在水務(wù)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮中，自來水廠的加藥環(huán)節(jié)正經(jīng)歷從“人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)控”到“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能決策”的深刻變革。作為城市供水的核心保障，混凝劑投加的精準(zhǔn)性直接影響出水水質(zhì)、藥劑成本與運(yùn)行效率——傳統(tǒng)模式下，人工依賴經(jīng)驗(yàn)判斷藥耗，常面臨“加少了水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、加多了成本浪費(fèi)”的兩難困境；而智能加藥系統(tǒng)通過融合物聯(lián)網(wǎng)感知、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模與自動(dòng)化控制技術(shù)，正成為破解這一行業(yè)痛點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。中鐵城際依托在工業(yè)智能化領(lǐng)域的技術(shù)積淀與水務(wù)行業(yè)的深度實(shí)踐，推出“全鏈路感知-智能建模-動(dòng)態(tài)調(diào)控-價(jià)值優(yōu)化”的智慧加藥解決方案，為水廠提供了“安全、高效、經(jīng)濟(jì)”的加藥管理新模式。

一、行業(yè)痛點(diǎn)與智能加藥的必要性

自來水廠的混凝沉淀工藝是保障水質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其核心是通過投加混凝劑（如聚合氯化鋁PAC）使原水中的膠體顆粒脫穩(wěn)、聚集，形成可沉淀的絮體。然而，原水水質(zhì)（濁度、pH、溫度）、水量波動(dòng)（晝夜差異、突發(fā)污染）及工藝運(yùn)行狀態(tài)（絮凝時(shí)間、沉淀池負(fù)荷）的動(dòng)態(tài)變化，使得混凝劑需求量呈現(xiàn)強(qiáng)非線性特征。傳統(tǒng)人工加藥模式存在三大核心痛點(diǎn)：

滯后性：依賴人工定時(shí)取樣檢測(cè)，數(shù)據(jù)反饋延遲30分鐘以上，無法應(yīng)對(duì)突發(fā)水質(zhì)變化；經(jīng)驗(yàn)依賴：加藥量調(diào)整基于歷史經(jīng)驗(yàn)，難以適應(yīng)煤質(zhì)（原水水質(zhì)）波動(dòng)，導(dǎo)致藥耗超標(biāo)或水質(zhì)超標(biāo)；高成本：全國(guó)約60%的水廠藥耗占制水成本的30%~50%，粗放式加藥每年造成數(shù)億元藥劑浪費(fèi)。

智能加藥系統(tǒng)的應(yīng)用，通過實(shí)時(shí)感知、精準(zhǔn)建模與動(dòng)態(tài)調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)“水質(zhì)安全提升、藥耗成本下降、人力效率優(yōu)化”的三重目標(biāo)：

水質(zhì)安全：實(shí)時(shí)跟蹤出水濁度、余鋁等指標(biāo)，確保符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2022）；節(jié)能降耗：藥耗降低15%~30%，年節(jié)約藥劑成本超百萬(wàn)元（以日供水10萬(wàn)噸水廠計(jì)）；人力釋放：減少人工巡檢與調(diào)整頻次，單廠可節(jié)省3~5名專職加藥工。

二、中鐵城際智慧加藥系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)

中鐵城際智慧加藥系統(tǒng)以“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型+工業(yè)級(jí)控制”為核心，深度融合水務(wù)工藝機(jī)理與人工智能技術(shù)，形成了區(qū)別于通用型解決方案的四大差異化優(yōu)勢(shì)：

1. 全鏈路感知：高可靠數(shù)據(jù)采集，破解水務(wù)場(chǎng)景“數(shù)據(jù)孤島”

水務(wù)加藥涉及原水管道、絮凝池、沉淀池、濾池等多環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)采集需應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況（如高濁度懸浮物干擾濁度儀、氯離子腐蝕儀表電極）。中鐵城際自主研發(fā)的“多參數(shù)智能感知終端”，通過三大創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)全要素精準(zhǔn)感知：

