CN114545985A - 一种基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统及方法，涉及污水处理化学除磷及絮凝领域。包括：水质监测模块，用于进水、出水的水质监测；絮体粒径特征监测模块，用于在絮凝过程中实现连续对除磷/絮凝的絮体粒径特征进行监测；数模分析模块，连接水质监测模块和絮体粒径特征监测模块，根据进水水质参数集合进水前馈，根据出水水质参数集合出水后馈，根据絮体粒径特征的动态变化集合过程反馈，通过三种反馈进行数模分析加药量需求；计算模块，连接数模分析模块，进行加药自调节优化；加药控制模块，连接计算模块，实现加药量的实时调控投加。本发明对化学除磷/絮凝过程的效果动态进行实时监测，能有效反馈处理过程效果及预判控制。

Description

一种基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统及方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种应用于化学除磷及絮凝处理过程中基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统及方法。

背景技术

水资源紧缺和水污染问题是世界性难题，水资源匮乏已成为关系到可持续发展和人类生存安全的重大问题。我国水资源短缺且严重分布不均，水污染问题尤其严重，两大根本性水问题即“水脏、水少”。针对我国的水环境现状，对水资源的合理利用，提升并加强对污水的深度、高效处理，变的尤为重要且具备深远的意义。

据统计，我国现有污水处理设施超过1万座以上，城镇污水处理厂超过6000座，仅生活污水处理量就超过740亿吨/年，整体污水的体量巨大。在水资源紧缺的背景下，污水的深度、高效处理，具有非常重要的战略意义。

磷是水体富营养化、水体黑臭、导致水质下降等水体污染最重要的影响因素，也是污水处理、污水排放最重要的监管/监测指标，同时也是水环境及流域控制、国家断面考核的关键性指标。自然水体中的磷污染主要是来自于市政污水、工业污水的排放。使用化学除磷药剂去除污水中的总磷，是我国现阶段污水处理行业以及污水处理厂/设施去除磷污染指标的主要方法和技术手段。除磷药剂是我国污水处理行业消耗量最大、使用最为普遍的水处理药剂，年消耗量超过500万吨/年。

但是，由于污水管网收集存在滞后性、自然降水不规律、地表径流、污水管网破损造成与自然界水的联通等原因，污水处理厂/设施的进水水量、污染物浓度以及污水处理厂/设施运行处理效果及排放水质指标等均具备持续波动性、大滞后、大惯性、非线性、时变且不确定性的特点，给污水处理设施的运行及水处理药剂的合理投加带来了极大的难度和挑战。

我国污水处理厂/设施运营过程中除磷药剂的投加，均普遍采用人工根据出水情况及经验，执行固定恒量投加或间歇周期调整的加药控制方式。但是由于水量、水质以及污水处理系统的频繁波动、不确定性、人工经验调控能力的限制以及调控反应的滞后性，除磷药剂的投加不可避免的普遍存在过量投加和药剂浪费，且同时对出水达标安全造成超标风险。

虽然市场上近年出现了一些针对此类加药控制不合理性问题的投加系统或控制方式，如公开号为CN112456621A、CN110183027A、CN111233118A、CN111966053A等中国专利，但其核心控制逻辑多为根据进水水量或指标浓度的变化调整相应的加药量，其并没有充分考虑整个污水处理系统的运行状态及过程的综合反馈、缺少对药剂处理效率/效果反馈的核心过程/状态指标进行监测、核心算法缺少自调节及优化反馈自学习能力、以及出水的安全等问题。因此，具备药剂处理效率/效果过程反馈的核心指标监测、污水处理全程有效反馈模式、加药自调节、算法反馈自学习优化的药剂智能加药系统的开发，显得尤为重要和必要性。

发明内容

鉴于以上提到普遍存在的人工根据出水情况及经验执行固定恒量投加或间歇周期调整的过量加药控制方式、以及现有控制投加系统/方法并没有充分考虑整个污水处理系统的运行状态及过程的综合反馈、缺少对药剂处理效率/效果过程的核心指标监测、算法缺少自调节及优化自学习能力以及出水的安全等问题和技术缺陷。

