芒果体育就比如，有观点认为我国污水处理行业的碳排放量才占全社会总排放量的1%，实施碳中和、碳减排实在没必要，即不具有经济意义，又会带来高投入和高成本。

　　中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣说，“排水与污水处理行业碳排放量虽然占比小，但依靠改变技术路线、改变运行模式，辅以适当的低碳改造，即可减少碳排放，相比其他行业，减碳效益更大。”

　　施耐德电气工业自动化中国区战略和业务发展总监申红锋直言，不应把碳中和看作是一项挑战，实际上它是一件双向驱动的事情，也蕴藏着更大的机遇。

　　“短期来看，碳中和实践会给企业带来一定的成本压力，但从长远来看芒果体育，企业通过进行量化节能、精益改造将会带来成本的节约。”

　　丹麦的Marselisborg污水厂在碳中和升级中，通过采取了一系列优化措施（投入300万欧元，10%由市政府资助），污水厂的年电耗共节省约100万kWh，减幅达四分之一，吨水电耗降至0.25kWh/m³。

　　同时，Marselisborg污水厂通过能量回收的年产电量达480kWh。这就意味着除了足够自用，还多出53%卖给国家电网，此外还有250kW的多余热能直接用于地区供热。

　　综合计算下来，Marselisborg污水厂每年通过节能降耗能省下20.6万欧元，通过卖余热和余电能赚32.6万欧元，再加上排污税省下的8万欧元，七七八八算下来，一年能省60多万欧元，5年就能回本，还有得赚！

　　近些年来，随着“双碳”目标的明确，高耗能行业都在进行低碳转型，作为环境治理行业排头兵的污水处理行业自然也不能例外。

　　如果你所在的污水处理厂正在进行或者计划实施碳减排，那么下面这4个「低碳运行策略」可能会帮助到你。

　　由于能耗产生的CO2占据污水处理系统碳排放的主要部分，因此节能降耗会大幅度降低污水处理系统中的碳排放总体水平。

　　污水处理系统消耗的能源通常包括电能、热能、药剂等，其中电耗约占60％～90％。

　　污水处理系统的电耗主要集中用于污水污泥的提升、生物处理的供氧、污泥的处理处置等方面。另外，格栅、沉砂池、初沉池等处理单元也占据着相应比例的能耗，污水处理系统中每个环节都要注重节能才能达到最优。

　　污水提升泵的电耗一般占总耗电量的15％～25％，是污水处理厂节能降耗的重点。其节能措施一般有如下5点：

　　1）合理布置各构筑物和管渠的位置，减少管渠长度和局部阻力，充分利用地形，通过降低提升高度来减小水泵扬程；

　　4）如果采用离心式水泵，其扬程、轴功率、流量都与泵轮直径比正相关，可通过切削泵轮来降低设计扬程、泵轴功率和控制流量，使水泵在最优效率区运行；

　　5）定期维护检修水泵、采用新型节能泵、合理调整运行参数和确定水泵运行方式。

　　在满足污水处理需要的前提下降低风量是鼓风曝气系统最显著的节能降耗措施，高效的鼓风曝气方式可提高充氧效率从而减少风量。

　　鼓风曝气装置主要有微孔气泡、中气泡、大气泡、水力剪切和水力冲击等几种类型。其中，微孔曝气方式气泡小、气液接触面大、氧利用率高、可节省接近20％的曝气能耗。

　　人工调节曝气方式，劳动强度高且精度不高，曝气不足会影响处理效果，曝气过度又会浪费能耗。

　　精确曝气控制系统根据溶解氧浓度自动调节供氧量，同时检测系统中的压力变化并及时做出调整。

　　研究表明，如果在池子进水处多布置曝气器芒果体育，出口处少布置，即在需氧量大的地方增大溶解氧浓度，需氧少的地方降低溶解氧浓度，这样可实现能源资源的合理利用从而达到节能降耗的目的。

　　全面曝气可使整个曝气池内均匀产生小旋涡，并可将小气泡吸至1/3～2/3深处，氧的利用率比曝气器单边布置时要高，因此全面曝气利于节能降耗的实现。

　　格栅的能耗分布为：栅条对污水的拦截作用导致水头损失；机械粉碎处理栅渣时耗能。因此，污水后续处理设备应尽量布置在地势相对较低的地方，减少污水提升泵的使用而达到节能降耗的目的。

　　沉砂池的常用类型有平流式沉砂池、旋流式沉砂池、曝气沉砂池等，而曝气沉砂池中的曝气系统能耗较高，因此为降低能耗尽量采用平流式和旋流式沉砂池。

　　初沉池的类型有平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池，初沉池的能耗主要发生在排泥设备上，可采用静水压力法降低其能耗。

　　药剂利用方面，要精确投加，避免不必要的浪费，可通过优化加药除磷、消毒、污泥脱水等实现节能降耗。

　　进水有机物浓度低但氮磷处理要求较高时，应尽量减少预处理单元对有机物的去除率，从而节省后续处理所需投加的碳源量。

　　污泥脱水设备是否高效运行严重影响污泥处理系统的能耗水平，因此污泥产量及含水率等的计算要精确并合理确定脱水机的型号和台数，增强其运行效率。

　　为提高污泥脱水性能而投加絮凝剂时，应结合污泥性质的变化通过实验合理调整投加量。

　　在经济相对落后的地域，可先采用强化一级污水处理工艺待条件相对成熟后再过渡二级处理。当然，土地资源相对丰富时也可选择利用当地的自然地形。

　　如洼地、塘沟等作为污水处理的场地，优先考虑采用人工湿地、稳定塘等生态处理工艺，它们具有建设运行成本低、操作管理简单、能耗小等优点，还可形成独特的生态景观区从而将污水处理与改善生态环境结合起来。

