AI智慧加药生态管理系统技术服务方案

AI智慧加药生态管理系统技术服务方案

一、智能加药系统行业背景介绍    

      1.世界水资源状况：地球的储水量是很丰富的，共有14.5亿立方千米之多。地球的淡水资源仅占其总水量的2.5%，而在这极少的淡水资源中，又有70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有87%的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源约占地球总水量的0.26%。全球淡水资源不仅短缺而且地区分布极不平衡。按地区分布，巴西、俄罗斯、加拿大、中国、美国、印度尼西亚、印度、哥伦比亚和刚果等9个国家的淡水资源占了世界淡水资源的60%。约占世界人口总数40%的80个国家和地区约15亿人口淡水不足，其中26个国家约3亿人极度缺水。

 

      1993年起， 将每年的3月 22日 定为“ 世界水日 ” 以推动对水资源进行综合性统筹规划和管理，加强水资源保护， 解决日益严峻的缺水问题。
 2.国水资源状况：
      中国是全球1 3个水源最缺少的国家之一， 人均水资源仅为世界平均水平1 /4。

 

     到2030年， 中国水资源将短缺近2000亿m?

 

目前中国每年工业废水排放量达200亿吨左右；

 

3.解决中国水资源挑战必须从工业用水着手：
      水利部发布了2024年《中国水资源公报》：2024年，全国用水总量为5928.0亿m3。其中，生活用水量为926.8亿m3，占用水总量的15.6%；工业用水量为971.0亿m3[其中直流火（核）电冷却用水量为477.5亿m3]，占用水总量的16.4%；农业用水量为3648.4亿m3，占用水总量的61.6%；人工生态环境补水量为381.8亿m3，占用水总量的6.4%。全国供水总量为5928.0亿m3。其中，地表水源供水量为4892.4亿m3，占供水总量的82.5%；地下水源供水量为784.0亿m3，占供水总量的13.2%；非常规水源供水量为251.6亿m3，占供水总量的4.3%。

 

4.智能加药系统：
      水处理需求增长：随着全球水资源短缺问题的日益严重以及水污染问题的不断加剧，对于清洁水资源的需求持续增加，推动了水处理行业的快速发展，加药系统作为水处理过程中的关键环节，其市场需求也随之上升。在工业领域，众多行业如电力、化工、冶金、造纸等在生产过程中会产生大量的废水，需要经过有效的水处理才能达标排放或回用，这为加药系统的应用提供了广阔的市场空间。
      自动化趋势：近年来，自动化技术在各个行业的广泛应用，也促使水处理加药系统向自动化、智能化方向发展。自动加药系统能够根据实时水质参数自动调整药剂量，精确投加化学药剂，不仅提高了水处理的效果和稳定性，还减少了人为操作的误差和劳动强度，降低了运营成本，其市场规模呈现出稳步增长的趋势。
      技术进步推动：化学药剂研发的不断进步，出现了各种新型高效的水处理药剂，这些药剂在性能和适用范围上都有了显著提升，为加药系统提供了更多更好的选择，能够满足不同水质和处理工艺的要求。同时，检测技术的发展也使得对水质的实时监测更加准确和便捷，为自动加药系统的精确控制提供了有力的数据支持。
    环保意识增强：人们对环境保护的意识日益增强，对水质的要求也越来越高，这促使企业和政府加大对水处理设施的投入和改造力度，以确保污水处理达标排放，减少对环境的污染。加药系统作为保障水处理效果的重要设备，其重要性也得到了更广泛的认可，市场需求进一步扩大。
  5.国家政策
     环保政策严格化：国家相继出台了一系列严格的环境保护法律法规和政策，如《环境保护法》《水污染防治法》等，对工业废水和市政污水的排放标准提出了更高的要求。这促使企业和污水处理厂必须采用更加先进和高效的水处理技术和设备，包括自动加药系统，以确保污水处理后能够达标排放，从而推动了加药系统的市场需求。
      国家能源集团发布的《煤化工产业水系统自动化提升及节水三年规划（2025-2027）》等产业政策：国家大力倡导节能减排，鼓励企业采用先进技术降低能源消耗和污染物排放。自动加药系统通过精确控制药剂投加量，避免了药剂的过度使用，不仅降低了水处理成本，还减少了药剂生产和使用过程中的能源消耗和污染物排放，符合国家节能减排的政策导向，能够获得相关政策的支持和优惠。
      在城乡水务领域，住建部《智慧水务建设指南》和农业农村部《农村人居环境整治提升五年行动方案》均提出推动供排水系统智能化改造。云南森赛迪开发的“水处理设备进水口加药装置”专利技术能够根据水流量变化自动调节加药量，在无水情况下自动关闭投放口，特别适合农村供水系统等场景应用。这类技术既符合国家乡村振兴战略方向，又响应了智慧水务建设要求，获得地方政府的大力支持。 
 二、标准规范：
       GB/T 44325—2024《工业循环冷却水零排污技术规范》；
      GB/T 50050-2017《工业循环冷却水处理设计规范》；
       GB50049-2011《小型火力发电厂设计规范》；
      HJ/T 369-2007《环境保护产品技术要求 水处理用加药装置》；
      HG/T 20524-2024《化工企业循环冷却水处理加药装置设计规范》；
     JB/T 2932-2009《水处理设备技术条件》；
      DL/T561-22013《火力发电厂水汽化学监督导则》；
     T/ZJWIA 0005-2023《城镇供水厂智慧加药系统技术规程》；
      GB/T 18175-2014《水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法》：规定了旋转挂片法的测试流程；
     HG/T 3523-2008《水处理剂缓蚀性能的测定 静态挂片法》：适用于静态挂片测试；
     HG/T 2160—2024《冷却水动态模拟试验方法》：污垢热阻试验及计算

