一种数字化污水处理精准投加药装置及使用方法与流程

本发明涉及污水处理，尤其涉及一种数字化污水处理精准投加药装置及使用方法。

背景技术：

1、目前，在污水处理过程中，化学药剂的精准投加是保证出水水质达标和降低运行成本的关键环节。现有的污水处理加药方法主要采用人工经验控制或基于单一水质参数的简单反馈控制方式。具体而言，操作人员通常根据定期采集的出水水质检测数据（如cod、tp、tn、ss等指标），结合个人经验手动调节计量泵的加药频率或阀门开度，以控制絮凝剂、混凝剂、碳源、除磷剂等药剂的投加量。部分改进型技术引入了plc控制系统，通过预设的固定配比程序，根据进水流量和浊度等少数参数进行加药量的粗略计算，并由计量泵执行定时定量的加药操作。此外，一些现有装置还配备了搅拌机构，在加药的同时对污水进行搅拌，以促进药剂与污水的混合反应。

2、但现有技术在实际应用中存在以下缺陷：第一，现有方法普遍依赖出水端的水质反馈进行加药量调整，由于水质检测存在显著的时间滞后性（通常需要数十分钟至数小时），导致加药控制严重滞后于水质波动，无法及时应对进水水质突变，造成药剂投加过量或不足，既影响出水水质稳定性，又造成药剂浪费；第二，现有装置的药剂投加多为单点集中式投加，药液进入污水处理池后难以快速均匀分散，加之搅拌机构多为单轴固定式搅拌，搅拌范围和强度有限，导致药剂与污水混合不充分，局部区域药剂浓度过高或过低，反应效率低下；第三，现有技术缺乏对药剂本身的预处理机制，固体药剂受潮易结块，直接投加后溶解不充分，粉体药剂易在加药口处粘结堵塞，且药剂浓度固定，无法根据实时需求量进行自适应调配，造成投加精度差；第四，现有控制系统的数字化程度不足，多依赖单一或少量的水质参数进行决策，未充分考虑水温、ph、溶解氧、污泥浓度等多源异构数据的融合分析，更缺乏基于历史数据和水质变化趋势的预测能力，无法实现前瞻性的精准加药控制；第五，现有装置各功能模块之间缺乏有效的协同联动，加药、搅拌、监测、反馈各环节独立运行，未形成闭环的数字化精准控制体系，导致整体处理效率低、运行成本高、自动化与智能化水平不足。

3、有鉴于此，本发明提出一种数字化污水处理精准投加药装置及使用方法，以解决现有技术中加药控制滞后、投加精度差、药剂混合不均匀、缺乏预测能力、数字化程度不足的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种数字化污水处理精准投加药装置及使用方法，解决了现有技术的加药控制滞后、投加精度差、药剂混合不均匀、缺乏预测能力、数字化程度不足的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种数字化污水处理精准投加药装置的使用方法，包括以下步骤：

3、通过多参数在线监测传感器阵列实时采集进水端、反应池内及出水端的污水水质参数、水量参数及环境参数，经预处理后构建标准化的高维状态向量；

4、将高维状态向量输入水质参数时序预测模型，预测未来预设时间窗口内的水质变化趋势，生成预测水质参数序列；

5、根据预测水质参数序列与目标出水标准计算前馈药剂需求量，结合出水端实时监测偏差计算的反馈修正量进行加权融合，生成精准药剂投加总量；

6、根据精准药剂投加总量控制药剂预处理模块对固体药剂进行粉碎、筛分、预溶解处理，并动态调配药剂溶液浓度；

7、将精准药剂投加总量分配至多个分布式投加点，通过独立计量控制单元以脉冲间歇方式投加至污水处理池不同区域；

8、通过在线监测单元实时监测各投加点附近局部区域的药剂浓度及水质响应参数，动态调整对应投加点的投加速率及相邻投加点的分配比例；

9、分析反应池内各监测点的水质参数变化梯度及药剂残留量以评估混合反应效果，自适应优化时序预测模型参数、反应动力学系数及投加分配策略；

10、将全流程数据存储至数据库，定期基于历史运行数据对水质参数时序预测模型进行增量训练与迭代更新。

11、其中，在“通过多参数在线监测传感器阵列实时采集进水端、反应池内及出水端的污水水质参数、水量参数及环境参数，经预处理后构建标准化的高维状态向量”中，包括以下步骤：

