CN117843155A - 一种软化除硬智慧加药控制方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种软化除硬智慧加药控制方法、装置及系统，属于工业废水硬度处理领域。通过本发明软化除硬智慧加药控制方法或装置运算，可智慧化推荐软化药剂投加方案，并实时调整投加量，实现全过程药剂的实时精准投加。本发明软化除硬智慧加药控制系统，可将进水水质进行自动化监测，通过软化除硬智慧加药控制方法和/或装置运算，可控制药剂投加装置进行药剂的精准投加。通过对出水水质的监测反馈，软化除硬智慧加药控制和/或装置再运算后，可进行药剂投加量的自动再调整。能够保证废水除硬的去除效果，以及避免操作人员由于素质差异和人为操作差异等原因产生的不良损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种软化除硬智慧加药控制方法、装置及系统，属于工业废水硬度处理领域。
背景技术
工业废水中含有大量的结垢性离子：钙、镁、碳酸氢根。在工业废水回用处理或零排放处理制取品质合格的盐工艺流程中，由于硬度去除效果不理想，往往导致膜结垢和盐品质不达标的后果。水质波动大，水质化验室分析化验的滞后性以及运行人员水平的高低，导致除硬效果和出水水质很难保证，甚至由于药剂的错误或者过量投加，导致浪费运行成本。目前药剂投加控制手段主要采用进水水质前馈和产水水质反馈进行PID调节。由于水量及水质的波动，导致PID调节很困难，甚至药剂投加量无法收敛，产水水质无法满足预期。因此软化除硬工艺段中软化药剂的精准投加是运行中的重点和难点。
申请号为201911324558.4的专利公开了一种基于BP神经网络的智慧加药控制系统，包括进水水量流量计，采集进水量值；进水总磷测定仪，采集进水总磷值；ATV除磷改良模型代入进水量值、进水总磷值进行实时计算得到投药趋势值和投药量；出水总磷测定仪采集出水总磷值；BP神经网络调整模块，代入接收的投药量和出水总磷值进行计算得到加药量修正值；PLC控制模块，将加药量修正值转换成对应的控制信号；加药泵，根据控制信号进行加药。通过采集进水量值、进水总磷值实时计算投药趋势值和投药量；代入投药量和出水总磷值进行计算得到加药量修正值，根据加药量修正值控制系统对澄清池进行加药；提高了澄清池进水的除磷效率。
但是该系统针对的是待除磷废水，废水成分较为简单，且加药控制系统药剂投放单一，无法对杂质组分和含量均不同的废水进行精准的投药处理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种软化除硬智慧加药控制方法、装置及系统，根据工业废水的杂质成分，自动地智慧化推荐软化药剂投加方案，解决了工业废水在除硬处理过程中自动化程度低的问题，实现了全过程药剂的实时精准投加，保证了系统除硬的去除效果，以及避免操作人员由于素质差异和人为操作差异等原因产生的不良损失。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，一种软化除硬智慧加药控制方法，包括：
(1)药剂方案推荐，包括：根据不同的来水水质以及产水水质要求，进行多种药剂投加方案的分析对比，再根据药剂成本以及污泥产生量推荐适宜的药剂投加方案；
(2)精准药剂投加控制，包括：
第一层：精确数据计算，根据来水流量以及来水和出水中的钙离子、镁离子、碱度进行准确计算，分析得出理论药剂投加量，用ym表示第m次准确计算分析后得出的理论药剂投加量，m是大于等于1的正整数；
第二层：模糊数据调整，所述模糊数据调整包括第一阶段记忆与分析阶段和第二阶段输出及再调整阶段，
