一、需求背景

2017 年年初，国家发改委发布了《“互联网 + ”绿色生态三年行动实施方案》的通知，文中明确提出了“大力发展智慧环保”要求，这是智慧环保概念的首次提出。“智慧水务”是“智慧环保”概念具体到水务领域的体现，以更加精细和动态的方式管理水系统，具有可靠性高、功率小、运行成本低、实时性强等特点，有助于规范管理、节能降耗、减员增效。

我国水处理行业在经历了上世纪八十年代的打基础阶段以及新世纪前后的自动化阶段后，已基本实现了城镇污水全处理（截止 2016 年底，全国城镇污水处理率达 96% 以上），水处理厂均建设了设备自动化控制系统，大幅解放了劳动力。目前，行业正处于智能化转型阶段，利用无线传感器网络、数据库技术和 3/4G 网络，搭建水处理企业的数字化业务系统和数据库，大大提高了信息存储、查询和回溯的效率，初步实现了业务管理的信息化，突破了水处理企业原有各工艺、各系统环节间的“数据孤岛”，实现了数据“一张图”、“一张表”。然而，从信息化到智能化仍然存在较大差距，例如，缺少对水处理工艺环节的智能控制，绝大部分过程控制仍然依靠人工决策，难以将数据与精细化管理充分结合。

以混凝工艺为例，这是最常见、应用最广泛的一种水处理工艺。其原理是通过向水中投加化学药剂，破坏水中悬浮污染物电荷稳定性，促使其团聚形成矾花后从水中沉淀去除。整个混凝反应过程受多种因素影响，包括水体污染程度、水中电荷分布、流场情况、温度情况等等，并且反应过程存在滞后性，整个反应过程难以建立精确的数学模型，造成目前仍以人工巡检为主要控制方式，存在人力投入大、药剂浪费、水质波动等问题。浊度 （ SS ） 反映水中悬浮颗粒物的浓度 ， 是反映水质的重要因素 ‚ 也是决定混凝剂投加量的重要因素。当原水遭遇洪峰或其他扰动影响时 ， 原水浊度变化较大 ， 浊度增加 ， 投药量加大。另外混凝池在不同的浊度下 ‚ 混凝反应效果也不同。水温影响混凝剂溶解速度 ‚ 水温越低 ‚ 胶体运动速度越小 ， 混凝反应效果不好 ， 不利于混凝 ‚ 因此水温对耗药量也较大影响。处理水的 PH 值不同对混凝有不同的影响 ‚ 混凝剂投入后水解产物直接受 PH 值影响 ‚ PH 值影响水解产物的存在状态。只有在一定的 PH 值范围内 ‚ 混凝剂 才 能发挥最佳效果。

在污水处理系统中，为了除去或降低水中悬浮物，使其产生大颗粒的凝聚体，加快水中杂质和污泥沉降速度，一般在污水处理的沉降部分加入一定浓度的絮凝剂。用于含油污水处理的絮凝剂包括无机絮凝剂、有机絮凝剂和复合絮凝剂 3 大类。为了保证加药浓度、减轻工人劳动强度和降低药剂成本，应用絮凝剂自动加药工艺技术。

智能加药系统应用实时控制理念、数值模拟分析技术及动态控制，按需加药，实现出水水质稳定达标，优化污水处理厂运行，进一步实现可持续的稳定达标与节能降耗。

二、智能加药系统构成

智能加药系统像人类大脑一样具备接收、存储、分析信息等功能，基安云智能加药系统采用 “前馈 + 反馈”的闭环控制模式。

首先通过前馈专家模型采集分析源水流量、浊度、 PH 值 等数据信息并快速建模，再利用人工神经网络对模型进行深度学习，通过多步预测、滚动优化和反馈校正识别出加药量和变量之间的对应关系，最终得出最精准的药剂投加量。基安云智能加药系统可通过软件平台对工艺过程进行全自动监控、诊断，投药全程自动化控制，设备故障自动进行切换控制；实现对设备运行、药剂消耗、水质监控等方面进行实时诊断、数据分析、故障预测及报警 。

投加系统包括用于检测进水口水质的进水端 水质监测仪器 、用于检测出水口水质的 水质监测仪器 、用于根据进水口水质和出水口水质计算投药参数的控制装置和用于根据投药参数投药的投药装置，进水端 水质监测仪器 、出水端 水质监测仪器 和投药装置均与控制装置连接。通过进水端 水质监测仪器 检测进水口水质，出水端 水质监测仪器 检测出水口水质，控制装置根据进水口的水质实时计算出投药参数；同时根据相关标准定义的水质指标设定值和出水口水质实时修正投药参数；实现了基于前馈和反馈复合的污水处理药剂投加控制，具有控制过程反应迅速，投药量调节精确的优点，可以达到保证出水口水质的同时节省药剂，避免多余药剂污染环境的效果。