本发明提供的一种应用于化学除磷及絮凝处理过程中基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统及方法，能对除磷剂除磷絮凝过程效率、效果、状态进程以及其他因素影响的动态进行实时监测，能有效反馈污水处理的全过程，并有效基于分析算法预判出水及处理效果、实现药剂的精准投加。

为了实现上述技术目的，本发明主要采用以下技术方案：

一种基于絮体特征监测及过程反馈的加药方法，包括以下步骤：

S11、采集进水水质参数、出水水质参数及絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据；所述进水水质参数包括进水水量和进水TP/PO₄浓度；所述出水水质参数包括出水TP/PO₄浓度和出水浊度指标参数，絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据包括絮体颗粒的粒径尺寸及分布数据、单位体积污水中絮体颗粒数量和絮体颗粒的形态；

S12、根据进水水质参数集合进水前馈，出水水质参数集合出水后馈，并根据絮体特征的持续变化集合过程反馈，通过进水前馈、出水后馈和过程反馈进行数模分析获得加药量需求；

S13、通过预设的算法模型，进行加药控制的自调节优化；

S14、根据所述优化结果投入药剂；

S15、再次采集进水水质参数、出水水质参数、絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据，当药剂投加量≠0时，重复步骤S11-S14；

其中，所述算法模型根据进水水质参数、出水水质参数及絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据，依靠下列公式进行药剂需求量的实时计算：

Q=Q1*D1*α1+Q2*D2*α2+Q3*D3*α3+……

式中，

Q：根据算法模型计算得到的药剂投加实时需求量；

Q1、Q2、Q3……：针对各个影响因素的药剂投加量基值；

D1、D2、D3……：对药剂加药效果及出水的影响因素参数，包括进水水质参数、出水水质参数和絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据，其通过以下公式计算得出：对加药效果及出水的影响因素参数的动态监测值/对药剂加药效果及出水的影响因素参数的基值；

α1、α2、α3……：对药剂投加影响因素的关联影响因子系数；

其中，α1、α2、α3……各影响因子系数之和为1；

对药剂投加影响因素的关联影响因子系数通过以下步骤计算得出：

S21、分别获取加药量随时间变化曲线、进水、出水的水质在线监测指标参数和絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据中各参数随时间的变化曲线；

S22、选取进水、出水的水质在线监测指标参数或絮凝过程中絮体粒径特征在线监测指标参数中的其中一种指标参数随时间的变化曲线，并确定该变化曲线与药剂加药量随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到各参数与药剂投加量的波动关联影响因子系数；

α=∫药剂加药量（t）dt/∫进水水质参数、出水水质参数或絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据中的其中一种指标参数（t）dt。

一种基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统，包括：

水质监测模块：用于以预设频率持续的对进水、出水的水质进行监测得到进水水质参数和出水水质参数；

絮体特征监测模块：用于在絮凝过程中，通过在线激光粒度分布测试装置连续不断地对絮体进行监测得到絮体特征的持续动态实时变化数据；

数模分析模块：连接所述水质监测模块和絮体特征监测模块，根据进水水质参数集合进水前馈，根据出水水质参数集合出水后馈，并根据絮体特征的持续动态实时变化数据集合过程反馈，通过进水前馈、出水后馈和过程反馈进行数模分析获得加药量需求；

计算模块：连接所述数模分析模块，根据进水前馈、出水后馈和过程反馈的数模分析加药量需求结果，进行加药控制的自调节优化；

加药控制模块：连接所述计算模块，根据所述计算模块计算出的实时加药量及控制参数，实现加药量的实时调控投加。

其中，本发明中，絮体特征监测模块监测的第一数据指标为絮体颗粒的粒径中值，第二数据指标为若干个絮体颗粒的粒径范围内的粒径在所有絮体颗粒数量中的占比。

本发明中，所述计算模块进行加药控制的自调节优化过程，包括根据进水前馈、出水后馈和过程反馈的数模分析获得加药量需求结果，通过预设的算法模型预判出水水质，并计算加药参数及动态的自调节修正，通过监测与预判数据的反馈积累，进行加药控制的自调节优化。

