一种适用于混凝沉淀的控制系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种适用于混凝沉淀的控制系统及方法。


背景技术：

[0002]
随着近年工业的不断发展，污水处理成为急需解决的问题，在污水处理的各种方法中，混凝沉淀是经常用到的一种方法。混凝沉淀工艺是指通过向水中投加适量的混凝剂，破坏水中胶体颗粒及细微悬浮物的稳定性使其团聚，在絮凝剂的捕捉作用以及一定的水力条件下，形成絮凝体(水处理中一般称为矾花)，并使之从水中分离的过程，混凝沉淀去除的杂质主要是悬浮物和胶体颗粒。在水处理中，混凝是影响处理效果最为关键的因素。混凝的作用不仅能够使处于悬浮状态的胶体和细小悬浮物聚结成容易沉淀分离的颗粒，而且能够部分地去除色度，无机污染物、有机污染物，以及铁、锰形成的胶体络合物。同时也能去除一些放射性物质、浮游生物和藻类。其反应效果的好坏直接关系到出水水质和处理成本，不论是自来水、生活污水还是各类工业废水的处理均需应用到混凝沉淀工艺。
[0003]
常规的混凝沉淀操作药剂的加药量需每班通过混凝搅拌试验确定，通过混合搅拌强度、速度梯度g值为固定值，来确定加药量。因此常规混凝沉淀操作控制方式存在数据不直观，加药量较难精确控制，处理效果不稳定，步骤繁杂，效率低等问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明所要解决的技术问题在于提供一种数据直观可见，加药量精确具体，效果明显，效率高，自动化实现絮凝，保障出水水质的适用于混凝沉淀的控制系统及方法。
[0005]
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
[0006]
一种适用于混凝沉淀的控制系统，依次包括：pac混合池、pam混合池、絮凝池、沉淀池和控制柜，所述的pac混合池和絮凝池内分别设置有pac混合池高清摄像头和絮凝池高清摄像头，所述的pac混合池、pam混合池和絮凝池内分别设置有pac混合池搅拌机，pam混合池搅拌机和絮凝池搅拌机，所述的pac混合池上端连接pac药剂储罐，所述的pam混合池上端连接pam投加系统，所述的控制柜内设置有控制器，所述的控制器连接pac混合池高清摄像头、絮凝池高清摄像头、pac混合池搅拌机、pam混合池搅拌机、絮凝池搅拌机、pac药剂储罐和pam投加系统。
[0007]
进一步的，所述的pac药剂储罐上设置有pac计量泵，所述的pam投加系统上设置有pam计量泵，所述的控制器连接pac计量泵和pam计量泵。
[0008]
进一步的，所述的pam投加系统包括溶液箱、干粉进料装置和湿润装置，所述的溶液箱由溶药箱、熟化箱和储液箱组成，所述的干粉进料装置由破拱电机、进料电机、进料口加热器、料位报警传感器和不锈钢机架组成，所述的湿润装置由电磁阀、流量计和润湿装置组成。
[0009]
进一步的，所述的pam投加系统还包括用于进水和出液的套管件装置、用于液位控制的液位计、用于搅拌的三组电动搅拌机和用于连接其它装置的支架。
[0010]
进一步的，所述的支架由不锈钢材质或聚丙烯材料制成。
[0011]
进一步的，所述的沉淀池上设置有出水浊度计，所述的出水浊度计连接控制器。
[0012]
进一步的，所述的pac混合池高清摄像头和絮凝池高清摄像头包括用于矾花图像采集的图像采集模块与用于矾花图像预处理的图像识别模块，所述的图像识别模块连接图像采集模块，所述的图像识别模块连接控制器。
[0013]
一种适用于混凝沉淀的控制方法，包括如下步骤：
[0014]
(1)将原水经过水泵加到pac混合池，通过pac混合池高清摄像头监测原水悬浮物颗粒的粒径及数量，通过图像采集模块采集悬浮物颗粒图像，通过图像识别模块对视频图像进行预处理，然后将预处理后的信号传送到控制器；
