1中的點(diǎn)。在這一點(diǎn)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性。即：用戶的用水流量和供水系統(tǒng)的供水流量處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
圖2－1 供水系統(tǒng)的基本特性與工作點(diǎn)
（2）水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理
在供水系統(tǒng)中，通常是以流量為控制對象，常用的控制方式為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門開度的大小來調(diào)節(jié)流量，而水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，其實(shí)質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量的，因此，管組特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性不變。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，其實(shí)質(zhì)是通過改變水的勢能來改變流量，因此，揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻特性不變。
采用變頻調(diào)速的供水系統(tǒng)屬于轉(zhuǎn)速控制法，其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動(dòng)地調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，始終保持管網(wǎng)水壓恒定，即：用水量增大，電機(jī)加速；用戶水量減小，電機(jī)減速。圖2－2為管網(wǎng)及水泵的特性曲線。
圖2－2 管網(wǎng)及水泵運(yùn)行的特性曲線
供水量高峰期水泵工作在A點(diǎn)，流量為，揚(yáng)程為。當(dāng)供水量要求從減小到時(shí)，若采用恒速泵供水，必須關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的摩擦阻力變大，管阻特性曲線變?yōu)?，揚(yáng)程特性曲不變，而揚(yáng)程則從上升到，運(yùn)行工況從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，此時(shí)水泵輸出功率為(0,, B, )圍成部分；若采用恒壓()、變速泵（）供水，管網(wǎng)特性曲線變?yōu)?，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€，工作點(diǎn)從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，此時(shí)水泵輸出功率為(0,, C, )圍成的部分。比較兩者，其節(jié)能為(, , B, C)圍成的陰影部分。而且根據(jù)水泵變速運(yùn)行的相似定律，變速前后的流量、揚(yáng)程、功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：
式中： 、、為轉(zhuǎn)速時(shí)的功率、揚(yáng)程、流量
、、為轉(zhuǎn)速時(shí)的功率、揚(yáng)程、流量
由上式可以看出，水泵在轉(zhuǎn)速控制時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，軸功率就相應(yīng)的減少，電機(jī)輸入功率也隨之減少，軸功率于電機(jī)轉(zhuǎn)速成三次方的關(guān)系下降。
由此可見：在供水系統(tǒng)輸送同樣流量的情況下，轉(zhuǎn)速控制時(shí)的揚(yáng)程比閥門控制時(shí)小得多，所需要的供水功率也比閥門控制方式小得多，兩者之差是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率，它與圖中的陰影部分成正比。當(dāng)流量從0～之間不斷變化時(shí)，節(jié)能為圖中(, A 圍成的面積,可見其節(jié)電效果顯著。
2.2常用的調(diào)速方式
水泵多配用交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：
＝ 式（2-1）
其中： 為異步電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速；
為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；
為異步電機(jī)的定子電源頻率；
為靜差率，。
改變電動(dòng)機(jī)極對數(shù)，改變靜差率及改變電源頻率都可以改變轉(zhuǎn)速。常用的調(diào)速方式有變級對數(shù)調(diào)速，變頻調(diào)速和可控硅串級調(diào)速三種方式。
1. 變級對數(shù)調(diào)整
在電源頻率一定的情況下，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與極對數(shù)成反比，改變電動(dòng)機(jī)極對數(shù)，就可以改變轉(zhuǎn)速。通過改變定子繞阻的接線方法來改變極對數(shù)。這種調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有極調(diào)速，而且級差比較大，只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。對于我的設(shè)計(jì)不適用。
2. 變頻調(diào)速
變頻調(diào)速是將電網(wǎng)交流電經(jīng)過變頻器變?yōu)殡妷汉皖l率均可調(diào)的交流電，然后供給電動(dòng)機(jī)，使其可在變頻的情況下運(yùn)行。
改變電動(dòng)機(jī)定子頻率可以平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的也就改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)差率可以保持不變或很小。但對電動(dòng)機(jī)來說，定子頻率改變后，其運(yùn)行影響，如果電壓不變，頻率增加時(shí)，磁通減少，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)；頻率減少，磁通增加，會(huì)使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致鐵心損失急劇增加而發(fā)熱，使不允許。因此在實(shí)用上，要求調(diào)速的同時(shí)，高變定子電壓，保持磁通基本不變，既不使鐵芯發(fā)熱，有保持轉(zhuǎn)矩的不變。變頻技術(shù)對水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整，以獲得優(yōu)良的運(yùn)行特性和明顯的節(jié)能效果，是目前常用的技術(shù)。
3. 可控硅串級調(diào)速
它是把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電勢經(jīng)過整流――逆變后回饋給電網(wǎng)，回收功率就是轉(zhuǎn)差功率，當(dāng)改變逆變角時(shí)，逆變電勢、轉(zhuǎn)差功率、轉(zhuǎn)差率都 將隨之改變，從而達(dá)到調(diào)整的目的。