　　在经济发达的地域，可以采用SBR、氧化沟等主流污水处理工艺。污水处理要求较高时可以采用深度处理工艺，减少对周围生态环境的影响，为实现污水的资源化利用做准备。

　　厌氧生物处理时不需要供氧因而耗能少，并且将污水中的有机物转化为CH4这一能源，若回收利用不仅可减少CH4的排放，还能降低化石化石燃料的消耗从而减少碳排放。

　　当进水BOD浓度超过300mg/L时，厌氧生物处理工艺更低碳，并且其碳减排效果随着进水有机物浓度的增大而增强。

　　除此之外，厌氧生物处理工艺一般产生的污泥较少，更凸显其在经济上和环保方面的优越性。由此可见，条件适宜时采用厌氧生物处理工艺符合可持续发展的战略方向。

　　短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、反硝化除磷等新工艺既提高了污染物的去除效率，还节省投资、降低能耗、减少碳排放。但由于缺乏实际运行经验，因此需加大对这些工艺的研究力度，使其真正地为节能减排服务。

　　不难看出，在各种污泥处理处置工艺中填埋的碳排放量最大，填埋1t湿污泥（含水率为60％）要产生500kg左右的碳排放量；污泥厌氧消化+沼气发电的低碳化程度最高，其次是污泥余热干化+焚烧、余热干化后混烧，这是因为这三种方式同时减少污泥填埋排放的CH4和化石燃料使用间接造成的碳排放。

　　然而，目前中小城镇在建设污水处理系统时，“重厂轻网”问题仍突出，这就使得污水处理厂和污水管网不配套、污水收集不足，污水处理系统不能充分发挥其减排效益。

　　管网中沉积的污染物在氧气不足的条件下会发生厌氧反应产生CH4，CH4量随着水力停留时间的延长及管道管径、截面积比的增大而增大。

　　因此，需要完善污水收集输送系统，提高施工质量，加强管道的维护、清理，防止破漏，减少污染物在污水管网中的沉积，会在一定程度上减少碳排放，进而促进污水处理系统的低碳运行。

　　污水管网越长，收集输送消耗的能源越多，间接排放的CO2就越多。为减少这部分碳排放，需要适当改变传统观念：

　　污水分布零散的地区，污水可就近分散收集、处理、回收利用，即采用分散的污水系统；

　　污水比较集中的地区则可根据具体情况选择集中处理或是将集中处理和分散处理相结合；

　　在城镇的近郊地区可采用就近分散收集、处理和回收利用的方式，从而降低污水在收集输送过程中的碳排放；

　　对于已形成合流制系统的地区应据其未来的发展规划选择改造为截流式合流制或分流制；

　　规划要建和己建有污水处理厂的小城镇可视当地实际情况选择采用完全分流制、不完全分流制或截流式合流制；

　　对于现有污水处理厂生产负荷率偏低的地区，要加快配套管网的建设，切实做到“管网先行、厂网配套。”

　　我看到有一篇文章讲关于污水处理如何实现低碳发展，具体方法有优化工艺回收有机物能量、中国的污水处理概念厂实践、改造升级曝气系统、优化原料投入环节、优化排水管网输水性能等。问章链接附在下方，供您查阅。

　　摘 要众所周知，水是一种宝贵和有限的资源。但随着时代的进步以及科技的发展，水污染问题日益严重。因此，当务之急就是及时有效地进行污水处理。工业污水作为水污染的重要源头，有效地处理工业污水是解决水污染问题的第一目标。污水处理对人们的生活具有重要的意义。同时，它也是一个国家执行可持续开展目标的一个重要环节。在本课题设计中，概括性地介绍了当前PLC的现状，类型及各自的特点等，为提高工厂污水处理的水平，PLC也成了该系统中的重要组成单元之一，在该系统中各单元按照一定的结构互相连接构成工厂污水处理控制系统。还介绍了污水处理厂自动控制系统的组成，功能，以及如何利用PLC实现自动控制，在减轻工人劳动强度的同时，提高运行效率和运行效益。关键词：污水处理：plc；自动控制

