CN103149888A - 监测和/或控制污水系统处理流程的方法以及执行该方法的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测和/或控制污水系统处理流程的方法以及用于执行该方法的系统。本发明涉及一种用于监测和/或控制污水系统处理流程的方法，该污水系统在污水线路中具有污水，该方法包括如下步骤：在远离污水净化设备（2）的位置测量污水的体积流量；在远离污水净化设备（2）的位置测量至少一个另外的污水相关参数；评估测量数据并检测系统相关事件；并且根据系统相关事件，在污水净化设备（2）中和/或在远离污水净化设备（2）的位置采取措施。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的系统。

Description

监测和/或控制污水系统处理流程的方法以及执行该方法的系统

技术领域

本发明涉及一种用于监测和/或控制污水系统处理流程的方法以及用于执行该方法的系统。

背景技术

污水净化设备用于净化由具有污水线路的排污系统收集到的并由此运送污水到该设备的污水。

在欧洲和北美，基于良好的基础设施，目前正努力引入用于设备优化与维护以及用于改善水质的措施。此外，正在制定更严格的环境保护法。目前此类例子包括有关在净化设备中去除激素和农药的欧洲讨论。这意味着，在世界范围内对净化水的要求正变得越来越高。

继而，这些要求必须在地方一级来实现。一般来说，污水净化设备是社区中最大的电力消费体。社区的约40％至60％的电力消耗是由于污水净化。其中最大的电力消耗，约为70％，是用于活化（activation）。在德国的调查已经表明，使用结构化的方法能够节省高达40％。

特别是用于活化的鼓风机和曝气机（aerator）提供大的节能潜力。然而，这一方向上的任何措施必须不会导致从污水净化设备的排放量下降。已经发现，对于能量最小化的慎重的并经考虑的设备操作可以同时改善排放值并以此改善水质。

在不同的时间，利用适当的传感器来检查污水净化设备的流入。与污水相关的参数包括，例如，pH，氧含量，硝酸盐含量，亚硝酸盐含量，铵含量，氯含量，钾含量，磷酸盐含量，SAC，某些全局参数、特别是化学和/或生化需氧量，（溶解的）有机物含量、特别是总（溶解的）碳含量，温度，电导率，氧化还原电势和浊度。除了探头形式的传感器之外，也可以应用在湿分析仪中或以湿分析仪形式的传感器。

因此，在污水净化设备前方直接检测负载峰，而污水净化设备为该负载做准备。在处理流程中的第二次测量检查净化水。均匀平稳的设备操作有助于优化能耗。

检测到负载峰和其到达该设备的活化部之间经过的时间总计例如一个小时。通常，这个时间不足以适当地为该负载来准备活化部。为了保证污水净化设备的安全操作，特别是活化部的操作，在检测到负载峰和负载到达之间的最大可能时间是有利的。

这里在系统相关事件的情形下是特别重要的，在该情形下负载不能到达环境。这里在“事件”中包括的是涉及石油、制药、生物或化学，有毒物质或其他有害物质的交通事故、工业事故和在私人住宅处的事故。因此，系统相关事件优选地定义为至少一个测量的污水相关参数在阈值以下或以上的事件，例如，在pH值过高时。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法和系统，其确保污水净化设备的安全且节能的操作。

该目标通过包括如下步骤的方法实现：

在远离污水净化设备的位置测量污水的体积流量；

在远离污水净化设备的位置测量至少一个另外的污水相关参数；

评估测量数据并检测系统相关事件；并且

根据系统相关事件，在污水净化设备中和/或在远离污水净化设备的远程位置采取措施。

因为通过在远离污水净化设备的位置测量污水相关参数，可以在污水到达污水净化设备之前赢得时间，所以这是有利的。因此可以及时采取措施，以便以最大可能的节能来操作污水净化设备。远程位置通常距离污水净化设备几公里；然而，该位置也可能位于污水净化设备的前方不远处。

在一个优选的实施例中，对体积流量的测量和对至少一个另外的污水相关参数的测量发生在第一时间点，并且在污水净化设备中的措施最迟在该系统相关事件到达污水净化设备之前的第二时间点完成，至少要准备好。