抗干擾傳感器矩陣：針對(duì)原水高濁度特性，采用“超聲波+激光散射”雙冗余濁度測(cè)量技術(shù)，避免懸浮物附著導(dǎo)致的測(cè)量偏差；針對(duì)金屬管道腐蝕問題，選用316L不銹鋼材質(zhì)電極與納米涂層防護(hù)，確保pH、電導(dǎo)率等參數(shù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；多協(xié)議兼容采集：支持Modbus RTU、HART、LoRa等10+種工業(yè)協(xié)議，可無縫對(duì)接水廠現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)、PLC控制器及各品牌儀表（如哈希、E+H），打破設(shè)備品牌壁壘；邊緣計(jì)算預(yù)處理：在感知終端集成邊緣計(jì)算模塊，實(shí)時(shí)完成數(shù)據(jù)清洗（剔除氣泡干擾、電極漂移等異常值）、特征提取（如原水濁度變化率、流量突變預(yù)警），將有效數(shù)據(jù)上傳至云端，降低傳輸帶寬壓力。

以某南方城市老舊水廠改造為例，中鐵城際部署感知終端后，原水濁度數(shù)據(jù)完整率從82%提升至99.5%，異常數(shù)據(jù)漏報(bào)率低于0.3%，為后續(xù)建模提供了高質(zhì)量數(shù)據(jù)源。

2. 行業(yè)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：機(jī)理與數(shù)據(jù)雙驅(qū)動(dòng)，適應(yīng)復(fù)雜工況

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）常因“過擬合”導(dǎo)致泛化能力不足，難以應(yīng)對(duì)不同季節(jié)（如雨季高濁度、冬季低溫低濁）、不同水源（如水庫(kù)水、河水）的水質(zhì)波動(dòng)。中鐵城際創(chuàng)新提出“機(jī)理模型+數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”融合建模方法，構(gòu)建“水務(wù)專用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加藥模型”：

機(jī)理層嵌入：基于混凝動(dòng)力學(xué)理論，將“藥劑投加量-絮體形成速率-沉降效率”的物理規(guī)律轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)約束（如絮凝時(shí)間與G值的經(jīng)驗(yàn)公式），確保模型符合工藝本質(zhì)；數(shù)據(jù)層優(yōu)化：采用LSTM（長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)）捕捉原水濁度、流量的時(shí)序相關(guān)性，結(jié)合前饋控制（實(shí)時(shí)進(jìn)水參數(shù)）與反饋控制（沉淀池出水濁度），動(dòng)態(tài)調(diào)整模型輸入權(quán)重；自學(xué)習(xí)機(jī)制：通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)（PPO算法）持續(xù)優(yōu)化模型參數(shù)，適應(yīng)煤質(zhì)（原水水質(zhì)）長(zhǎng)期變化（如流域生態(tài)治理后原水濁度逐年降低），模型預(yù)測(cè)誤差控制在3%以內(nèi)。

在某北方冬季低溫低濁水廠的應(yīng)用中，傳統(tǒng)模型因低溫導(dǎo)致絮體形成緩慢，常出現(xiàn)“加藥過量”問題；中鐵城際模型通過嵌入“溫度-粘度-混凝劑水解速率”的機(jī)理關(guān)系，將低溫工況下的藥耗降低22%，出水濁度穩(wěn)定在0.5NTU以下。

3. 工業(yè)級(jí)控制平臺(tái)：實(shí)時(shí)閉環(huán)調(diào)控，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性

智能加藥的核心是將模型預(yù)測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)的控制指令。中鐵城際依托在軌道交通領(lǐng)域積累的“高可靠控制”技術(shù)，開發(fā)了“水務(wù)加藥智能控制平臺(tái)”：

多目標(biāo)優(yōu)化輸出：以“藥耗最低、出水濁度達(dá)標(biāo)、設(shè)備負(fù)荷均衡”為目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合工藝約束（如混凝劑投加量范圍5~50mg/L、加藥泵頻率50%~100%），通過NSGA-II算法求解最優(yōu)控制策略；毫秒級(jí)響應(yīng)機(jī)制：平臺(tái)與PLC控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)直連，控制指令傳輸延遲小于50ms，確保加藥量與水質(zhì)變化同步；故障自診斷與容錯(cuò)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀表狀態(tài)（如濁度儀信號(hào)強(qiáng)度、流量計(jì)頻率），當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常時(shí)，自動(dòng)切換至“歷史相似工況+人工經(jīng)驗(yàn)”備用策略，避免因單點(diǎn)故障導(dǎo)致系統(tǒng)失效。

