智慧汙水廠智能加藥係統（tǒng）解決方案

一、需求背景

2017 年年初，國家發改委發布了《“互（hù）聯網 + ”綠色生態三年行動實施方案》的通知，文（wén）中明確提出了“大力發展智慧（huì）環保”要求（qiú），這是智慧環保概念的首次提出。“智慧水務”是“智慧環保”概念具（jù）體到水務領域的體現（xiàn），以更加精細和動態的（de）方（fāng）式管（guǎn）理水係統，具有可靠性高、功率小、運行成本低、實時性強等特點，有助於規範管理、節能降耗（hào）、減員增效。

我（wǒ）國水處理行業在經曆了上世紀八十年代的打基礎階段以及新世紀前後的自動化階段後，已基本（běn）實現了城鎮汙水全處理（截止 2016 年底，全國城鎮汙（wū）水處理率達 96% 以上），水處理廠均建設了設備（bèi）自動化控製（zhì）係統，大幅解放了勞動力。目前，行業正處於智能化轉型階（jiē）段，利用無線（xiàn）傳感器網絡、數據庫技術和 3/4G 網絡（luò），搭建水處理企業的數字化業務係統和數據庫（kù），大大提高了信息存儲、查詢和回溯的效率，初步（bù）實現了業務管理的信（xìn）息化，突破了水處理企業原有各工藝、各係（xì）統環節間的“數據孤島（dǎo）”，實現了數據“一張圖”、“一張表”。然（rán）而，從信息化到智能（néng）化仍然存在較大差距，例如，缺少（shǎo）對（duì）水處理工藝環節的智（zhì）能控製，絕大部分過（guò）程控製仍然依靠人工決策，難以將數（shù）據（jù）與精細化管理充分結合。

以混凝工藝為例，這是最常見、應用最廣泛（fàn）的一種水處理工藝。其（qí）原理是通過向水中投加化學（xué）藥劑，破壞水中（zhōng）懸浮汙染物電（diàn）荷穩定性，促使其團（tuán）聚形成礬花後從水中沉澱去除。整個混凝反（fǎn）應過程受多種（zhǒng）因素（sù）影響，包括水體汙染程度、水中電荷分布、流場情況、溫度情況等等，並且反應過程存在滯後性，整個（gè）反（fǎn）應過程難以建立精確的數學（xué）模型，造成目前仍以人工巡檢（jiǎn）為（wéi）主要控製方式，存在人力投入大、藥劑浪費、水質波動等問題。濁度 （ SS ） 反映水中懸浮顆粒物的濃度 ， 是反映水質的重要因素 ‚ 也是決定混凝劑投加量的（de）重要因素。當原水遭遇洪峰或其他擾動影（yǐng）響時（shí） ， 原水濁度變化較大 ， 濁度增（zēng）加 ， 投藥量加大。另外（wài）混（hún）凝池在不同的濁度下 ‚ 混凝（níng）反（fǎn）應效（xiào）果也不同。水溫影響混凝劑溶解速度 ‚ 水溫越低 ‚ 膠體運動速度越小 ， 混凝反應效果（guǒ）不好 ， 不利於混凝 ‚ 因此水溫對耗藥量（liàng）也（yě）較大影響。處理水的 PH 值不同對混凝有（yǒu）不同的影響 ‚ 混凝（níng）劑投入（rù）後水解產物直接受 PH 值（zhí）影響（xiǎng） ‚ PH 值影響（xiǎng）水解產（chǎn）物（wù）的（de）存在狀態。隻有在一定的 PH 值（zhí）範圍內 ‚ 混（hún）凝劑 才 能發揮（huī）最佳效果。

在（zài）汙水處理係統中，為（wéi）了除去或降（jiàng）低水中（zhōng）懸浮物，使其產生大顆粒的凝聚體，加快水中雜（zá）質和汙泥沉降速度，一般在汙水（shuǐ）處理的（de）沉降部分加入一定濃度的絮凝劑。用於含油汙水（shuǐ）處理的絮凝劑包括無機絮凝劑、有機絮凝劑和複合（hé）絮凝劑（jì） 3 大（dà）類。為了保證（zhèng）加藥濃度、減（jiǎn）輕工（gōng）人勞動強度和降低藥劑成本，應用絮凝（níng）劑自動加藥工藝技術。

