本發(fā)明涉及節(jié)水工藝領(lǐng)域，具體為一種節(jié)水工藝用水平衡管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水資源作為人類社會(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，其高效利用關(guān)乎經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。在農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)與城市供水等領(lǐng)域，節(jié)水工藝的探索與實(shí)踐成為保障水資源可持續(xù)供給的關(guān)鍵路徑。

2、當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)已形成一系列較為成熟的基礎(chǔ)節(jié)水措施。在農(nóng)業(yè)灌溉方面，通過(guò)分級(jí)計(jì)量精準(zhǔn)控制水量，依據(jù)不同作物需水特性進(jìn)行差異化灌溉；在工業(yè)生產(chǎn)中，末端回用技術(shù)將處理后的廢水再次投入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用；城市供水系統(tǒng)則借助智能水表的分級(jí)計(jì)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控各區(qū)域用水情況。這些措施在一定程度上緩解了水資源浪費(fèi)問(wèn)題，成為節(jié)水工作的重要支撐。

3、然而，現(xiàn)有的節(jié)水措施仍存在諸多局限性。由于缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃，各環(huán)節(jié)節(jié)水措施獨(dú)立運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)協(xié)同性差，無(wú)法形成節(jié)水合力。在面對(duì)用水需求變化時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)制滯后，難以迅速調(diào)整供水策略。致使供水量與水壓分布不均，部分區(qū)域供水過(guò)剩而部分區(qū)域供水不足，同時(shí)水體酸堿離子失衡問(wèn)題頻發(fā)，影響用水質(zhì)量與設(shè)備使用壽命，制約了節(jié)水工作的整體效能提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種節(jié)水工藝用水平衡管理系統(tǒng)，解決缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃，各環(huán)節(jié)節(jié)水措施獨(dú)立運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)協(xié)同性差，無(wú)法形成節(jié)水合力的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種節(jié)水工藝用水平衡管理系統(tǒng)，包括：

3、中央供水模塊：通過(guò)可調(diào)節(jié)式泵站與管網(wǎng)壓力傳感器聯(lián)動(dòng)，中央供水模塊根據(jù)智能控制系統(tǒng)的分析結(jié)果，基于lstm算法預(yù)測(cè)用水需求，并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)泵站功率；

4、區(qū)域供水模塊：分設(shè)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活專用管網(wǎng)，各管網(wǎng)配置電磁流量計(jì)與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過(guò)管網(wǎng)壓力梯度控制技術(shù)降低傳輸能耗，且將各管網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋給智能控制系統(tǒng)；循環(huán)凈化模塊：循環(huán)凈化模塊接收區(qū)域供水模塊中的工業(yè)、城市污水，處理后的中水可補(bǔ)充至中央供水模塊或區(qū)域供水模塊，進(jìn)行水資源循環(huán)利用，采用工業(yè)/城市污水分質(zhì)處理工藝，設(shè)置特殊處理單元與集中處理單元，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)中水回用，特殊處理單元設(shè)置有格柵、沉砂池和自動(dòng)加藥裝置，所述集中處理單元采用改良型活性污泥法與生物膜法耦合；

5、智能控制系統(tǒng)：集成多源傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)觸發(fā)漏損定位、水質(zhì)預(yù)警及閥門(mén)聯(lián)動(dòng)控制。

6、通過(guò)上述方案：依托多模塊協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)節(jié)水流程全流程動(dòng)態(tài)管理。中央供水模塊利用lstm算法預(yù)測(cè)需求，聯(lián)動(dòng)設(shè)備動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；區(qū)域供水模塊借專用管網(wǎng)及壓力梯度控制技術(shù)，精細(xì)化管理各區(qū)域用水，解決供水量與水壓不均難題；循環(huán)凈化模塊通過(guò)分質(zhì)處理實(shí)現(xiàn)中水回用，提升水資源利用率；保障系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)節(jié)水流程全流程水平衡的動(dòng)態(tài)管理。

7、優(yōu)選的，所述中央供水模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，收集至少過(guò)去一年的歷史用水?dāng)?shù)據(jù)，包括每小時(shí)、每天和每月的用水量、天氣數(shù)據(jù)包括溫度和降雨量以及節(jié)假日信息，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使其數(shù)值范圍統(tǒng)一，并通過(guò)lstm算法進(jìn)行用水需求預(yù)測(cè)。

8、優(yōu)選的，所述區(qū)域供水模塊中，搭建lstm神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)包含輸入層、多個(gè)lstm隱藏層和輸出層，輸入層接收預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，隱藏層通過(guò)記憶細(xì)胞和門(mén)控機(jī)制處理數(shù)據(jù)，輸出層輸出未來(lái)不同時(shí)間段包括未來(lái)1小時(shí)、6小時(shí)和12小時(shí)的用水需求預(yù)測(cè)值；通過(guò)最小化預(yù)測(cè)值與實(shí)際用水量之間的均方誤差，調(diào)整lstm網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)包括權(quán)重和偏置，優(yōu)化模型。

9、優(yōu)選的，所述中央供水模塊中，將實(shí)時(shí)采集的當(dāng)前數(shù)據(jù)包括當(dāng)前時(shí)間和實(shí)時(shí)天氣輸入訓(xùn)練好的lstm模型，得到未來(lái)的用水需求預(yù)測(cè)值，可調(diào)節(jié)式泵站根據(jù)預(yù)測(cè)的用水需求，結(jié)合管網(wǎng)壓力傳感器反饋的實(shí)時(shí)壓力信息，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)泵站功率。