进一步的，所述计算模块为结合PLC编程控制和PID模糊控制器的计算模块，所述计算模块设置的参数包括：水量基值、进水TP/PO₄浓度基值、絮体粒径范围及基值、出水TP/PO₄浓度基值、出水浊度基值、药剂加药量基值、加药量建议范围、系统参数超范围报警、系统运行异常报警、加药量调整周期。

本发明中，所述加药控制模块采用变频控制与流量控制结合的方式，实现加药量的实时调控投加。

进一步的，所述加药控制模块通过加药管路投加药剂，所述加药管路上安装设置有变频器、流量和计量泵，所述计算模块计算出的实时控制参数包括变频器的调频范围、流量和计量泵的开闭范围，用于控制所述变频器、流量和计量泵的工作状态。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过絮体特征监测模块即在线激光粒度分布测试装置，实现了絮凝/化学除磷过程中的关键决定影响因素-絮体粒径尺寸以及数量分布数据进行监测及采集，从而实现了对絮凝过程效率、效果、状态进程以及其他影响因素的动态实时监测，具备絮凝过程效率预判和数据分析的数据基础；

本发明的数据反馈方式，集合了进水水量及污染物浓度的监测前馈、絮凝过程絮体粒径尺寸及图像特征的过程监测反馈、出水污染指标的监测后反馈，通过结合前馈、后反馈和过程反馈的综合反馈模式进行加药量需求的数模分析方式，能够真实反应和充分考虑到了整个过程的状态和影响因素，对计算模块中算法模型的建立提供了更有效的数据支持，对结果的预判计算更加复合真实和准确；

本发明的计算模块，通过结合PLC编程控制控制方式和PID模糊控制器的控制逻辑，可以实现针对过程中进水前馈、出水后馈、过程反馈中多种影响因素的交叉、叠加、交互影响分析计算，建立数学模型、实现对出水指标及效果的有效分析计算和趋势预测；

本发明的算法模型具有自学习及自调节功能，通过逐次计算预判加药数据和实际出水指标及效果对照反馈模式，实现加药算法模型的实时动态自调整、自调节、仪表监测、机器识别、算法学习和人工智能的功能改进，可以有效实现动态计算、动态反馈和动态判断优化加药量的调整；

本发明的絮体粒径特征监测、过程综合的反馈模式、结合PLC编程和PID模糊控制逻辑、以及自调节的智能算法，能够有效应对污水处理厂/设施的进水、运行、出水指标存在持续波动性、大滞后、大惯性、非线性、时变且不确定性的等问题，根据整个系统的实时波动情况，应对智能自调节加药，减少人工，降低药剂成本，显著提高加药效率和出水效果稳定。

附图说明

此处说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本专利的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的一种基于絮体粒径特征监测及过程反馈的加药系统的系统框架图；

图2为本发明的激光粒度在线仪表、TP/PO4、浊度监测仪表在高密度沉淀池中的安装位置示意图；

图3为本发明的算法结果反馈-自调节的逻辑控制系统框图；

图4为本发明的软件控制系统框图及功能；

图5为本发明实施例中，除磷剂PAC投加量对絮体生长/粒径的影响曲线图；

图6为本发明实施例中，不同除磷剂的絮体粒径分布对比图；

图7为本发明实施例中，除磷絮凝过程的图像特征。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中列举的相应权利要求，并未在以下列出的实施部分，仍属于保护范围。