　　1 绪论1.1 污水处理的国内外现状1.1.1污水处理的国内现状我国城市污水处理技术在国内总体上已经达到世界先进水平，但在应用技术方面仍存在一些问题，主要表现在：1）污水处理厂的规模小，工艺设计不够先进；2）污水处理处置不当，产生二次污染；3）运行管理不规范，操作不到位；4）污水厂进水水质标准不高，不能保证出水达标排放。我国城市污水处理事业从20世纪50年代初开始起步，到70年代末已初具规模，80年代有了较快发展，90年代以来又有了较大发展。据统计，截至2006年底全国共有城市污水处理厂412座。其中大型城市污水处理厂31座（包括东三省和京津唐等七个特大型城市）；中型城市污水处理厂173座（包括东北、华东、中南、西南等地区的一些中型城市）；小型城市污水处理厂893座（包括山西、西北等地区的一些小型城市）。按处理方式分，处理能力在50吨/日以上的大型污水处理厂有30座，处理能力在10~50吨/日的中型污水处理厂有85座，处理能力在5~10吨/日的小型污水处理厂有898座。我国污水处理事业虽然取得了一定成绩，但由于投资不足和管理不善等原因，仍存在一些问题：1）相当一部分城市污水处理厂建起后闲置浪费现象严重。2）国家对污水处理行业的投入不足，致使一些小型城镇污水处理设施长期处于无人管理状态。根据《国家环境保护“九五”计划和2010年远景目标》确定的目标，到“十五”期末国家用于城镇生活污水处理的投资要达到350亿元。由于目前国内许多城镇生活污水处理厂普遍存在资金不足问题，加之部分地方政府对城镇生活污水处理事业重视不够，缺乏有效管理措施和激励机制等原因，致使一些城市生活污水处理厂长期处于闲置状态。3）由于我国地域广阔、人口众多、水资源分布不均以及城市化进程加快等原因使得我国区域间差异明显。因此在不同区域内的不同城市应采取不同的发展策略。4）目前国内城市排水设施建设和管理体制尚未完善。1.1.2 污水处理的国外现状在发达国家，城市污水处理系统已形成了较为完整的体系，成为一项重要的基础设施。他们在污水处理方面投入了大量资金，采用了先进的工艺技术，从而确保了污水处理系统的高效、稳定运行。在污水处理工艺方面，他们大都采用传统的生物处理法，如：活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、土地处理法等。这些传统工艺一般都具有以下特点：一是工艺流程简单，设备较少。由于这些国家水资源短缺，城市污水处理厂规模小，仅能达到设计规模的百分之四十左右；二是污泥处理难度大。由于城市污水中含有大量有机物和氮、磷等营养物质，使污泥具有很高的营养价值，这些有机物质可以作为肥料用来生产农作物。但在城市污水处理厂中进行污泥处理时，却遇到了许多困难，如：污泥脱水困难、含油污泥难处理、污泥膨胀等；三是建设费用高。由于城市污水处理厂规模小，工艺简单，一般在一万立方米/日以下的规模。因此在建设成本上较其他国家要高出许多。一些国家对城市污水处理厂采用生物处理技术不仅取得了较好的效果，而且还取得了较好的经济效益和社会效益。在污水处理方面有一些成功经验可供借鉴：一是重视工艺设计和设备选型。许多国家对城市污水处理厂建设和运行管理都非常重视。许多国家都有专门的环保部门或环境委员会负责规划、设计、验收和运行管理等工作。另外，他们还设有专门的环保技术学院或环境科学研究所，负责研究和开发新工艺、新设备和新材料等；二是重视技术改造和扩建。许多国家都把对城市污水处理厂的技术改造列入城市发展计划中；三是重视工程建设中的环保工作。许多国家都有环保部门参与工程的设计和建设，并要求企业必须按有关环保标准施工；还有重视节水工作，重视污水处理管制体系改革，重视生物处理技术在城市污水处理中的应用……1.2选题的目的及意义随着社会经济的不断发展，城市化进程的不断加快，人类活动的不断加剧，工业生产规模的不断扩大，城市人口数量迅速增长，城市生活污水排放量逐年增加，给城市环境造成了严重污染。为了改善城市环境质量、保障人民身体健康、促进经济社会可持续发展，我国在全国范围内开展了大规模的城市污水处理工程建设。随着国家政策对污水处理项目的大力扶持，污水处理行业迎来了前所未有的发展机遇。以PLC技术为基础，同时辅以现代计算机技术，构建的污水处理控制系统，具有系统配置合理,可靠性高,控制精度高和系统成本低等优点,将PLC与计算机构建的污水处理控制系统应用于在建项目和老水厂的改造,不仅可以提高系统的整体控制水平,同时可以利用网络平台实现数据共享,大大提高我国的污水处理能力,也为我国的水资源循环利用，从而缓解资源短缺的现状，为我国经济的持续高效发展打下坚实的基础。1.3 污水处理的基本概念在人类的生活和生产中，使用着大量的水，水在使用过程中会受到不同程度的污染，使原有的化学成分和物理性质发生了改变。这些水称作污水或废水。污水中的主要污染物有需氧污染物，如溶解氧DO、生化需氧量BOD、化学需氧量COD。有毒物质，如非金属无机毒物、重金属和类金属无机毒物、易分解有机毒物。难分解有机毒物。还有植物营养物、固体污染物、致病污染物等。1.3.1污水处理的方法目前污水处理一共有三种方法，分别是物理法、化学法、生物法。物理法：利用物理作用分离出污水中的一些杂质，比如说过滤较大的固体杂质和沉淀出污水中的泥沙等。化学法：利用化学反应的作用分解掉污水中的某些污染物，比如说加酸加碱调节污水的PH值，混凝处理污水中的以胶体形式存在的黏土颗粒等。生物法：利用微生物来处理污水中的部分有机物。分为厌氧和好氧两种方法，能处理不同的有机物，两种方法一般交替使用，才能达到较好的效果。1.3.2污水处理的工作原理污水处理是一种综合的技术，其基本思路是将有机污染物降解转化成无机物和气体。在此过程中，污染物首先被微生物降解成低级结构的化合物，然后通过生物化学或物理化学作用转变成更高级结构的化合物。在此过程中，污染物被氧化，同时释放出能量。此外，一些微生物还可将某些污染物合成自身所需的物质。在此过程中，污水中的有机物（COD）被降解成无机物（BOD）和气体（CO2）；此外，有些微生物还可将某些化合物合成自身所需的物质，如某些酶类、一些含氮化合物等。在整个过程中，各种微生物代谢产生的能量都是相等的。生物化学和物理化学处理是一种物理过程。物理方法是利用压力、温度、浓度梯度、时间等因素将污水中的污染物去除或转化。物理化学方法是利用化学反应或物理化学反应使污水中的污染物去除或转化。物理方法和化学方法均可用于去除污染物，但化学方法所用化学物质一般比较复杂，有时也需要特殊工艺条件来实现。在污水处理过程中，由于活性污泥法具有投资省、管理方便等特点而被广泛采用。1.4污水处理的主要内容完成一个污水处理控制系统的设计，主控部分用PLC来实现，具体实施可以参照某一实际过程设定。系统总体指标及功能要求：研究污水处理的发展及现状芒果体育，分析污水处理的工艺流程；研究PLC控制系统的硬件结构、运行原理以及PLC控制系统的设计原则和步骤；具体分析污水处理工艺流程，确定被控对象，给出具体实施方案和综合考虑；硬件电路设计，进行PLC选型、I/O点数分配和综合电气控制设置等考虑，并结合应用考虑给出电气控制详图；对污水处理工艺各环节进行具体的软件编程，给出系统控制的程序框图、控制梯形图和具体程序等；综合考虑安全性和可靠性等问题。2.工业污水处理控制系统总体介绍2.1主要组成部分工厂的污水处理系统结构较为复杂，设备也比较多，在氧化沟中其控制过程及原理大致相同，都是通过控制曝气机的转速来调节污水中的含氧量，其基本组成如图1所示：

