测定凝絮颗粒自动投药系统

何寿平

　　我国城市供水行业2000年技术进步发展规划中指出：“进一步稳定水质、降低药耗的措施是采取合适的方式实施混凝剂加注自动化”。这是因为水处理工艺中自动投药是保证絮凝效果，净化水质，节约耗用的重要一环。采用摄像分析新技术，将计算机科学中的图像处理技术，应用在观测絮凝效果和控制投药量方面，以实现投药智能优化控制，保证水质和节约药剂耗用。这一投药系统比其他现有的投药系统具有：技术手段先进、可充分利用计算机技术已达到的图像处理和智能技术建立真正的投药自动化系统；通过大量的实时和历史数据分析处理，可获取最佳投药量；可通过连续采样，应付紧急情况，迅速调整投药量，防止水质事故的发生。我们希望通过研究，将属于高科技的图像处理和智能技术拓宽到一个新的应用领域，使水处理自动化投药系统达到新的水平。
　　在水处理工艺中混凝是保证沉淀效果的重要工序。投加药剂后的絮凝效果，均以沉淀池出口浊度达到一定要求为准。目前我国在混凝剂投加自动化方面还不那么广泛，大部分水处理工艺中仍然由人工操作控制投加设备，还不能根据原水水质与水量变化及时准确地控制投加量。药剂投加自动化应用还不广泛的原因是：我国的原水水源保护还不严格，许多水源水质变化大，有时会发生突然的变化，这样，就是国外的先进设备也适应不了这样的突变。加上我国生产的水质与水量传感器及投加设备还不同程度的存在一些问题，所以自动投药系统在实际推广应用中或多或少受到影响。
　　以往对投加药剂与检测沉淀池出口水浊度的滞后时间太长的问题，作了比较多的研究。一般情况下，都以人工观察絮凝池凝絮的颗粒大小和凝絮与水的界面，凭经验来决定投药量，亦有单位在实验室进行搅拌试验决定投加量。随着水处理技术的发展，水处理工作者们研制了多种形式的自动投药系统。有模拟沉淀池法、模拟滤池法、建立多参数的前馈投加药剂数学模型和加后馈数学模型的自动优化控制。而这些投药系统都不同程度地存在模拟效果不佳，数学模型难以适应水质变化等弊病。而后又出现了较为先进的SC型流动电流混凝控制技术和FP型絮凝检测控制技术等等。但其适应性亦存在一些问题。因此研究能适应我国国情的智能化絮凝效果检测与药剂投加系统，对推广混凝剂自动投加，提高水质，节约耗用是有现实意义的。
　　本研究拟采用摄像技术代替人工观察凝絮，将絮凝池凝絮的颗粒大小、形态和凝絮与水的界面的图像输入计算机。通过软件进行图像处理，将摄到的图像按灰度等级进行转换，使图像变为有一定层次的色斑，再由软件识别单个斑块边界并计算相应的面积（即絮凝颗粒大小）及边界灰度的对比度。然后对处理过的图像中的所有斑块按大小、灰度等级及界面进行分类统计分析。测定系统由5～8个摄像头安置在絮凝池的沿线，不断地对絮凝全过程进行连续监测。可实现某一投药瞬间的絮凝过程的阶段图像资料的比较，并将获取的数据进行分析，从而判断絮凝效果，决定药剂的投加量。可充分利用计算机技术，建立专家分析系统，进行絮凝效果的智能化、自动化处理。该系统将各种处理效果好的图像及投药量数据按系列储存起来，以供自动查询对比，进行自我学习，自我调整，使其真正实现优化控制，工作更为可靠。在特殊情况下（原水水质突变，如浊度的大幅度变化、原水遭受污染等）可利用历史资料数据自动进行对比分析，迅速自动进行调整投药量，从而保证絮凝效果、保证处理水质。
　　该研究项目除应用计算机图像处理技术外，取样亦是保证该项目成功的一项重要研究内容。本研究拟采用现场直接采样盒取样，其进出口均为多层平行折板档光，且不扰动水流的方法，可避免以往从絮凝池引流取样易破坏凝絮，出现测定值与实际值误差较大的弊病。摄像镜头采用补光和恒温防雾技术等措施，以保证图象的清晰可靠。本研究需经过冬夏不同的季节，在絮凝池现场进行试验，以确定絮凝体取样方法及选择取样点；试验利用计算机成图技术，将现场摄制的数字化图像按256位的色差转换成3～4位灰度的黑白矢量图斑，然后建立数理统计分析模型和专家分析系统数据库。
　　如这一课题获得成功，将对贯彻我国城市供水行业2000年技术进步发展规划中所要求的“采取合适的方式实施混凝剂加注自动化”，可以提供一个可选择的新型投药系统。因为该系统是一个真正智能化的控制系统，具有其他自动投药系统所没有的自我学习自我修正的功能。可减少原水水质突变所带来的系统的不可靠程度。