在一个实施例的有利形式中，在远离污水净化设备的位置的措施特别地包括：

-完全或部分地关闭污水线路，并根据污水结构的填充水平将污水转入该污水结构，

-完全或部分地打开污水线路，和/或

-引入适合于该系统相关事件的、特别是适合于抵消该系统相关事件的化学和/或生物手段。

一个优点在于，如以上定义的系统相关事件可以被导入到污水结构中，并且在其中被分开处置。此外，一种选择是应用用于抵消该系统相关事件的手段。特别地，这可以在工业污水净化设备中使用。

在一个优选的实施例中，在污水净化设备中的措施特别地包括

-控制曝气（aeration），

-控制泥浆反馈泵，

-控制循环泵，和/或

-引入适合于该系统相关事件的、特别是适合于抵消该系统相关事件的化学和/或生物手段。

通过执行提到的措施，可以寻求最大能量效率。

优选地，使用pH传感器、氧化还原电势传感器、氧传感器、硝酸盐传感器、亚硝酸盐传感器、铵传感器、氯传感器、钾传感器、磷酸盐传感器、SAC传感器、或温度传感器，或者用于测量至少一个全局参数，特别是化学和/或生化需氧量、电导率、浊度或（溶解的）有机成分，特别是总（溶解的）碳的传感器，来完成至少一个附加的污水相关参数的测量。

为在实验室中的随后分析或为了法律目的，样品是可获得的，污水样品优选被储存到适合的贮存容器中，来记录系统相关事件的发生。

有利地使用有线解决方案，诸如Profibus、以太网Ethernet、ModBus、HART、DSL、ISDN或模拟电话网络；或者使用无线解决方案，诸如无线HART、蓝牙、WiMAX或移动无线电技术，特别是GSM，特别是HSCSD、GPRS和EDGE，UMTS，特别是HSPA或HSPA+，或LTE以及高级LTE，以用于通信，特别是用于测量数据和/或干扰报告的传输。

在一个优选的实施例中，雨量传感器的测量数据和/或基于因特网的气象服务被包括以用于评估该测量数据，并且被考虑以用于检测该系统相关事件。

这是有利的：如果没有考虑这些，可能发生的是系统相关事件经过污水净化设备运送而直接进入到环境中。

该目标进一步通过用于执行该方法的系统来实现，该系统包括：

-在第一位置的污水净化设备；

-至少第一现场装置，用于在远离污水净化设备的第二位置测量污水的体积流量；

-至少第二现场装置，用于在第二位置用于测量至少一个另外的污水相关参数；

-至少一个上级单元，用于评估第一现场装置和/或第二现场装置的测量数据，并检测系统相关事件；以及

-至少第三现场装置，用于完全或部分地关闭污水线路，并根据污水结构的填充水平而将污水转入该污水结构，或者完全或部分地打开污水线路；

因为通过在远离污水净化设备的第二位置测量污水相关参数，可以在污水到达污水净化设备之前赢得时间，所以这是有利的。因此可以及时采取措施，以便以尽可能最节能的方式操作污水净化设备。第二位置通常距离污水净化设备几公里。然而，该位置也可能位于污水净化设备前方不远处。

在一个优选的实施例中，第一现场装置、第二现场装置和/或第三现场装置的开环或闭环控制通过上级单元来实现。

附图说明

现在将基于附图来解释本发明，其附图示出如下：

图1本发明的系统的示意图；以及

图2本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了本发明的系统，该系统其整体由附图标记1来指定。另一方面，系统1包括污水净化设备2，经由污水线路3向污水净化设备2馈送污水。

另一方面，系统1包括不同的测量区10、11、12。在某些情形下，测量区可以是城市市区或工业园区。如图1所示的是第一测量区10、第二测量区11和第三测量区12，其中第二测量区11和第三测量区12在污水技术上与第一测量区10是等同的。为了清楚起见，第二测量区11和第三测量区12的细节没有被示出。可想到的是，其他测量区也与污水净化设备2连接。此外，多个测量区可以串联连接。此外，另一种选择是具有一个或多个附属测量区的主测量区。

