在水務(wù)行業(yè)數字化轉型的浪潮中，自來(lái)水廠(chǎng)的加藥環(huán)節正經(jīng)歷從“人工經(jīng)驗調控”到“數據驅動(dòng)智能決策”的深刻變革。作為城市供水的核心保障，混凝劑投加的精準性直接影響出水水質(zhì)、藥劑成本與運行效率——傳統模式下，人工依賴(lài)經(jīng)驗判斷藥耗，常面臨“加少了水質(zhì)不達標、加多了成本浪費”的兩難困境；而智能加藥系統通過(guò)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)調控-價(jià)值優(yōu)化”的智慧加藥解決方案，為水廠(chǎng)提供了“安全、高效、經(jīng)濟”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(lái)水廠(chǎng)的混凝沉淀工藝是保障水質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節，其核心是通過(guò)投加混凝劑（如聚合氯化鋁PAC）使原水中的膠體顆粒脫穩、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）及工藝運行狀態(tài)（絮凝時(shí)間、沉淀池負荷）的動(dòng)態(tài)變化，使得混凝劑需求量呈現強非線(xiàn)性特征。傳統人工加藥模式存在三大核心痛點(diǎn)：

滯后性：依賴(lài)人工定時(shí)取樣檢測，數據反饋延遲30分鐘以上，無(wú)法應對突發(fā)水質(zhì)變化；經(jīng)驗依賴(lài)：加藥量調整基于歷史經(jīng)驗，難以適應煤質(zhì)（原水水質(zhì)）波動(dòng)，導致藥耗超標或水質(zhì)超標；高成本：全國約60%的水廠(chǎng)藥耗占制水成本的30%~50%，粗放式加藥每年造成數億元藥劑浪費。

智能加藥系統的應用，通過(guò)實(shí)時(shí)感知、精準建模與動(dòng)態(tài)調控，可實(shí)現“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：

水質(zhì)安全：實(shí)時(shí)跟蹤出水濁度、余鋁等指標，確保符合《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2022）；節能降耗：藥耗降低15%~30%，年節約藥劑成本超百萬(wàn)元（以日供水10萬(wàn)噸水廠(chǎng)計）；人力釋放：減少人工巡檢與調整頻次，單廠(chǎng)可節省3~5名專(zhuān)職加藥工。

二、中鐵城際智慧加藥系統的核心優(yōu)勢

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

1. 全鏈路感知：高可靠數據采集，破解水務(wù)場(chǎng)景“數據孤島”

水務(wù)加藥涉及原水管道、絮凝池、沉淀池、濾池等多環(huán)節，數據采集需應對復雜工況（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“多參數智能感知終端”，通過(guò)三大創(chuàng )新實(shí)現全要素精準感知：

抗干擾傳感器矩陣：針對原水高濁度特性，采用“超聲波+激光散射”雙冗余濁度測量技術(shù)，避免懸浮物附著(zhù)導致的測量偏差；針對金屬管道腐蝕問(wèn)題，選用316L不銹鋼材質(zhì)電極與納米涂層防護，確保pH、電導率等參數的長(cháng)期穩定性；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(wú)縫對接水廠(chǎng)現有SCADA系統、PLC控制器及各品牌儀表（如哈希、E+H），打破設備品牌壁壘；邊緣計算預處理：在感知終端集成邊緣計算模塊，實(shí)時(shí)完成數據清洗（剔除氣泡干擾、電極漂移等異常值）、特征提?。ㄈ缭疂岫茸兓?、流量突變預警），將有效數據上傳至云端，降低傳輸帶寬壓力。

以某南方城市老舊水廠(chǎng)改造為例，中鐵城際部署感知終端后，原水濁度數據完整率從82%提升至99.5%，異常數據漏報率低于0.3%，為后續建模提供了高質(zhì)量數據源。

2. 行業(yè)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型：機理與數據雙驅動(dòng)，適應復雜工況

傳統數據驅動(dòng)模型（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )）常因“過(guò)擬合”導致泛化能力不足，難以應對不同季節（如雨季高濁度、冬季低溫低濁）、不同水源（如水庫水、河水）的水質(zhì)波動(dòng)。中鐵城際創(chuàng )新提出“機理模型+數據驅動(dòng)”融合建模方法，構建“水務(wù)專(zhuān)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )加藥模型”：

機理層嵌入：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”的物理規律轉化為數學(xué)約束（如絮凝時(shí)間與G值的經(jīng)驗公式），確保模型符合工藝本質(zhì)；數據層優(yōu)化：采用LSTM（長(cháng)短期記憶網(wǎng)絡(luò )）捕捉原水濁度、流量的時(shí)序相關(guān)性，結合前饋控制（實(shí)時(shí)進(jìn)水參數）與反饋控制（沉淀池出水濁度），動(dòng)態(tài)調整模型輸入權重；自學(xué)習機制：通過(guò)強化學(xué)習（PPO算法）持續優(yōu)化模型參數，適應煤質(zhì)（原水水質(zhì)）長(cháng)期變化（如流域生態(tài)治理后原水濁度逐年降低），模型預測誤差控制在3%以?xún)取?/p>