12、通过部署于进水端、反应池内及出水端的多参数在线监测传感器阵列，分别采集污水水质参数、水量参数及环境参数；

13、对采集的多源异构数据进行滤波降噪、异常值剔除及时间对齐预处理；

14、将预处理后的多源数据融合构建标准化的高维状态向量。

15、其中，在“将高维状态向量输入水质参数时序预测模型，预测未来预设时间窗口内的水质变化趋势，生成预测水质参数序列”中，包括以下步骤：

16、将高维状态向量输入基于注意力机制的长短期记忆神经网络模型；

17、通过编码器提取多尺度时序特征，经注意力机制加权后由解码器输出预测值；

18、结合历史运行数据与当前工况，生成未来预设时间窗口内的预测水质参数序列。

19、其中，在“根据预测水质参数序列与目标出水标准计算前馈药剂需求量，结合出水端实时监测偏差计算的反馈修正量进行加权融合，生成精准药剂投加总量”中，包括以下步骤：

20、根据预测水质参数序列与目标出水水质标准，结合药剂反应动力学模型计算前馈药剂需求量；

21、根据出水端实时监测水质参数与目标标准的偏差，通过反馈控制器计算反馈修正量；

22、根据当前工况动态调整前馈与反馈的权重系数，将两者加权融合生成精准药剂投加总量。

23、其中，在“根据精准药剂投加总量控制药剂预处理模块对固体药剂进行粉碎、筛分、预溶解处理，并动态调配药剂溶液浓度”中，包括以下步骤：

24、控制研磨粉碎机构对固体药剂进行粉碎，并通过振动筛分机构剔除粒径超过预设标准的大颗粒颗粒；

25、将筛分后的药剂颗粒在预溶解搅拌机构中与定量水进行预溶解；

26、根据精准药剂投加总量动态调节进水量，实现药剂溶液浓度的自适应调配。

27、其中，在“将精准药剂投加总量分配至多个分布式投加点，通过独立计量控制单元以脉冲间歇方式投加至污水处理池不同区域”中，包括以下步骤：

28、根据污水处理池内的流场分布特征及药剂扩散规律，将精准药剂投加总量分配至多个分布式投加点；

29、各投加点通过独立的变频计量泵及电动调节阀控制投加速率和投加时机；

30、按照分配量将调配后的药剂溶液以脉冲间歇方式投加至污水处理池的不同区域，脉冲频率和占空比根据污水流量及药剂反应速率动态调整。

31、第二方面，一种数字化污水处理精准投加药装置，采用第一方面，所述的数字化污水处理精准投加药装置的使用方法，包括多参数在线监测模块、数字化控制模块、药剂预处理模块、多点分布式投加模块、动态混合反应模块、反馈修正模块。

32、本发明的一种数字化污水处理精准投加药装置的使用方法，首先，系统启动后，多参数在线监测传感器阵列开始实时采集进水端、反应池内及出水端的全链路数据；采集到的多源异构数据经数字化控制单元预处理后构建高维状态向量。随后，该高维状态向量被输入至预先训练的水质参数时序预测模型，结合历史运行数据库中的同期工况数据，预测未来30分钟至2小时内的水质变化趋势，生成预测水质参数序列。数字化控制单元中的药剂需求量计算模块根据预测序列与目标出水标准，结合药剂反应动力学模型计算前馈需求量，同时根据出水端实时监测偏差计算反馈修正量，两者经动态加权融合后生成精准药剂投加总量。该总量指令下发至药剂预处理模块，驱动研磨粉碎机构、振动筛分机构、预溶解搅拌机构及浓度调配机构依次执行固体药剂粉碎、筛分、预溶解及浓度自适应调配。调配完成的药剂溶液通过多点分布式投加模块，按照基于流场分布计算得出的分配比例，以脉冲间歇方式投加至反应池不同区域。投加过程中，反馈修正模块的局部在线监测单元实时监测各区域药剂浓度及水质响应，数字化控制单元根据监测偏差动态调整各投加点的投加速率及相邻投加点的分配比例。投加完成后，系统分析反应池内各监测点的水质参数变化梯度及药剂残留量，评估混合反应效果，并自适应优化预测模型参数、反应动力学系数及投加分配策略。最后，全流程数据存储至数据库，系统定期基于累积历史运行数据对时序预测模型进行增量训练与迭代更新，实现闭环自进化控制。