装置工作原理：干粉絮凝剂加入干粉料斗后，按设定的配比浓度，由螺杆给料机定量输入溶解箱内，与定量的清水混合，经过搅拌器搅拌、熟化后，由计量泵将混合液外输至加药点 。

絮凝剂自动加药工艺流程

设备包括浸润器、溶药搅拌器、加药泵、稀释装置、仪表、管路、管路附件、控制柜。此控制柜既可手动按钮控制，也可与 PLC控制柜联动控制。

三、自动加药装置

加药设备示意图

基安云智能加药系统采用基于 SS 负荷 、 PH 值 的前馈补偿，结合出水 SS 浓度 、 PH 值 安全控制的综合策略。安全控制环节根据出水出水 SS 浓度 、 PH 值 ，动态调节控制策略。前馈补偿控制环节，实时监测水质水量和工艺运行参数，利用寻优模型算法，将采集数据与加药量进行关联控制，减少进水负荷变化对出水 SS 浓度 、 PH 值 结果的干扰和影响，同时降低甚至停止不必要的药剂投加 。

系统组成：

1. 在线监测仪表主要用于实时监测沉淀池等 SS 浓度 、 PH 值 ，作为控制信号发送到智能加药系统；

2. 控制模块包括数据采集与传输模块、加药控制模块、人机交互等，实现药剂投加过程的前馈补偿与安全控制；

3. 配套软件系统的主要功能为：远程控制、实时数据显示、参数设定、报警显示、趋势查询、权限管理等。

生产采用的干粉絮凝剂为每袋 25kg 的有机高分子助凝剂。现场根据干粉稀释浓度要求、加药箱的容积、计量泵排量、每天加药量，合理确定了外输量、干粉加药浓度等参数。

目前在污水处理过程中，一般采用反馈控制的方法，可抑制外部扰动的影响，确保过程的稳定性，并优化经济指标，反馈控制系统的组成包括被控过程、检测器、变送器、控制器及执行器。反馈控制具有对内部系统参数变化和外部环境干扰敏感度高的优点。如果被控变量实际值与给定值发生偏离，控制系统就会立巧响应并校正偏差。因此反馈控制对无法预计的干扰具有明显优势。

前馈反馈复合控制具有以下优点：

１、通过反馈控制可以保证受控变量的控制精度，既保证受控变量稳定后的数值，又能克服前馈控制回路之外的各种扰动的影响；

２、引入反馈控制后，可以降低对前馈控制模型精度的要求，便于简化和实施前馈控制模型；

３、反馈控制回路提高了前馈控制模型的适应性。 如果自动加药装置测出的流量值和 SS 浓度暂时不可用 ( 例如出现了故障 ) ，系统会自动采用锁定故障前的加药量，并按照此加药量持续加药。

三、系统原理及运行对比

智能加药系统原理图

智能投药控制器算法结构

工艺流程图

实际运行过程中，加药系统可确保进水水量发生波动而加药浓度依旧稳定。

智能学习功能可根据历史加药数据自动学习，纠正当下的加药偏差，达到加药精准稳定。即使出现人为误操作，加药实际值发生偏差，通过智能学习程序系统会自动修正实际加药量，恢复到设定的加药量。

智能反馈功能可根据出水 SS 、 PH 等相关指标的高低来判断加药量是否合适，若实际出水监测值和设计值出现较大偏差，程序会自动修正加药量，达到合理的出水指标。

系统对比

1 、 降低药耗，数据实时监控；

2 、 节省人工，支持远程控制，实现无人值守；

3 、 精准投加，确保工艺段运行稳定；

智能实时控制系统，利用其内置的数学模型，以及精确稳定的在线监测仪表，能够实现快速、准确、稳定的药剂投加，不仅能够明显

消除由于进水不稳定造成的出水 SS 波动，削峰效果明显，使出水 SS 稳定达标，而且在进水 SS 较低时，可以自动降低药剂投加量或者间断性加药，极大地节省药剂投加量。智能加药系统稳定可靠、精准控制，为用户降低管理成本及提升经济效益，具有广阔的应用前景。

现场图片

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