這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是由于它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)整性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，還需一臺(tái)與電動(dòng)機(jī)相匹配的變壓器增加了蹭環(huán)節(jié)的電能損耗，帶來了成本高，占滴水泵房面積大等缺點(diǎn)而影響它的推廣價(jià)值。因此，在本論文，我不采用。
2.3 供水系統(tǒng)變頻調(diào)速運(yùn)行的工作原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由籠式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵作成一體。變頻供水系統(tǒng)是通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。
異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。
異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為：
式（2-2）
異步電機(jī)的同步速度為：
= 式（2-3）
異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：
式（2-4）
其中； 為異步電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速；
為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；
為異步電機(jī)的定子電源頻率；
為異步電機(jī)的極對數(shù)。
從上式可知，當(dāng)極對數(shù)不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電源頻率成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機(jī)供電電源頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
變頻調(diào)速時(shí)，從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、高精度、調(diào)范圍廣平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)速性能可與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機(jī)一種比較合理和理想的調(diào)速方法，其頻率調(diào)節(jié)時(shí)的機(jī)械特性曲線如圖2－3所示。
圖2－3異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性曲線
第3章 方案的基本的選擇
3.1 可編程控制器PLC的選擇
可編程邏輯控制器簡稱PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制設(shè)備。
3.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不同，但是結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出等部分組成。如圖3-1所示：
圖3-1 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)
1．主機(jī)
主機(jī)部分包括中央處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入輸出擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口和電源等部分組成。中央處理器是PLC的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路，用于運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備的請求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。
2．輸入/輸出(I/O)接口 I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備的控制信號(hào)。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備。
3．輸入/輸出擴(kuò)展單元 I/O擴(kuò)展接口用于將外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元和基本單元連接在一起。輸入輸出擴(kuò)展接口有并行接口、串行接口和雙口存儲(chǔ)器等多種形式。
4．外部設(shè)備接口
外部設(shè)備接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人--機(jī)對話、機(jī)--機(jī)對話的通道。通過它，PLC可以與編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連。該接口的功能是串行/并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、通信格式的識(shí)別、數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)檢驗(yàn)、信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換等。
5．編程
編程是PLC利用外部設(shè)備，用戶用來輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)視PLC的工作情況。通過專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦連接，并利用專用的軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。
6．電源單元 電源是供給PLC電源的器件，通常為輸入設(shè)備提供直流電源。它的作用是把外部的供電電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各電源所需的電源?？删幊绦蚩刂破鞯碾娫匆话悴捎瞄_關(guān)電源，特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高。 PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。PLC以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道(字)的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器(布爾處理器)，進(jìn)行點(diǎn)(位)運(yùn)算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。
1.可靠性
對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。PLC的可靠性高表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面。
