一种应用于水处理系统的多药剂联合投加控制方法

技术领域

本发明涉及自来水取水和污水排水过程中的浊水净化处理药剂投加技术领域，尤其涉及一种应用于水处理系统的多药剂联合投加控制方法。

背景技术

我国是个缺水的国家，人均水资源占有量仅为世界人均占有量的1/4。而且我国的水资源在时空和地域分布上的分布不均匀，更加重了实际的缺水情况。因此近些年来我国城市水资源进一步紧张，许多城市严重缺水。与此同时，水资源污染却日益严重，因此许多工厂都建立自己的自来水处理厂，来改变目前水资源紧缺且污染的现状。环境保护问题日益成为影响和制约人类社会发展的因素之一。随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加，大量工业和生活污水未经处理流入江河湖海，使环境和饮用水被严重污染。因此，需要水处理企业来解决供水问题。

在进行水处理的过程中，往往需要向待处理的自来水或者各种工业排放水、生活污水等待处理水体中加入药剂，对于水处理行业的企业，大部分是依靠人工对源水进行取样化验分析，依靠“经验”控制加药量，或直接按比例投加，但是其存在着调控滞后和调控精度差、无法根据水质突变调整控制策略等问题。

因此，亟需提供一种应用于水处理系统的多药剂联合投加控制方法，其可根据源水的水质变化，动态确定最优药剂投加量，尤其是多药剂的配比，从而达成水质与成本的平衡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于水处理系统的多药剂联合投加控制方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种应用于水处理系统的多药剂联合投加控制方法，所述方法包括：

步骤S1、利用在线水质监测仪和加药量获取装置采集水处理过程的多条生产数据；其中，每条所述生产数据均包括生产源水信息、生产过沉水信息和各生产药剂的加药数据；所述生产源水信息包括：源水pH值、源水浊度、源水COD、源水余氯；所述生产过沉水信息包括：过沉pH控制值、过沉浊度控制值、过沉COD控制值、过沉余氯控制值、以及过沉色度值；

步骤S2、接收由在线实验设备发送的多条试验数据，每条所述试验数据均基于初始生产源水信息和预先设置的各生产药剂的添加量范围得到；

步骤S3、将多条所述生产数据和多条所述试验数据保存至数据库中；

步骤S4、获取当前生产源水信息和当前生产过沉水信息后，基于所述当前生产源水信息和当前生产过沉水信息、以及数据库中的多条所述生产数据和多条所述试验数据，对每种药剂的投加量进行调整。

作为发明的一种实施方式，在确定所述数据库中的数据条数量达到第一预设数量阈值，但未达到第二预设数量阈值，步骤四包括：

步骤S401、获取当前生产源水信息和当前生产过沉水信息后，得到当前生产源水信息和当前生产过沉水信息中对应的参数差值，基于各个参数差值得到各药剂投加量的调整值；

步骤S402、将当前生产源水信息、当前生产过沉水信息和各药剂投加量调整值作为一条新的生产数据保存至所述数据库中。

作为发明的一种实施方式，所述步骤S401中，基于各个参数差值得到各药剂投加量调整值的方式包括：

步骤S4011、针对任一参数差值，搜索数据库中所述参数差值对应的近似值，当搜索到至少一个所述近似值时，将所有所述近似值所对应的药剂投加参数的平均值作为药剂投加量调整值；或者，

步骤S4012、当搜索不到所述近似值时，只根据所述当前生产源水信息搜索其对应的药剂添加量，并在搜索到后按照预设公式得到药剂投加量调整值。

作为发明的一种实施方式，在确定所述数据库中的数据条数量达到第二预设数量阈值时，所述步骤四包括：

步骤S403、获取当前生产源水信息和当前生产过沉水信息后，得到当前生产源水信息和当前生产过沉水信息中对应参数差值，搜索数据库中每个参数差值对应的近似值，将所述近似值所对应的药剂添加量作为药剂投加量调整值。

作为发明的一种实施方式，所述参数差值包括：源水pH值与过沉pH控制值的第一参数差值、源水浊度与过沉浊度控制值的第二参数差值、源水COD与过沉COD控制值的第三参数差值、以及源水余氯与过沉余氯控制值的第四参数差值；

