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六类药剂 · 一个平台 · 统一决策内核

AI 药剂投加优化系统

覆盖化学除磷、碳源投加、除氟、消毒加氯、混凝加矾、芬顿试剂六大工艺场景。 底层是同一套 AI 加药决策内核,上层按工艺切换策略模块 —— 客户只部署一个平台,按需开启对应模块,新建与扩建都能延展。

PAM药剂投加优化系统 · 项目现场不锈钢溶药罐 + 计量泵组 + 储药罐,稳定运行 · 精准投加 · 远程监测
System Logic

六种药剂,为什么做成一套系统

表面上看,除磷、除氟、加氯、加矾是完全不同的工艺:控制的目标指标不同,药剂性质不同,适用的 pH 区间甚至横跨酸性与碱性。

但从控制论的角度看,它们解决的是同一个问题:有一个滞后的、有波动的目标指标,有一个可调的投加执行机构,中间隔着输送时滞、混合反应时间和工况扰动。这类问题的最优解必然是前馈预测 + 反馈校正 + 机理约束 + 数据自学习。

所以我们把共性做成内核(数据接入、数据清洗、模型框架、执行输出、报表与告警),把差异做成模块(每个工艺的特征变量、化学计量关系、pH 窗口、安全边界)。

对客户意味着什么?一座污水厂先上除磷,半年后要加碳源,不用再买一套系统,开个模块就行;多个厂区可以统一到一个平台管理,报表口径一致,运维只有一套逻辑。

平台分层结构

应用层 · 六大工艺模块 除磷 / 碳源 / 除氟 / 加氯 / 加矾 / 芬顿,按需授权开启
算法层 · AI 加药决策内核 特征工程 · 时序预测 · 机理模型 · 配比优化 · 在线学习
数据层 · 采集与治理 仪表接入 · 异常剔除 · 数据补全 · 历史库
执行层 · 现场设备 计量泵 / 变频器 / 电磁流量计 / 在线仪表 / PLC
Six Modules

六大工艺模块详解

每个模块都是独立可交付的,包含控制策略、特征变量、药剂选型与安全边界。

01 · 化学除磷智能投加

PHOSPHORUS REMOVAL · PAC / PFS / FeCl₃ / FeSO₄

化学除磷的核心矛盾在于:投少了总磷超标,投多了药耗与污泥双增,还会拉低出水 pH、影响后续生化。福诺系统以进水总磷、瞬时流量、pH、前段生化出水状态(DO、ORP、污泥浓度)为特征,预测后段总磷走势并计算金属盐投加量,在达标前提下把投加量压到实际所需。

关键技术点

  • 前馈预测:以进水总磷 × 流量算瞬时磷负荷,叠加生化段磷释放规律,提前 10–20 分钟给出投加需求
  • 摩尔比约束:按 Al/P、Fe/P 摩尔比设定合理区间,防止 AI 输出脱离化学计量可能的量
  • pH 联动:铝盐最佳 pH 约 6.0–7.0、铁盐约 5.0–6.5,超出窗口时联动 pH 调节或修正投加量
  • 污泥增量评估:同步估算化学污泥增量,避免"除磷达标但泥量失控"
  • 多投加点分配:支持前投加、后投加、同步投加多点位的量分配
主要采集信号

进水/出水总磷 · 瞬时流量 · pH · 浊度 · 生化段 DO / ORP · MLSS · 药剂液位 · 泵运行状态

典型控制输出

计量泵变频频率 / 冲程 · 多泵投加量分配 · 备用泵轮换 · pH 调节联动

02 · 碳源精准投加

CARBON SOURCE · 反硝化脱氮

碳源投加是污水厂最容易"花冤枉钱"的环节。投少了总氮不达标,投多了不仅浪费,还会带入额外 COD、增加好氧段负荷和剩余污泥。福诺系统按反硝化的实际需碳量投加,而不是按经验比例一刀切。

关键技术点

  • C/N 比实时核算:以进水 COD、总氮、硝酸盐氮计算实际可生化碳氮比,判断碳源缺口
  • 反硝化速率模型:结合水温、DO、回流比与内回流位置,估算单位时间可消纳的硝态氮量
  • 安全阈值控制:出水 COD、氨氮逼近限值时自动限幅,避免碳源穿透造成二次超标
  • 多碳源支持:乙酸钠、葡萄糖、甲醇、复合碳源的当量换算与成本优选
  • 冬季工况适配:低温下反硝化速率下降,模型自动按水温衰减因子修正需碳量
主要采集信号

