何壽平

　　我國城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃中指出：“進(jìn)一步穩(wěn)定水質(zhì)、降低藥耗的措施是采取合適的方式實施混凝劑加注自動化”。這是因為水處理工藝中自動投藥是保證絮凝效果，凈化水質(zhì)，節(jié)約耗用的重要一環(huán)。采用攝像分析新技術(shù)，將計算機(jī)科學(xué)中的圖像處理技術(shù)，應(yīng)用在觀測絮凝效果和控制投藥量方面，以實現(xiàn)投藥智能優(yōu)化控制，保證水質(zhì)和節(jié)約藥劑耗用。這一投藥系統(tǒng)比其他現(xiàn)有的投藥系統(tǒng)具有：技術(shù)手段先進(jìn)、可充分利用計算機(jī)技術(shù)已達(dá)到的圖像處理和智能技術(shù)建立真正的投藥自動化系統(tǒng)；通過大量的實時和歷史數(shù)據(jù)分析處理，可獲取最佳投藥量；可通過連續(xù)采樣，應(yīng)付緊急情況，迅速調(diào)整投藥量，防止水質(zhì)事故的發(fā)生。我們希望通過研究，將屬于高科技的圖像處理和智能技術(shù)拓寬到一個新的應(yīng)用領(lǐng)域，使水處理自動化投藥系統(tǒng)達(dá)到新的水平。
　　在水處理工藝中混凝是保證沉淀效果的重要工序。投加藥劑后的絮凝效果，均以沉淀池出口濁度達(dá)到一定要求為準(zhǔn)。目前我國在混凝劑投加自動化方面還不那么廣泛，大部分水處理工藝中仍然由人工操作控制投加設(shè)備，還不能根據(jù)原水水質(zhì)與水量變化及時準(zhǔn)確地控制投加量。藥劑投加自動化應(yīng)用還不廣泛的原因是：我國的原水水源保護(hù)還不嚴(yán)格，許多水源水質(zhì)變化大，有時會發(fā)生突然的變化，這樣，就是國外的先進(jìn)設(shè)備也適應(yīng)不了這樣的突變。加上我國生產(chǎn)的水質(zhì)與水量傳感器及投加設(shè)備還不同程度的存在一些問題，所以自動投藥系統(tǒng)在實際推廣應(yīng)用中或多或少受到影響。
　　以往對投加藥劑與檢測沉淀池出口水濁度的滯后時間太長的問題，作了比較多的研究。一般情況下，都以人工觀察絮凝池凝絮的顆粒大小和凝絮與水的界面，憑經(jīng)驗來決定投藥量，亦有單位在實驗室進(jìn)行攪拌試驗決定投加量。隨著水處理技術(shù)的發(fā)展，水處理工作者們研制了多種形式的自動投藥系統(tǒng)。有模擬沉淀池法、模擬濾池法、建立多參數(shù)的前饋投加藥劑數(shù)學(xué)模型和加后饋數(shù)學(xué)模型的自動優(yōu)化控制。而這些投藥系統(tǒng)都不同程度地存在模擬效果不佳，數(shù)學(xué)模型難以適應(yīng)水質(zhì)變化等弊病。而后又出現(xiàn)了較為先進(jìn)的SC型流動電流混凝控制技術(shù)和FP型絮凝檢測控制技術(shù)等等。但其適應(yīng)性亦存在一些問題。因此研究能適應(yīng)我國國情的智能化絮凝效果檢測與藥劑投加系統(tǒng)，對推廣混凝劑自動投加，提高水質(zhì)，節(jié)約耗用是有現(xiàn)實意義的。
　　本研究擬采用攝像技術(shù)代替人工觀察凝絮，將絮凝池凝絮的顆粒大小、形態(tài)和凝絮與水的界面的圖像輸入計算機(jī)。通過軟件進(jìn)行圖像處理，將攝到的圖像按灰度等級進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使圖像變?yōu)橛幸欢▽哟蔚纳撸儆绍浖R別單個斑塊邊界并計算相應(yīng)的面積（即絮凝顆粒大小）及邊界灰度的對比度。然后對處理過的圖像中的所有斑塊按大小、灰度等級及界面進(jìn)行分類統(tǒng)計分析。測定系統(tǒng)由5～8個攝像頭安置在絮凝池的沿線，不斷地對絮凝全過程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。可實現(xiàn)某一投藥瞬間的絮凝過程的階段圖像資料的比較，并將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷絮凝效果，決定藥劑的投加量。可充分利用計算機(jī)技術(shù)，建立專家分析系統(tǒng)，進(jìn)行絮凝效果的智能化、自動化處理。該系統(tǒng)將各種處理效果好的圖像及投藥量數(shù)據(jù)按系列儲存起來，以供自動查詢對比，進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，自我調(diào)整，使其真正實現(xiàn)優(yōu)化控制，工作更為可靠。在特殊情況下（原水水質(zhì)突變，如濁度的大幅度變化、原水遭受污染等）可利用歷史資料數(shù)據(jù)自動進(jìn)行對比分析，迅速自動進(jìn)行調(diào)整投藥量，從而保證絮凝效果、保證處理水質(zhì)。
　　該研究項目除應(yīng)用計算機(jī)圖像處理技術(shù)外，取樣亦是保證該項目成功的一項重要研究內(nèi)容。本研究擬采用現(xiàn)場直接采樣盒取樣，其進(jìn)出口均為多層平行折板檔光，且不擾動水流的方法，可避免以往從絮凝池引流取樣易破壞凝絮，出現(xiàn)測定值與實際值誤差較大的弊病。攝像鏡頭采用補(bǔ)光和恒溫防霧技術(shù)等措施，以保證圖象的清晰可靠。本研究需經(jīng)過冬夏不同的季節(jié)，在絮凝池現(xiàn)場進(jìn)行試驗，以確定絮凝體取樣方法及選擇取樣點(diǎn)；試驗利用計算機(jī)成圖技術(shù)，將現(xiàn)場攝制的數(shù)字化圖像按256位的色差轉(zhuǎn)換成3～4位灰度的黑白矢量圖斑，然后建立數(shù)理統(tǒng)計分析模型和專家分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。
　　如這一課題獲得成功，將對貫徹我國城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃中所要求的“采取合適的方式實施混凝劑加注自動化”，可以提供一個可選擇的新型投藥系統(tǒng)。因為該系統(tǒng)是一個真正智能化的控制系統(tǒng)，具有其他自動投藥系統(tǒng)所沒有的自我學(xué)習(xí)自我修正的功能。可減少原水水質(zhì)突變所帶來的系統(tǒng)的不可靠程度。