(1)與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC不需要大量的活動(dòng)元件和接線電子元件，它的接線大大減少，系統(tǒng)的維修簡單，PLC還采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。PLC還具有編程簡單，操作方便等特點(diǎn)，因此對操作人員的技能要求降低，操作人員容易學(xué)習(xí)和掌握，一般不容易發(fā)生操作的錯(cuò)誤，可靠性因此提高。
(2)與通用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較，PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高；在硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件、采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造、對干擾的屏蔽隔離和濾波等。在軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言等。
2.易操作性
PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：
（1）操作方便：PL C的操作包括程序輸入和更改的操作。多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息顯示，對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作可直接根據(jù)所需的地址編號(hào)進(jìn)行搜索，然后進(jìn)行更改。
（2）編程方便：采用布爾助記符編程時(shí)，有助于編程人員的編程。
（3） 維修方便：PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位，以便維修。
3.靈活性
PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）編程的靈活性：PLC采用的編程語言有梯形圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。
（2）擴(kuò)展的靈活性：PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。
（3）操作的靈活性：操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。
（4） 體積小、重量輕、功耗低
由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，其結(jié)緊密、堅(jiān)固，體積小巧，易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部要，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。
3.1.3 PLC的主要功能
隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已能實(shí)現(xiàn)以下功能。
⑴ 條件控制功能
條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代斷電器觸點(diǎn)串聯(lián)、并聯(lián)及其他各種邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。
⑵ 定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能
定時(shí)/計(jì)數(shù)控制功能就是用PLC提供的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對某種操作的定時(shí)或計(jì)數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和計(jì)數(shù)繼電器。
⑶ 步進(jìn)控制功能
步進(jìn)控制功能就是有步進(jìn)指令來實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能進(jìn)行下道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。
⑷ 數(shù)據(jù)處理功能
數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。
⑸ A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能
A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能就是通過A/D、D/A模塊完成對模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。
⑹ 運(yùn)動(dòng)控制功能
運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過高速計(jì)數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸控制。
⑺ 過程控制功能
過程控制功能是指PLC的PID控制指令實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。
⑻ 擴(kuò)展功能
擴(kuò)展功能是指通過連接輸入/輸出擴(kuò)展單元（即I/O擴(kuò)展單元）模塊來增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元提高PLC控制能力。
⑼ 遠(yuǎn)程I/O功能
遠(yuǎn)程I/O功能是指通過遠(yuǎn)程I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)，傳出輸出信號(hào)。
⑽ 通訊聯(lián)網(wǎng)功能
通訊聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之間的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位計(jì)算機(jī)的連接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成系統(tǒng)規(guī)模較大的復(fù)雜控制。
⑾ 監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對系統(tǒng)出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)速、修改控制程序中的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制I/O狀態(tài)。
3.1.4 PLC的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)方案和PLC,變頻器的內(nèi)部電氣接線圖確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，本設(shè)備輸入點(diǎn)數(shù)：X為8點(diǎn)； 輸出點(diǎn)數(shù)：Y為12點(diǎn)。
其I/O口分配表如圖3-2所示：
3.2 變頻器的選擇
目前，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻器已經(jīng)成為電氣調(diào)整的主流，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的主要組成部分。
3.2.1變頻器的特點(diǎn)
1.變頻器的特點(diǎn)