　　图1.1进水系统：进水系统主要组成部分是进水泵房和进水管道，进水泵房主要是两台潜水泵，进水管道主要组成部分是粗格栅机和清污机。进水管道的主要任务是去除污水中的大块物体，其组成部分中的粗格栅根据程序的设定时间进行间歇的运行，清污机的工作与停止则是由粗格栅两侧的液位差来决定，当液位差超过某个值时，启动清污机:当液位差小于某个值时清污机停止工作。进水泵房中潜水泵的工作和停止是由位于泵房内的液位传感器来控制，当液位较低时只启动一台潜水泵，当液位较高时两台潜水泵均被启动，若液位持续升高时，则输出报警以示意有故障发生。除沙系统：除砂系统的主要组成部分是细格栅系统和沉砂池，细格栅系统包括细格栅机以及转鼓清污机，沉砂池主要工作部件是分离机。细格栅系统的作用是深一层次净化污水中的悬浮颗粒，把细小的沙粒滤除干净，之中的细格栅机需要设定时间进行间歇性运转工作，转鼓清污机的运行和停止却是根据液位差来决定是否运转，当液位差多过设定值时，清污机迅速反应运转;当液位差小于设定值时清污机则马上停止运行，这一点是和粗格栅系统运行方式是有完全的一致性。氧化沟系统：氧化沟系统的组成部分是氧化沟和污泥回流部分，这一部分是工业污水处理系统中的最重要步骤，因此控制量较多、过程较复杂。氧化沟的主要功能是对污水进行生化处理，对污水中的有害、有毒物质进行分解，以便使污水达到一定的安全标准，在氧化沟中用溶解氧仪对污水中的含氧量进行检测,并将结果反馈到 PLC 进而控制曝气机变频器的运转，以便控制污水中氧的含量潜水搅拌机主要用来加速水的流动，同时保证氧化沟的污水和活性污泥搅拌激烈使他们充分混合接触。该设备的运行状态主要根据液位来控制:当液位低时回流泵停止;液位正常时，回流泵正常运行:当液位高于某个值时，回流泵停止运行司时输出报警信号。沉淀系统：沉淀系统主要设备为刮泥机，其功能是对进行氧化沟处理后的污水进行物理沉淀，将污泥和清水分离，刮泥机在整个系统启动后就开始持续运行。污泥脱水系统：污泥脱水系统的主要设备是离心式脱水机，主要作用是对处理过污水的活性污泥进行脱水。因为对污水进行处理后，活性污泥中产生新的微生物甚至其他杂质，所以需要在运行前对活性污泥添加一定量的处理药物以便于污泥脱水。离心式脱水机主要组成部分是聚合物泵、污泥机和切割机，上述设备按照顺序控制运行，顺序启动聚合物泵、污泥机以及切割机，最终成功对污泥脱水。2.2污水处理系统的功能污水处理系统主要包括曝气池、沉淀池和清水池等。曝气池是污水处理厂的核心，它由进水泵站、曝气系统（包括曝气设备、鼓风机、阀门等）及曝气配水系统组成。它主要是把空气中的氧输送到水中，并使水中的溶解氧浓度达到一定值，以满足微生物的代谢需要。在曝气过程中，污水与空气中的水发生反应，并放出热量，使水升温。在曝气过程中，由于曝气池中溶解氧的浓度较高，可将有机物氧化为二氧化碳和水，同时还能将污水中的无机物氧化为二氧化碳和水。曝气池的设计主要有三种：一种是按曝气池容积及作用来确定其设计容量；另一种是按曝气配水系统来确定其容量；第三种是按曝气池中污水与空气中水发生反应来确定其容量芒果体育。污泥池主要是贮存池内经过厌氧发酵而产生的污泥。由于厌氧发酵过程中会产生硫化氢气体，这些气体随水排出时会对人体造成伤害。为了避免这些危害，通常将污泥池内设置厌氧污泥消化槽。消化槽是厌氧发酵的核心设备。它通过厌氧发酵使厌氧菌得到繁殖并将产生的气体排出，从而减少或消除污水处理厂所产生的恶臭和有毒气体。厌氧消化过程所需时间约为10~20d。在消化过程中产生的沼气可用于发电或燃烧处理后产生的热能；沼渣是一种良好的有机肥料。沉淀池主要是污水处理厂沉淀污泥或浓缩污泥在贮存池内进行沉淀和脱水处理，然后将脱水后的污泥外运或出售。沉淀池可以采用自然沉淀法或机械法处理。自然沉淀法是利用自然界存在的自然条件使污泥下沉，其优点是投资较低、操作简单、运行费用低、对环境影响小、占地面积小；缺点是污泥处理效率较低、污泥脱水性能差、污泥处置困难，且处理费用较高。机械法是利用机械手段使污泥下沉，其优点是处理效率高、占地面积小、运行费用低；缺点是投资较大、操作管理复杂。清水池主要用于储存污水处理厂在处理过程中产生的剩余污泥和浓缩液，同时也可作为消防池使用。清水池体积较小，主要用于储存剩余污泥和浓缩液。3.污水处理控制系统设计原则及梯形图3.1. 设计原则1.可靠性原则可靠性是指系统在规定的时间内能够完成规定功能的能力。可靠性是由硬件和软件两部分组成的。硬件主要包括控制器、电源、输入输出设备等；软件主要包括系统设计和程序设计两部分。PLC控制系统是一个复杂的控制系统，因此要保证其可靠性，在设计时必须要考虑到各种可能出现的问题，如电磁干扰、机械故障、电源故障等。程序设计方面要注意避免出现死机现象，还要保证控制系统反应时间短。在对污水处理 PLC控制系统进行设计时要遵循可维护性原则。在设计过程中需要对系统进行划分和分组，针对不同部分采取相应的保护措施，确保控制系统稳定运行。2. 兼容性原则兼容性是指 PLC控制系统可以与多种类型设备进行通信，并且其通信协议具有一定的通用性。在污水处理 PLC控制系统设计中，要根据实际情况选择合适的通信协议以及通信方式，这样可以有效保证整个污水处理工作稳定运行。可扩展性是指在 PLC控制系统设计过程中可以根据实际情况对硬件和软件进行修改和升级。通过对污水处理 PLC控制系统进行设计，可以有效提高其稳定性和可靠性，同时也能提高其灵活性和可扩展性。3.工艺流程1. 现场仪表组：通过传感器对污水处理现场设备进行检测，并将采集到的数据通过变送器传到 PLC内部；2. PLC控制器组：接收传感器数据和变送器信号并转化为可编程语言；3. 人机界面组：将采集到的数据显示出来；4. 模拟量I/O模块：将现场设备信号进行模拟量输入；5. 数据处理模块：根据现场数据进行分析并输出相应控制命令；6. 