参照说明书及附图对本发明的一种基于絮体粒径特征用于化学除磷的加药系统及方法，作以下详细说明。

实施例1：基于絮体粒径特征监测及过程反馈的加药系统

参见图1所示，本实施例的一种基于絮体粒径特征监测及过程反馈的加药系统，包括水质监测模块、絮体粒径特征监测模块、数模分析模块、计算模块和加药控制模块，所述水质监测模块和絮体粒径特征监测模块的输出口与所述数模分析模块的输入口电性连接，所述数模分析模块的输出口与所述计算模块的输入口电性连接，所述计算模块的输出口与所述加药控制模块的输入口电性连接，所述加药控制模块控制通过加药管路向高密度沉淀池内投加药剂。

其中，水质监测模块，用于以预设频率持续的对高密度沉淀池内的进水、出水的水质进行监测得到进水水质参数和出水水质参数；一般设置有两组，分别位于高密度沉淀池进水口的前侧和高密度沉淀池出水口的后侧，分别对进入高密度沉淀池前的水质进行监测，或对排出高密度沉淀池后的水质进行检测，构成双反馈体系。

水质监测模块中集成有进水水量传感器、进水TP/PO₄浓度在线监测仪表、出水TP/PO₄浓度在线监测仪表、出水在线浊度测试仪表等监测及传感设备，可以用于监测进水水质参数包括进水水量和进水TP/PO₄浓度；出水水质参数包括出水TP/PO₄浓度和出水浊度指标参数。进水水量传感器、进水TP/PO₄浓度在线监测仪表及其他用于监测进水一侧其余指标的设备所监测到的数据作为进水前馈，出水TP/PO₄浓度在线监测仪表、出水在线浊度测试仪表及其他用于监测出水一侧其余指标的设备所监测到的数据作为出水后馈。

絮体粒径特征监测模块：用于在絮凝过程中，连续不断地对高密度沉淀池内的絮体粒径进行监测得到絮体特征的持续动态实时变化数据；絮体粒径特征监测模块采用多组激光粒度在线监测仪表实现采集，采集的絮体粒径特征的持续动态实时变化数据，包括絮体颗粒的粒径尺寸及分布数据、单位体积污水中絮体颗粒数量和絮体颗粒的形态以及视频图像或照片信息。絮体特征监测模块监测的第一数据指标为絮体颗粒的粒径中值，第二数据指标为若干个絮体颗粒的粒径范围内的粒径在所有絮体颗粒数量中的占比。化学除磷以及絮凝过程，其本质作用机理是从离子态通过化学反应沉淀形成非溶解态结晶颗粒、颗粒互相碰撞聚集形成小絮体、小絮体依靠电性及吸附作用变成大絮体、形成大絮体后再通过絮体自身与水密度的差异，絮体沉淀脱离水体的过程。在整个作用过程中，絮体粒径的增长速率、最终尺寸与絮凝效果及去除效率有着直接的对应关系，也是监测、分析絮凝过程机理研究的重要手段。絮体粒径增长越快、形成的絮体尺寸越大，絮凝效果越好。在其他外部条件基本不变的情况下，实时监测化学除磷或絮凝过程中絮体的粒径特征数据，能够反馈出絮凝的实时效果和除磷絮凝药剂的需求量及调整方向，对药剂的投加具备非常重要的指导意义。

如图2所示，在高密度沉淀池中，池内固定安装有一隔板，隔板一端固定安装在高密度沉淀池的一侧，隔板另一端与高密度沉淀池的另一侧设置有间隙，且隔板将高密度沉淀池分隔成前部的进水区和后部的出水区，通过隔板的设置，使得污水在高密度沉淀池内的运动轨迹为弯折的曲线，污水在进入高密度沉淀池前，先通过水质监测模块进行数据采集，实现进水水质前馈，进入到高密度沉淀池内后，污水由进水区向出水区运动的过程中，通过投加药剂，如除磷药剂，使得污水与除磷药剂在该高低密度沉淀池内形成的混凝区内充分混合，并在沉淀池内絮体沉淀，然后由出水区的出水口排出净化后的污水，排出后的污水由水质监测模块进行数据采集，实现出水水质后馈。