所述第一参数差值对应CO

作为发明的一种实施方式，步骤S4011中：

针对第一参数差值，搜索与第一参数差值相差±0.1的近似值；针对第二参数差值，搜索与第二参数差值相差±0.2的近似值；针对第三参数差值，搜索与第三参数差值相差±10的近似值；针对第四参数差值，搜索与第四参数差值相差±0.1的近似值。

作为发明的一种实施方式，步骤二包括：

步骤S201、将所述生产源水信息发送至在线试验设备；

步骤S202、接收由在线实验设备发送的多条试验数据，每条试验数据均为在线试验设备基于所述生产源水信息、以及预先设定的各生产药剂的添加量范围进行试验后得到。

作为发明的一种实施方式，在线试验设备生成试验数据的方式如下：

在线试验设备基于所述生产源水信息、以及预先设定的各生产药剂的添加量范围，自动进行正交设计，并按照每条正交设计的数据自动进行试验，生成试验过沉水信息；以及，在确定满足要求后，将所述试验过沉水信息、以及其对应的生产源水信息和正交设计的数据作为一条试验数据进行发送。

作为发明的一种实施方式，所述在线实验设备包括：涡旋反应区、平流沉淀区、斜管沉淀区和检测区；

其中，所述涡旋反应区包括涡旋状的导流板形成的第一流道，所述第一流道内端注水、外端出水，所述第一流道内沿水流方向设置有多个隔板，所述隔板上部或下部开设有第一导流孔，且相邻隔板上的第一导流孔开设部位上下相反，所述第一流道内端上方与注液管的出液口相对应；

所述平流沉淀区包括一端与第一流道的出水端相连通的箱体，所述箱体另一端设置有斜管沉淀区，所述斜管沉淀区包括斜管沉淀腔，所述斜管沉淀腔侧壁下部开设有第二导流孔，所述斜管沉淀腔上部均匀布设有多个斜管；

所述斜管沉淀腔外侧设置有检测区，所述检测区包括与斜管沉淀腔固设在一起的检测箱，所述斜管沉淀腔侧壁上部通过第三导流孔与检测箱相连通，所述检测箱处设有检测装置；

所述涡旋反应区、平流沉淀区和斜管沉淀区的底部设置有排泥管路。。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明提供的应用于水处理系统的多药剂联合投加控制方法，其可根据源水的水质变化，动态确定最优药剂投加量，尤其是多药剂的配比，从而达成水质与成本的平衡。另外，在确定药剂加入量后，还会将该数据存储在数据库中，增加数据库的数据量，从而提高智慧控制的精度。

另外，本发明提供的在线实验设备，通过多个加药管可模拟多种药剂投加的“实时仿真实验”，药剂与水从混合器进入涡旋反应区后，以涡旋方式前进，并且在隔板和第一导流孔的作用下上下翻转，起到了充分混合的作用；沉淀时采用平流沉淀区和斜管沉淀区相结合的形式，S型的第二流道以及涡旋反应区内涡旋状的第一流道以尽可能小的空间实现了生产的真实模拟；

通过PLC控制装置控制药剂投加以及接收检测装置的检测数据，并进行数据存储、处理及算法计算，构建及优化数据模型，反馈控制精度高、速度快。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明的另一角度结构示意图。

图4是本发明的又一角度结构示意图。

图5是本发明的内部结构示意图。

图6是本发明的俯视结构示意图。

图7是本发明中隔板的结构示意图。

图8是本发明中排泥管路的结构示意图。

图9是本发明中加液装置的结构示意图。

其中：100第一流道、200第二流道、1导流板、2隔板、3第一导流孔、4挡板、5箱体、7封堵板、8第二导流孔、9第三导流孔、10斜管沉淀腔、11斜管、12检测箱、13溢流口、14进水管、15计量泵、16连接管、1601加药管、17混合器、18注液管、19检测装置、20PLC控制装置、21第一吸泥支管路、22第二吸泥支管路、23吸泥总管路、24排泥泵。

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，下面结合具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

本发明实施例提供了一种应用于水处理系统的多药剂联合投加控制方法，目前所采用的水处理流程为：源水—投加CO

步骤S1、利用在线水质监测仪和加药量获取装置采集水处理过程的多条生产数据。

其中，每条生产数据均包括生产源水信息、生产过沉水信息和各生产药剂的加药数据，且各生产药剂的加药数据基于生产源水信息和生产过沉水信息得到；生产源水信息包括：源水pH值、源水浊度（生产水的过沉浊度）、源水COD（生产水的过沉COD）、源水余氯（生产水的过沉余氯值）；生产过沉水信息包括：过沉pH控制值、过沉浊度控制值、过沉COD控制值、过沉余氯控制值、以及过沉色度值。