测量区10、11、12包括不同的用户9，诸如例如，家庭、小型企业、工业厂房等等。

用户9的污水在污水线路3中排除，并流到测量点13。测量点13位于污水净化设备2之前的污水路线中远离污水净化设备2的位置。其可以直接位于污水净化设备2之前，但通常是远离污水净化设备2，在一个城市市区、工业园区中等。

测量点13包括至少第一现场装置4和第二现场装置5。第一现场装置4可以实施为流量传感器，以用于测量污水的体积流量。第二现场装置5是用于测量至少一个另外的污水相关参数的传感器。选择包括pH传感器、氧化还原电势传感器、氧传感器、硝酸盐传感器、亚硝酸盐传感器、铵传感器、氯传感器、钾传感器、磷酸盐传感器、SAC传感器、或温度传感器，或者用于测量至少一个全局参数，特别是用于测量化学和/或生化需氧量、电导率、浊度或（溶解的）有机成分，特别是总（溶解的）碳的传感器。此外，可以使用所谓的多传感器（multisensor）。多传感器是能够（同时）测量多个参数的传感器。

第三现场设备6连接在第一现场设备4和第二现场设备5之间。第三现场设备6是控制污水流量的执行机构。因此，第三现场设备6可以是一种污水线路阻隔机构、水门、控制闸门、水闸，或其他实施为改变污水流量的装置。

污水结构8侧向连接到污水的主流。污水结构8可以实施用于雨水排除，例如作为雨水溢流池、缓冲系统或贮存池。此外，污水结构8可以实施为泵站。特别地，当用户9位于比污水净化设备海拔低处时，泵站是必需的。

图1示出了将污水结构8侧向连接，而不是在主流中。下述状态对于与污水结构8相关的第三现场装置6是可能的：

-污水流过污水结构8（“闸门开”），

-污水完全转入污水结构8（“闸门关”），

-污水部分地流过污水结构8，并部分地转入污水结构8。

如果第二现场装置5检测到系统相关事件（示例包括例如石油事故、化学事故等；一般来说：检测到环境有害物质），即至少一种检测参数位于允许的测量范围之外，那么第三现场设备6可以关闭闸门，并且污水完全转入污水结构8中。因此，系统相关事件可以被储存在污水结构8中。可以提取储存的污水的样品，以用于随后分析目的或用于法律原因。此外，系统相关事件可以从污水结构8中泵送出，并进入例如储罐车的外部设备中，以便分开处置。

此外，一种选项是污水结构8位于主流中，即污水结构8被实施为回水处理结构、蓄滞池等。

使用第二现场装置5测量至少一个另外的污水相关参数在污水净化设备2之前及时地发生。这意味着能够在污水净化设备2中开始适合的措施，诸如

-控制曝气，

-控制泥浆反馈泵，和/或

-控制循环泵。

希望具有尽可能长的提前时间，以便污水净化设备2可以尽可能节能地操作。

监测雨量的雨量传感器14与第二现场装置5关联。此外，填充水平传感器15与污水结构8关联，用于检测污水结构8中的填充水平。

如果环境有害物质处在污水结构8中并且下雨，必须确保环境有害物质不会经过污水净化设备2运送而进入到环境中。借助水平传感器15，还可以确保污水结构8不会溢出，以避免可能将处在污水结构8中的环境有害物质直接运送到环境中。有必要了解当前填充水平和天气预报，以便在紧急时将环境有害物质及时地前送到污水净化设备2。

除了直接经由雨量传感器14检测雨量，一种选择是使用经由基于因特网的气象服务的天气预报，以便接收有关天气的预报。根据预测，可以相应地检查现场装置4、5、6。在不确定的情形下，体积流量控制具有优先权。

第一现场装置4、第二现场装置5、第三现场装置6的开环或闭环控制利用上级单元7来实现。最经常的是存在用于所有现场装置4、5、6的一个上级单元7。上级单元7通常位于污水净化设备2处，并可以是用于该设备的控制系统的一部分，即污水路径管理系统的一部分。在这种情形下，上级单元7与现场装置4、5、6的连接经由诸如Profibus、ModBus或HART、以太网、DSL、ISDN的现场总线技术或经由模拟电话网络而有线地进行；或者是经由无线HART、蓝牙、WiMAX或诸如GSM或UMTS的移动无线电技术而无线地进行。