其中，在靠近进水区的进水一侧，设置有除磷药剂投加口，所述除磷药剂投加口的下游方向设置有多组激光粒度在线监测仪表，可以实时在线监测并采集絮凝过程中絮体粒径特征参数，并将采集监测到的数据作为过程反馈，与前馈和后馈结合，构成综合反馈体系，将结果发送给数模分析模块。

激光粒度在线监测仪表可以选用Mastersizer3000或Mastersizer2000激光衍射粒度分析仪，其作用原理为：当激光束穿过分散的颗粒样品时，通过测量散射光的强度来完成粒度测量，然后数据用于分析计算形成该散射光谱图的颗粒粒度分布，可为干湿法分散提供快速、便捷的粒径分布测试，通过激光粒度在线监测仪表可以实现絮凝过程的实时监测。

数模分析模块：连接所述水质监测模块和絮体粒径特征监测模块，根据进水水质参数集合进水前馈，根据出水水质参数集合出水后馈，并根据絮体粒径特征的持续变化集合过程反馈，通过进水前馈、出水后馈和过程反馈进行数模分析获得加药量需求；

计算模块：连接所述数模分析模块，根据进水前馈、出水后馈和过程反馈的数模分析获得的加药量需求结果，进行加药控制的自调节优化，包括根据进水前馈、出水后馈和过程反馈的数模分析加药量需求结果，通过预设的算法模型，预判出水水质，并计算除磷药剂加药参数及动态的自调节修正，通过监测与预判数据的反馈积累，进行加药控制的自调节优化。

该计算模块为结合PLC编程控制和PID模糊控制器的计算模块，所述计算模块设置的参数包括：水量基值、进水TP/PO₄浓度基值、絮体粒径范围及基值、出水TP/PO₄浓度基值、出水浊度基值、药剂加药量基值、加药量建议范围、系统参数超范围报警、系统运行异常报警、加药量调整周期等。

通过监测并计算水质及絮体的多种参数，可以实现对除磷处理过程中的TP/PO₄浓度含量进行更为精细的检测，从而提高除磷药剂投加需求量的计算精度。

加药控制模块，连接所述计算模块，根据所述计算模块计算出的实时加药量及控制参数，采用变频器、流量和计量泵结合控制除磷剂实时输出加药量的控制方式，实现加药量的实时调控投加。

一般来说，加药控制模块控制加药管路的开关，通过加药管路投加药剂，所述加药管路上安装设置有变频器、流量和计量泵，所述计算模块计算出的实时控制参数包括变频器的调频范围、流量和计量泵的开闭范围，用于控制所述变频器、流量和计量泵的工作状态。

当需要投加除磷药剂时，加药控制模块控制加药管路打开，并根据需要加入的除磷药剂的量，控制变频器调频范围、流量和计量泵的开闭程度，实现除磷药剂的精确投加。

需要注意的是，在水质监测模块和絮体粒径特征监测模块中，设置的参数至少应包括：测试周期及频次、探头自清洗周期及频次、测试精度、维护时间，根据实际应用需求，还可以设置其余不同的参数，此处不作进一步限制。

另外，本发明中，基于絮体粒径特征用于化学除磷的加药系统还可以包括数据存储传输及系统软件模块，通过利用SIM网络数据传输装置可以实现在线监测数据、加药量、数模计算参数等数据的存储及传输，并传输至系统软件平台实现数据的远程显示、存储、在线分析、在线预警、远程操控等智慧化管理。

为了便于直观的观察到化学除磷的结果，因而，针对使用该加药系统的系统用户界面如图4所示，应至少包括在线监测模块、数模分析模块、计算模块、加药控制模块和数据存储传输及系统软件模块中输出的信息数值。其中，在线监测模块中输出的数值应至少包括两水质监测模块中输出的数值和一絮体粒径特征监测模块中输出的数值。