所述第一阶段记忆与分析阶段：将第一层精确数据计算得到的ym(m≤n)作为预期药剂投加依据，进行投加，然后根据产水水质反馈，再进行药剂量的分析调整和二次投加，如此进行产水水质反馈和药剂量分析调整与投加的循环，直到产水水质达到要求后，停止循环，统计实际用药情况，得出实际药剂投加量y；然后根据y和ym进行y＝f(ym，X)模糊因素函数分析，其中，X为一些与出水水质并不具有确定影响关系的影响因素，得到模糊因素函数f(ym，X)后，将其同实际的进出水水质，以及包括药剂投加方案、ym和y的药剂投加参数，形成一个多维数据点，记忆存储；当积累n个多维数据点，形成记忆数据库时，进入第二阶段输出及再调整阶段，n为大于等于1000的正整数；
所述第二阶段输出及再调整阶段：将来水水质、产水水质要求以及第一层精确数据计算得到的ym(m>n)同时导入至第二层模糊数据调整，经过与所述记忆数据库内的所述多维数据点对比分析，得出相应的模糊因素函数f(ym，X)，同时输出与f(ym，X)相对应的包括y的药剂投加参数，然后依此参数以y为预期药剂投加依据进行可预期的药剂投加；当实际产水水质反馈后，与产水水质要求分析对比，若无差异，则实现可预期药剂参数调整与投加；若存在差异则根据实际产水水质和产水水质要求进行药剂投加的再调整，即进行产水水质反馈和药剂量分析调整与投加的循环，直到实际产水水质与产水水质要求一致时，停止循环，统计实际用药情况，得到实际用药量z；然后根据y和z进行z＝f(y，X)模糊因素函数分析，得到模糊因素函数f(y，X)，实现模糊因素函数f(ym，X)的再调整，同时也会形成包括实际进出水水质、药剂投加方案、y、z和f(y，X)的新的多维数据点，进行记忆存储；经过不断的输出调整和记忆后，实现药剂投加智慧化控制。
进一步地，所述药剂投加方案至少2种。
进一步地，所述药剂投加方案至多7种。
更进一步地，所述药剂投加方案包括模型1：氢氧化钙；模型2：氢氧化钙+碳酸钠；模型3：氢氧化钙+碳酸钠+磷酸三钠；模型4：氢氧化钠；模型5：氢氧化钙+氢氧化钠；模型6：氢氧化钠+碳酸钠；模型7：石灰+石膏或石灰+氯化钙中的两种及其以上。
更进一步地，所述模型1适用于硬度低、碱度高的废水情况；
和/或，所述模型2适用于硬度高、碱度低的废水情况；
和/或，所述模型3适用于废水经石灰+纯碱处理后使得残留硬度为0.15-0.2mmol/L，需进一步软化使残硬为10-20μmol/L；
和/或，所述模型4适用于原水2倍碳酸盐碱度不小于原水钙硬度的废水情况；优选地，所述模型4适用于原水2倍碳酸盐碱度等于原水钙硬度的废水情况，所述模型5适用于原水2倍碳酸盐碱度大于原水钙硬度的废水情况；
和/或，所述模型6适用于原水2倍碳酸盐碱度小于原水钙硬度的废水情况；
和/或，所述模型7适用于原水总碱度大于等于原水总硬度2mmo/L的负硬水。
进一步地，所述影响因素X包括各种测量仪表的精确度、加药装置的出液情况、运行温度和反应时间中的一种或多种。
第二方面，一种软化除硬智慧加药控制装置，所述软化除硬智慧加药控制装置利用前述软化除硬智慧加药控制方法。
第三方面，一种软化除硬智慧加药控制系统，包括前述软化除硬智慧加药控制装置。
进一步地，所述软化除硬智慧加药控制系统，还包括在软化除硬工艺段进水管处设置的流量、硬度、Ca离子类离子、碱度、pH和电导的监测仪表，各种监测仪表将进水监测数据传输至所述软化除硬智慧加药控制装置；以及，
药剂投加装置和除硬装置，所述软化除硬智慧加药控制装置将投药量输出至所述药剂投加装置，使其将药剂精确投入至所述除硬装置内进行废水的软化除硬处理；以及，
除硬装置的出水管道处设置的流量、硬度、Ca离子类离子、碱度、pH和电导的监测仪表，各种监测仪表将出水监测数据反馈至所述软化除硬智慧加药控制装置。
更进一步地，所述监测仪表为在线实时监测仪表，对进水和/或出水实时测定；优选地，监测统计数据频率为2h一次。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、通过本发明软化除硬智慧加药控制方法运算，可智慧化推荐软化药剂投加方案，并实时调整投加量，实现全过程药剂的实时精准投加。