上级单元7也从其他传感器、特别是从雨量传感器14和填充水平传感器15收集信息。传感器14、15的测量数据被结合到现场装置4、5、6的控制中。通常地，传感器14、15使用如现场装置4、5、6的相同技术与上级单元7通信。

借助传感器14、15和现场装置4、5、6的测量数据，上级单元7可以决定是否存在系统相关事件，并且引入相应措施。

而且，上级单元7可以考虑到在长期干燥并且在污水排水系统中发生沉积的情形下，在降雨的情形下，该沉积可能由于所谓的风暴潮而进入污水净化设备2中，以至于必须引入相应的措施，特别是在该设备的活化部分中。

如果多个测量区10、11、12连接到污水净化设备2，上级单元7会协调它们的测量数据，并控制相应的现场装置。

从根本上说，能够使每个测量区的测量点13自主地行动。这意味着测量点13独立于上级单元7来起作用。如果需要，上级单元7可以调解并接管或影响控制。

图2示出了如上所述的系统相关事件的过程。

如前所述，关于流量连续地（或以一定的时间间隔地）测量用户9的污水，并且测量至少一个另外的污水相关参数。如果至少一个参数处于阈值以上或以下，那么上级单元7评估是否存在系统相关事件以及是否危及到污水净化设备2的无故障操作。如果评估为否定，措施继续进行（连续地）。

如果评估为肯定，上级单元7决定是否必须采取措施。一种选择是该决定不是自动做出的，而是替代地由污水净化设备的技术人员做出。因此，上级单元7可以向技术人员发出对应的报告，例如，利用测量值、时钟时间和位置。如果技术人员不在现场，从当前的角度来看，利用移动无线电技术的无线传输是最实用的；然而，使用模拟/数字电话连接或DSL的有线解决方案也给出一种选择。

在任何时候，一种选择是上级单元7和/或测量点13向技术人员发出报告/警报。

如果关于采取措施的判定是否定的，测量继续（连续地）。

如果关于采取措施的判定是肯定的，将决定在何处以及采取何种措施。

如前所述，上级单元7仅在需要的情形下涉及并且否则测量点13自主地工作也是一种选择。

在图2中，第一位置被定义为污水净化设备2，而第二位置是污水结构8。通常地，污水结构8位于距离污水净化设备2几公里的位置；然而，污水结构8还可以位于污水净化设备2前方不远处。

在第二位置可以采取的措施包括例如：完全地或部分地关闭污水线路，并根据污水结构的填充水平使污水转入该污水结构，完全或部分地打开污水线路，和/或引入适合于系统相关事件的化学和/或生物手段，特别是用于抵消系统相关事件的手段。

在第一位置、即在污水净化设备2的位置，可以执行的措施包括控制曝气，控制泥浆反馈泵，控制循环泵，和/或引入适合于系统相关事件的化学和/或生物手段，特别是用于抵消系统相关事件的手段。

当然，该措施必须不危及污水净化设备2的无故障操作。

如果发生系统相关事件，例如，涉及石油排放的事故，那么基于测量参数将该事件分类为系统相关事件。在远离污水净化设备2的位置发现具有石油的污水，其中“远离……的位置”理解为意指即是空间地以及时间地远离。如果检测到不可能抵消该事件，并且危及污水净化设备2的无故障操作，那么具有石油的污水可以被运送到污水结构8中。在那里，污水可以被泵送出并被专业处置。

如果确定污水净化设备2可以处理该事件，只是不能以当前的量，那么事件可以被临时储存到污水结构8中，并且被少量运送到污水净化设备2，与“普通”污水混合。以这种方法，为了处理负载峰，不必在污水净化设备2中消耗额外的能量。

如前所述，在系统相关事件的处理中考虑雨量传感器14和填充水平传感器15的测量结果。

一般地，目标是使在检测到系统相关事件和该事件到达污水净化设备之间的警告时间尽可能地长。

基于前瞻性知识，污水净化设备可以最佳地为事件做准备，因而能量有效地操作。

标记列表：

1   系统

2   污水净化设备

3   污水线路

4   第一现场装置

5   第二现场装置

6   第三现场装置

7   上级单元

8   污水结构

9   用户

10  第一测量区

11  第二测量区

12  第三测量区

13  测量点

14  雨量传感器

15  填充水平传感器

Claims (10)

