CN106458667B - 用于处理液体的设备以及用于控制这种设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于处理废水的设备以及一种用于控制该设备的方法。该设备(1)包括：盆(2)；至少一个流动产生机器(6)，该流动产生机器(6)用于在该盆(2)中产生液体流动；在盆(2)中的至少一个装置(7)，该装置产生液体流动的动量；以及控制单元(8)。方法的特征在于以下步骤：在控制单元(8)中储存在流动产生机器(6)的操作速度N和操作参数P之间的预定关系，流动产生机器(6)的力矩M可以由该操作参数P得出，该关系取决于在盆(2)中在流动产生机器(6)处的预定液体流动速度V；确定流动产生机器(6)的操作速度N；根据在流动产生机器(6)的操作速度N和流动产生机器(6)的操作参数P之间的所述关系，由确定的操作速度N来确定流动产生机器(6)的操作参数P的设置值；通过控制单元(8)来确定流动产生机器(6)的操作参数P的真实值；以及当流动产生机器(6)的操作参数P的真实值与流动产生机器(6)的操作参数P的设置值不同时，通过控制单元(8)来调节流动产生机器(6)的操作速度N。

Description

用于处理液体的设备以及用于控制这种设备的方法
技术领域
本发明通常涉及一种用于处理液体的设备以及一种用于控制该设备的方法，特别是液体的生物处理。本发明特别涉及一种适用于处理液体例如废水的设备以及一种用于控制该设备的方法，其中，设备包括：盆，该盆设置成容纳液体；至少一个流动产生机器，该流动产生机器布置在盆中，并设置成在该盆中产生液体流动；至少一个装置，该装置布置在盆中，并产生液体流动的动量；以及控制单元，该控制单元与所述至少一个流动产生机器操作连接。
背景技术
循环槽道或者环形槽道通常是向上开口的环形盆，它在液体(特别是废水)的生物处理或氧化的过程中使用。使得废水/液体沿环形槽道流动，并因此通过在循环槽道中的不同区域。
在这种生物处理过程中，废水通常通过使得微生物将生物材料分解成二氧化碳和水以及通过使得细菌将水合氮转变成大气氮而净化除去氮和生物材料。净化的废水释放至大自然中，且在水合氮没有消除的情况下，有使得自然水源营养化的危险，且由于生物材料消耗相当大量的氧，因此当释放未充分净化的水时，将产生缺乏氧的水源。通过由一个或多个通气区段向废水添加大量的氧，将刺激生物材料的分解，且水合氮的消除将在循环槽道中在没有添加氧的区域中进行，或者在没有添加氧的单独盆中进行，和/或在溶解氧的水平足够低的区域/盆中进行。
在沿循环槽道的一个或多个位置处，氧通过机械表面充气器、底部布置的充气器部分、射流充气器等而供给废水。在所谓的活性浆中的微生物消耗氧，以便分解存在于废水中的生物材料以及可能特别使得硝酸铵硝化。
流动产生机器/混合机器用于循环槽道中，以便使得液体/废水混合，以便获得尽可能均匀的液体混合，从而使得生物材料保持悬浮，以及产生沿循环槽道的液体流动循环/流动。
在一些已知的液体处理方法中，需要使得液体沿循环槽道的流动速度保持在预定的恒定水平。在只有一个流动产生机器和均匀液体的理论循环槽道中，这通过以恒定操作速度来操作流动产生机器而很容易地实现。不过，实际上，液体随着时间的流逝而并不均匀，且处理设备包括布置在循环槽道中的装置，该装置沿正方向或负方向产生流动液体的动量。运动流动的动量变化必然影响和/或改变液体流动速度。这些装置的影响也可能由于改变操作而随着时间的流逝变化。根据进入废水的状态随时间变化的情况，添加的氧量也必须随时间变化，且变化的强度必然影响液体流动的速度。
改变液体流动的速度可以通过修正流动产生机器的操作速度来补偿，不过，这要求通过昂贵的速度传感器来监测液体流动的速度，该速度传感器容易受到干扰，并需要定期维护。
发明内容