10、優(yōu)選的，所述中央供水模塊中，首先根據(jù)各專用管網(wǎng)覆蓋區(qū)域的地形高度數(shù)據(jù)、用水設(shè)備的壓力需求數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史用水流量數(shù)據(jù)，建立管網(wǎng)壓力分布模型，管網(wǎng)壓力分布模型首先收集并預(yù)處理數(shù)據(jù)，涵蓋地形高度、用水設(shè)備壓力需求以及至少過(guò)去一年的歷史用水流量數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，其次，構(gòu)建模型，p節(jié)點(diǎn)＝p泵站-δp沿程-δp局部-δp重力，其中，p節(jié)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)處的壓力，p泵站是泵站出口的壓力，δp沿程是沿程壓力損失，δp局部是局部壓力損失，δp重力是重力勢(shì)能引起的壓力變化，可以計(jì)算出管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的壓力，將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練好的模型，預(yù)測(cè)管網(wǎng)各點(diǎn)的壓力分布，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，電磁流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)流量，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥根據(jù)管網(wǎng)壓力分布模型和實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

11、優(yōu)選的，所述區(qū)域供水模塊中，各專用管網(wǎng)的電磁流量計(jì)與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與智能控制系統(tǒng)連接，采用modbustcp/ip通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，電磁流量計(jì)將采集的流量數(shù)據(jù)按照協(xié)議格式打包發(fā)送至智能控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)解析數(shù)據(jù)后，根據(jù)管網(wǎng)壓力梯度控制策略，生成電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制指令，再通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)以同樣的協(xié)議格式發(fā)送給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行遠(yuǎn)程精確控制。

12、優(yōu)選的，所述循環(huán)凈化模塊的集中處理單元中，改良型活性污泥法的分段曝氣工藝將曝氣池分為多個(gè)階段，每個(gè)階段設(shè)置不同的溶解氧濃度和污泥負(fù)荷，第一階段保持較高的溶解氧濃度為4-6mg/l，污泥負(fù)荷為0.3-0.5kgbod5/kgmlss·d；后續(xù)階段逐漸降低溶解氧濃度為2-4mg/l，污泥負(fù)荷為0.1-0.3kgbod5/kgmlss·d。

13、優(yōu)選的，所述循環(huán)凈化模塊中，生物膜法采用的固定床生物膜反應(yīng)器內(nèi)部填充大量的生物膜載體包括聚氨酯填料，污水在反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)時(shí)，微生物在載體表面附著生長(zhǎng)形成生物膜，生物膜中的微生物吸附、降解作用去除污水中的有機(jī)物、氮和磷污染物，改良型活性污泥法與生物膜法耦合運(yùn)行時(shí)，二者相互協(xié)同，活性污泥法處理后的污水進(jìn)入生物膜反應(yīng)器進(jìn)一步深度處理，生物膜反應(yīng)器產(chǎn)生的脫落生物膜回流至活性污泥法系統(tǒng)。

14、優(yōu)選的，所述循環(huán)凈化模塊中，自動(dòng)加藥裝置的plc控制系統(tǒng)內(nèi)置pid控制算法，水質(zhì)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)污水的關(guān)鍵指標(biāo)包括ph值、cod和氨氮，將數(shù)據(jù)傳輸至plc控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和pid算法，計(jì)算出當(dāng)前需要投加的藥劑種類和劑量。

15、優(yōu)選的，所述pid控制算法由水質(zhì)傳感器采集ph值、cod和氨氮數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比得出偏差，再經(jīng)比例、積分、微分計(jì)算，綜合得出控制量，精準(zhǔn)調(diào)控加藥泵。

16、本發(fā)明提供了一種節(jié)水工藝用水平衡管理系統(tǒng)。具備以下有益效果：

17、1、本發(fā)明通過(guò)中央供水模塊基于lstm算法預(yù)測(cè)用水需求，結(jié)合管網(wǎng)壓力傳感器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)泵站功率，同時(shí)區(qū)域供水模塊利用管網(wǎng)壓力梯度控制技術(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋，改變了傳統(tǒng)僅針對(duì)單一環(huán)節(jié)節(jié)水控制的模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)節(jié)水流程全流程水平衡的動(dòng)態(tài)管理，有效解決了供水量、水壓分布不均的問(wèn)題，提高了水資源利用率。

18、2、本發(fā)明分設(shè)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活專用管網(wǎng)，并配置電磁流量計(jì)與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，運(yùn)用管網(wǎng)壓力梯度控制技術(shù)，相較于傳統(tǒng)節(jié)水工藝，可根據(jù)各管網(wǎng)實(shí)際需求精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，避免了不必要的能源浪費(fèi)，降低了傳輸能耗，提升了節(jié)水工藝的能源利用效率。

19、3、本發(fā)明循環(huán)凈化模塊采用工業(yè)/城市污水分質(zhì)處理工藝，設(shè)置特殊處理單元與集中處理單元，其中改良型活性污泥法與生物膜法耦合，配合自動(dòng)加藥裝置的精準(zhǔn)控制，能有效處理工業(yè)、城市污水，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)中水回用，補(bǔ)充至中央或區(qū)域供水模塊，提高了水資源的循環(huán)利用率，緩解了水資源短缺問(wèn)題。

20、4、智能控制系統(tǒng)集成多源傳感器數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r(shí)觸發(fā)漏損定位、水質(zhì)預(yù)警及閥門(mén)聯(lián)動(dòng)控制，改變了傳統(tǒng)節(jié)水工藝系統(tǒng)協(xié)同性差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)滯后的狀況，實(shí)現(xiàn)了各環(huán)節(jié)的智能協(xié)同運(yùn)作，保障了整個(gè)節(jié)水系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。