三、 智慧分析&智能加药生态系统：
  1.加药系统的应用：    

 

 

 

      3.2AI智慧系统架构

 

    1）智慧加药系统远程平台：

 

      企业应用：云平台使企业能够高效地管理和运营自己的业务。随着智能手机的普及，平台为移动应用提供了强大的支持。开发者可以将应用后端逻辑和数据存储在平台上，通过API接口访问和操作数据，实现移动设备和云平台的无缝连接。
      大数据分析：云平台对于大数据分析来说至关重要。通过将海量数据存储在云平台上，各种原始数据可以进行聚合、处理和分析，从而为用户提供有价值的洞察和决策支持。
      安全性：云平台采用了多层次的安全措施，包括数据加密、身份验证、访问控制等手段，确保只有授权用户才能访问和操作数据。
      高性能：云平台能够提供强大的计算能力，满足用户的定制化需求。同时，云平台提供强大的网络带宽，使得数据传输速度大大提高，提高了业务的效率。

      2）水处理智能投加系统

 

     智能投加系统是一种集成投加泵、脉冲阻尼器、安全阀、背压阀、压力表、流量计、在线分析仪器、智能控制系统为一体的智能化系统；将药剂通过投加系统精准投加至反应水体，达到絮凝沉淀、杀菌消毒、调节?质等效果。
    智慧加药系统围绕水处理过程中精准加药难的问题，充分利用前馈反馈控制、模糊控制和数据分析等技术，深入结合水处理工艺技术及水厂管理方式，转变简单粗放的管理模式，让智慧系统赋能水厂运行管理，实现现代化水厂智慧、低碳、高效的管理目标。

 四、在线分析系统：

    工业循环冷却水的水质智能管理系统，是一个以微处理器构成的可编程管理系统。可广泛应用于各种工业循环冷却水处理领域中敞开式系统和密闭式系统的水质余氯、pH、电导率、ORP、浊度、硬度（选配）、总碱度（选配）等指标及水体化学药品投加。

10寸触摸屏是循环冷却水检测与加药系统的核心数据采集设备，共有1个RS485串口,1个RS232串口，1个RJ45网口。通过RS485串口通讯实现与pH、电导率、ORP、余氯、浊度、荧光示踪，腐蚀速率等传感器的测量/标定，数据转换。通过TCPIP与PLC进行数据交换，通过RS232外接DTU通过4G向上位机/DCS系统进行数据传输。