报警输出模块：对系统出现故障时发出报警信号；7. 其他功能模块：根据不同需求配置相应的功能模块。8. PLC控制单元组：在污水处理过程中 PLC控制单元组是一个不可缺少的组成部分。PLC控制单元组主要由现场设备组成。污水处理 PLC控制单元组主要由信号采集单元和执行单元组成。信号采集单元主要由传感器和变送器组成，可将传感器采集到的数据输入到 PLC中；执行单元主要由执行机构组成，执行机构可以是电动机或电磁阀等，通过 PLC对其进行控制并输出相应控制命令；另外也可以通过工业以太网将现场设备的数据传递到 PLC中。执行机构是整个污水处理系统的核心部分。3.2可编程控制器（PLC）3.2.1可编程控制器（PLC）的定义可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称 PLC）是一种数字运算操作电子系统，采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的方式在计算机外部向机器的执行机构输出控制信号，PLC是工业控制中应用最广泛的计算机系统之一。PLC主要由主机、存储器、输入输出接口电路等组成。近年来， PLC技术又有了新发展。PLC是计算机技术与电气传动技术相结合的产物。它采用微处理器（CPU）作为控制中心，利用通用计算机硬件和软件来设计和实现各种功能。PLC是专门为工业自动化设计的计算机控制系统。它与传统的工业控制系统相比，具有很强的适应能力。它不仅可以与传统工业控制系统兼容，还可以与其他新型控制系统兼容。3.2.2 可编程控制器（PLC）的选取可编程控制器由于其结构较复杂，因此在使用中有较高的故障率。如在机床上使用时，经常出现死机现象；在工业环境中，经常出现机械振动、电磁干扰等造成的误动作和死机现象；在自动控制系统中，当输入输出信号较多时也会发生误动作和死机。因此在选用可编程控制器时，应重点考虑其可靠性问题。可靠性高的 PLC，能经受长时间运行而不发生故障。为使可编程控制器具有较高的可靠性，除了应保证元器件质量外，还应注意选用合适的电源和接地等。可编程控制器本身具有较高的可靠性。由于其结构复杂，维修不便，因此不应选用可靠性不高的 PLC。在选用 PLC时应注意以下问题：（1） PLC的制造质量要好。对制造工艺有较严格要求的产品要选用优质产品。（2）要考虑抗干扰能力。在设备中使用 PLC时会受到电磁干扰、电力线干扰、机械振动等干扰的影响。因此在选用 PLC时应注意其抗干扰能力强不强。（3）选择可靠的电源和接地系统。良好的电源是 PLC可靠工作的前提条件，在选用时要特别注意电源和接地系统是否可靠；对于采用电池供电的可编程控制器，应注意电池工作电压是否能满足要求。（4）要考虑程序存储容量。由于可编程控制器以存储器容量来衡量其性能高低，所以应尽量选择大一些的 PLC。（5）选择编程软件时应考虑其通用性和灵活性。在选用可编程控制器时应充分考虑软件功能和性能，并应尽量使用户可根据自己所需要的功能来选择软件模块，以便系统可以方便地升级、扩充、增加新功能和改进原设计方案。本设计选用S7-1200型号的PLC，其主要原因有如下几点：西门子PLC S7-1200系列是专门为中小型自动化控制系统设计的可编程序逻辑控制器。S7-1200系列具有使用灵活、功能强大的特点，可用于控制各种各样的设备来满足多个行业自动化控制的需求，S7-1200系列设计紧凑、组态灵活而且指令功能强大，用户易于上手，根据项目工艺要求设计出理想的控制逻辑，来完成控制需求。本文下面对西门子PLC S7-1200系列做一个简单介绍，为用户在实际使用中提供方便。1. 集成性好西门子PLC S7-1200在CPU上集成有电源，输入输出控制点，模拟量输入，运动控制数字量，还带有PROFINET接口，用户可以方便地使用这个接口进行通讯操作；2. 扩展能力强西门子PLC S7-1200的CPU可以扩展最多8个信号模块，这样可以更好地支持控制点数较多的控制系统。同样的，它还可以通过通讯模块的扩展实现更多的通讯方式，例如：PROFIBUS通讯；3. 结构紧凑西门子PLC S7-1200的硬件设计紧凑，相对于其他系列的PLC，它的CPU控制单元设计小巧，为用户节省了大量的空间。4. 安全性高西门子PLC S7-1200系列具有较高的安全性，体现在对CPU的保护以及对程序逻辑的保护。S7-1200的CPU具有密码保护功能，用户可以使用这项功能设定对CPU的连接限制；同时S7-1200还有将程序块中的内容进行保护功能；将用户的程序保存到特定的存储卡中的功能。本工程处理工艺采用氧化沟工艺。该工艺是利用活性污泥法，通过各种生物反应设备和物理、化学过程，使污水中的污染物降解和转化，在生物氧化过程中，使有机物分解为简单的无机物质，再经过沉淀、分离、过滤、消毒等处理工艺，最终使污水达到排放标准。氧化沟采用连续循环的方式进行污水处理。每隔一定时间对生化池进行曝气和搅拌，以促进污泥的降解和转化。活性污泥在氧化过程中不断地与污水中的有机物反应，逐渐提高活性。氧化沟的所有设备都安装在一个密闭的系统中。整个系统采用计算机控制。整个系统由一个中央控制室来管理。在氧化沟中设置了24个曝气池，每个曝气池有两个曝气头和一个配电箱。每个曝气池之间有一个用来输送污泥的刮泥机和一台污泥浓缩器。氧化沟每隔一定时间需要向沉淀池添加新污泥时，采用人工排泥的方式进行操作。氧化沟中设置了两台鼓风机，一台鼓风机用来调节氧化沟内的含氧量，一台鼓风机用来调节氧化沟内的 PH值和污泥浓度等参数。氧化沟中设置了四台污泥脱水设备：一台离心机、三台螺旋脱水机和两台鼓风机，四台离心机同时工作，将二沉池来的污泥进行脱水处理。3.3 污水处理控制系统梯形图污水处理控制系统程序设计比较复杂，故截取了部分重要环节部分的程序，如下图所示：搅拌机程序