2、本发明软化除硬智慧加药控制系统，可将进水水质进行自动化监测，通过软化除硬智慧加药控制方法和/或装置运算，可控制药剂投加装置进行药剂的精准投加。通过对出水水质的监测反馈，软化除硬智慧加药控制和/或装置再运算后，可进行药剂投加量的自动再调整。
3、本发明软化除硬智慧加药控制方法、装置和系统，能够保证废水除硬的去除效果，以及避免操作人员由于素质差异和人为操作差异等原因产生的不良损失。
附图说明
图1为本发明中智慧加药控制方法内部逻辑示意图；
图2为本发明实施例一种软化除硬智慧加药控制系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体公开。
本发明中，除非另有规定和/或说明，自始至终，所有涉及组分用量的数值均为“重量”。下列实施例中未注明具体条件的工艺参数，通常按照常规条件。以下实施例中所述的原料均可从公开商业途径获得。
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
根据本发明第一方面，一种软化除硬智慧加药控制方法，包括：
(1)药剂方案推荐，包括：根据不同的来水水质以及产水水质要求，进行多种药剂投加方案的分析对比，再根据药剂成本以及污泥产生量推荐适宜的药剂投加方案；
(2)精准药剂投加控制，包括：
第一层：精确数据计算，根据来水流量以及来水和出水中的钙离子、镁离子、碱度进行准确计算，分析得出理论药剂投加量，用ym表示第m次准确计算分析后得出的理论药剂投加量，m是大于等于1的正整数；
第二层：模糊数据调整，所述模糊数据调整包括第一阶段记忆与分析阶段和第二阶段输出及再调整阶段，
所述第一阶段记忆与分析阶段：将第一层精确数据计算得到的ym(m≤n)作为预期药剂投加依据，进行投加，然后根据产水水质反馈，再进行药剂量的分析调整和二次投加，如此进行产水水质反馈和药剂量分析调整与投加的循环，直到产水水质达到要求后，停止循环，统计实际用药情况，得出实际药剂投加量y；然后根据y和ym进行y＝f(ym，X)模糊因素函数分析，其中，X为一些与出水水质并不具有确定影响关系的影响因素，得到模糊因素函数f(ym，X)后，将其同实际的进出水水质，以及包括药剂投加方案、ym和y的药剂投加参数，形成一个多维数据点，记忆存储；当积累n个多维数据点，形成记忆数据库时，进入第二阶段输出及再调整阶段，n为大于等于1000的正整数；
所述第二阶段输出及再调整阶段：将来水水质、产水水质要求以及第一层精确数据计算得到的ym(m>n)同时导入至第二层模糊数据调整，经过与所述记忆数据库内的所述多维数据点对比分析，得出相应的模糊因素函数f(ym，X)，同时输出与f(ym，X)相对应的包括y的药剂投加参数，然后依此参数以y为预期药剂投加依据进行可预期的药剂投加；当实际产水水质反馈后，与产水水质要求分析对比，若无差异，则实现可预期药剂参数调整与投加；若存在差异则根据实际产水水质和产水水质要求进行药剂投加的再调整，即进行产水水质反馈和药剂量分析调整与投加的循环，直到实际产水水质与产水水质要求一致时，停止循环，统计实际用药情况，得到实际用药量z；然后根据y和z进行z＝f(y，X)模糊因素函数分析，得到模糊因素函数f(y，X)，实现模糊因素函数f(ym，X)的再调整，同时也会形成包括实际进出水水质、药剂投加方案、y、z和f(y，X)的新的多维数据点，进行记忆存储；经过不断的输出调整和记忆后，实现药剂投加智慧化控制。
本发明软化除硬智慧加药控制方法(智慧加药控制方法)，主要实现两部分功能：(1)药剂方案推荐和(2)精准药剂投加控制，其内部逻辑示意图如图1所示。(1)药剂方案推荐，是为适应不同来水水质以及产水水质不同要求，通过内设多种软化药剂投加方案，以可根据水质情况进行多种药剂投加方案的分析对比，再根据药剂成本以及污泥产生量推荐适宜的药剂投加方案。