进水 COD · 总氮 · 硝酸盐氮 · 氨氮 · 水温 · DO · 内/外回流比 · 出水在线监测

典型控制输出

碳源计量泵流量 · 投加点切换 · 与内回流比协同调节建议

03 · 除氟智能投加

DEFLUORIDATION · 钙盐 / 铝盐 / 两段 pH

除氟是典型的"pH 决定成败"的工艺:钙盐法在 pH 偏碱时才形成氟化钙沉淀,铝盐法在 pH 5.5–6.5 区间吸附效果最佳。来水氟浓度剧烈波动时,固定投加几乎必然失控。福诺系统把氟离子浓度与 pH 一起作为主控变量,分段调节、精准投加。

关键技术点

  • 氟浓度前馈:在线氟离子计实时值 + 流量计算氟负荷,直接决定钙盐/铝盐基础投加量
  • 两段 pH 协同:一段调节至最优沉淀 pH,二段回调至排放要求,两段投加量与药剂同步优化
  • 沉淀动力学约束:考虑反应时间与搅拌强度,投加量不做瞬时大幅跳变,避免"过量后无法回退"
  • 药剂成本对比:氯化钙、石灰、PAC 的除氟效率与单价综合比选
  • 达标冗余设计:以出水 F⁻ ≤1.0 mg/L(或地方更严标准)为目标设定安全余量
主要采集信号

进水/出水氟离子 · pH(两段)· 流量 · 浊度 · 钙硬度 · 药剂液位

典型控制输出

钙盐计量泵 · 铝盐计量泵 · 两段加酸/加碱阀门 · pH 闭环

04 · 消毒加氯智能控制

CHLORINATION · 余氯闭环 · 管网衰减预测

加氯看似简单,实则要同时满足两端要求:出厂水余氯要够,管网末梢也不能没有;但余氯又不能过高,否则消毒副产物(三卤甲烷等)风险上升、口感变差。福诺系统以余氯在线值作反馈,以水温、接触时间、氨氮作修正,做真正的闭环。

关键技术点

  • 余氯双点反馈:出厂水 + 管网代表点余氯同时接入,兼顾首端与末梢
  • 折点加氯识别:识别氨氮存在下的折点加氯特性,避开"投了氯但余氯不涨"的死区
  • 水温与接触时间修正:高温季节衰减快、接触时间短时提高投加,反之降低
  • 副产物抑制:控制余氯上限,结合有机物指标评估消毒副产物风险
  • 间歇消毒与轮换:清水池、管网冲洗等工况下的时序投加策略
主要采集信号

出厂水余氯 · 管网余氯 · 流量 · 水温 · 氨氮 · 浊度 · 接触池液位

典型控制输出

加氯计量泵 / 加氯机阀门开度 · 多点投加分配 · 余氯上下限报警联锁

05 · 混凝加矾智能控制

COAGULATION · 前馈 + 反馈 + 絮体识别

自来水厂混凝加药是福诺系统应用最成熟的场景之一。原水浊度、流量、pH、碱度、水温作前馈,沉淀池出水浊度作反馈,配合絮体图像识别辅助判断混凝效果,避免"矾花小而散"或"矾花大而沉不下去"。

关键技术点

  • 前馈为主、反馈为辅:原水突变时靠前馈快速响应,稳态时靠出水浊度反馈精细修正
  • 碱度与 pH 校核:铝盐消耗碱度,投加量受剩余碱度约束,避免 pH 过低影响混凝效果
  • 水温修正:低温低浊期混凝效果差,模型自动上调投加并提示助凝剂投加建议
  • 絮体形态辅助判断:以烧杯试验或在线图像为参考,做投加量微调
  • 多系列分配:多组混凝沉淀池并联时,按各组实际负荷分配投加量
主要采集信号

原水浊度 · 原水流量 · 原水 pH · 碱度 · 水温 · 出厂水浊度 · 药剂液位

典型控制输出

加矾计量泵变频 · 多池分配 · 助凝剂(PAM)联动建议

06 · 芬顿试剂智能投加

FENTON · H₂O₂ / Fe²⁺ 双通道配比

芬顿是最难自动化的一类加药 —— 因为它不是"加一种药",而是"加两种药并按比例配对"。双氧水与亚铁的比例决定了羟基自由基的产生效率,比例不对,投再多也没用,甚至加剧絮凝不良。福诺系统用双通道同步计算,把配比和总量一起算出来。