[0015]
(2)将pac混合池的原水加入pac混合后进入到pam混合池，在pam混合池中加入pam混合后进入絮凝池；
[0016]
(3)絮凝池高清摄像头监控絮凝池内矾花图像，通过图像采集模块采集矾花图像，通过图像识别模块对矾花图像进行预处理，然后将预处理后的信号传送到控制器；
[0017]
(4)并将矾花图像传输到控制器，控制器提取矾花轮廓，计算矾花轮廓面积、周长和等效半径，通过计算的矾花轮廓面积、周长、等效直径来绘制当前水下矾花的总体分布及形态情况；
[0018]
(5)控制器通过混合池高清摄像头提供的图像所得出的分析数据来控制pac计量泵和pac混合池搅拌机运行，控制器通过絮凝池高清摄像头提供的图像所得出的分析数据控制pam投加系统、pam计量泵、pam混合池搅拌机和絮凝池搅拌机运行；
[0019]
(6)絮凝池内的水经沉淀池沉淀后出水，完成原水混凝沉淀。
[0020]
进一步的，所述的步骤(1)和步骤(3)中的图像识别模块对图像进行预处理的方法是：
[0021]
(11)读取图像采集模块采集的视频图像数据；
[0022]
(12)截取视频数据中的图像数据作为原图；
[0023]
(13)将原图进行限制对比度的自适应直方图阈值均衡化，通过计算图像每一个显著区域的直方图，重新分布图像的亮度值；
[0024]
(14)调整图像的亮度，进行自适应二值化；
[0025]
(15)提取原水悬浮物颗粒或矾花轮廓，实现原水悬浮物颗粒或矾花轮廓图像与水背景分割，完成图像预处理。
[0026]
进一步的，所述的pac计量泵和pam计量泵选用ecc电动冲程控制计量泵，所述的pac计量泵和pam计量泵数字化显示于控制器，所述的pac混合池搅拌机、pam混合池搅拌机和絮凝池搅拌机选用变频电机，转速、功率、速度梯度g值这四个指标数字化显示于控制器。
[0027]
本发明的有益效果是：
[0028]
1.本发明对应的装置通过将污染原水依次经过pac混合池、pam混合池、絮凝池和沉淀池，通过pac混合池上设置的pac混合池高清摄像头监测污染原水的悬浮物颗粒图像，利用控制器对悬浮物颗粒图像进行分析后，控制器根据分析的结果来控制pac计量泵和pac混合池搅拌机运行，从而有效的控制了pac混合池中原水的水解、聚合效果，从而有效的控制加药量和搅拌时长，而通过絮凝池高清摄像头监测絮凝池中的矾花图像，利用控制器对矾花图像进行分析后，控制器驱动控制pam投加系统、pam计量泵、pam混合池搅拌机和絮凝
池搅拌机运行，来实现pam池内的水解、聚合效果，控制pam投加，而且整体的参数数据，包括加药量、混凝控制指标速度梯度g值、出水浊度等都通过控制器显示，其数据直观可见，替代了原先人工识别，人工决策加料的过程，加药量精确具体，可以有效的实现原水的絮凝沉淀效果，效率高，全程自动化实进行，有助于规范管理，节约能源；
[0029]
2.本发明对应的方法通过将原水加入到本申请对应的装置中，装置的控制器通过混合池高清摄像头提供的图像所得出的分析数据来控制pac计量泵和pac混合池搅拌机运行，控制器通过絮凝池高清摄像头提供的图像所得出的分析数据控制pam投加系统、pam计量泵、pam混合池搅拌机和絮凝池搅拌机运行，从而实现絮凝沉淀的全自动化，絮凝效果好，效率高；
[0030]
3.本申请对应的方法通过图像识别模块对图像进行预处理，将原图进行限制对比度的自适应直方图阈值均衡化，通过计算图像每一个显著区域的直方图，重新分布图像的亮度值，来实现原水悬浮物颗粒或矾花轮廓图像与水背景分割，更有利于控制器判断当前的水质状态，从而根据水质状态做出精确的加药，搅拌等判断，精确度高。