硬水软化常用的药剂为石灰、碳酸钠、氢氧化钠、磷酸三钠、磷酸氢二钠等。根据原水水质和工艺要求，可选择一种或几种药剂同时使用，不同的药剂适用于不同的水质。因此根据来水水质情况，内置包含1种至多种药剂的药剂投加方案，最少设置2种药剂投加方案即可进行药剂方案对比分析推荐，最多设置7种药剂投加方案即可满足大部分废水的除硬需要。
进一步地，所述药剂投加方案包括模型1：氢氧化钙；模型2：氢氧化钙+碳酸钠；模型3：氢氧化钙+碳酸钠+磷酸三钠；模型4：氢氧化钠；模型5：氢氧化钙+氢氧化钠；模型6：氢氧化钠+碳酸钠；模型7：石灰+石膏或石灰+氯化钙中的两种及其以上。其中，模型1氢氧化钙适用于硬度低、碱度高的情况；模型2氢氧化钙+碳酸钠适用于硬度高、碱度低的情况；模型3氢氧化钙+碳酸钠+磷酸三钠适用于石灰+纯碱(Na2CO3)或模型2处理后水的残留硬度为0.15-0.2mmol/L，需进一步软化使残硬为10-20μmol/L；模型4适用于原水2倍碳酸盐碱度不小于原水钙硬度；优选地，模型4氢氧化钠适用于原水2倍碳酸盐碱度等于原水钙硬度，模型5氢氧化钙+氢氧化钠适用于原水2倍碳酸盐碱度大于原水钙硬度；模型6氢氧化钠+碳酸钠适用于原水2倍碳酸盐碱度小于原水钙硬度；模型7石灰+石膏(CaSO4·2H2O)或石灰+氯化钙适用于原水总碱度大于等于原水总硬度2mmo/L的负硬水。
(2)精准药剂投加控制：
智慧加药控制分析包括两个层级：精确数据计算和模糊数据调整。
第一层：精确数据计算，根据来水流量、钙离子、镁离子、碱度及出水要求的钙离子、镁离子、碱度进行准确计算，分析得出理论药剂投加量，用ym表示第m次准确计算的理论药剂投加量，m是大于等于1的正整数。
在进行精确数据计算时，由于废水除硬时药剂软化是运用化学沉淀原理，根据溶度积原理使水中的结垢性离子形成难溶性化合物而被去除，同时该工艺过程需要与混凝沉淀工艺相结合完成。因此，需要根据废水及药剂投加方案所产生的具体化学反应及沉淀溶度积进行。下面进行精确数据计算举例说明。优选地，具体药剂软化处理方式及适用水质见下表：
表格中：
HCa：原水中钙硬度(mmol/L)；
A0：原水中的总碱度(mmol/L)；
H0：原水中的总硬度(mmol/L)；
Hz：原水中的碳酸盐硬度(mmol/L)；
K：絮凝剂加药量(mmol/L)，一般为0.05～0.25mmol/L；
β:CO3 2-的过剩加药量(mmol/L)，一般为0.5～0.7mmol/L；
石灰：CaO；纯碱：Na2CO3；石膏：CaSO4·2H2O；
氢氧化钙也可被氧化钙替代，氧化钙溶于水反应生成氢氧化钙。考虑氧化钙中含有杂质的影响，优选使用氢氧化钙；也可通过将石灰溶于水，生成一定浓度的氢氧化钙溶液，去除部分杂质，进行使用，降低成本，氢氧化钙溶液浓度根据需要设定，如5％。此外，模型4适用于原水2倍碳酸盐碱度大于等于原水钙硬度的废水情况，优选适用于原水2倍碳酸盐碱度等于原水钙硬度的废水情况，当原水2倍碳酸盐碱度大于原水钙硬度时，优选使用氢氧化钙替代模型4中的部分氢氧化钠，即成为新的药剂投加模型——模型5，这样既能保证水处理效果，还能降低成本。
根据水质及处理需求情况，最常用的药剂软化模型为：模型1、模型2和模型6。对这3种模型软化处理发生的化学反应说明如下：
模型1软化处理：
模型1氢氧化钙，也就是石灰软化法适用于硬度低碱度高的水，可将水中的暂硬去除，发生反应如下：
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3↓+2H2O
Mg(HCO3)2+Ca(OH)2→MgCO3↓+CaCO3↓+2H2O
MgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓
模型2软化处理：
模型2石灰和碳酸钠适用于硬度高碱度低的水。石灰用于除去水中的碳酸盐硬度(反应方程式如模型1软化处理所示)，碳酸钠用于去除水中非碳酸盐硬度，其反应方程式如下：
CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4
CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl
MgSO4+Na2CO3→MgCO3↓+Na2SO4
MgCl2+Na2CO3→MgCO3↓+2NaCl
在较高pH值时，MgCO3很快水解：
MgCO3+H2O→Mg(OH)2↓+CO2↑
模型6软化处理：模型6氢氧化钠+碳酸钠适用于2倍碳酸盐碱度小于钙硬度的水，其反应方程式如下：
Ca(HCO3)2+2NaOH→2CaCO3↓+Na2CO3+2H2O
Mg(HCO3)2+4NaOH→Mg(OH)2↓+2Na2CO3+2H2O
CO2+2NaOH→Na2CO3+H2O
CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4
CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl
MgSO4+2NaOH→Mg(OH)2↓+Na2SO4
MgCl2+2NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl
第二层：模糊数据调整，通常以预期药剂投加量投加后，出水水质会因实际中各种因素影响而达不到预期要求，故需对预期药剂投加量根据实际进行修正，以达预期要求。实际中，测量仪表的精确度、加药泵的出液情况、反应温度、反应时间等都会影响出水水质的情况。具体如加药泵采用机械隔膜计量泵，正常情况下泵输送流量有2％的误差，若采用螺杆泵也有一定的流量误差。再如药剂与废水反应时，温度会影响反应进行的速度，进而对出水水质有一定的影响。再如设计水量时会考虑合适的反应时间，例如设计反应时间2min，当实际水量波动大时，设计反应时间可能不足，进而影响出水水质。以下公式1显示：各种影响因素X，对实际药剂投加量y和预期药剂投加量y0的影响。
y＝f(y0，X)公式1
这些影响因素并不具有与出水水质确定的影响关系，甚至部分因素由于现场不便于监测而无法得到实测数据。例如仪表本身的误差值，流量计校准后依旧存在的误差值，当运行工况和校正工况偏差比较大时，这些误差值会更大。再比如药剂的纯度，药剂中杂质的影响。因此将实际中的影响因素X同模糊因素函数f一同作为模糊调整的依据，对药剂投加量进行修正、记忆及输出。
具体地，第二层模糊数据调整分为两个阶段：第一阶段记忆与分析阶段，第二阶段输出及再调整阶段。
第一阶段记忆与分析阶段：通过将第一次经过第一层精确数据计算后的加药量y1作为预期药剂投加依据，控制药剂投加装置进行药剂投加，通过产水水质硬度脱除效果的反馈再进行分析调整，调整药剂投加量后再控制药剂投加装置进行投加，直到产水水质达到预期要求效果。统计实际用药情况，得出调整后的药剂投加量，也就是实际药剂投加量y；然后将实际中的影响因素X作为模糊调整的依据，根据y和y1进行y＝f(y1，X)模糊因素函数分析，获得模糊因素函数f(y1，X)；模糊因素函数f(y1，X)同此时进出水水质(如进水流量，进水pH值，出水pH值，进水钙离子浓度/进水镁离子浓度/碱度浓度，出水钙离子浓度/镁离子浓度/碱度等)、药剂投加装置控制参数(即药剂投加参数，如药剂投加方案、加药泵运行频率、包括y1和y的药剂投加流量值等)等形成一个多维数据点被记忆储存。智慧加药控制方法对该预处理水质，持续运行一段的时间(如3个月)后，可积累n个多维数据点(n≥1000，优选24小时内至少可形成12个数据点，若来水水质与水量极其不稳定，运行时间和数据点量n需要一定的增多)，形成记忆数据库，此时进入第二阶段输出及再调整阶段。