　　5.3 输出电机的选择电机是一种耗能设备，要想在保证正常运转时减少能耗，必须通过采取一些措施来降低功率损耗。下面介绍几种方法：1.采用变频调速技术。变频器是一种将工频交流电变换成频率、电压均可控制的三相交流电而产生旋转磁场，驱动电机旋转。在变频器工作时，电压和电流发生变化。变频器在其工作范围内能自动地改变输出频率和输出功率。由于变频器具有较大的调速范围和较高的效率，使其在电机调速领域得到广泛应用。通过变频调速可以减少电动机及其它设备向电网提供功率因数不高、谐波电流大等问题；可以降低设备运行中产生噪声和振动；可以提高设备使用寿命；可以减少电能消耗、节约能源等优点。2.采用节能型变压器及变频器。在选用节能型变压器时要注意其额定容量与电机额定容量是否匹配；在选用变频调速时要注意其调速范围与电机转速是否匹配。另外，通过采用节能型变压器及变频器还可以降低设备运行费用、提高设备使用寿命、降低噪声等优点。3.采用软启动技术和防反接技术等软启动技术是一种采用低电压软启动器替代常规起动设备来实现电机软启动和软停机的一种新型启动方式。软启动器采用软启动方式，即当电动机启动后不直接加负荷运行，而是利用电动机运行时产生的转矩直接加载到电网上。其优点是起动转矩大，可避免电动机过热损坏；起动平稳，无冲击电流；使用寿命长；对电网无冲击等。由于采用了软启动技术，电机在起动时不用直接加载电流，这样可使设备不因空载或轻载而损坏；避免了传统的刚性起动方式中由于加载电流过大而导致设备损坏、甚至人员伤亡等事故；电动机长期处于重载状态下运行时，可以将部分电流通过弹性转轴返回电网，从而避免了由于长期重载而造成的电动机绕组过热损坏等现象。此外，还可避免由于过载而引起的电动机过热损坏、保护电动机的安全运行。在选用低电压软起动时，要注意其额定电压是否与电机额定电压相匹配；在选用防反接技术时要注意其接法是否正确；在选用防反接技术时要注意其接线方式是否正确等。