在某北方冬季低溫低濁水廠(chǎng)的應用中，傳統模型因低溫導致絮體形成緩慢，常出現“加藥過(guò)量”問(wèn)題；中鐵城際模型通過(guò)嵌入“溫度-粘度-混凝劑水解速率”的機理關(guān)系，將低溫工況下的藥耗降低22%，出水濁度穩定在0.5NTU以下。

3. 工業(yè)級控制平臺：實(shí)時(shí)閉環(huán)調控，保障系統穩定性

智能加藥的核心是將模型預測結果轉化為精準的控制指令。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(kāi)發(fā)了“水務(wù)加藥智能控制平臺”：

多目標優(yōu)化輸出：以“藥耗最低、出水濁度達標、設備負荷均衡”為目標函數，結合工藝約束（如混凝劑投加量范圍5~50mg/L、加藥泵頻率50%~100%），通過(guò)NSGA-II算法求解最優(yōu)控制策略；毫秒級響應機制：平臺與PLC控制器通過(guò)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：實(shí)時(shí)監測儀表狀態(tài)（如濁度儀信號強度、流量計頻率），當檢測到數據異常時(shí)，自動(dòng)切換至“歷史相似工況+人工經(jīng)驗”備用策略，避免因單點(diǎn)故障導致系統失效。

某中部城市水廠(chǎng)改造后，系統將加藥調整響應時(shí)間從人工模式的30分鐘縮短至5秒，出水濁度超標率從12%降至0.5%，徹底解決了“滯后調節”導致的出水水質(zhì)波動(dòng)問(wèn)題。

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

中鐵城際突破傳統設備供應商的“一次性交付”模式，提供“咨詢(xún)-建設-運維-迭代”的全生命周期服務(wù)：

前期診斷：通過(guò)“工藝仿真+歷史數據建?！?，評估水廠(chǎng)現有加藥系統的效率瓶頸，定制個(gè)性化改造方案；駐場(chǎng)運維：配備專(zhuān)業(yè)算法工程師與水務(wù)工藝專(zhuān)家駐場(chǎng)，根據季節變化、水源切換動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型參數；持續迭代：基于水廠(chǎng)運行數據不斷訓練模型，支持新水源（如再生水）、新工藝（如臭氧-活性炭深度處理）的擴展需求。

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

項目背景：某南方城市第一水廠(chǎng)日供水量120萬(wàn)噸，服務(wù)人口超800萬(wàn)。傳統加藥系統依賴(lài)6名專(zhuān)職人員人工調節，藥耗約18mg/L（以PAC計），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80NTU）時(shí)，常因加藥滯后導致出水濁度超標（>1NTU）。

中鐵城際解決方案：

數據感知層：部署32臺智能感知終端，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)鍵節點(diǎn)，數據采集完整率達99.8%；模型構建層：基于3年歷史數據（涵蓋枯水期、豐水期、雨季）訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型，嵌入“溫度-濁度-藥耗”機理關(guān)系，模型預測誤差≤2.5%；控制執行層：通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接PLC控制器，實(shí)現加藥泵頻率的毫秒級調節，支持10萬(wàn)t/h級水量的快速響應；全周期服務(wù)：駐場(chǎng)團隊每季度優(yōu)化模型參數，結合水廠(chǎng)擴建后的工藝調整（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，年節約藥劑成本672萬(wàn)元；水質(zhì)提升：出水濁度超標率從15%降至0.3%，穩定達標率100%；人力釋放：加藥崗位從6人縮減至2人（僅需日常巡檢），年節省人工成本約80萬(wàn)元；應急能力：雨季突發(fā)高濁度（濁度60NTU）時(shí)，系統提前10分鐘預判并增加藥量，避免了出水超標事故。

中鐵城際智慧加藥系統通過(guò)“全鏈路感知、行業(yè)化建模、工業(yè)級控制、全周期服務(wù)”的技術(shù)體系，不僅解決了自來(lái)水廠(chǎng)加藥環(huán)節的核心痛點(diǎn)，更推動(dòng)了水務(wù)行業(yè)從“經(jīng)驗驅動(dòng)”向“智能驅動(dòng)”的轉型升級。隨著(zhù)5G、數字孿生等技術(shù)的深度融合，中鐵城際將持續迭代智慧水務(wù)解決方案，為城市供水安全與綠色發(fā)展提供更強勁的“智慧動(dòng)能”。