 

 

五、加药系统基本功能配置：

 

六、投加药剂选择原则及加药量计算：

      药剂配方选择循环冷却水处理包括对结垢、污垢、腐蚀和微生物等几方面的控制，而各种药都有其一定的适用范围，所以一般都采用复合配方，药剂复配应遵循以下原则。（1）要注意其协同效应，优先采用有增效作用的复合配方，以增强药效，降低药耗；（2）不应有相互对抗的作用。各种药剂配方也具有一定的适用范围，可以根据循环冷却水的稳定指数。

1.缓释阻垢剂：

循环冷却水加药量可按下式计算。

式中：G为加药量，kg/h；P1为循环冷却水系统风吹损失量占循环水量的百分比，%，可取0.2%~0.3%；P2为循环冷却水系统排污量占循环水量的百分比，%，可按下式计算。式中：P为循环冷却水系统蒸发损失量占循环水量的百分比，%，可取1.2%~1.6%；N为循环冷却水系统的浓缩倍数。Q为循环水量，m?/h；α为阻垢剂的纯度（有效成分占比），%；C1为循环冷却水中使用的各种复配缓蚀阻垢剂单耗（按有效成分计），可按下表选取。

 

2.杀菌灭藻剂：

      微生物在循环冷却水系统中繁殖，会对设备、管道和换热器等造成一系列负面影响。

     生物粘泥（biofilm）是微生物附着在设备表面后，分泌粘性物质形成的生物膜。它对循环冷却水系统的影响表现在以下两个方面：（1）换热器的换热效率下降：生物膜的导热系数远低于金属，从而使换热器的传热效率降低。生物膜厚度每增加 0.1 mm，换热效率降低 10%-~30%。（2）管道堵塞：生物粘泥堆积会堵塞喷嘴、冷却塔填料和管道，影响水流循环。

      循环冷却水微生物控制与杀菌剂投加计算

一般都采用冲击性投加非氧化性杀菌剂，那么，如何判断系统是否需要冲击性投加非氧化性杀菌剂呢？其是以生物膜厚度为依据的，如下式所示。

 

      式中：δ 为生物膜厚度，mm；K 为生物膜形成速率常数，一般为0.0001~0.000001 mm/CFU；N 为化验分析得到的系统异养菌综述，CFU/mL；α 为常数，与水质和生物膜性质有关，一般在0.1~1.5之间；v为循环冷却水流速，换热器内的流速一般在1~3 m/s之间；n 为经验指数，在1.5~2.0之间。根据上式计算出δ ＞1 mm时，即需要冲击性投加非氧化性杀菌。

 

七、效能分析案例：

 1.不同浓缩倍数补排水量对比

     循环水浓缩倍数已在5-7倍左右，钙硬度+总碱度为1000mg/L， RSI指数＜2.8，属于有结垢趋势情况，因此系统需进行加酸处理，降低系统结垢趋势，保证凝结器稳定运行。 以下计算按

     1）循环水量6000m?/h，温差8℃，年运行8000小时理论计算（参考值）：

 

    2）循环水量4000m?/h，温差10℃，年运行8000小时理论计算（参考值）：

以上为循环水量6000m?/h和4000m?/h，不同浓缩倍数下补排水量计算表（仅为参考值，受温差，循环水量、季节变化会有影响）。

 

      实际补排水量按浓缩倍数5倍计算为，全年补水量=蒸发水量（80%）+排污水量（20%）。如实际全年补水量为55万吨，浓缩倍数5倍，全年蒸发量为44万吨，排污量则为11万吨。

  2.机组及附属设备运行经济性

     在保障循环水各项指标稳定控制，腐蚀、结垢微生物控制均在国标控制范围之内为前提条件，综合降低运行运行费用，经济效益汇总：

 

      综述：每年可直接节约费用14万元，因结垢严重更滑凝汽器列管缩短其使用寿命直接损失近乎10万元以上；而且因结垢、腐蚀造成的生产效率降低，能耗上升，产生费用也是很大的。