1.一种用于监测和/或控制污水系统的处理流程的方法，所述污水系统在污水线路中具有污水，所述方法包括如下步骤： 

-在远离污水净化设备（2）的位置测量污水的体积流量； 

-在所述远离污水净化设备（2）的位置测量至少一个另外的污水相关参数； 

-评估所测量数据并检测系统相关事件；并且 

-根据所述系统相关事件，在所述污水净化设备（2）中和/或在所述远离所述污水净化设备（2）的位置采取措施。 

2.根据权利要求1所述的方法， 

其中对所述体积流量的测量和对所述至少一个另外的污水相关参数的测量发生在第一时间点， 

并且在所述污水净化设备（2）中的措施最迟在所述系统相关事件到达所述污水净化设备（2）之前的第二时间点完成，至少已准备好。 

3.根据权利要求1或2所述的方法， 

其中在所述远离所述污水净化设备（2）的位置的措施特别地包括： 

-完全或部分地关闭污水线路，并根据污水结构（8）的填充水平将污水转入所述污水结构（8）， 

-完全或部分地打开污水线路，和/或 

-引入适合于所述系统相关事件的、特别是适合于抵消所述系统相关事件的化学和/或生物手段。 

4.根据权利要求1至3中至少一项所述的方法， 

其中在所述污水净化设备（2）中的措施特别地包括： 

-控制曝气， 

-控制泥浆反馈泵， 

-控制循环泵，和/或 

-引入适合于所述系统相关事件的、特别是适合于抵消所述系统相关事件的化学和/或生物手段。 

5.根据权利要求1至4中至少一项所述的方法， 

其中使用pH传感器、氧化还原电势传感器、氧传感器、硝酸盐传感器、亚硝酸盐传感器、铵传感器、氯传感器、钾传感器、磷酸盐传感器、SAC传感器或温度传感器，或者用于测量至少一个全局参数的传感器，特别是测量化学和/或生化需氧量、电导率、浊度或（溶解的）有机成分特别是总（溶解的）碳的传感器，来完成所述至少一个另外的污水相关参数的测量。 

6.根据权利要求1至5中至少一项所述的方法， 

其中污水的样品被储存到适合的贮存容器中，以记载系统相关事件的发生。 

7.根据权利要求1至6中至少一项所述的方法， 

其中使用有线解决方案，诸如Profibus、以太网、ModBus、HART、DSL、ISDN或模拟电话网络，或者使用无线解决方案，诸如无线HART、蓝牙、WiMAX或移动无线电技术，特别是GSM，特别是HSCSD、GPRS和EDGE，UMTS，特别是HSPA或HSPA+，或LTE以及高级LTE，以用于通信，特别是用于测量数据和/或干扰报告的传输。 

8.根据权利要求1至7中至少一项所述的方法， 

其中雨量传感器（14）的测量数据和/或基于因特网的气象服务被包括以用于评估测量数据，并且被考虑以用于检测系统相关事件。 

9.一种用于在污水系统中执行根据权利要求1至8中至少一项所述的方法的系统，所述污水系统在污水线路中具有污水，所述系统包括： 

-在第一位置的污水净化设备（2）； 

-至少第一现场装置（4），用于在远离所述污水净化设备（2）的第二位置测量污水的体积流量； 

-至少第二现场装置（5），用于在所述第二位置测量至少一个另外的污水相关参数； 

-至少一个上级单元（7），用于评估所述第一现场装置（4）和/或所述第二现场装置（5）的测量数据，并检测系统相关事件；以及 

-至少第三现场装置（6），用于完全或部分地关闭污水线路，并根据污水结构的填充水平而将污水转入所述污水结构（8），或者完全或部分地打开污水线路。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一现场装置（4）、所述第二现场装置（5）和/或所述第三现场装置（6）的开环或闭环控制通过所述上级单元来实现。 

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