本发明的目标是改进目前已知的、用于控制处理设备的方法，目的是降低处理设备的操作成本，因此提供一种用于控制适合处理液体的处理设备的改进方法。本发明的基本目的是提供一种最初所述类型的改进方法，它使得能够实现液体流动的恒定速度，而不需要外部的速度传感器。外部的速度传感器的缺点是它们昂贵，且需要监测和维护，因为它们容易受到干扰，因此容易有提供错误信息的危险。
根据本发明，至少基本目的通过最初所述的方法来实现，该方法有独立权利要求中所述的特征。本发明的优选实施例在从属权利要求中进一步确定。
根据本发明的第一方面，提供了一种最初所述类型的方法，该方法的特征在于以下步骤：在控制单元中储存在流动产生机器的操作速度N和操作参数P之间的预定关系，流动产生机器的力矩M可以由该操作参数P得出，该关系取决于在盆中在流动产生机器处的预定液体流动速度V；确定流动产生机器的操作速度N；根据在流动产生机器的操作速度N和流动产生机器的操作参数P之间的关系，由确定的操作速度N来确定流动产生机器的操作参数P的设置值；通过控制单元来确定流动产生机器的操作参数P的真实值；当流动产生机器的操作参数P的真实值与流动产生机器的操作参数P的设置值不同时，通过控制单元来调节流动产生机器的操作速度N。
根据本发明的第二方面，提供了一种最初所述类型的设备，该设备的特征在于：控制单元包括在流动产生机器的操作速度N和操作参数P之间的预定关系，流动产生机器的力矩M可以由该操作参数P得出，该关系取决于在盆中在流动产生机器处的预定液体流动速度V；控制单元设置成：根据在流动产生机器的操作速度N和流动产生机器的操作参数P之间的所述关系而由给定的操作速度N来确定流动产生机器的操作参数P的设置值；确定流动产生机器的操作参数P的真实值；以及当流动产生机器的操作参数P的真实值与流动产生机器的操作参数P的设置值不同时调节流动产生机器的操作速度N。
因此，本发明是基于这样的理解，即通过监测流动产生机器的操作速度和操作参数P(操作参数P取自扭矩M)，在外部速度传感器的帮助下获得液体流动的预定速度。
根据本发明的优选实施例，盆由循环槽道构成，所述至少一个流动产生机器设置成产生沿循环槽道的液体流。
根据本发明的优选实施例，当流动产生机器的操作参数P的真实值大于流动产生机器的操作参数P的设置值时，将增加流动产生机器的操作速度N，当流动产生机器的操作参数P的真实值小于流动产生机器的操作参数P的设置值时，将降低流动产生机器的操作速度N。
根据本发明的优选实施例，所述至少一个装置由机械表面充气器来构成，特别是机械表面充气器包括水平旋转轴线。
根据本发明的优选实施例，操作参数P由流动产生机器消耗的电流I来构成。
本发明的其他优点和特性从其他从属权利要求和下面具体的对优选实施例的说明中变得明显。
附图说明
通过下面参考附图对优选实施例的详细说明，将清楚和更完整地理解本发明的上述和其它特征和优点，附图中：
图1是根据第一实施例的本发明设备的示意图；
图2是根据第二实施例的本发明设备的示意图；
图3是根据第三实施例的本发明设备的示意图。
具体实施方式
首先参考图1。本发明涉及一种适用于液体例如废水的处理/净化的设备(总体表示为1)，该液体包括生物物质。设备1包括盆2，该盆2设置成容纳要处理的液体。
在本发明实施例中，设备由处理设备来构成，下面的说明使用术语处理设备，但是应当知道，当并不另外说明时，也包括其它等效设备。在本发明实施例中，盆2由循环槽道构成，下面的说明使用术语循环槽道，但是应当知道，当并不另外说明时，并不是循环槽道的盆也将认为是等效物和将被包括。
因此，处理设备1包括环形循环槽道2或者跑道，该环形循环槽道设置成容纳要处理的液体。在所述实施例中，循环槽道2由长圆形盆构成，具有圆角端部，并包括中心布置的纵向分隔器3，循环槽道2获得两个平行的直槽道段，这两个直槽道段通过两个方向变化/半圆形槽道段而相互连接。在所述实施例中，方向变化槽道段包括引导壁4，该引导壁4方便液体流动方向的变化。应当指出，循环槽道可以有任意其它可设想的形状，例如环形形状或蛇形形状，因此，循环槽道可以包括多个直的和方向变化的槽道段，或者可以有整个圆形/椭圆形轨道形状。
