曝气池反冲洗控制系统的设计与实现

摘要

近年来，人口不断增加，经济快速发展，人类消耗的水资源越来越多，除此之外，由于人类不合理的行为，滥砍乱伐以及不合理的放牧，也造成地球水资源明显的恶化。全球的淡水资源明显减少，供需矛盾加剧。污水处理得到广泛的关注。曝气生物滤池(BAF)是20世纪新发展起来的污水处理工艺，已经得到广泛的应用。曝气生物滤池在运行过程中，滤料层表面的微生物膜会逐渐增厚，在增厚的初期，对杂质的去除率会有所增加，但随着生物膜越来越厚，将会降低生物膜的活性，同时伴随着一定程度的脱落。合适的反冲洗是曝气池正常工作的保障，反冲洗的作用是清洗填料，恢复生物膜的活性，同时将滤料截留的悬浮物及老化的生物膜排除滤池外部。参考相关文献，反冲洗方式、反冲洗强度、反冲洗时间及反冲洗周期是影响反冲洗高效运行的重要因素。气水反冲洗过程中综合了空气剪切及摩擦、水流剪切及摩擦、滤料颗粒间的摩擦等多种作用，反冲效果最佳;合理的反冲洗强度、反冲洗时间及反冲洗周期可以很好的使滤料得到清洗，生物膜也可以得到较大程度的恢复。
　　研究国内外现状，污水反冲洗操作一般停留在人工操作，由于人为因素，反冲时间及反冲强度不能得到很好的保障，反冲效果不明显，不但浪费人力，还增大能耗。除此之外也没能够对污水水质情况实时监测。本系统结合国内外现状，设计出一套自动控制方案，反冲洗模式有水冲模式、气冲模式、气水联合模式、液位模式、水质模式、液位水质模式。前三种模式为自动模式，可对反冲洗强度、反冲洗时间及反冲洗周期进行设置，后三种为智能模式，根据高度传感器及浑浊仪检测的曝气池内水质情况，结合专家经验获取专家知识库，给出合适的反冲洗强度及反冲洗时间。为减少能耗，输出方式除了采用阀门输出之外，还给出变频输出。本系统选用基于ARM Cortex-M3内核的STM32F107单片机作为核心处理器，完成曝气池反冲洗的控制，人机界面选用集高性能、低功耗、易使用于一体的TFT彩屏，最终，该曝气泡智能反冲洗控制仪在污水厂试运行成功，反冲洗效果明显，同时避免了污水厂之前反冲洗过程中存在的弊端。该系统以其结构设计合理、成本低、实用性强很好的满足了曝气池反冲洗控制。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 项目研究意义

1．2 国外反冲洗现状

1．3 国内反冲洗现状

1．4 研究工作与内容

第二章 系统过程分析及控制方案设计

2．1 污水处理工艺

2．2 曝气生物滤池工艺

2．2．1 曝气生物滤池结构

2．2．2 反冲洗工艺

2．2．3 反冲洗方式及影响因子

2．3 曝气生物滤池反冲洗智能控制

2．4 反冲洗控制输出形式

2．5 控制方案设计

2．5．1 系统整体设计

2．5．2 系统硬件设计

2．5．3 系统软件设计

第三章 系统硬件设计与实现

3．1 系统控制器设计

3．1．1 STM32系列处理器的简介

3．1．2 曝气池反冲洗控制仪最小系统

3．2 系统电源模块

3．3 人机接口电路设计

3．3．1 键盘电路设计

3．3．2 彩屏显示设计

3．4 I／O输出模块

3．5 I／O输入模块

3．6 模拟信号转换模块

3．6．1 A／D转换模块

3．6．2 D／A转换模块

3．7 继电器输出

3．8 实时时钟模块

3．9 存储模块

3．10 485通讯模块

3．11 制板

第四章 系统软件设计与实现

4．1 开发环境

4．2 系统软件结构图

4．3 系统界面

4．4 系统程序设计

4．4．1 系统初始化程序

4．4．2 彩屏显示子程序

4．4．3 十进制数字显示

4．4．4 按键扫描检测子程序

4．4．5 AT25256存储程序

4．4．6 智能算法程序

4．5 调试、运行

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

附录