智能加藥（yào）係統應用實時控製（zhì）理念、數（shù）值模擬分（fèn）析（xī）技術及動態控製，按需加藥（yào），實現出（chū）水水（shuǐ）質穩定達標，優化汙水處理廠運（yùn）行，進一步實現可持續的（de）穩定達標與節能降耗。

二、智能加藥係統（tǒng）構成

智能加藥係統像人類大腦一樣具備接收、存（cún）儲、分析信息等功能，基（jī）安雲智能加藥係統采用（yòng） “前饋 + 反饋（kuì）”的閉環控製模（mó）式（shì）。

首先通過前饋專家模型采集分析源水流量、濁（zhuó）度、 PH 值 等數據信息並快速建模，再（zài）利（lì）用（yòng）人工神經網絡對模型（xíng）進行深（shēn）度學習，通過（guò）多步預測、滾動優化和反饋校正識別（bié）出加（jiā）藥（yào）量和變量之間的對應關係，最（zuì）終得（dé）出最精準的藥劑投加量。基安雲智能加藥係統可通過軟（ruǎn）件平台對工藝過程進行全自動監控（kòng）、診斷，投藥全程自動化控製，設備（bèi）故障自動進行切換控製；實現對設（shè）備（bèi）運行、藥劑消（xiāo）耗、水質監控等方麵進行實時（shí）診斷、數據分析、故障預測及報警 。

投加係統包（bāo）括用於檢測進（jìn）水（shuǐ）口水質的（de）進水端 水質（zhì）監測儀器（qì） 、用於檢測（cè）出水口水質的 水質監測（cè）儀器 、用於根據進（jìn）水口水質和出（chū）水（shuǐ）口水質計算投藥參數的控製裝置（zhì）和用（yòng）於根據投藥參數投藥（yào）的投藥裝置，進水端 水質監測儀器 、出（chū）水端 水質監測儀器 和投（tóu）藥裝置均與控製裝置連接。通過進水端 水質監測儀器 檢測進水口水質，出水端 水質監測儀器 檢測出水口水質，控（kòng）製裝置根據進水口的水質實時計算出（chū）投藥參數；同時根據相（xiàng）關標（biāo）準定義的水質指標設定值和出水口水質實時修正投藥參數；實現了基於前（qián）饋和反饋複合的汙水處理藥（yào）劑（jì）投加控（kòng）製，具有（yǒu）控製過程反應迅速，投（tóu）藥量調節精確的優點，可以達（dá）到保證出水口水質的同（tóng）時節省藥劑，避免多餘藥劑汙染環境的效果。

裝置工作原理：幹粉絮（xù）凝劑加入幹粉（fěn）料鬥（dòu）後，按設定的配比濃度，由螺杆給料機定量輸入溶解箱內，與定量（liàng）的清水（shuǐ）混合，經過（guò）攪（jiǎo）拌器攪拌、熟化後，由計量泵將混合液外（wài）輸至加藥點 。

絮凝劑自動加藥工藝流（liú）程

設備（bèi）包括浸潤器、溶藥攪拌器、加藥泵、稀釋裝置、儀表、管路、管路附件、控（kòng）製櫃（guì）。此控製櫃既（jì）可手（shǒu）動按鈕控製，也可與 PLC控製櫃聯動控製。

三、自動加藥裝置

加藥設（shè）備示意圖

基安雲（yún）智能加藥係統采用基於 SS 負荷 、 PH 值 的前饋補償，結合（hé）出水（shuǐ） SS 濃度 、 PH 值 安全控製的綜合策略。安全控製環節根據出水出水 SS 濃度 、 PH 值 ，動態調節控製（zhì）策略。前饋（kuì）補償控製環節，實時監測（cè）水質水量和工藝運行（háng）參數，利用（yòng）尋（xún）優（yōu）模型算法，將采（cǎi）集數據與加藥（yào）量進行關聯控製，減（jiǎn）少進水負荷變化對出水 SS 濃度 、 PH 值 結果的幹擾和影響，同時降低甚至停止不必（bì）要的藥劑投加 。