关键技术点

  • 双通道同步求解:H₂O₂ 与 Fe²⁺ 各自独立通道输出,同时受摩尔配比约束,不做单变量控制
  • 配比动态优化:按进水 COD、色度、pH 与反应时间调整 H₂O₂/Fe²⁺ 摩尔比,兼顾氧化效率与药剂成本
  • 分步 pH 控制:芬顿反应需酸性条件(约 pH 3–4),反应后需回调中性并沉淀铁泥,两段 pH 与投加量协同
  • 反应时间约束:按实际停留时间限制单位时间投加上限,防止"加了却来不及反应"
  • 铁泥量评估:同步估算产铁泥量,避免药耗降了但危废处置成本升了
主要采集信号

进水 COD · 色度 · pH(反应段/回调段)· 流量 · ORP · 双氧水与亚铁液位 · 温度

典型控制输出

双氧水计量泵(双通道之一)· 亚铁计量泵(双通道之二)· 两段 pH 调节阀 · 配比联动限幅

Comparison

与传统加药方式相比

不是替代操作人员,而是把人的经验固化成可复用、可追溯、可持续优化的算法能力。

对比维度人工经验投加定值 / 比例 PID福诺 AI 药剂投加优化
投加依据看水色、凭手感、班次差异大固定浓度或按流量比例线性投加多参数预测模型实时计算投加量
时滞处理事后调整,总是晚一步无预测能力,滞后明显前馈预测,提前 10–30 分钟响应
水质波动时容易出现瞬时超标或过量投加出水指标反复顶线自动跟踪修正,波动幅度显著收窄
药耗水平普遍偏高,且波动大偏高,雨季/异常工况冗余大按实际需求投加,典型下降 10–30%
运行记录手写台账,难以追溯仅有趋势曲线投加量、水质、算法决策全量留档可追溯
人员投入需班班盯守、频繁干预需定期人工修改设定值日常巡检即可,干预频次大幅下降
优化能力依赖个人经验,人走经验走无自学习,工艺变了要重新调基于历史数据持续自学习,越用越准
Delivery

我们怎么把系统落下去

加药系统的成败,一半在算法,一半在实施。福诺按五步走,每一步都有交付物。

第一步 · 现场诊断

取样分析、核对现有加药方式、梳理仪表可用性、测算当前吨水药耗与药剂成本,输出诊断报告。

第二步 · 方案与测算

明确模块范围、控制点位、仪表补齐清单与预期节药区间,给出投资回收期测算,不夸大效果。

第三步 · 成套与接入

加药撬装 / 控制柜成套,仪表与执行机构安装接线,与现有 PLC / SCADA 通讯对接,最小化停产影响。

第四步 · 模型培训

用历史数据预训练 + 现场投运后增量学习,通常需 2–4 周积累工况数据,模型精度逐步收敛。

第五步 · 运维与优化

远程巡检、模型调参、月度药耗报表。季节切换、工艺调整时同步更新模型策略。

交付的到底是什么

一套控制柜 / 撬装设备、一套软件平台、一份工艺与算法说明、一份运维手册,以及可以持续调优的模型。

Scenarios

适用场景

市政污水处理厂

除磷 + 碳源 + 加氯,AAO / 氧化沟 / MBR 等工艺均适用

自来水厂

混凝加矾 + 消毒加氯 + pH 调节,新建与改造均可用

工业废水站

光伏/电子含氟废水、化工印染芬顿氧化、园区综合废水

再生水与中水回用

深度处理段除磷、消毒,与膜系统前后段协同

Live Platform

软件平台实景

AI药剂投加优化系统总览

系统总览 · 核心指标一屏看清

药剂节约率、能耗降幅、出水达标率、AI预测准确率四大指标实时刷新,附环比趋势。

实时监控仪表盘

实时监控 · 全参数仪表盘

浊度/COD/氨氮/总磷四参数仪表盘 + 设备运行热力图 + 加药流量实时曲线。

LSTM水质预测

AI预测模型 · 未来30分钟预判

LSTM时序预测提前感知水质变化,投加量提前调整而不是事后补救。

节能分析

节能分析 · 全年药耗成本对比

传统模式 vs AI模式逐月药耗与成本对比,节约效果用数据说话。

加药系统 · 告警中心
告警中心 · 药剂余量/水质超标实时告警闭环处理,系统数据完整率 99.94%
加药系统 · 报表中心
报表中心 · 药剂消耗与出水达标日报自动生成,药剂节约率 43.8%

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