大部分通用變頻器都有以下特點(diǎn)： ②、穩(wěn)定性好 由于變頻器的控制信息為數(shù)字量，不會(huì)隨時(shí)間漂移，不隨溫度等環(huán)境條件而變化。
③、可靠性高 控制電路采用大規(guī)模集成電路，主電路采用智能化模塊。系統(tǒng)中的硬件電路元件數(shù)量很少，相應(yīng)故障率大大降低。
④、靈活性好 系統(tǒng)中硬件向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化發(fā)展，可以在盡可能
少的硬件支持下，由軟件去完成復(fù)雜的控制功能。適當(dāng)?shù)男薷能浖?，就可以改變系統(tǒng)的功能或提高其性能。
⑤、存儲(chǔ)能力強(qiáng) 存儲(chǔ)容量大，存放時(shí)間幾乎不受限制，變頻器可在存儲(chǔ)器中存放大量的數(shù)據(jù)和表格，利用查表法簡化計(jì)算，提高運(yùn)算精度。
⑥、邏輯運(yùn)算能力強(qiáng) 容易實(shí)現(xiàn)自診斷、故障記錄、故障尋找等功能，使變頻器可靠性、可使用性、可維護(hù)性大大提高。
⑦、自動(dòng)調(diào)壓功能 是電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)調(diào)壓，簡化了使用操作，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最佳運(yùn)行。
⑧、具有模糊加減速功能 能根據(jù)電動(dòng)機(jī)加速過程中的負(fù)載電流和制動(dòng)過程中的變頻器直流測的電壓，自動(dòng)計(jì)算最佳加/減速時(shí)間。
3.2.2 變頻器的種類
變頻器可分為兩種：交－直－交變頻器，交－交變頻器。如下圖：
交－直－交變頻器是由三個(gè)環(huán)節(jié)組成：可控硅整流電路，其作用是將電壓、定頻率的交流電路變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電；可控硅逆變電路，其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調(diào)的交流電；濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和變電路之間，一般是利用無電源電容或電抗器對整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波。它不僅可改變逆變器輸出電壓，而且具有抑制諧波功能，是一種比較理想的方式。
交－交變頻器是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流榻通過變頻電路同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可調(diào)的交流的電輸出。就是由于直接交換，減少換流電路，減少損耗，效率高，波型好，但調(diào)整范圍小，控制線路復(fù)雜，功率因數(shù)低，目前較少采用。
3.2.3 變頻器的選擇
⑴ 型號(hào)的選擇： 所有數(shù)據(jù)顯示都采用6位數(shù)的LED形式，能正常運(yùn)行時(shí)持續(xù)顯示一項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。能顯示當(dāng)前變頻器的頻率，可切換鍵選擇顯示內(nèi)容，如電動(dòng)機(jī)的電流、電壓、功率等。作為該顯示的補(bǔ)充，另外還有3個(gè)指示燈，用來指示主電源是否接通（ON）、 警告（WARNING）和報(bào)警（ALARM）。變頻器的大部分參數(shù)設(shè)置可以直接通過控制面板來改變。
① QUICK/MENU（快速菜單）鍵可以查出用于快速菜單的參數(shù)。QUICK/MENU鍵還可用于取消參數(shù)值的改變。在斷開主電源，同時(shí)按下QUICK/MENU、＋、和CHANGE/DATA鍵并通主電源，然后松開這些鍵，變頻器就被設(shè)置為出廠設(shè)定狀態(tài)。
② CHANGE/DATA（改變數(shù)據(jù)）鍵用來改變設(shè)定值。CHANGE/DATA鍵還可以用來儲(chǔ)存已改的參數(shù)設(shè)定值。
③ ＋/-鍵用來選擇參數(shù)和改變參數(shù)值。同時(shí)按下QUICK/MENU、＋鍵，能夠調(diào)閱所有參數(shù)。
④ STOP/RESET（停止/復(fù)位）鍵用來使所連接的電機(jī)停止或在跳閘后使變頻器復(fù)位。
⑤ START（啟動(dòng)）鍵用來啟動(dòng)變頻器。
⑵ 變頻器容量的選擇：
一般來說，當(dāng)一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量與實(shí)際電動(dòng)機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)等于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量之和。本系統(tǒng)中每時(shí)均只有一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)變頻器，因此，就只需與大電機(jī)容量的相符即可，即是220KW。
⑶ 變頻器的端子操作：
變頻器的端子包括電源接線端子和控制端子。
電源端子中有三相輸入電源端子R、S、T，7逆變器三相輸出端子U、V、W。
控制端子共有有近20個(gè)控制端子，分4類，即輸入與監(jiān)視信號(hào)端子、頻率模擬設(shè)定輸入端子、輸出信號(hào)端子、報(bào)警輸出端子。
控制端子 輸出信號(hào)端子提供一對常閉觸點(diǎn)和一對常開觸點(diǎn)，共3個(gè)端子（端子01、02、03），可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器。在故障時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。通過報(bào)警信號(hào)端子的繼電器斷開外部電路，避免了故障升級。輸出信號(hào)（端子46）包括指示變頻器正在運(yùn)行信號(hào)、告警或報(bào)警以及運(yùn)行狀態(tài)。
⑷ VLT2800系列變頻器所提供的保護(hù)功能包括過電流、過載、逆變器過載、電源缺相、過壓、欠壓、接地故障、開關(guān)模式故障、短路、內(nèi)部出錯(cuò)、CPU故障保護(hù)、電源掉電重合閘保護(hù)等。
3.3 壓力傳感器的選擇 由于一般的生活供水的壓力為370KPa～430KPa,消防供水的壓力為670 KPa～730KPa，所以壓力傳感器選0KPa～1000KPa。，我們選用的是YTT-150型差動(dòng)遠(yuǎn)傳壓力表。它是二線制安全型防爆儀表。用于測量對銅和鋼及合金不起腐蝕的液體、氣體和蒸氣的壓力。儀表在進(jìn)行壓力指示外，還連續(xù)輸出與被測壓力成線性的4-20mA直流信號(hào)，該表用于水壓恒定的PID檢測環(huán)節(jié)。
其技術(shù)指標(biāo)為：
1）測量范圍：-0.1—0.3MPa
2）輸出信號(hào)：mA DC,二線制
3）精度等級：1.5級
4）負(fù)載電阻：250 —350Ω
5）供電電源：直流（+10—-15）%
6）工作環(huán)境：溫度：-10—55度
相對濕度：<=85%
工作振動(dòng)：振動(dòng)頻率<=25HZ 外磁場<=400A/M
3.4 本章小結(jié)
