造纸污水光催化氧化深度处理系统的研究

【摘要】：当今环境保护越来越受到人们关注，尤其在大城市，环境保护已经刻不容缓。而治理水污染则是当务之急，污水不达标排放在某些地方已成常态。本研究在利用纳米二氧化钛胶体进行光催化氧化反应工艺的基础上，设计了一套工厂应用型光催化氧化深度处理污水系统，用于处理未净化完全的污水，开发了与之相匹配的实验装置以验证系统的合理性，设计了与工艺相匹配的自动监控系统。 本文首先设计了一套工厂应用型造纸污水光催化氧化深度处理系统，并对各自的装置与技术特点进行分析；使用FLUENT分别对其中重要的装置螺旋混合器与沉降池进行仿真分析；搭建了一套实验型光催化氧化深度处理系统，将仿真与实验相结合，测试系统是否具有将污水完全净化能力，并完成自动监控系统的校正。为此，设计了实验型光催化系统自动监控系统设计图系，选择PLC作为控制系统的实现平台，用梯形图编程将控制策略编译到PLC实现系统的自动运行；使用组态王软件设计人机交互界面，完成系统接线与布置。上位机设计了多种界面，可在线监测控制；直接观察上位机即可了解系统的运行情况；上位机开发了记录数据功能，为接下来的数据分析提供了条件。 研究表明，所开发出的造纸污水光催化氧化深度处理自动监控系统用于处理SBR后污水使其达标的路线是可行的；在进行调试后，下位机使用的PID控制策略，可使出水质量稳定在排放标准线以下；同时，将光催化的纳米二氧化钛胶体重复利用，使反应过程仅仅消耗部分双氧水，运行成本大大降低，而且过程无副产物生成。若用于工厂实际生产，成本可降至5.86元/吨。系统环保、节能，可以满足中型城市的污水处理，是将来污水深度处理发展重要趋势。 【关键词】：自动监控系统 CFD仿真 光催化 PID控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X793
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题的来源及意义10
• 1.2 光催化氧化处理有机污染物技术及其研究现状10-13
• 1.2.1 国外利用光催化氧化技术处理污水的研究动态10-11
• 1.2.2 国内利用光催化氧化技术处理污水装置的研究动态11
• 1.2.3 光催化反应装置的种类11
• 1.2.4 污水处理过程控制方法11-13
• 1.3 光催化氧化深度处理技术13-14
• 1.4 本论文研究的技术指标与主要内容14-15
• 第2章 造纸污水光催化氧化深度处理系统的设计15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 系统技术路线的设计15-17
• 2.3 造纸污水光催化氧化深度处理系统组成框图17-18
• 2.4 主要组成装置设计18-21
• 2.4.1 混合器19
• 2.4.2 沉降池19-21
• 2.4.3 光催化器21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 螺旋混合器及沉降池多相流模型仿真分析22-36
• 3.1 引言22
• 3.2 FLUENT 系列软件介绍22-23
• 3.3 螺旋混合器多相混合模型的建立23-28
• 3.3.1 螺旋混合器内流体力学方程组的建立24-26
• 3.3.2 仿真条件的确立26-28
• 3.4 螺旋混合器仿真结果分析28-31
• 3.4.1 多相流体速度分析28-29
• 3.4.2 多相流体压力分析29-30
• 3.4.3 多相流体相分析30-31
• 3.5 沉降池混合相模型的建立31-32
• 3.5.1 使用 Gambit 对沉降池划分网格31
• 3.5.2 沉降池流体力学方程的确立31-32
• 3.5.3 沉降池仿真条件的确立32
• 3.6 仿真结果分析32-35
• 3.6.1 混合相流体速度分析32-33
• 3.6.2 混合相流体湍流强度分析33-34
• 3.6.3 混合相流体相分析34-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第4章 深度处理自动监控系统设计36-57
• 4.1 引言36
• 4.2 控制策略的设计36-40
• 4.2.1 pH PID 控制策略的设计36-39
• 4.2.2 液位控制策略的设计39-40
• 4.3 监控系统的控任务、目标和总体框架40-42
• 4.4 下位机系统的开发42-51
• 4.4.1 CPU224 介绍43
• 4.4.2 控制系统的 I/O 资源配置43-44
• 4.4.3 其他硬件配置44-46
• 4.4.4 主程序46-49
• 4.4.5 pH PID 控制子程序49-50
• 4.4.6 液位控制子程序50-51
• 4.4.7 ORP 控制子程序51
• 4.5 上位机系统的开发51-55
• 4.5.1 系统监控界面52
• 4.5.2 液位控制界面52-53
• 4.5.3 泵调节界面53-54
• 4.5.4 运行报警54
• 4.5.5 趋势线界面54-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第5章 实验室造纸深度处理系统搭建57-62
• 5.1 引言57
• 5.2 实验试剂57-58
• 5.3 实验方法58
• 5.4 结果与讨论58-61
• 5.5 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 个人简历70

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