第二阶段输出及再调整阶段：将第n+1次及之后的第一层精确数据计算结果ym(m>n)同此次的来水水质、产水水质要求同时导入至第二层模糊数据调整，经过与记忆数据库内多维数据点对比分析得出模糊因素函数f(ym，X)，同时快速输出与f(ym，X)对应的包括y的药剂投加装置控制参数，以y为依据进行预期药剂投加。当实际产水水质数据反馈后，可与预期要求产水水质分析对比，若无差异，则实现可预期的药剂参数调整，高效地控制药剂投加装置投加。若存在差异则根据实际产水水质和产水水质要求进行药剂投加的再调整，即进行产水水质反馈和药剂量分析调整与投加的循环，直到实际产水水质与产水水质要求一致时，停止循环，统计实际用药情况，得到实际用药量z，实现了药剂投加数据的再调整；然后根据y和z进行z＝f(y，X)模糊因素函数分析，得到模糊因素函数f(y，X)，实现模糊因素函数f(ym，X)的再调整，同时也会形成包括实际进出水水质、药剂投加方案、y、z和f(y，X)的新的多维数据点。经过不断的输出调整和记忆后，实现药剂投加智慧化控制。
根据本发明第二方面，一种软化除硬智慧加药控制装置，所述装置利用上述软化除硬智慧加药控制方法。
根据本发明第三方面，一种软化除硬智慧加药控制系统，包括上述软化除硬智慧加药控制装置。
作为本发明软化除硬智慧加药控制系统的一种可选实施方式，所述软化除硬智慧加药控制系统还包括在软化除硬工艺段进水管处设置的流量、硬度、Ca离子类离子、碱度、pH和电导的监测仪表，各种监测仪表将进水监测数据传输至所述软化除硬智慧加药控制装置；以及，
药剂投加装置和除硬装置，所述软化除硬智慧加药控制装置将投药量输出至所述药剂投加装置，使其将药剂精确投入至所述除硬装置内进行废水的软化除硬处理；以及，
除硬装置的出水管道处设置的流量、硬度、Ca离子类离子、碱度、pH和电导的监测仪表，各种监测仪表将出水监测数据反馈至所述软化除硬智慧加药控制装置。
上述技术方案中，如图2一种软化除硬智慧加药控制系统结构示意图所示：
在软化除硬工艺段进水管处设置流量、硬度、Ca离子类离子、碱度、pH、电导监测仪表。流量计、pH和电导可对进水情况实时精准测定。硬度、Ca离子类离子、碱度为分析仪表，优选为可实时监测的在线仪表，更优选监测统计数据频率为2h一次。Ca离子类离子指的是造成水硬度上升的离子，如Ca2+、Mg2+等。
进水监测数据实时输入至智慧加药控制装置，在智慧加药控制装置内根据来水水质与预期出水水质(出水水质要求)进行精确计算后，得到精确药剂投加值。该计算值再经过模糊数据调整，经过与数据库中记忆数据对比输出模糊因素系数f对药剂投加值进行修正。
修正结果输出至药剂投加装置。通过对药剂投加装置投药量的精确控制，投加至除硬装置内。药剂投加装置可采用加药泵或者其他可实现加药的投加装置。
除硬装置可采用高密度沉淀池或者其他可实现药剂除硬的装置。
除硬装置的出水管道设置硬度、Ca离子类离子、碱度、pH、电导监测仪表。监测数据实时反馈至智慧加药控制装置。产水水质若满足预期(要求)，则此种工况下成为多维数据点，记忆并存储于智慧加药系统数据库中。若与预期有偏差，则再经过智慧加药控制装置整定核算后再输出至药剂投加装置。
通过一段时间的运行后，智慧加药控制装置可累计丰富的工况控制参数数据。该数据用于修正理论精确计算值，获得模糊因素系数f，实现输出模糊影响因素对于药剂投加量的影响的量化控制。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例与对比例