　　随着我国经济不断发展，生态问题日渐凸显，政府对环保问题日趋重视，近年来，国家出台多项污水处理相关政策，涉及水污染防治、污水处理市场化机制等多方面内容，推动我国污水处理市场不断规范化发展。

　　其中，污水处理过程中产生的碳排放量不容忽视，未来污水处理厂若能将处理过程中的化学能和余温热能加以利用，便能弥补运行过程中的能量损失，进而实现碳中和这一宏伟目标。

　　所谓碳中和是指企业、团体或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳排放总量，通过植树造林、节能减排等形式全部抵销，实现“零排放”。

　　从中国当前现状来看，发电和工业端以及交通部门是碳排放的主要来源，农业、居民、商业和公共服务等行业的碳排放相对较低。

　　在工业端，能源加工行业、钢铁行业以及化学原料制造业等相关高耗能行业不仅是煤炭消费的重点行业，也是二氧化碳排放的主要行业。因此，随着碳中和战略全面展开，未来40年，中国的能源系统将发生颠覆性改变。

　　与此同时，由于产业链效应，能源系统的变革，必将推动国家经济发生全方位改变。中国能源研究会常务理事、国家应对气候变化战略研究和国际合作中心研究员李俊峰指出，“碳中和不仅仅只是能源的事，它与产业链等方方面面都有关系。碳中和目标将深刻影响下一步产业链的重构、重组和新的国际标准。”

　　在2030年之前实现碳达峰，这就要求部分地区和部分行业率先达峰。根据我国碳达峰、碳中和目标节点，工信部今年将实施工业低碳行动和绿色制造工程，并制定钢铁、水泥等重点行业碳达峰行动方案和路线图。正在制定的“十四五”规划也将碳达峰和碳中和作为污染防治攻坚战的主攻目标。预计今年秋冬将出台部门、地方和行业等的专项规划。

　　2021年1月1日起，全国碳市场首个履约周期（截止到2021年12月31日）正式启动，涉及2225家发电行业的重点排放单位。这是我国第一次从国家层面将二氧化碳控排责任压实到企业，通过市场倒逼机制，促进产业技术升级。变革的序幕已悄然拉开！

　　相比而言，污水处理行业能耗虽然没有发电、钢铁、化工等行业那么高，但总能耗占比并不小，也属于能耗大户。

　　据统计，我国2014年污水处理厂电耗占全国总电耗的0.26%，算上工业废水处理和污泥处理，所占比例将超过2%。美国有16000多座污水处理厂，耗电量占全社会总耗电量的1%。在丹麦，水和废水的处理流程消耗了25%～40%的市政电力。

　　另外，污水处理需要消耗大量燃料和药剂，间接排放大量温室气体，处理过程本身也会直接排放温室气体。联合国数据显示，全球污水处理等水处理行业碳排放量大约占全球碳排放量2%左右。美国2017年能源消耗量中约2% 用于饮用水和污水处理系统，产生约4100万吨温室气体。

　　此外，水泵也是污水处理主要能耗来源之一。格兰富集团数据显示，水泵消耗的能源占所有与水相关设施能耗的10%。

　　从能量转化的角度来说，传统污水处理模式本质是以能耗换水质。为了减少水污染，我们使用大量电能，间接产生大量二氧化碳排放，对全球生态环境造成负面影响。

　　因此，为了减少碳排放，降低污水处理能耗和物耗是行业升级的必然目标。目前，世界上已有多个国家发布污水厂碳中和技术路线年所有污水处理厂都要实现碳中和。

　　然而，作为重要的公共事业，中国污水处理率还没达到100%，减少水污染仍然是生态环境保护工作的重中之重。可以预见，污水处理行业短期内尚不具备承担大规模减排任务的客观条件。

　　但是，从提升企业核心竞争力层面来讲，绿色低碳发展也是必走之路。同时，作为政策驱动的行业，企业若能提早开启低碳变革，必将赢得更大的主动权和更广阔的发展空间。

　　那么，污水处理行业如何实现绿色低碳发展呢？总的来说可以从开源和节流两个方面考量。梳理国内外先进经验，具体可以从以下几个方面入手。

　　首先，通过开源实现能量自给，是从根本上解决绿色低碳发展问题。据测算，污水中所含能量达污水处理本身所消耗能量的9-10倍之多。通过优化污水处理工艺，回收有机物能量，利用沼气热联发电，可实现碳中和。

　　奥地利Strass污水处理厂持续优化改进工艺，早在2005年即实现产能大于能耗（108%能源自给率），现已达到200%能源自给率，超标准实现碳中和。

　　美国希博伊根污水处理厂利用高浓度食品废物与污泥厌氧共消化产生的甲烷进行热电联产，同时采取节能措施，实现电量与耗电量比值达90%~115%，已逼近碳中和目标。

　　在污泥处置领域，国内小红门、高碑店污泥处理中心成功运行，污泥产气率超出预期目标，除满足热水解能量平衡的需要外，还有余量。这充分表明，污泥高级厌氧消化技术已经比较可靠、稳定，既为国内污泥处理探索出新思路，同时也为实现碳中和提供有力支撑。

　　当然，污水处理工艺优化是一个长期的过程。奥地利strass污水处理厂曾经用十多年时间持续优化处理工艺，才达到当前的处理水平。

　　此外，我国城市污水处理厂进水COD浓度偏低，只有欧美国家的40%-70%，造成碳源不足。这就要求必须因地制宜研发适合中国国情的污水处理工艺。

　　在深入研究了解国外先进污水处理厂理念、工艺、技术和工程实践的同时，中国学术界和产业界也在积极探索新的污水处理模式。

　　2014年，中国工程院院士曲久辉等6位专家提出“建设面向未来的中国污水处理概念厂”的构想。2018年，河南水利投资集团和中持水务公司以概念厂早期版本为蓝本，建设了河南商丘睢县第三污水处理厂。

