何壽平

　　我國(guó)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(shí)施混凝劑加注自動(dòng)化”。這是因?yàn)樗幚砉に囍凶詣?dòng)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(jì)算機(jī)科學(xué)中的圖像處理技術(shù)，應(yīng)用在觀測(cè)絮凝效果和控制投藥量方面，以實(shí)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(jì)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(dòng)化系統(tǒng)；通過(guò)大量的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)分析處理，可獲取最佳投藥量；可通過(guò)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(guò)研究，將屬于高科技的圖像處理和智能技術(shù)拓寬到一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，使水處理自動(dòng)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(guó)在混凝劑投加自動(dòng)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(shí)準(zhǔn)確地控制投加量。藥劑投加自動(dòng)化應(yīng)用還不廣泛的原因是：我國(guó)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(shí)會(huì)發(fā)生突然的變化，這樣，就是國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備也適應(yīng)不了這樣的突變。加上我國(guó)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(wèn)題，所以自動(dòng)投藥系統(tǒng)在實(shí)際推廣應(yīng)用中或多或少受到影響。
　　以往對(duì)投加藥劑與檢測(cè)沉淀池出口水濁度的滯后時(shí)間太長(zhǎng)的問(wèn)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(yàn)來(lái)決定投藥量，亦有單位在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行攪拌試驗(yàn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)電流混凝控制技術(shù)和FP型絮凝檢測(cè)控制技術(shù)等等。但其適應(yīng)性亦存在一些問(wèn)題。因此研究能適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的智能化絮凝效果檢測(cè)與藥劑投加系統(tǒng)，對(duì)推廣混凝劑自動(dòng)投加，提高水質(zhì)，節(jié)約耗用是有現(xiàn)實(shí)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(jì)算機(jī)。通過(guò)軟件進(jìn)行圖像處理，將攝到的圖像按灰度等級(jí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使圖像變?yōu)橛幸欢▽哟蔚纳撸儆绍浖R(shí)別單個(gè)斑塊邊界并計(jì)算相應(yīng)的面積（即絮凝顆粒大?。┘斑吔缁叶鹊膶?duì)比度。然后對(duì)處理過(guò)的圖像中的所有斑塊按大小、灰度等級(jí)及界面進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)定系統(tǒng)由5～8個(gè)攝像頭安置在絮凝池的沿線，不斷地對(duì)絮凝全過(guò)程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)?？蓪?shí)現(xiàn)某一投藥瞬間的絮凝過(guò)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?？沙浞掷糜?jì)算機(jī)技術(shù)，建立專(zhuān)家分析系統(tǒng)，進(jìn)行絮凝效果的智能化、自動(dòng)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(chǔ)存起來(lái)，以供自動(dòng)查詢(xún)對(duì)比，進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，自我調(diào)整，使其真正實(shí)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(dòng)進(jìn)行對(duì)比分析，迅速自動(dòng)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(xiàng)目除應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)外，取樣亦是保證該項(xiàng)目成功的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。本研究擬采用現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(cè)定值與實(shí)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(guò)冬夏不同的季節(jié)，在絮凝池現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，以確定絮凝體取樣方法及選擇取樣點(diǎn)；試驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)成圖技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)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(jì)分析模型和專(zhuān)家分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　如這一課題獲得成功，將對(duì)貫徹我國(guó)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(shí)施混凝劑加注自動(dòng)化”，可以提供一個(gè)可選擇的新型投藥系統(tǒng)。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是一個(gè)真正智能化的控制系統(tǒng)，具有其他自動(dòng)投藥系統(tǒng)所沒(méi)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(lái)的系統(tǒng)的不可靠程度。