包头某煤化工零排放项目，设计处理规模400t/h，处理工艺为“预处理-膜处理-除硅处理-臭氧催化氧化-纳滤分盐-分质结晶”集成工艺路线。预处理采用高密度沉淀池去除水中的硬度及碱度，以保证后续膜处理稳定运行。
预处理段高密度沉淀池，实际进出水及药剂投加情况，通过流量、硬度、Ca2+、Mg2+、碱度、pH和电导等监测仪表监测，其中流量、pH和电导是现场实时监测的数据统计，硬度、钙离子、镁离子、碱度是由化验室每12h现场取样分析1次的实测数据统计。投加的药剂是浓度32％的氢氧化钠溶液和浓度10％的碳酸钠溶液。随着水处理时间的增加，每次具体投加及统计结果如下表1所示。
表1高密度沉淀池进出水及药剂投加表
通过表1可见，来水硬度和碱度高且波动性大，总硬度最大值1960mg/L，最小值800mg/L。碱度最大值900mg/L，最小值400mg/L，属于原水2倍碳酸盐碱度小于钙硬度的情况。
现场通过人工控制投加氢氧化钠和碳酸钠(模型6)软化药剂后，总硬度可降低至50mg/L以下。但是产水碱度达到了1400mg/L，甚至2300mg/L。根据进水的硬度、钙离子、镁离子、碱度，以及出水硬度、钙离子、镁离子、碱度分析，产水去除硬度效果基本达到预期，但是产水中富裕了大量的碱度。
采用本发明的软化除硬智慧加药控制方法，根据上述现场处理过程中的实时进水情况和出水情况进行药剂投加量测算推荐，药剂方案推荐后期使用模型4(氢氧化钠)、前期使用模型6(氢氧化钠和碳酸钠)，具体推荐量可见表1。其中，所涉及的第一层精确计算过程如下表2所示：
表2
根据表1中现场人工控制的实际药剂投加量(对比例)和智慧加药系统推荐加药量(实施例)对比可见，氢氧化钠，对比例投加流量值与实施例推荐投加量基本一致；而碳酸钠，实施例推荐流量值分别为开始的1498L/h和439L/h，后面推荐均为0，但对比例现场运行则从头至尾一直投加，导致过量很多，这也是出水中有大量的碱度的原因。
因此，采用本发明软化除硬智慧加药控制方法可根据来水水质水量的变化，实时推荐加药量，以调整氢氧化钠和碳酸钠的药剂投加，避免了药剂的过量投加，节省了大量的药剂费用。按照现场过量投加10％碳酸钠2500L/h，碳酸钠单价3000元/吨估算：年可节省碳酸钠药剂费用640余万元，吨水成本降低1.875元/t。高密度沉淀池出水碱度值降低，也节省了后续去除过量碱度使用的酸耗量，年可节省酸药剂费用350余万元，吨水成本降低1.03元/t。由于减少了过量的盐分引入，将会使后续进入膜浓缩及蒸发结晶段的盐含量降低，膜浓缩段以及蒸发结晶段运行压力降低，运行更稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种软化除硬智慧加药控制方法，其特征在于，包括：
(1)药剂方案推荐，包括：根据不同的来水水质以及产水水质要求，进行多种药剂投加方案的分析对比，再根据药剂成本以及污泥产生量推荐适宜的药剂投加方案；
(2)精准药剂投加控制，包括：
第一层：精确数据计算，根据来水流量以及来水和出水中的钙离子、镁离子、碱度进行准确计算，分析得出理论药剂投加量，用ym表示第m次准确计算分析后得出的理论药剂投加量，m是大于等于1的正整数；
第二层：模糊数据调整，所述模糊数据调整包括第一阶段记忆与分析阶段和第二阶段输出及再调整阶段，
所述第一阶段记忆与分析阶段：将第一层精确数据计算得到的ym(m≤n)作为预期药剂投加依据，进行投加，然后根据产水水质反馈，再进行药剂量的分析调整和二次投加，如此进行产水水质反馈和药剂量分析调整与投加的循环，直到产水水质达到要求后，停止循环，统计实际用药情况，得出实际药剂投加量y；然后根据y和ym进行y＝f(ym，X)模糊因素函数分析，其中，X为一些与出水水质并不具有确定影响关系的影响因素，得到模糊因素函数f(ym，X)后，将其同实际的进出水水质，以及包括药剂投加方案、ym和y的药剂投加参数，形成一个多维数据点，记忆存储；当积累n个多维数据点，形成记忆数据库时，进入第二阶段输出及再调整阶段，n为大于等于1000的正整数；