　　睢县项目综合运用秸秆、畜禽粪便、水草及污泥等多种物料进行协同高干厌氧消化，采用DANAS干式厌氧发酵技术，显著提高有机质处理效率，实现物质的良性循环和资源化运营。产生的沼气用于发电，可满足厂区20-30%的能耗。

　　同时，降低污泥处理难度，污泥处理后产生的有机肥已用于厂区农作物实验性种植。该项目得到广泛认可，也让当地居民和政府切身感受到创新发展、绿色发展的魅力。

　　如果说睢县项目是1.0版的概念厂，那么2020年4月动工的江苏宜兴城市水资源概念厂则是2.0版。该项目是第一个完整遵循概念厂理念的污水处理厂，除了污染物削减基本功能，还具有城市能源工厂、水源工厂、肥料工厂等新功能，进一步将发展成为城市与乡村全方位融合和互利共生的新型环境基础设施。该项目于今年年中建成，如能持续稳定运营，将为中国污水处理行业绿色低碳发展和产业升级带来深远影响。

　　其次，因地制宜积极采取各种措施实现能量节流，也是绿色低碳发展的重要组成部分。

　　有数据表明，我国污水处理厂处理单位体积污水的电耗在0.15～0.28kW·h/m3左右。其中，曝气鼓风机电耗所占比例为56.2%。虽然不同处理工艺能耗不同，但曝气系统总体能耗占比最大是事实。因此，污水处理厂节能降耗关键点在升级改造曝气系统。

　　曝气系统节能的核心是在保证出水达标的前提下，按需提供微生物所需的溶解氧，达到供需平衡，避免曝气能耗的浪费。这就需要精准掌控微生物的活动过程，同时精准控制鼓风机的运行过程。既要防止过度曝气，也要防止曝气不足。这对硬件设备和控制系统的稳定性、可靠性和精准度等提出很高要求。

　　据国内一家多年从事曝气系统节能降耗技术研究的企业介绍，要想实现曝气系统精准控制，不仅对技术有要求，而且对设备的选型和品牌也有要求，甚至对流量计、液位计等计量设备的安装位置也有严格要求。总的来说，改造升级曝气系统需要系统角度综合考量各个要素，是一项复杂的系统性工程。

　　国内有案例表明，通过对鼓风机进行节能改造，日均耗电量从32990降低到29835，降低3155，降幅达11.4%。粗略估算，每年可减少二氧化碳排放1148吨。对于中小型污水处理厂来说，每年至少能节省几十万甚至上百万的电费。同时削减单位总氮达10.8%，削减单位氨氮达13.1%。

　　污水处理工艺多样，但本质是通过生化反应来去除水中污染物。因此，在处理环节需要投加碳源和多种化学药剂。这些原材料在生产和运输过程中消耗能源，在投加过程中也消耗一定能源。因此，优化投料环节，有助于节能降耗减少碳排放。

　　第一种，对加药系统进行配置升级，由常用的变频计量泵升级为数字泵，加药量有不同程度减少。

　　第二种，运用AI技术对污水水量、水质等参数和加药系统运行数据等进行大数据分析，形成最优算法模型，从而实现加药系统精细化控制，也能有效降低药品消耗以及设备运行能耗。

　　在城市污水处理系统中，污水的收集和输送涉及大规模的管网铺设和较长距离的输送，需要大量的能耗用以支持日常的运行和维护。为了最大可能降低这部分能耗，必须采取多种措施优化管网输水性能。

　　其中，最基础的是改造升级管网运营管理模式，重点工作包括漏损点勘测、定位芒果体育、维修和潜在漏损风险的预防。实现排水管网运行状态实时监测，并能迅速分析是否发生漏损、堵塞，及严重程度、具体地点等，为管理人员快速维修提供精准支撑。

　　提高排水管网输水性能，最根本性的解决措施是提高排水管网覆盖率，实现污水100%收集，同时进行雨污分流改造，大幅提高污水处理厂进水碳氮比。如此就能解决碳源不足问题，有效提高污水处理厂有机质-甲烷转化率，把污水处理厂变成发电厂，从根本上解决能耗问题，实现碳中和。

　　排水泵站也是耗能大户。有数据表明，排水泵站占城市水务总能耗的35%。因此，对排水泵站进行升级改造，或采用智能化运营模式，能有效降低能耗。

　　目前主要有两种方法，其一是采用变频技术改造老旧排水泵站，或者新建项目直接采用数字泵等新型设备设施，以此降低泵站能耗。

　　其二，站在系统角度，从更高层面优化排水泵站运营模式。在此基础上运用物联网和移动互联网技术，打造智能管理平台，实现排水泵站远程控制、集中管理和数字化运营，达到节能降耗的目的。

　　仅仅站在污水处理厂行业角度，需要从“用户控制-源头分离-管网收纳-净化处理”全流程进行系统性规划。

　　在这个过程中，需要政府相关部门和企业全面升级管理运营模式，从管理驱动升级为数据驱动，构建全新的数字化管理新模式，实现整个运营模式的智慧化升级。

　　从根本上解决这一问题，需要我们跳出污水处理行业，站在生态文明建设、城乡融合发展、污水资源化、能量自给、环境友好等更多层面综合考量，需要从“点-线-面-体”不同层次进行顶层规划、系统设计和统筹安排。

　　这将是一个漫长和曲折的过程。让人欣喜的是，污水处理概念厂的提出和实践已迈出关键性第一步，我们有理由相信，中国污水处理行业将很快为碳中和战略做出积极贡献。

　　壹循环环境科技深耕环保咨询行业15年，主要从事东莞附近的危废固废处理、环评手续、三废检测等。

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