根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，在本章中對PLC的型號(hào)進(jìn)行了選擇。并針對考慮到了設(shè)計(jì)需要的容量和顯示功能，選了丹佛斯公司生產(chǎn)的VLT2800 220KW。根據(jù)水壓的實(shí)際情況，對壓力傳感器也進(jìn)行了較合理的選擇。
第4章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳感器等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)3臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速，當(dāng)給生活供水時(shí)，分別采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行；當(dāng)給消防供水時(shí)，就3臺(tái)電機(jī)全投入，并采用“先啟先?！钡脑瓌t接入和退出。通過壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號(hào)，變頻器輸出電機(jī)頻率信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)反饋給PLC的PID模塊,PLC根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)PID運(yùn)算，發(fā)出控制信號(hào)，控制水泵電機(jī)進(jìn)行切換，以達(dá)到恒定水壓的目的。圖4－1所示為恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
圖4－1 恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
控制系統(tǒng)的具體工作過程： = Q0.1
關(guān)鍵詞：小城鎮(zhèn)，生活污水
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展 ,人口的不斷增長和人民生活水平的不斷提高 ,小城鎮(zhèn)污水成為我國區(qū)域性水污染的主要原因之一[[1]]。而太湖地區(qū)執(zhí)行了中國最嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)《太湖地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠及重點(diǎn)行業(yè)水污染排放限值DB-32/T1072-2007》。論文大全，生活污水。因此，針對太湖地區(qū)小城鎮(zhèn)污水處理現(xiàn)狀，投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、建設(shè)周期短、操作管理簡單的污水處理又能達(dá)標(biāo)的技術(shù)開發(fā)應(yīng)用迫在眉睫。本文以江南某鎮(zhèn)生活污水處理站為例，闡述污水處理站的工程設(shè)計(jì)，為國內(nèi)小城市污水處理站的建設(shè)提供參考。
1 污水處理廠概況
該污水處理廠位于鎮(zhèn)南，污水處理廠主要是該鎮(zhèn)的生活污水廠。論文大全，生活污水。該污水處理廠占地800m2，工程總投資320萬元，其中土建130萬元。
該鎮(zhèn)靠近京杭運(yùn)河，地下水位低，考慮生活污水、污水管網(wǎng)的滲漏系數(shù)、部分雨水和工業(yè)廢水進(jìn)入管網(wǎng)，以確定該污水處理廠規(guī)模。該鎮(zhèn)管網(wǎng)采用雨污合流，其中工業(yè)廢水水量約為400~500m3/d。
現(xiàn)有鎮(zhèn)區(qū)人口1萬人，現(xiàn)有生活污水水量Q1=1100m3/d；
（污水管網(wǎng)的滲入量Q2=150m3/d（以Q1的13%考慮）；
部分雨水和工業(yè)廢水進(jìn)入管網(wǎng)Q3=450m3/d。
現(xiàn)有水量：Q= Q1+ Q2+Q3=1100+150+450=1700m3/d
考慮鎮(zhèn)區(qū)的發(fā)展，生活污水量也會(huì)隨之增長，預(yù)計(jì)生活污水量以每年10%的速率發(fā)展，則第三年（2011年）污水量約為2000 m3/d [2]。
2 設(shè)計(jì)參數(shù)與工藝流程
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)
設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1-1。
表1-1 進(jìn)出水水質(zhì)表
論文關(guān)鍵詞：化纖廢水，混凝，活性污泥
江蘇某化纖廠主要生產(chǎn)粘膠纖維，每天產(chǎn)生廢水量約5000m3。廢水成分復(fù)雜，可生化性差，水質(zhì)波動(dòng)較大，屬于難降解有機(jī)工業(yè)廢水。企業(yè)內(nèi)原有一套以水解、氣浮及生化為主體工藝的污水處理設(shè)施，但該工藝流程長，效率低。因此，以節(jié)能減排為指導(dǎo)思想，對企業(yè)原有污水處理設(shè)施進(jìn)行了升級改造。
1 廢水水質(zhì)
企業(yè)生產(chǎn)廢水主要來自于化纖原液的制備和紡絲工段，為三部分，分別是堿水、酸水及精煉水。廢水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果（監(jiān)測平均值）如表1所示。
廢水排放指標(biāo)中，對COD實(shí)行總量控制，執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)的一級B標(biāo)準(zhǔn)，COD<60mg/L。其余指標(biāo)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)的一級標(biāo)準(zhǔn)活性污泥，其中，pH 6~9，總鋅<2mg/L，硫化物<1mg/L。
表1廢水水質(zhì)、水量
Tab1 Wastewater quality & quantity
廢水
指標(biāo)
堿水
酸水
精煉水
pH
11.3
2.3
6.7
COD/mg·L-1
4108
509
471
Zn2＋/mg·L-1
-
200
17
S2-/mg·L-1
5
-
5.2
水量
1000
論文關(guān)鍵詞：印染污水處理廠，達(dá)標(biāo)改造，厭氧水解，水量水質(zhì)調(diào)節(jié)
1 污水處理廠概況
改革開放以來，慈溪市針織漂印染產(chǎn)業(yè)得到了前所未有的發(fā)展，為此，慈溪市有關(guān)部門決定在杭州灣新區(qū)內(nèi)建設(shè)一個(gè)集生產(chǎn)、開發(fā)、銷售為一體的漂印染工業(yè)生產(chǎn)基地，將原先分散在慈溪各地的39家針織漂印染企業(yè)遷建集中至園區(qū)內(nèi)統(tǒng)一管理。為其配套的印染污水處理廠于2007年2月建成，設(shè)計(jì)處理能力3萬m3/d，總占地67畝。
原考慮建成一座預(yù)處理水廠，處理出水達(dá)到城鎮(zhèn)接管標(biāo)準(zhǔn)后輸送至市政污水處理廠，進(jìn)行二級處理后達(dá)標(biāo)排海。但考慮到印染廢水的色度和CODcr值均較高，對市政污水處理廠的污染負(fù)荷沖擊較大，為滿足園區(qū)企業(yè)投產(chǎn)需要，并解決園區(qū)工業(yè)廢水及時(shí)處置，后決定將3萬m3/d印染污水預(yù)處理廠改建為二級處理廠厭氧水解，采用“吸附沉淀 + 厭氧水解 + 接觸氧化 + 高效澄清”工藝，將污水處理達(dá)到GB4287-92《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn)后排海。工藝流程見圖1。污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1