实施例2：基于絮体粒径特征监测及过程反馈的加药方法

本实施例进一步展示利用实施例1所示的基于絮体粒径特征监测及过程反馈的加药系统进行药剂精确投加的操作方法。

下面主要以除磷药剂的投加为例。

如图3所示，主要包括如下步骤：

S21、通过水质监测模块和絮体粒径特征监测模块分别采集进水、出水的水质在线监测指标参数或絮凝过程中絮体粒径特征在线监测指标参数，并发送至所述数模分析模块；其中，除磷剂絮凝除磷过程中，絮体的粒径大小、絮体粒径增大生长至恒定的时间的长短，和除磷絮凝效率及投加量有直接的对应关系。

如图5所示，选取5组不同浓度下的PAC除磷剂（1mg/L、3mg/L、5mg/L、7mg/L、10mg/L）加入到污水中，通过絮体粒径特征监测模块实现实时采集（采集时间1000s）到的数据，可以发现，在不同投加量条件下，在不同时间阶段即絮凝过程中絮体生长、粒径变大至恒定的絮凝过程。表明，除磷剂絮凝除磷过程絮体的粒径大小、絮体粒径增大生长至恒定的时间的长短，和除磷絮凝效率及投加量有直接的对应关系。

如图6所示，选取不同絮凝剂（Al₁₃和PAC）在相同投加量及实验条件情况下，形成的絮体粒径的尺寸分布情况，通过絮体粒径特征监测模块实现实时采集（采集时间1000s）到的数据，可以发现，除磷絮凝过程形成的絮体粒径越大、尺寸分布范围越小，越有利于絮凝除磷，对应更好的去除效果。

如图7所示，为通过絮体粒径特征监测模块实现实时采集到的除磷絮凝过程絮体形成的状态及图像信息。在已经获取的絮体粒径及数量分布的数据基础上，可以将图像信息作为分析判断、以及参数验证的数据基础。图像信息也侧面说明了絮凝过程的效果变化，给与人工药剂调整或优化给与佐证支持。

S22、所述数模分析模块根据进水水质参数集合进水前馈，出水水质参数集合出水后馈，并根据絮体粒径特征的持续变化集合过程反馈，通过进水前馈、出水后馈和过程反馈进行数模分析获得加药量需求，并发送至所述计算模块；

S23、所述计算模块通过预设的算法模型，进行加药控制的自调节优化，并将优化结果发送至所述加药控制模块；

其中，从运行历史数据中，分别获取除磷药剂加药量随时间变化曲线、进水、出水的水质在线监测指标参数和絮凝过程中絮体粒径特征在线监测指标参数中各参数随时间的变化曲线；并找出在其他影响因素相对稳定/固定的条件下，选取进水、出水的水质在线监测指标参数或絮凝过程中絮体粒径特征在线监测指标参数中的其中一种指标参数随时间的变化曲线，并确定该变化曲线与除磷药剂加药量随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到各参数与除磷药剂投加量的波动关联影响因子系数

α=∫除磷药剂加药量（t）dt/∫进水、出水的水质在线监测指标参数或絮凝过程中絮体粒径特征在线监测指标参数中的其中一种指标参数（t）dt。

随后，计算模块根据下式计算除磷药剂投加需求量：

Q=Q1*D1*α1+Q2*D2*α2+Q3*D3*α3+……

式中，

Q：根据算法计算得到的除磷药剂投加实时需求量；

Q1、Q2、Q3……：针对各个影响因素的药剂投加量基值；

D1、D2、D3……：对除磷药剂加药效果及出水的影响因素参数，包括进水、出水的水质在线监测指标参数和絮凝过程中絮体粒径特征在线监测指标参数；其通过以下公式计算得出：对除磷药剂加药效果及出水的影响因素参数的动态监测值/对除磷药剂加药效果及出水的影响因素参数的基值；