某中部城市水廠改造后，系統(tǒng)將加藥調(diào)整響應(yīng)時(shí)間從人工模式的30分鐘縮短至5秒，出水濁度超標(biāo)率從12%降至0.5%，徹底解決了“滯后調(diào)節(jié)”導(dǎo)致的出水水質(zhì)波動(dòng)問題。

4. 全生命周期服務(wù)：從“賣系統(tǒng)”到“管效果”的價(jià)值延伸

中鐵城際突破傳統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商的“一次性交付”模式，提供“咨詢-建設(shè)-運(yùn)維-迭代”的全生命周期服務(wù)：

前期診斷：通過“工藝仿真+歷史數(shù)據(jù)建模”，評(píng)估水廠現(xiàn)有加藥系統(tǒng)的效率瓶頸，定制個(gè)性化改造方案；駐場(chǎng)運(yùn)維：配備專業(yè)算法工程師與水務(wù)工藝專家駐場(chǎng)，根據(jù)季節(jié)變化、水源切換動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型參數(shù)；持續(xù)迭代：基于水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)不斷訓(xùn)練模型，支持新水源（如再生水）、新工藝（如臭氧-活性炭深度處理）的擴(kuò)展需求。

三、典型案例：某千萬(wàn)級(jí)人口城市水廠的智能化改造實(shí)踐

項(xiàng)目背景：某南方城市第一水廠日供水量120萬(wàn)噸，服務(wù)人口超800萬(wàn)。傳統(tǒng)加藥系統(tǒng)依賴6名專職人員人工調(diào)節(jié)，藥耗約18mg/L（以PAC計(jì)），年均藥劑成本超1200萬(wàn)元；同時(shí)，雨季原水濁度驟升（最高達(dá)80NTU）時(shí)，常因加藥滯后導(dǎo)致出水濁度超標(biāo)（>1NTU）。

中鐵城際解決方案：

數(shù)據(jù)感知層：部署32臺(tái)智能感知終端，覆蓋原水管網(wǎng)（濁度、流量）、絮凝池（G值、停留時(shí)間）、沉淀池（出水濁度）、濾池（濾前濁度）等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集完整率達(dá)99.8%；模型構(gòu)建層：基于3年歷史數(shù)據(jù)（涵蓋枯水期、豐水期、雨季）訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，嵌入“溫度-濁度-藥耗”機(jī)理關(guān)系，模型預(yù)測(cè)誤差≤2.5%；控制執(zhí)行層：通過工業(yè)以太網(wǎng)連接PLC控制器，實(shí)現(xiàn)加藥泵頻率的毫秒級(jí)調(diào)節(jié)，支持10萬(wàn)t/h級(jí)水量的快速響應(yīng)；全周期服務(wù)：駐場(chǎng)團(tuán)隊(duì)每季度優(yōu)化模型參數(shù)，結(jié)合水廠擴(kuò)建后的工藝調(diào)整（如新增折板絮凝池）更新控制策略。

實(shí)施效果：

藥耗降低：年均藥耗降至12.6mg/L，年節(jié)約藥劑成本672萬(wàn)元；水質(zhì)提升：出水濁度超標(biāo)率從15%降至0.3%，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率100%；人力釋放：加藥崗位從6人縮減至2人（僅需日常巡檢），年節(jié)省人工成本約80萬(wàn)元；應(yīng)急能力：雨季突發(fā)高濁度（濁度60NTU）時(shí)，系統(tǒng)提前10分鐘預(yù)判并增加藥量，避免了出水超標(biāo)事故。

中鐵城際智慧加藥系統(tǒng)通過“全鏈路感知、行業(yè)化建模、工業(yè)級(jí)控制、全周期服務(wù)”的技術(shù)體系，不僅解決了自來水廠加藥環(huán)節(jié)的核心痛點(diǎn)，更推動(dòng)了水務(wù)行業(yè)從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”向“智能驅(qū)動(dòng)”的轉(zhuǎn)型升級(jí)。隨著5G、數(shù)字孿生等技術(shù)的深度融合，中鐵城際將持續(xù)迭代智慧水務(wù)解決方案，為城市供水安全與綠色發(fā)展提供更強(qiáng)勁的“智慧動(dòng)能”。