係統組成：

1. 在線監測儀（yí）表（biǎo）主要用於實時監測沉澱池等 SS 濃度 、 PH 值 ，作為控製信（xìn）號發送到智能加藥係統；

2. 控製模塊包括數據采集（jí）與傳輸模塊、加藥控製模塊、人機交互等，實現藥劑投加過程的前饋補償與安全控製；

3. 配套軟件係統的主要功能為：遠程控製、實時數據顯示、參數設定、報警顯示、趨勢（shì）查詢、權限管理等。
生產采用的幹粉絮凝劑為每袋 25kg 的有（yǒu）機高分子助凝劑。現場根據幹粉稀釋（shì）濃度要求、加藥箱的容積、計量泵排量、每天（tiān）加藥量，合理確定了外（wài）輸量、幹粉加藥濃度（dù）等參數。

目（mù）前（qián）在汙水處理過程中，一（yī）般（bān）采用反饋控製的方法，可抑製外部（bù）擾動的影響，確保過程的穩定（dìng）性，並優（yōu）化經濟指標，反饋（kuì）控（kòng）製係統的組成（chéng）包括被控過程、檢測器、變送器、控製器（qì）及執行器。反饋控製具（jù）有（yǒu）對內部係（xì）統參數變化和外部環境幹擾敏感度高的優點。如果被控變量實際值與給定值發生偏離（lí），控製係統就會立巧（qiǎo）響應並（bìng）校正偏差。因此反（fǎn）饋控製對無法預計的幹擾具有明顯優（yōu）勢。

前饋反（fǎn）饋複合控製（zhì）具有以下優點：

１、通（tōng）過反饋控製可以保證（zhèng）受控變量的控製精度（dù），既保證受控變量穩定後的數值，又能克服前饋控製回路之外的各（gè）種擾動的影響；

２、引入反饋控製後，可（kě）以降低對前饋控製（zhì）模型精度的要求，便於簡化和實（shí）施前饋控製模型；

３、反饋控製回路提高了前（qián）饋控製模型的（de）適應性。 如果自（zì）動加藥裝置測出（chū）的流量值和 SS 濃度暫時（shí）不可用 ( 例如出現（xiàn）了（le）故障 ) ，係（xì）統會（huì）自動采用鎖定故障前的加藥量，並按照此加（jiā）藥（yào）量持續（xù）加藥。

三、係統原理及運行對比

智能加藥係統原理圖

智能投藥控製器（qì）算法結構

工（gōng）藝流程（chéng）圖

實際運行過程中，加藥係統可確保進水水量發生波動而加藥濃度依舊（jiù）穩定。

智能學習功能可根據曆史加藥數據自動學習，糾正當下的加藥偏差，達到加藥精準穩定。即使出現人為誤操作，加（jiā）藥實際值發生偏（piān）差，通過智能（néng）學習（xí）程序（xù）係統會自（zì）動修正實際加藥量，恢複到設定的加藥量（liàng）。

智能反饋功能可根據出水 SS 、 PH 等相關指（zhǐ）標的高低來判斷加藥量（liàng）是否（fǒu）合適，若實際出水（shuǐ）監測值（zhí）和設計值出（chū）現較大偏差，程序會自動修正加藥量，達到合理的（de）出水指標。

係統對比

1 、 降低藥耗，數（shù）據實時監控（kòng）；

2 、 節省人工，支（zhī）持遠程控製，實現無（wú）人值守；

3 、 精準投加，確保工藝段運行（háng）穩定；

 

智能實時（shí）控製係統，利（lì）用其內置（zhì）的（de）數學模型，以及（jí）精確穩定的（de）在線監測儀表，能夠實現快速、準（zhǔn）確、穩定的藥劑投加，不僅能夠明顯

消除由於進水不穩定造成的出水 SS 波動，削峰效果明顯，使出水 SS 穩（wěn）定達標，而且在進水 SS 較低時（shí），可以自動降低藥劑投加量或者間（jiān）斷性加藥（yào），極大地節省藥劑投加量。智能加藥係統穩定可靠、精準控製（zhì），為用戶降低管理成本及提升經濟效益，具有廣闊的應用前景。

現場圖片

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