α1、α2、α3……：对药剂投加影响因素的关联影响因子系数（根据上述关联影响因子系数计算得出）；

其中，α1、α2、α3……各影响因子系数之和为1。

S24、所述加药控制模块根据所述优化结果投入除磷药剂。

S25、再次采集进水、出水的水质在线监测指标参数或絮凝过程中絮体粒径特征在线监测指标参数，并发送至所述数模分析模块，当除磷药剂投加量≠0时，重复步骤S11-S14。

实施例3：基于絮体粒径特征用于化学除磷的加药系统的运行及调试方案

首先，以水厂人工运行历史运行期间的进水水量、进水TP/PO₄浓度、出水TP/PO₄浓度数据的积分均值对应的药剂投加量为基值。建立试运行数据空转期，也就是数据建模过程，系统仍为人工运行，但所有监测及结果数据汇总至系统模块，用做算法建模。利用试运行数据建模期间的进水水量、进水TP/PO₄浓度、出水TP/PO₄浓度数据为基础数据，添加激光粒度仪表等在线监测除磷絮凝过程絮体粒径及分布数据、出水浊度为核心参数，与除磷剂投加量、出水TP/PO₄浓度结果为关联关系建立数学算法模型。

以某污水处理厂化学除磷工艺-高密沉淀池实际调试数据为例：

运行基础数据及参数基值设置：

基值的设定：以实际运行数据中处理量80%以上的时间周期的运行参数及数据均值为系统调控基值，并根据运行出水的数据参数进行逐个基值矫正。

影响因子的设定及调整：根据真实的调试运行数据，各参数相对于基值的波动范围及波动频率、以及对出水指标的贡献率，设置为初始影响因子，并根据运行出水的数据参数进行逐个影响因子矫正。

算法模型建立后，开展试运行期，切换至算法自动控制投加。通过PLC编程控制和PID模糊控制逻辑算法结合的控制模块，根据进水前馈、出水后馈及过程反馈的综合反馈智能模式计算预测除磷剂需求加药量，以及出水TP/PO₄浓度数据及出水效果；加药控制模块根据算法模型的输出，采用变频控制和流量控制的模式输出除磷剂需求加药量，控制加药管路的开闭，实现实时调控，达到稳定出水、节约药剂投量的目的。

计算模型的自调节自学习优化：在实际控制中，采用的PLC编程控制和PID模糊控制逻辑算法结合的控制逻辑，以激光粒度仪表测试的絮体粒径、数量分布及进出水的参数为参考，建立数学模型。运行后，通过逐次计算预判加药数据和出水实际出水指标及效果对照反馈模式，实现加药算法模型的实时动态自调整、自调节、仪表监测、机器识别、算法学习和人工智能的功能改进。

最终，实现动态计算、反馈和判断加药量的优化调整。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于絮体特征监测及过程反馈的加药方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11、采集进水水质参数、出水水质参数及絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据；所述进水水质参数包括进水水量和进水TP/PO₄浓度；所述出水水质参数包括出水TP/PO₄浓度和出水浊度指标参数，絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据包括絮体颗粒的粒径尺寸及分布数据、单位体积污水中絮体颗粒数量和絮体颗粒的形态；

S12、根据进水水质参数集合进水前馈，出水水质参数集合出水后馈，并根据絮体特征的持续变化集合过程反馈，通过进水前馈、出水后馈和过程反馈进行数模分析获得加药量需求；

S13、通过预设的算法模型，进行加药控制的自调节优化；

S14、根据优化结果投入药剂；

S15、再次采集进水水质参数、出水水质参数、絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据，当药剂投加量≠0时，重复步骤S11-S14；

其中，所述算法模型根据进水水质参数、出水水质参数及絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据，依靠下列公式进行药剂需求量的实时计算：