循环槽道2用于容纳液体/废水直到预定充装高度/液体水平，即使这样，在操作过程中的实际液体高度也可以低于和高于所述充装高度，而不会对本发明产生可观的影响。废水在本发明的处理设备1中连续或批量地净化，且通过使得废水容积达到所述预定充装高度，将获得处理设备1的最佳操作。通常的充装高度为大约3-8米。在连续处理过程中，在液体连续地从循环槽道2中除去的同时，液体连续地供给循环槽道2。在连续处理过程中的输入和输出是循环流量的一部分，通常为循环流量的大约1/30-1/20。循环槽道2设置成具有预定流动方向，由箭头5示意表示，液体将沿该预定流动方向流动。
本发明的处理设备1包括至少一个流动产生机器6，该流动产生机器6布置在循环槽道2中，通常，两个或更多流动产生机器布置成彼此相邻。流动产生机器6设置成产生沿所述循环槽道2流动的液体流，并可以由一个或多个可没入水中的混合机器来构成，通常为所谓的缓慢操作混合机器，具有以小于100rpm的区域中的rpm旋转的推进器，通常在20-50rpm的区域内。在一些装置中，处理设备1包括在两个或更多位置处的流动产生机器6，这些位置优选是沿循环槽道2相互等距离布置。优选是，流动产生机器6将布置在离循环槽道2的方向变化槽道段一定距离处，这样，不会产生来自循环槽道2的壁的反力，该反力作用在流动产生机器6上，并对液体流的产生有不利影响。
本发明的处理设备1包括至少一个装置7，该装置7布置在流动槽道2中，并产生流动液体的动量。装置7可以产生沿正方向的液体流动动量，即动量源增加液体流的速度，或者沿负方向，即动量沉(momentum sink)降低液体流的速度。装置7可以是静止装置或运动装置、主动装置或者被动装置。
本发明的处理设备1还包括控制单元8，该控制单元8与所述至少一个流动产生机器6操作连接，并控制驱动所述流动产生机器6的操作速度N，例如通过控制操作流动产生机器6的电流的频率。控制单元8可以由外部控制单元或者集成在流动产生机器6内的控制单元来构成。
在图1所示的实施例中，装置7由具有水平旋转轴线的机械表面充气器构成。根据图1所示的实施例，这种具有水平旋转轴线的机械表面充气器包括水平轴9，该水平轴9有沿径向方向凸出的叶片/臂/刷10。轴9优选是布置成与循环槽道2中的液面高度平齐或者高于该液面高度。在所示实施例中，具有水平旋转轴线的机械表面充气器布置在直槽道段的中部，不过，也可以设想其它位置，例如优选是在直槽道段的开始处。通过水平轴9的旋转，叶片10使得液体上面的空气与液体混合，以便将氧(O2)从空气传递给废水/液体。
在图2所示的实施例中，装置7由具有竖直旋转轴线的机械表面充气器来构成。根据所示实施例，这种具有竖直旋转轴线的机械表面充气器包括竖直轴11，该竖直轴11有沿径向方向凸出的叶片/臂12，和/或有沿轴向方向凸出的叶片/臂。轴11从高于循环槽道2中的液面高度的高度延伸至低于循环槽道2中的液面高度的高度，如在所示实施例中，或者优选是布置成高于液面高度，在该实施例中，具有轴向叶片/臂。在所示实施例中，具有竖直旋转轴线的机械表面充气器布置在方向变化槽道段中。不过，也可以设想其它位置。通过竖直轴11的旋转，叶片12使得液体上面的空气与液体混合，以便将氧(O2)从空气传递给废水/液体。
这些机械表面充气器(即水平和竖直)能够产生沿正和负方向的流动液体动量，优选是，机械表面充气器与控制单元8操作连接，通过该控制单元，机械表面充气器的操作速度/转速能够进行调节/改变，也可以设想调节/改变充气器的浸没深度。也可以设想其它类型的机械表面充气器，但是这里并不介绍。