表1 污水處理廠設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)
Tab.1
指標(biāo)
CODcr（mg/l）
BOD5（mg/l）
NH3-N（mg/l）
TP
（mg/l）
SS
（mg/l）
色度
(度)
pH
進(jìn)水
≤1200
≤300
≤30
—
≤700
≤400
8－11
出水
100
25
8（15）
1
70
論文關(guān)鍵詞：有機(jī)膨潤土，吸附，苯胺基乙腈生產(chǎn)廢水，試驗(yàn)研究
苯胺基乙腈是一種染料中間體，其最終產(chǎn)品靛藍(lán)粉主要用于牛仔布染色。苯胺基乙腈生產(chǎn)廢水屬于高濃度難生物降解的有機(jī)廢水，其COD高達(dá)3萬~5萬mg/L，由于含有苯胺類物質(zhì)及氰化物(對微生物有毒害作用)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易分解，因此可生化性差，不能直接用生化法進(jìn)行處理，必須采用非生物處理技術(shù)或?qū)U水進(jìn)行改性后使用生物法處理[1]。Mcbride等[2](1977)首先提出了使用改性膨潤土吸附處理水中有機(jī)物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其對有機(jī)物有較高的去除率；Smith[3]等(1990)對膨潤土的有機(jī)改性和有機(jī)改性膨潤土處理水中的有機(jī)污染物進(jìn)行了詳細(xì)的研究；朱利中等[4](1997)研究了CTMAB膨潤土吸附處理水中難降解有機(jī)物的性能。近年來膨潤土及其改性產(chǎn)品作為新型的廢水處理材料，已被廣泛地運(yùn)用于工業(yè)廢水難降解物質(zhì)、有機(jī)染料、油污處理等方面的研究中。膨潤土經(jīng)有機(jī)改性后，表面由親水性變?yōu)槭杷?，有機(jī)碳含量提高環(huán)境保護(hù)論文，從而可以提高對水環(huán)境中疏水性有機(jī)污染物的吸附性能怎么寫論文。本研究采用自制的有機(jī)膨潤土對苯胺基乙腈生產(chǎn)廢水進(jìn)行吸附處理試驗(yàn)。
1 試驗(yàn)材料
1.1 水樣來源與水質(zhì)
胺基乙腈生產(chǎn)車間的經(jīng)離心縮合工藝后的廢水，廢水主要成分為羥基乙腈(約1.5%)、苯胺和苯胺基乙腈(約0.5%~0.65%)、氰化
物、低分子有機(jī)物如甲醛和甲醇等(約0.5%)
及少量硫代硫酸，懸浮物少，外觀呈黃棕色。具體水質(zhì)如表1所示。
表1 廢水水質(zhì)指標(biāo)
Table 1 WastewaterQuality Indicators
注：本試驗(yàn)未涉及對TN的測量。
1.2 有機(jī)膨潤土的制備
本試驗(yàn)所用膨潤土原土取自重慶歌樂山鑫磊陶土有限公司的鈣基膨潤土。制備有機(jī)膨潤土，即先將原土進(jìn)行提純，然后進(jìn)行微波鈉化處理，再與表面活性劑溶液進(jìn)行混合，最后用微波輻照進(jìn)行有機(jī)改性。采用季銨鹽(CTMAB)進(jìn)行微波輻射改性后，有機(jī)膨潤土的d001峰由1.26nm增大到2.54nm，同時(shí)，有機(jī)碳含量達(dá)到15.53%；紅外光譜分析顯示，膨潤土的有機(jī)改性對蒙脫石的基本晶體結(jié)構(gòu)影響不明顯，只在其層間進(jìn)入了不同數(shù)量的含烷基碳鏈的季銨鹽陽離子，引起層間成分變化；電鏡掃描結(jié)果說明加入改性劑后，蒙脫石表面填塞了改性劑基團(tuán)。這些測試結(jié)果均說明膨潤土取得了較好的有機(jī)改性，有利于其吸附處理有機(jī)廢水。
1.3 試驗(yàn)試劑與儀器
試劑：Na2CO3，H2SO4，所采用的藥劑均為分析純
儀器：HZQ-I100全溫振蕩培養(yǎng)箱，sensION 1標(biāo)準(zhǔn)便攜式pH計(jì)、德國HETTICH ZBA2臺(tái)式離心機(jī)，HACH DR/4000U 紫外分光光度計(jì)，HACH DRB200 COD消解器
2 試驗(yàn)方法
2.1 有機(jī)膨潤土吸附處理試驗(yàn)
準(zhǔn)確稱取一定量的有機(jī)膨潤土于150ml碘量瓶中，用0.1mol/L的NaOH或0.1mol/L的H2SO4調(diào)節(jié)pH，加入調(diào)節(jié)至一定pH的廢水50ml，控制溫度，加塞于全溫振蕩箱中，以150r/min勻速振蕩一定時(shí)間，在其他條件固定的前提下環(huán)境保護(hù)論文，分別改變廢水pH、有機(jī)膨潤土投加量、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間，于5000r/min離心15min，取上清液測定廢水CODcr及苯胺去除率，確定最佳試驗(yàn)條件。
2.2 分析方法
由于羥基乙腈以及CN-的標(biāo)準(zhǔn)曲線難以建立，因此水質(zhì)分析主要進(jìn)行COD去除率以及苯胺去除率的分析。
關(guān)鍵詞:電-Fenton;廢水處理;難降解有機(jī)物;氧化技術(shù)
中圖分類號(hào):X703
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-2374(2009)19-0136-02
高級氧化技術(shù)是當(dāng)今最可能被工業(yè)化應(yīng)用的氧化工藝之一。它通過反應(yīng)中的-OH直接氧化降解污染物,-OH有極強(qiáng)的氧化能力,對于有機(jī)物降解和脫色卓有成效,去除率高,而自身還原為水。電-Fenton法自動(dòng)產(chǎn)生H2O2、Fe2+的機(jī)制比較完善,從而產(chǎn)生-OH,除羥自由基-OH的氧化作用外,還有陽極氧化,電吸附等。
一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外20世紀(jì)80年代中后期已廣泛開展了用電-Fenton技術(shù)處理難降解有機(jī)廢水的研究。A?Ventura等用水銀做陰極,多個(gè)串聯(lián)的鉑片做陽極,對難降解性有機(jī)除草劑莠去津進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:電-Fenton法比Fenton試劑法氧化的更快更徹底。Hsiao Y等利用石墨作陰極對酚和氯苯的氧化進(jìn)行了研究,Fe2+和H2O2的再生均在陰極上進(jìn)行,酚和氯苯的氧化率較普通Fenton法大大提高。Huang Yaohui等利用鐵片做陽極產(chǎn)生的Fe2+和用石墨做陰極產(chǎn)生H2O2的處理含六胺的石油化工廢水,COD去除率在80%以上。Enric Brillas等利用Pt作陽極和一個(gè)充碳一聚四氯乙烯作陰極(用于生產(chǎn)-OH)對2.4-D進(jìn)行了降解,濃度較低時(shí)2.4-D的礦化程度達(dá)90%,若采用與光-Fenton法相結(jié)合的方式2.4-D可完全礦化。
國內(nèi)鄭曦等以多孔石墨電極為陰極,對有機(jī)染料工業(yè)廢水進(jìn)行降解脫色反應(yīng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,COD的去除率大于80%,染料的脫色率達(dá)100%。對酸性鉻藍(lán)的降解脫色研究中,以相同的電解條件進(jìn)行試驗(yàn),COD的去除率大于80%,酸性鉻藍(lán)的脫色率達(dá)100%。對茜素紅的研究,結(jié)果表明:電解處理15min內(nèi),電解處理1h,COD的去除率達(dá)80%,脫色率達(dá)98%。楊志新用鈦基鍍IrO2/Ta2O5做陽極電極,石墨做陰極,恒電流0.3A,Na2SO4濃度3g/L,Fe2+濃度為1mmoL/L,曝氣量40mL/min,初始pH為5.3,在此條件下對100ppm的4-硝基酚電解2h,COD去除率84%,4-硝基酚的去除率達(dá)99%。