附图说明
[0031]
图1是本发明对应系统的结构示意图；
[0032]
图2是本发明的pam投加系统结构示意图；
[0033]
图中：1-pac混合池；2-pam混合池；3-絮凝池；4-沉淀池；5-pac混合池高清摄像头；6-絮凝池高清摄像头；7-pac药剂储罐；8-pac计量泵；9-pam投加系统；10-pam计量泵；11-pac混合池搅拌机；12-pam混合池搅拌机；13-絮凝池搅拌机；14-出水浊度计；15-控制柜；16-干粉进料装置；17-湿润装置；18-溶液箱；19-熟化箱；20-储液箱；21-液位计；22-搅拌机；
具体实施方式
[0034]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]
为了解决现有的絮凝沉淀装置或方法手动加药导致的加药量不精确，效果不明显，效率低的问题，本申请公开了一种适用于混凝沉淀的控制系统，如图1，图2所示，依次包括：
[0036]
pac混合池1、pam混合池2、絮凝池3、沉淀池4和控制柜15，所述的pac混合池1和絮凝池3内分别设置有pac混合池高清摄像头5和絮凝池高清摄像头6，所述的pac混合池1、pam混合池2和絮凝池3内分别设置有pac混合池搅拌机11，pam混合池搅拌机12和絮凝池搅拌机13，所述的pac混合池1上端连接pac药剂储罐7，所述的pam混合池2上端连接pam投加系统9，所述的控制柜15内设置有控制器，所述的控制器连接pac混合池高清摄像头5、絮凝池高清摄像头6、pac混合池搅拌机11、pam混合池搅拌机12、絮凝池搅拌机13、pac药剂储罐7和pam投加系统9。
[0037]
优选的，所述的pac药剂储罐7上设置有pac计量泵8，pac计量泵8的作用是控制pac药剂储罐7向pac混合池1中加药，pac是聚合氯化铝的简称，pac混合池1的作用是混合原水和聚合氯化铝，实现絮凝沉淀的前序准备。所述的pam投加系统9上设置有pam计量泵10，pam
计量泵10作用是实现pam投加系统9向pam混合池2中投放pam，其中，所述的控制器连接pac计量泵8和pam计量泵10。即pac计量泵8和pam计量泵10均可以通过控制器自动控制。
[0038]
优选的，所述的pam投加系统9包括溶液箱18、干粉进料装置16和湿润装置17，所述的溶液箱18由溶药箱、熟化箱19和储液箱20组成，所述的干粉进料装置16由破拱电机、进料电机、进料口加热器、料位报警传感器和不锈钢机架组成，所述的湿润装置17由电磁阀、流量计和润湿装置组成。pam是聚丙烯酰胺的简称，pam投加系统9是一个现成的聚丙烯酰胺配置系统，通过pam混合池2的要求，进行pam的配置，具体是利用溶液箱18与干粉进料装置16配合，实现药剂混合，完成药剂的配置，该药剂根据不同的原水而不同，具体看所需要的达到的效果，得到不同浓度的聚丙烯酰胺溶液。优选的，所述的pam投加系统9还包括用于进水和出液的套管件装置、用于液位控制的液位计21、用于搅拌的三组电动搅拌机22和用于连接其它装置的支架。优选的，所述的支架由不锈钢材质或聚丙烯材料制成。
[0039]
优选的，所述的沉淀池4上设置有出水浊度计14，所述的出水浊度计14连接控制器。出水浊度计14可以有效的判断出水的浊度，而且该出水浊度也是直接以数字的形式体现在控制器上，直观可见，通过出水浊度可以有效的判断絮凝沉淀的效果，出水浊度越低，效果越好。
[0040]
优选的，所述的pac混合池高清摄像头5和絮凝池高清摄像头6包括用于矾花图像采集的图像采集模块与用于矾花图像预处理的图像识别模块，所述的图像识别模块连接图像采集模块，所述的图像识别模块连接控制器。图像识别模块接收图像采集模块的数据，进行分析后，通过控制器，控制pac混合池搅拌机11、pam混合池搅拌机12、絮凝池搅拌机13、pac药剂储罐7和pam投加系统9的运行。本申请对应的高清摄像头一种水下摄像头，其具有防水功能，其镜头定焦镜头，像素大于或等于1000万。