在线水质监测仪获取生产源水信息和生产过沉水信息，其包括：2套pH计、2套COD

加药量获取装置获取各生产药剂的加药量，其与加药泵连接。本步骤中，各生产药剂的加药数据均由人工根据生产源水信息和生产过沉水信息依靠经验得到的经验值，经验值经由人机交互界面输入，经系统控制计算机上发指令给各生产药剂的加药泵执行，具体如下：

1、连续5分钟源水pH值低于过沉pH控制值时，CO

其中，600:3是流量单位，原水流量为600m

2、每40分钟根据源水浊度与过沉浊度控制值（经由人机交互界面输入）的差值，调整PAC投加参数，比例为：浊度差值0.2对应PAC投加值变化±1；

3、每40分钟根据源水COD与过沉COD控制值（经由人机交互界面输入）的差值，调整KMnO

4、每40分钟根据源水余氯与过沉余氯控制值（经由人机交互界面输入）的差值，调整NaClO投加参数，比例为：余氯差值0.1对应NaClO投加值变化±0.2。

该步骤中，一条完整数据如下：

步骤S2、接收由在线实验设备发送的多条试验数据。

其中，每条试验数据均基于初始生产源水信息和预先设置的各生产药剂的添加量范围得到。

该步骤包括：

步骤S201、将生产源水信息发送至在线试验设备；

步骤S202、接收由在线实验设备发送的多条试验数据，每条试验数据均为在线试验设备基于生产源水信息、以及预先设定的各生产药剂的添加量范围进行试验后得到。

其中，在线试验设备生成试验数据的方式如下：

在线试验设备基于生产源水信息、以及预先设定的各生产药剂的添加量范围，自动进行正交设计，并按照每条正交设计的数据自动进行试验，生成试验过沉水信息；以及，在确定满足要求后，将试验过沉水信息、以及其对应的生产源水信息和正交设计的数据作为一条试验数据进行发送。

在线试验设备24小时不间断运行，对四种投加药剂（CO

本系统采用L9（3

完成本组正交实验后，开始进行下一组正交实验，其设计为：将本组正交实验表1（因子与水平取值表）中的因子4（PAC）取值跳点，取值为4、5、6，其它不变。依次类推，进行多次实验。

当通过正交实验，完成所有因子4的取值后，将因子3的取值跳点，取值1.3、1.4、1.5，因子4返回最小值4、5、6，其它不变。依次类推，进行多次实验。

当通过正交实验，完成所有因子3的取值后，再依次类推， 直至完成所有因子的迭代。

因实验结果与季节有很大关系，所有，存入数据库的数据中包括实验日期，完全相同的原水参数和加药参数，结果可能并不相同。故，本正交实验在完成全部因子水平迭代后，继续进行实验，进入下一轮迭代。

实验每一小时完成一次，然后对四种药剂的参数取值跳点，重新取值，再自动进行正交设计，开始下一次中试。如此往复，在四种药剂的允许取值极值范围内进行覆盖实验。四种药剂的取值极值及跳点设计如表4所示：

以下，对在线试验设备的结构进行说明。

如图2-图6所示，在线试验设备包括涡旋反应区、平流沉淀区、斜管沉淀区和检测区，涡旋反应区包括涡旋状的导流板1形成的第一流道100，导流板1底部固设有底板，第一流道100内端注水、外端出水，第一流道100内沿水流方向设置有多个隔板2，隔板2上部或下部开设有第一导流孔3，且相邻隔板2上的第一导流孔3开设部位上下相反，本实施例中，第一导流孔3开设在隔板2上端或下端，第一流道100内端上方与注液管18的出液口相对应；

平流沉淀区包括一端与第一流道100的出水端相连通的箱体5，箱体5另一端设置有斜管沉淀区，斜管沉淀区包括斜管沉淀腔10，斜管沉淀腔10侧壁下部开设有第二导流孔8，斜管沉淀腔10上部均匀布设有多个斜管11，斜管11下端在第二导流孔8上方，斜管11上端在第三导流孔9下方，斜管沉淀区内的多个斜管11倾斜排列在一起，水流从下往上流动，泥沙会粘贴在管壁上，泥沙多了之后在自重作用下会掉落到底部，被排泥管路抽走；