二、應(yīng)用
電-Fenton(EF)法在水處理中有著極為廣泛的應(yīng)用,在工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水、生活污水方面都有文獻(xiàn)報(bào)道。下面主要介紹該方法在處理生物難降解的有機(jī)染物上的應(yīng)用。
(一)染料廢水
全世界每年在生產(chǎn)過程中估計(jì)有10%～15%的染料隨著污水流失排放,而且大量反應(yīng)產(chǎn)物都具有致癌性。EF法對這些污染物可以進(jìn)行有效的脫色和降低生物毒副作用。Marco Panizza等研究了電-Fenton試劑對含萘磺酸和蒽醌磺酸的工業(yè)廢水的處理,COD去除率為87%,脫色率為89%。Wang等人報(bào)導(dǎo)采用EF法礦化偶氮染料酸性大紅14,在電流0.36A、Fe2+=1mmol/L、pH=3的條件下,經(jīng)過360min的電解,可去除70%的TOC,而脫色率達(dá)到100%。趙少陵等采用活性炭纖維電極法處理實(shí)際數(shù)種印染殘液,其脫色率高達(dá)95%～98%。EF法對偶氮染另外有報(bào)道EF法對偶氮染料酸性大紅120和活性黑5也獲得類似的成功的降解。
(二)除草劑和殺蟲劑
由于長期和大量使用農(nóng)藥,特別使難降解有機(jī)農(nóng)藥對人和動(dòng)物有毒副作用,農(nóng)藥廢水處理究具有極現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)意義。楊新萍處理含氯化苯和對鄰硝基氯化苯二種有機(jī)氯農(nóng)藥廢水,COD和色度去除率分別為27.6%和72.0%。而對鄰硝基氯化苯廢水在pH=6.0時(shí),COD和色度去除率分別為73.0%和93.8%。Edelahi等人采用EF法降解敵草隆,10min之內(nèi),COD去除率達(dá)到93%。Guivarch等人通過EF法處理含有機(jī)磷殺蟲劑的污水可達(dá)80%以上的礦化率.吳進(jìn)華、李小明等報(bào)道用EF法處理含樂果廢水,在常溫,PH=2、H2O2/Fe2+為10,恒流0.5A,120min,COD降解率81.65%,樂果在20min去除率99.4%。
(三)垃圾滲濾液
土地填埋法是處理城市固體廢棄物的重要處理手段,由此產(chǎn)生的垃圾滲濾液是最難處理的一種高濃度有機(jī)廢水。已有研究人員嘗試采用EF法處理垃圾滲濾液,LinSheng H.Lin.等用絮凝-電Fenton-SBR工藝處理垃圾滲濾液可以達(dá)標(biāo)排放,經(jīng)絮凝后,COD和色度去除率可以達(dá)到50%,而后的電-Fenton進(jìn)一步提高了COD去除率,色度去除率達(dá)到100%。對NH3-N和磷的去除也可以在30min內(nèi)完成。張道斌、張暉、周家勇采取多次連續(xù)方式投加H2O2,可提高垃圾滲濾液COD去除率。H2O2/Fe2+在12∶1、H2O2投加7ml、電流2A、極間距1.3cm、PH=3、處理75min,COD去除率達(dá)到80%。
(四)酚類廢水
酚類化合物是在芳香環(huán)上帶有一個(gè)或多個(gè)羥基的化合物,廣泛存在于印染、塑膠、醫(yī)藥、煉油、煉焦等工業(yè)廢水中。Zucheng wu同等以氟化樹脂修飾的B-PbO2陶瓷作陽極、Ni-Ti合0金作陰極,在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下,苯酚的去除率可達(dá)100%。在S S?Chou等人的研究中顯示出EF法處理廢水含有高濃度的六甲基四胺(hexamine),EF可以達(dá)到80%以上的COD去除率。根據(jù)A.Mehemet等人報(bào)道采用EF法處理1.0mmol/L對硝基苯(PNP)酸性溶液,COD可以達(dá)到95%以上的去除率。在Enric Brillas等人的試驗(yàn)中,在0.050moI/L Na2SO4、pH=3的條件下,處理10～30L1000mg/L的苯胺,可以達(dá)到61%的礦化率。陳玉峰用EF法對鄰笨二酚的COD去除率200分鐘內(nèi)達(dá)到90%以上。白煒、陳學(xué)民用EF法處理苯酚濃度150g/L,在PH=2,反應(yīng)時(shí)間60min,電壓10V,Na2SO4濃度為30g/L,去除率達(dá)到82%。
三、電-Fenton法的展望
盡管電-Fenton法處理有毒有害難降解廢水的研究已開展接近30年,但有關(guān)這方面的研究報(bào)道主要還集中于可行性研究,電-Fenton法的電流效率較低,這就限制了它的廣泛應(yīng)用。要真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用還有很多工作要做,提高電極材料的催化性能、電流效率、降低能耗是今后的主攻方向,隨著對新型電極材料以及Fe2+離子有效再生的進(jìn)一步深入研究,電-Fenton法最終會(huì)成為一種有效的、具有發(fā)展前途的水處理技術(shù)。
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論文摘要：城市排水系統(tǒng)就是將城鎮(zhèn)的污水和雨水有組織地排除與處理的工程設(shè)施，是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，它通常由排水管網(wǎng)和污水處理廠組成。排水體制的選擇應(yīng)因地制宜，從全局出發(fā)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較綜合考慮確定；同時(shí)。要加強(qiáng)對城市水系雨水徑流管理和污染控制的工作。
一、城市排水體制的分類
城市排水體制一般分為合流制和分流制兩種類型：
(一)合流制排水系統(tǒng)
合流制排水系統(tǒng)是將城市生活污水、工業(yè)廢水和雨水徑流匯集人在一個(gè)管渠內(nèi)予以輸送、處理和排放。按照其產(chǎn)生的次序及對污水處理的程度不同，合流制排水系統(tǒng)可分為直排式合流制、截流式合流制和全處理式合流制。
城市污水與雨水徑流不經(jīng)任何處理直接排入附近水體的合流制稱為直排式合流制排水系統(tǒng)。國內(nèi)外老城區(qū)的合流制排水系統(tǒng)均屬于此類。
隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，污水對環(huán)境造成的污染越來越嚴(yán)重，必須對污水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚聿拍軌驕p輕城市污水和雨水徑流對水環(huán)境造成的污染，為此產(chǎn)生了截流式合流制。截流式合流制是在直排式合流制的基礎(chǔ)上，修建沿河截流干管，并在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置溢流井，在截流主干管(渠)的末端修建污水處理廠。該系統(tǒng)可以保證晴天的污水全部進(jìn)入污水處理廠，雨季時(shí)，通過截流設(shè)施，截流式合流制排水系統(tǒng)可以匯集部分雨水(尤其是污染重的初期雨水徑流)至污水處理廠。但另一方面雨量過大，混合污水量超過了截流管的設(shè)計(jì)流量，超出部分將溢流到城市河道，不可避免會(huì)對水體造成局部和短期污染。并且，進(jìn)入處理廠的污水，由于混有大量雨水，使原水水質(zhì)、水量波動(dòng)較大，勢必對污水廠各處理單元產(chǎn)生沖擊，這就對污水廠處理工藝提出了更高的要求。