[0041]
沉淀絮凝的前两个阶段是混合阶段，分别是pac混合阶段和pam混合阶段，分别在pac混合池1和pam混合池2中进行，该阶段主要是使对应的药剂快速均匀地分散于水中以利于混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳。其中pac混合池搅拌机11，pam混合池搅拌机12的作用是调节搅拌强度，进一步加速水解、聚合，而pac混合池搅拌机11，pam混合池搅拌机12也可以通过控制器来控制，搅拌强度按速度梯度g控制，一般速度梯度g在700～1000s-1之内，而速度梯度g直接显示于控制器中，可以直观看到现行的强度从而进行调整。
[0042]
具体的，本申请的控制器通过混合池高清摄像头提供的图像所得出的分析数据来控制pac计量泵8和pac混合池搅拌机11运行，控制器通过絮凝池高清摄像头6提供的图像所得出的分析数据控制pam投加系统9、pam计量泵10、pam混合池搅拌机12和絮凝池搅拌机13运行。具体的调节原理是，首先，pac混合池高清摄像头5监测原水悬浮物颗粒的粒径及数量，通过图像采集模块采集悬浮物颗粒图像，通过图像识别模块对视频图像进行预处理，然后将预处理后的信号传送到控制器，其中预处理的过程是通过将原图进行限制对比度的自适应直方图阈值均衡化，通过计算图像每一个显著区域的直方图，重新分布图像的亮度值，从而实现原水悬浮物颗粒或矾花轮廓图像与水背景分割，完成图像预处理。预处理完成后，控制器通过采集的图像来实现控制，当处于混合阶段时，控制器初步判断原水悬浮物颗粒的图像，首先，控制器会预先系统学习各种控制器，即进行机器学习，然后将学习的图像与图像采集模块采集的图像做对比，从而进行匹配，而机器学习的图像有设置了最优的参数值，例如，机器学习了100种原水悬浮物颗粒的图像或矾花轮廓图像，而这100种对应的加药
量参数、混凝控制指标、速度梯度g值、出水浊度等参数都有一个确定的值，该值可以理解为是系统对该浊度的原水调整的最优解，这些通过人们的经验和长期实验得出。以絮凝阶段阶段为例，其主要依靠机械或水力搅拌，促使颗粒碰撞聚集，以同向絮凝为主。搅拌水体的强度以速度梯度g值的大小来表示。同时考虑絮凝时间(也就是颗粒停留时间)t，因此tn0即为整个絮凝时间内单位体积水体中颗粒碰撞次数。因n0与g值有关，所以在絮凝阶段，以g值和gt值作为控制指标。在絮凝过程中，絮凝体尺寸逐渐增大。由于大的絮凝体容易破碎，故自絮凝开始至絮凝结束，g值应渐次减小。絮凝阶段，平均g＝20～70-1s
范围内，平均gt＝1x104～1x105范围内。因此，对于絮凝阶段，以g值和gt值作为控制指标，其大小就根据不同的图像确定在平均g＝20～70-1s
范围内，平均gt＝1x104～1x105范围内，在运行过程中絮凝池高清摄像头6用于监控絮凝池3内矾花图像，并提取所述矾花轮廓，根据计算的所述矾花轮廓面积、周长、等效直径确定当前水下矾花的总体分布及形态情况。通过计算结果可直接清晰准确地知晓当前水下矾花的总体分布及形态情况，监测絮凝沉淀效果，从而用来调整加药量和絮凝池搅拌机13转速，使加药量、g值和gt值用数字化显示絮凝效果，使系统处于最佳运行效果。
[0043]