所述第二阶段输出及再调整阶段：将来水水质、产水水质要求以及第一层精确数据计算得到的ym(m>n)同时导入至第二层模糊数据调整，经过与所述记忆数据库内的所述多维数据点对比分析，得出相应的模糊因素函数f(ym，X)，同时输出与f(ym，X)相对应的包括y的药剂投加参数，然后依此参数以y为预期药剂投加依据进行可预期的药剂投加；当实际产水水质反馈后，与产水水质要求分析对比，若无差异，则实现可预期药剂参数调整与投加；若存在差异则根据实际产水水质和产水水质要求进行药剂投加的再调整，即进行产水水质反馈和药剂量分析调整与投加的循环，直到实际产水水质与产水水质要求一致时，停止循环，统计实际用药情况，得到实际用药量z；然后根据y和z进行z＝f(y，X)模糊因素函数分析，得到模糊因素函数f(y，X)，实现模糊因素函数f(ym，X)的再调整，同时也会形成包括实际进出水水质、药剂投加方案、y、z和f(y，X)的新的多维数据点，进行记忆存储；经过不断的输出调整和记忆后，实现药剂投加智慧化控制。
2.如权利要求1所述软化除硬智慧加药控制方法，其特征在于，所述药剂投加方案至少2种。
3.如权利要求2所述软化除硬智慧加药控制方法，其特征在于，所述药剂投加方案至多7种。
4.如权利要求1-3任一所述软化除硬智慧加药控制方法，其特征在于，所述药剂投加方案包括模型1：氢氧化钙；模型2：氢氧化钙+碳酸钠；模型3：氢氧化钙+碳酸钠+磷酸三钠；模型4：氢氧化钠；模型5：氢氧化钙+氢氧化钠；模型6：氢氧化钠+碳酸钠；模型7：石灰+石膏或石灰+氯化钙中的两种及其以上。
5.如权利要求4所述软化除硬智慧加药控制方法，其特征在于，所述模型1适用于硬度低、碱度高的废水情况；
和/或，所述模型2适用于硬度高、碱度低的废水情况；
和/或，所述模型3适用于废水经石灰+纯碱处理后使得残留硬度为0.15-0.2mmol/L，需进一步软化使残硬为10-20μmol/L；
和/或，所述模型4适用于原水2倍碳酸盐碱度不小于原水钙硬度的废水情况；优选地，所述模型4适用于原水2倍碳酸盐碱度等于原水钙硬度的废水情况，所述模型5适用于原水2倍碳酸盐碱度大于原水钙硬度的废水情况；
和/或，所述模型6适用于原水2倍碳酸盐碱度小于原水钙硬度的废水情况；
和/或，所述模型7适用于原水总碱度大于等于原水总硬度2mmo/L的负硬水。
6.如权利要求1所述软化除硬智慧加药控制方法，其特征在于，所述影响因素X包括各种测量仪表的精确度、加药装置的出液情况、运行温度和反应时间中的一种或多种。
7.一种软化除硬智慧加药控制装置，其特征在于，所述软化除硬智慧加药控制装置利用权利要求1-6任一所述软化除硬智慧加药控制方法。
8.一种软化除硬智慧加药控制系统，其特征在于，包括如权利要求7所述软化除硬智慧加药控制装置。
9.如权利要求8所述软化除硬智慧加药控制系统，其特征在于，还包括在软化除硬工艺段进水管处设置的流量、硬度、Ca离子类离子、碱度、pH和电导的监测仪表，各种监测仪表将进水监测数据传输至所述软化除硬智慧加药控制装置；以及，
药剂投加装置和除硬装置，所述软化除硬智慧加药控制装置将投药量输出至所述药剂投加装置，使其将药剂精确投入至所述除硬装置内进行废水的软化除硬处理；以及，
除硬装置的出水管道处设置的流量、硬度、Ca离子类离子、碱度、pH和电导的监测仪表，各种监测仪表将出水监测数据反馈至所述软化除硬智慧加药控制装置。
10.如权利要求9所述软化除硬智慧加药控制系统，其特征在于，所述监测仪表为在线实时监测仪表，对进水和/或出水实时测定；优选地，监测统计数据频率为2h一次。
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