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

背景技術：

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

2、當前，行業(yè)內(nèi)已形成一系列較為成熟的基礎節(jié)水措施。在農(nóng)業(yè)灌溉方面，通過分級計量精準控制水量，依據(jù)不同作物需水特性進行差異化灌溉；在工業(yè)生產(chǎn)中，末端回用技術將處理后的廢水再次投入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(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計量，實時監(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問題，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)水措施獨立運行，導致系統(tǒng)協(xié)同性差，無法形成節(jié)水合力。在面對用水需求變化時，動態(tài)響應機制滯后，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)域供水過剩而部分區(qū)域供水不足，同時水體酸堿離子失衡問題頻發(fā)，影響用水質(zhì)量與設備使用壽命，制約了節(jié)水工作的整體效能提升。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，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)水措施獨立運行，導致系統(tǒng)協(xié)同性差，無法形成節(jié)水合力的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(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：通過可調(diào)節(jié)式泵站與管網(wǎng)壓力傳感器聯(lián)動，中央供水模塊根據(jù)智能控制系統(tǒng)的分析結果，基于lstm算法預測用水需求，并動態(tài)調(diào)節(jié)泵站功率；

4、區(qū)域供水模塊：分設工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活專用管網(wǎng)，各管網(wǎng)配置電磁流量計與電動調(diào)節(jié)閥，通過管網(wǎng)壓力梯度控制技術降低傳輸能耗，且將各管網(wǎng)的實時數(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，處理后的中水可補充至中央供水模塊或區(qū)域供水模塊，進行水資源循環(huán)利用，采用工業(yè)/城市污水分質(zhì)處理工藝，設置特殊處理單元與集中處理單元，實現(xiàn)達標中水回用，特殊處理單元設置有格柵、沉砂池和自動加藥裝置，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)，實時觸發(fā)漏損定位、水質(zhì)預警及閥門聯(lián)動控制。

6、通過上述方案：依托多模塊協(xié)同運作，實現(xiàn)節(jié)水流程全流程動態(tài)管理。中央供水模塊利用lstm算法預測需求，聯(lián)動設備動態(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，精細化管理各區(qū)域用水，解決供水量與水壓不均難題；循環(huán)凈化模塊通過分質(zhì)處理實現(xiàn)中水回用，提升水資源利用率；保障系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行，從而實現(xiàn)了對整個節(jié)水流程全流程水平衡的動態(tài)管理。

7、優(yōu)選的，所述中央供水模塊進行數(shù)據(jù)預處理，收集至少過去一年的歷史用水數(shù)據(jù)，包括每小時、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)進行歸一化處理，使其數(shù)值范圍統(tǒng)一，并通過lstm算法進行用水需求預測。

8、優(yōu)選的，所述區(qū)域供水模塊中，搭建lstm神經(jīng)網(wǎng)絡，網(wǎng)絡包含輸入層、多個lstm隱藏層和輸出層，輸入層接收預處理后的數(shù)據(jù)，隱藏層通過記憶細胞和門控機制處理數(shù)據(jù)，輸出層輸出未來不同時間段包括未來1小時、6小時和12小時的用水需求預測值；通過最小化預測值與實際用水量之間的均方誤差，調(diào)整lstm網(wǎng)絡的參數(shù)包括權重和偏置，優(yōu)化模型。

9、優(yōu)選的，所述中央供水模塊中，將實時采集的當前數(shù)據(jù)包括當前時間和實時天氣輸入訓練好的lstm模型，得到未來的用水需求預測值，可調(diào)節(jié)式泵站根據(jù)預測的用水需求，結合管網(wǎng)壓力傳感器反饋的實時壓力信息，動態(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)、用水設備的壓力需求數(shù)據(jù)，結合歷史用水流量數(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處理數(shù)據(jù)，涵蓋地形高度、用水設備壓力需求以及至少過去一年的歷史用水流量數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行歸一化處理，其次，構建模型，p節(jié)點＝p泵站-δp沿程-δp局部-δp重力，其中，p節(jié)點是節(jié)點處的壓力，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重力是重力勢能引起的壓力變化，可以計算出管網(wǎng)中各節(jié)點的壓力，將實時采集的數(shù)據(jù)輸入訓練好的模型，預測管網(wǎng)各點的壓力分布，在系統(tǒng)運行過程中，電磁流量計實時監(jiān)測管網(wǎng)流量，電動調(diào)節(jié)閥根據(jù)管網(wǎng)壓力分布模型和實時流量數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)。

11、優(yōu)選的，所述區(qū)域供水模塊中，各專用管網(wǎng)的電磁流量計與電動調(diào)節(jié)閥通過工業(yè)以太網(wǎng)與智能控制系統(tǒng)連接，采用modbustcp/ip通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，電磁流量計將采集的流量數(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，生成電動調(diào)節(jié)閥的控制指令，再通過工業(yè)以太網(wǎng)以同樣的協(xié)議格式發(fā)送給電動調(diào)節(jié)閥，進行遠程精確控制。

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階段，每個階段設置不同的溶解氧濃度和污泥負荷，第一階段保持較高的溶解氧濃度為4-6mg/l，污泥負荷為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，污水在反應器內(nèi)流動時，微生物在載體表面附著生長形成生物膜，生物膜中的微生物吸附、降解作用去除污水中的有機物、氮和磷污染物，改良型活性污泥法與生物膜法耦合運行時，二者相互協(xié)同，活性污泥法處理后的污水進入生物膜反應器進一步深度處理，生物膜反應器產(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)傳感器實時監(jiān)測污水的關鍵指標包括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)預設的水質(zhì)標準和pid算法，計算出當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)，與標準值對比得出偏差，再經(jīng)比例、積分、微分計算，綜合得出控制量，精準調(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)明通過中央供水模塊基于lstm算法預測用水需求，結合管網(wǎng)壓力傳感器動態(tài)調(diào)節(jié)泵站功率，同時區(qū)域供水模塊利用管網(wǎng)壓力梯度控制技術和實時數(shù)據(jù)反饋，改變了傳統(tǒng)僅針對單一環(huán)節(jié)節(jié)水控制的模式，實現(xiàn)了對整個節(jié)水流程全流程水平衡的動態(tài)管理，有效解決了供水量、水壓分布不均的問題，提高了水資源利用率。

18、2、本發(fā)明分設工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活專用管網(wǎng)，并配置電磁流量計與電動調(diào)節(jié)閥，運用管網(wǎng)壓力梯度控制技術，相較于傳統(tǒng)節(jié)水工藝，可根據(jù)各管網(wǎng)實際需求精準調(diào)節(jié)，避免了不必要的能源浪費，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，配合自動加藥裝置的精準控制，能有效處理工業(yè)、城市污水，實現(xiàn)達標中水回用，補充至中央或區(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題。

20、4、智能控制系統(tǒng)集成多源傳感器數(shù)據(jù)，能夠實時觸發(fā)漏損定位、水質(zhì)預警及閥門聯(lián)動控制，改變了傳統(tǒng)節(jié)水工藝系統(tǒng)協(xié)同性差、動態(tài)響應滯后的狀況，實現(xiàn)了各環(huán)節(jié)的智能協(xié)同運作，保障了整個節(jié)水系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。