斜管沉淀腔10外侧设置有检测区，检测区包括与斜管沉淀腔10固设在一起的检测箱12，斜管沉淀腔10侧壁上部通过第三导流孔9与检测箱12相连通，检测箱12处设有检测装置19，用来对检测箱12上部的上清液进行水质检测，检测箱12侧壁上部开设有溢流口13，使上清液从溢流口13进行排出；

涡旋反应区、平流沉淀区和斜管沉淀区的底部设置有排泥管路。

该在线试验设备通过进水管14流入源水，通过多个加药管1601模拟多种药剂投加的“实时仿真实验”（可自动进行正交设计，确定每种药剂的加药量），药剂与水从混合器17进入涡旋反应区后，以涡旋方式前进，并且在隔板2和第一导流孔3的作用下上下翻转，起到了充分混合的作用；沉淀时采用平流沉淀区和斜管沉淀区相结合的形式，S型的第二流道200以及涡旋反应区内涡旋状的第一流道100以尽可能小的空间实现了生产的真实模拟。

另外，箱体5的前后内壁上交错设置有挡板4，相邻的挡板4之间以及挡板4自由端与箱体5内壁之间形成S型的第二流道200，水流中的泥沙在第二流道200内流动时，在自重作用下会沉在底部，如图8所示，排泥管路包括设置在第一流道100底部的第一吸泥支管路21、设置在第二流道100中相邻挡板4底部之间的第二吸泥支管路22以及设置在斜管沉淀腔10底部的第二吸泥支管路22，第一吸泥支管路21和第二吸泥支管路22与吸泥总管路23相连，吸泥总管路23与排泥泵24相连。

如图9所示，注液管18与混合器17相连，混合器17分别与进水管14和多个加药管1601相连，进水管14和加药管1601上均设有计量泵15。具体的，混合器17通过连接管16与进水管14相连，多个加药管1601分别和连接管16相连，计量泵15设置在进水管14和加药管1601上。

检测装置19为多参数水质在线分析仪，能实时在线检测水质的pH、浊度和余氯。

如图2、图6和图7所示，本实施例中，隔板2与导流板1中心线在同一平面，相邻隔板2之间的夹角为90°。

本实施例中，箱体5内最外侧的挡板4与箱体5内壁之间固设有封堵板7，最外侧的挡板4、封堵板7与箱体5之间围成斜管沉淀腔10，第二导流孔8开设在封堵板7下端。

加药管1601设置有3-6个，根据预先设定的各生产药剂的添加量范围，自动进行正交设计确定CO

当然，在线水质监测仪还包括PLC控制装置20，其与排泥泵24、检测装置19以及各计量泵15电性连接。通过PLC控制装置20控制药剂投加以及接收检测装置19的检测数据，并进行数据存储、处理及算法计算，构建及优化数据模型。并在确定试验过沉水信息满足要求后，将试验过沉水信息、以及其对应的生产源水信息和正交设计的数据作为一条试验数据进行发送，其反馈控制精度高、速度快。

步骤S3、将多条生产数据和多条试验数据保存至数据库中。

步骤一中，从源水至过沉水的所有数据均存入数据库系统作为原始数据累积（过沉水如出现数据不合格，则抛弃该条数据）。

步骤二中的所有实验数据均存入数据库系统（如实验结果出现数据不合格，则抛弃该条数据）。

步骤S4、获取当前生产源水信息和当前生产过沉水信息后，基于当前生产源水信息和当前生产过沉水信息、以及数据库中的多条生产数据和多条试验数据，对每种药剂的投加量进行调整。

具体地，该步骤包括两种情况：

情况一、在确定数据库中的数据条数量达到第一预设数量阈值，但未达到第二预设数量阈值，该步骤包括：

步骤S401、获取当前生产源水信息和当前生产过沉水信息后，得到当前生产源水信息和当前生产过沉水信息中对应的参数差值，基于各个参数差值得到各药剂投加量的调整值；

该步骤包括：

步骤S4011、针对任一参数差值，搜索数据库中参数差值对应的近似值，当搜索到至少一个近似值时，将所有近似值所对应的药剂投加参数的平均值作为药剂投加量调整值；或者，