Q=Q1*D1*α1+Q2*D2*α2+Q3*D3*α3+……

式中，

Q：根据算法模型计算得到的药剂投加实时需求量；

Q1、Q2、Q3……：针对各个影响因素的药剂投加量基值；

D1、D2、D3……：对药剂加药效果及出水的影响因素参数，包括进水水质参数、出水水质参数和絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据，其通过以下公式计算得出：对加药效果及出水的影响因素参数的动态监测值/对药剂加药效果及出水的影响因素参数的基值；

α1、α2、α3……：对药剂投加影响因素的关联影响因子系数；

其中，α1、α2、α3……各影响因子系数之和为1；

对药剂投加影响因素的关联影响因子系数通过以下步骤计算得出：

S21、分别获取加药量随时间变化曲线、进水、出水的水质在线监测指标参数和絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据中各参数随时间的变化曲线；

S22、选取进水、出水的水质在线监测指标参数或絮凝过程中絮体粒径特征在线监测指标参数中的其中一种指标参数随时间的变化曲线，并确定该变化曲线与药剂加药量随时间变化曲线两者之间的同向数据曲线拟合程度和/或对应性基本匹配的区间，分别对两条曲线中对应时间阶段变量数值进行积分，并将结果相除，得到各参数与药剂投加量的波动关联影响因子系数；

α=∫药剂加药量（t）dt/∫进水水质参数、出水水质参数或絮凝过程中絮体特征的持续动态实时变化数据中的其中一种指标参数（t）dt。

2.一种基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统，其特征在于，采用权利要求1所述的加药方法，包括：

水质监测模块：用于以预设频率持续的对进水、出水的水质进行监测得到进水水质参数和出水水质参数；

絮体特征监测模块：用于在絮凝过程中，通过在线激光粒度分布测试装置连续不断地对絮体进行监测得到絮体特征的持续动态实时变化数据；

数模分析模块：连接所述水质监测模块和絮体特征监测模块，根据进水水质参数集合进水前馈，根据出水水质参数集合出水后馈，并根据絮体特征的持续动态实时变化数据集合过程反馈，通过进水前馈、出水后馈和过程反馈进行数模分析获得加药量需求；

计算模块：连接所述数模分析模块，根据进水前馈、出水后馈和过程反馈的数模分析加药量需求结果，进行加药控制的自调节优化；

加药控制模块：连接所述计算模块，根据所述计算模块计算出的实时加药量及控制参数，实现加药量的实时调控投加。

3.根据权利要求2所述的基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统，其特征在于：絮体特征监测模块监测的第一数据指标为絮体颗粒的粒径中值，第二数据指标为若干个絮体颗粒的粒径范围内的粒径在所有絮体颗粒数量中的占比。

4.根据权利要求2所述的基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统，其特征在于：所述计算模块进行加药控制的自调节优化过程，包括根据进水前馈、出水后馈和过程反馈的数模分析获得加药量需求结果，通过预设的算法模型预判出水水质，并计算加药参数及动态的自调节修正，通过监测与预判数据的反馈积累，进行加药控制的自调节优化。

5.根据权利要求4所述的基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统，其特征在于：所述计算模块为结合PLC编程控制和PID模糊控制器的计算模块，所述计算模块设置的参数包括：水量基值、进水TP/PO₄浓度基值、絮体粒径范围及基值、出水TP/PO₄浓度基值、出水浊度基值、药剂加药量基值、加药量建议范围、系统参数超范围报警、系统运行异常报警、加药量调整周期。

6.根据权利要求2所述的基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统，其特征在于：所述加药控制模块采用变频控制与流量控制结合的方式，实现加药量的实时调控投加。

7.根据权利要求6所述的基于絮体特征监测及过程反馈的加药系统，其特征在于：所述加药控制模块通过加药管路投加药剂，所述加药管路上安装设置有变频器、流量和计量泵，所述计算模块计算出的实时控制参数包括变频器的调频范围、流量和计量泵的开闭范围，用于控制所述变频器、流量和计量泵的工作状态。

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