在雨量較小且對水體水質(zhì)要求較高的地區(qū)，可以采用完全合流制。將生活污水、工業(yè)廢水和降水徑流全部送到污水處理廠處理后排放。這種方式對環(huán)境水質(zhì)的污染最小，但對污水處理廠處理能力的要求高，并且需要大量的投資和運(yùn)行費(fèi)用。
(二)分流制排水系統(tǒng)
當(dāng)生活污水、工業(yè)廢水和雨水用兩個(gè)或兩個(gè)以上排水管渠排除時(shí)，稱為分流制排水系統(tǒng)。
其中排除生活污水、工業(yè)廢水的系統(tǒng)稱為污水排水系統(tǒng)；排除雨水的系統(tǒng)稱為雨水排水系統(tǒng)。根據(jù)排除雨水方式的不同，又分為完全分流制、不完全分流制和截流式分流制。
完全分流制排水系統(tǒng)分設(shè)污水和雨水兩個(gè)管渠系統(tǒng)，前者匯集生活污水、工業(yè)廢水，送至處理廠，經(jīng)處理后排放或加以利用。后者通過各種排水設(shè)施匯集城市內(nèi)的雨水和部分工業(yè)廢水(較潔凈)，就近排入水體。但初期雨水未經(jīng)處理直接排放到水體后，將對水體造成污染。
近年來，對雨水徑流的水質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雨水徑流特別是初降雨水徑流對水體的污染相當(dāng)嚴(yán)重，因此提出對雨水徑流也要嚴(yán)格控制的截流式分流制排水系統(tǒng)。截流式分流制既有污水排水系統(tǒng)，又有雨水排水系統(tǒng)，與完全分流制的不同之處是它具有把初期雨水引入污水管道的特殊設(shè)施，稱雨水截流井。小雨時(shí)，雨水經(jīng)初期雨水截流干管與污水一起進(jìn)入污水處理廠處理；大雨時(shí)，雨水跳躍截流干管經(jīng)雨水管排入水體。截流式分流制的關(guān)鍵是初期雨水截流井，它要保證初期雨水能進(jìn)入截流管，而中期以后的雨水能直接排入水體，同時(shí)截流井中的污水不能溢出泄入水體。截流式分流制可以較好地保護(hù)水體不受污染。由于僅接納污水和初期雨水，截流管的斷面小于截流式合流制，進(jìn)人截流管內(nèi)的流量和水質(zhì)相對穩(wěn)定，亦減少污水泵站和污水處理廠的運(yùn)行管理費(fèi)用。
不完全分流制只建污水排水系統(tǒng)，未建雨水排水系統(tǒng)，雨水沿著地面、道路邊溝和明渠泄入水體?；蛘咴谠星琅潘芰Σ蛔阒幮藿ú糠钟晁艿?，待城市進(jìn)一步發(fā)展或有資金時(shí)再修建雨水排水系統(tǒng)。該排水體制投資省，主要用于有合適的地形、有比較健全的明渠水系的地方，以便順利排泄雨水。目前還有很多城市在使用，不過因?yàn)闆]有完整的雨水管道，在雨季容易造成徑流污染和洪、澇災(zāi)害，所以最終還得改造為完全分流制。對于常年少雨、氣候干燥的城市可采用這種體制，而對于地勢平坦，多雨易造成積水地區(qū)，不宜采用不完全分流制。
分流制的優(yōu)點(diǎn)是它可以分期建設(shè)和實(shí)施，一般在城市建設(shè)初期建造城市污水下水道，在城市建設(shè)達(dá)到一定規(guī)模后再建造雨水道，收集、處理和排放降水尤其是暴雨徑流水。
在一個(gè)城市中，有時(shí)采用的是復(fù)合制排水系統(tǒng)，即既有分流制也有合流制的排水系統(tǒng)。復(fù)合制排水系統(tǒng)一般是在由合流制的城市需要擴(kuò)建排水系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)的。在大城市中，因各區(qū)域的自然條件以及修建情況可能相差較大，因地制宜地在各區(qū)域采用不同的排水體制也是合理的。二、城市排水體制的選擇
為了進(jìn)一步改善受納水體的水質(zhì)，建立理想的分流制或?qū)⒑狭髦聘臑橥耆至髦葡到y(tǒng)，在排水體制的選擇上應(yīng)改變觀念，允許部分地區(qū)在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)采用合流制截流體系并將工作重點(diǎn)放在提高污水處理率上，這才是保護(hù)水體的根本方法。在對老城市合流制排水系統(tǒng)改造時(shí)要結(jié)合實(shí)際制定可行方案，在各地新建開發(fā)區(qū)規(guī)劃排水系統(tǒng)時(shí)也有必要充分分析當(dāng)?shù)貤l件、資金的合理運(yùn)作，同時(shí)還要從管理水平、動(dòng)態(tài)發(fā)展角度進(jìn)行研究，不要盲目模仿、生搬條款。在已有二級污水處理廠的合流制排水管網(wǎng)中，適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)建造新型的調(diào)節(jié)、處理設(shè)施(滯留池、沉淀滲濾池、塘和濕地等)是進(jìn)一步減輕城市水體污染的關(guān)鍵性補(bǔ)充措施。它能攔截暴雨初期“第一次沖刷”起的污染物送往污水廠處理，減少混合污水溢流的次數(shù)、水量和改善溢流的水質(zhì)，以及均衡進(jìn)入污水廠混合污水的水量和水質(zhì)，它也能對污染物含量較多的雨水作初步處理。
三、排水系統(tǒng)體制選擇及建設(shè)中存在的問題及建議
(一)排水管網(wǎng)的建設(shè)
不少城市和地區(qū)，往往只把污水處理廠作為重點(diǎn)工程對待，而放松與之相配套的污水管網(wǎng)的建設(shè)。常常是污水處理廠按計(jì)劃建成投產(chǎn)，而污水管網(wǎng)卻只建了部分污水干管。造成一方面污水處理廠處理量不足，一方面污水仍直接排入河體污染環(huán)境的情況。因此，排水管網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)與污水處理廠的建設(shè)作為一個(gè)整體，同步實(shí)施。
(二)截流倍數(shù)
無論是合流制還是分流制(雨水道)，其排水干管或干渠，都應(yīng)采用截留式排水系統(tǒng)，在其末端加設(shè)溢流井，其頂端設(shè)置溢流堰，排水干管采用適宜的截留倍數(shù)；其大小直接影響受納水體的潔凈與否，過小會(huì)導(dǎo)致受納水體遭受嚴(yán)重污染；過大則會(huì)造成浪費(fèi)。故合理選取截流倍數(shù)是關(guān)鍵，其取值應(yīng)綜合考慮受納水體的水質(zhì)要求、受納水體的自凈能力、城鎮(zhèn)的文明程度(或級別)、人口密度、降雨量、投資等各種因素。
(三)雨水徑流污染物含量及控制
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市人口密度不斷增加，對污水收集系統(tǒng)容量的要求也不斷增加，這不僅由于不斷擴(kuò)大的城市產(chǎn)生了越來越多的污水，而且由于不透水排水面積的增加導(dǎo)致了城市暴雨徑流量的增加。最終導(dǎo)致了在大的居民區(qū)內(nèi)，更多的是大城市、超大城市的周邊，水文環(huán)境和城市水源受到嚴(yán)重的污染和破壞。因此，無論合流制或分流制排水系統(tǒng)，都應(yīng)對截留雨水徑流進(jìn)行處理。
(四)排水管網(wǎng)的管理
加強(qiáng)管理，對于建成后排水管網(wǎng)的成效至關(guān)重要。如果一個(gè)排水系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了雨、污分流，而管理措施跟不上，沿街居民私自亂接出戶管，或圖方便省錢，將生活污水管就近接人雨水管道，就會(huì)造成花大量資金建成的雨污分流系統(tǒng)失去作用，污水由雨水管直接排入水體造成河流污染。因此，城市排水系統(tǒng)能否真正發(fā)揮其應(yīng)有的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，必須采取有效措施加強(qiáng)對排水管網(wǎng)的管理，從源頭上做好雨、污分流。