步骤S4012、当搜索不到近似值时，只根据当前生产源水信息搜索其对应的药剂添加量，并在搜索到后按照预设公式得到药剂投加量调整值。

本发明中，参数差值包括：源水pH值与过沉pH控制值的第一参数差值、源水浊度与过沉浊度控制值的第二参数差值、源水COD与过沉COD控制值的第三参数差值、以及源水余氯与过沉余氯控制值的第四参数差值。为实现调整，第一参数差值对应CO

针对第一参数差值，搜索与第一参数差值相差±0.1的近似值；针对第二参数差值，搜索与第二参数差值相差±0.2的近似值；针对第三参数差值，搜索与第三参数差值相差±10的近似值；针对第四参数差值，搜索与第四参数差值相差±0.1的近似值。

该步骤具体如下：

1、连续5分钟源水pH值低于过沉pH控制值时，CO

如搜索不成功，则只根据生产“源水pH值”搜索；如仍无法搜索到数据库相应数据，则取数据库中“源水pH值”最接近的一条数据，取其数据条中CO

2、根据源水浊度、过沉浊度控制值，搜索数据库系统中第二参数差值的对应近似值（±0.2），取数据条中PAC投加参数（如有多条记录取平均值）作为PAC本次控制参数；

如搜索不成功，则只根据 “生产水的源水浊度值”搜索；如仍无法搜索到数据库相应数据，则取数据库中“生产水的源水浊度值”最接近的一条数据，取其数据条中PAC投加参数值±0.5 x（x为源水浊度与数据条中源水浊度之间的差值）作为PAC本次控制参数。

3、根据源水COD、过沉COD控制值，搜索数据库系统中第三参数差值的对应近似值（±10），取数据条中KMnO

如搜索不成功，则只根据生产“源水COD”搜索；如仍无法搜索到数据库相应数据，则取数据库中“源水COD”最接近的一条数据，取其数据条中KMnO

4、根据源水余氯、过沉余氯控制值，搜索数据库系统中第四参数差值的对应近似值（±0.1），取数据条中NaClO投加参数（如有多条记录取平均值）作为本次NaClO控制参数；

如搜索不成功，则取数据库中“源水余氯”最接近的一条数据，取其数据条中NaClO投加参数值±2 x（x为源水余氯与数据条中源水余氯的差）作为NaClO本次控制参数。

步骤S402、将当前生产源水信息、当前生产过沉水信息和各药剂投加量调整值作为一条新的生产数据保存至数据库中。

从源水至过沉（淀池）水的所有数据均存入数据库系统（过沉水如出现数据不合格，则抛弃该条数据），作为原始数据累积。

情况二、在确定数据库中的数据条数量达到第二预设数量阈值时，该步骤包括：

步骤S403、获取当前生产源水信息和当前生产过沉水信息后，得到当前生产源水信息和当前生产过沉水信息中对应参数差值，搜索数据库中每个参数差值对应的近似值，将近似值所对应的药剂添加量作为药剂投加量调整值。

根据生产源水各参数值、过沉各参数控制值，搜索数据库系统中对应近似值（pH±0.1、浊度±0.2、COD±10、余氯±0.1、日期<不考虑年份>±30天），取数据条中PAC投加参数（如有多条记录取平均值）作为PAC本次控制参数。

从源水至过沉（淀池）水的所有数据均存入数据库系统（过沉水如出现数据不合格，则抛弃该条数据），作为原始数据累积。从而保证数据库系统内的大数据随着生产运行越来越丰富，从而使智慧控制越来精度越高。

本发明提供的应用于水处理系统的多药剂联合投加控制方法，其可根据源水的水质变化，动态确定最优药剂投加量，尤其是多药剂的配比，从而达成水质与成本的平衡。另外，在确定药剂加入量后，还会将该数据存储在数据库中，增加数据库的数据量，从而提高智慧控制的精度。

另外，本发明提供的在线实验设备，通过多个加药管可模拟多种药剂投加的“实时仿真实验”，药剂与水从混合器进入涡旋反应区后，以涡旋方式前进，并且在隔板和第一导流孔的作用下上下翻转，起到了充分混合的作用；沉淀时采用平流沉淀区和斜管沉淀区相结合的形式，S型的第二流道以及涡旋反应区内涡旋状的第一流道以尽可能小的空间实现了生产的真实模拟；

通过PLC控制装置控制药剂投加以及接收检测装置的检测数据，并进行数据存储、处理及算法计算，构建及优化数据模型，反馈控制精度高、速度快。