当控制器接收到图像识别模块处理后的图像后，与学习过的图像进行对比，匹配后，将对应的控制参数设置成设定值，因此，控制器就会根据该设定值调节当前的参数，从而实现控制pac计量泵8和pac混合池搅拌机11、pam投加系统9、pam计量泵10、pam混合池搅拌机12和絮凝池搅拌机13运行，其中，加药量的数据包括pac和pam加药量，其对应pac计量泵8和pam计量泵10，而pam投加系统9对应是加药的浓度，而速度梯度g值就控制的是搅拌机的快慢，通过上述方法，实现自动控制。其中，利用出水浊度计14可以有效探测效果，直观方便。整体的数据都通过控制器显示，其数据直观可见，而且，加药量精确具体，可以有效的实现原水的絮凝沉淀效果，效率高。
[0044]
本发明还公开了一种适用于混凝沉淀的控制方法，包括如下步骤：
[0045]
(1)将原水经过水泵加到pac混合池1，通过pac混合池高清摄像头5监测原水悬浮物颗粒的粒径及数量，通过图像采集模块采集悬浮物颗粒图像，通过图像识别模块对视频图像进行预处理，然后将预处理后的信号传送到控制器；
[0046]
(2)将pac混合池1的原水加入pac混合后进入到pam混合池2，在pam混合池2中加入pam混合后进入絮凝池3；
[0047]
(3)絮凝池高清摄像头6监控絮凝池3内矾花图像，通过图像采集模块采集矾花图像，通过图像识别模块对矾花图像进行预处理，然后将预处理后的信号传送到控制器；
[0048]
(4)并将矾花图像传输到控制器，控制器提取矾花轮廓，计算矾花轮廓面积、周长和等效半径，通过计算的矾花轮廓面积、周长、等效直径来绘制当前水下矾花的总体分布及形态情况；
[0049]
(5)控制器通过混合池高清摄像头提供的图像所得出的分析数据来控制pac计量泵8和pac混合池搅拌机11运行，控制器通过絮凝池高清摄像头6提供的图像所得出的分析数据控制pam投加系统9、pam计量泵10、pam混合池搅拌机12和絮凝池搅拌机13运行；
[0050]
(6)絮凝池3内的水经沉淀池4沉淀后出水，完成原水混凝沉淀。
[0051]
优选的，所述的步骤(1)和步骤(3)中的图像识别模块对图像进行预处理的方法是：
[0052]
(11)读取图像采集模块采集的视频图像数据；
[0053]
(12)截取视频数据中的图像数据作为原图；
[0054]
(13)将原图进行限制对比度的自适应直方图阈值均衡化，通过计算图像每一个显著区域的直方图，重新分布图像的亮度值；利用亮度的重新分布，更有利于改善图像的局部对比度，以及增强图像边缘信息，利于分割。
[0055]
(14)调整图像的亮度，进行自适应二值化；
[0056]
(15)提取原水悬浮物颗粒或矾花轮廓，实现原水悬浮物颗粒或矾花轮廓图像与水背景分割，完成图像预处理。
[0057]
优选的所述的pac计量泵8和pam计量泵10选用ecc电动冲程控制计量泵，所述的pac计量泵8和pam计量泵10数字化显示于控制器，所述的pac混合池搅拌机11、pam混合池搅拌机12和絮凝池搅拌机13选用变频电机，转速、功率、速度梯度g值这四个指标数字化显示于控制器。
[0058]
本发明对应的方法通过将原水加入到本申请对应的装置中，装置的控制器通过混合池高清摄像头提供的图像所得出的分析数据来控制pac计量泵和pac混合池搅拌机运行，控制器通过絮凝池高清摄像头提供的图像所得出的分析数据控制pam投加系统、pam计量泵、pam混合池搅拌机和絮凝池搅拌机运行，从而实现絮凝沉淀的全自动化，絮凝效果好，效率高；通过图像识别模块对图像进行预处理，将原图进行限制对比度的自适应直方图阈值均衡化，通过计算图像每一个显著区域的直方图，重新分布图像的亮度值，来实现原水悬浮物颗粒或矾花轮廓图像与水背景分割，更有利于控制器判断当前的水质状态，从而根据水质状态做出精确的加药，搅拌等判断，精确度高。
[0059]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。