在图3所示的实施例中，处理设备1包括充气结构，总体表示为13，该充气结构设置成向液体提供包括氧的气流Q。充气结构13优选是包括至少一个充气部14。在所示实施例中，该充气部14布置在直槽道段的中部，不过，也可以设想其它位置，例如优选是在直槽道段的开始处，或者沿直槽道段的整个长度，和/或在方向变化槽道段中。所述至少一个充气部14优选是布置在循环槽道2的底部处，并设置成从充气结构13向液体提供气流Q，以便将氧(O2)从气体传递给废水/液体。气流Q由含氧的气体来构成，例如空气、其它含氧气体混合物或者纯氧。例如，充气部14由大量的扩散器或充气器部件15来构成，优选是所谓的细气泡充气器，它们一起覆盖循环槽道2的整个或大部分宽度。充气结构13包括至少一个吹气机16，该吹气机16通过管系统17而向充气部14提供气体，该吹气机16优选是与控制单元8操作连接，通过该控制单元8，吹气机16的操作速度/转速能够进行调节/改变。充气结构13能够产生沿正和负方向的流动液体动量。
在未示出的可选实施例中，装置7由所谓的射流充气器/喷管充气器来构成。它抽吸液体，并通过喷嘴来将它泵出，由此，来自循环槽道2中的液面高度上面的空气吸入喷嘴，并与泵送的液体混合。射流充气器产生沿正方向的流动液体动量。
应当知道，装置7并不必须由充气器构成，而是例如能够由布置在循环槽道2中的板或其它静止和不活动的装置7来构成。例如，装置也可以由设置成升高/降低盆中的液面高度的泵装置来构成。
下面参考图1，不过应当知道，当并不另外说明时，它也相应用于其它实施例。
在优选实施例中，均匀的液体流到达机械表面充气器7，且到达流动产生机器6的液体流没有气泡和气流引起的流动。优选是，当沿流动方向5看时，在机械表面充气器7和流动产生机器6之间的距离至少像在流动产生机器6和机械表面充气器7之间的距离一样大，这样，机械表面充气器7的操作尽可能小地影响流动产生机器6。
对于本发明，重要的是用于控制设备1的方法，它包括以下步骤：在控制单元8中储存在流动产生机器6的操作速度N和操作参数P之间的预定关系，流动产生机器6的力矩M可以由该操作参数P得出，该关系取决于在盆2中在流动产生机器6处的预定液体流动速度V；确定流动产生机器6的操作速度N；根据在流动产生机器6的操作速度N和流动产生机器6的操作参数P之间的关系，由确定的操作速度N来确定流动产生机器6的操作参数P的设置值；通过控制单元8来确定流动产生机器6的操作参数P的真实值；以及当流动产生机器6的操作参数P的真实值与流动产生机器6的操作参数P的设置值不同时，通过控制单元8来调节流动产生机器6的操作速度N。
对于各液体流动速度V，在流动产生机器6的操作速度N和流动产生机器6的操作参数P之间的关系优选是储存在控制单元8中。应当指出，在可选和完全等效的方式中，流动产生机器6的操作速度N能够表达为流动产生机器6的操作rpm或电驱动频率，而并不影响本发明。
流动产生机器6的操作参数P优选是包括流动产生机器6的扭矩M和/或流动产生机器6在操作过程中消耗的电流I。应当知道，还可以设想其它操作参数P，流动产生机器6的扭矩能够由该其它操作参数P得出，这包含在术语操作参数内。
因此，通过控制单元8来确定流动产生机器6的操作参数P的真实值的步骤优选是包括测量流动产生机器6的电流消耗，流动产生机器6的扭矩M能够由该电流消耗得出。因此，流动产生机器6的电流/功率消耗是流动产生机器6的扭矩M的等效表达。通过测量电流/功率消耗，控制单元8优选是包括电流信号的滤波，以便使得流动产生机器6的操作速度N不会受到快速负载变化的影响，例如来源于包含在液体中的固体物质、湍流等。
根据所示实施例，当流动产生机器6的扭矩M的真实值大于流动产生机器6的扭矩M的设置值时，应当增加流动产生机器6的操作速度N，当流动产生机器6的扭矩M的真实值小于流动产生机器6的扭矩M的设置值时，应当降低流动产生机器6的操作速度N。
根据一个实施例，沿循环槽道2的液体流动速度V恒定，独立于流动产生机器6的操作速度N。根据可选实施例，沿循环槽道2的液体流动速度V根据流动产生机器的操作速度N而变化，例如，当流动产生机器6的操作速度N降低时，液体流动速度V降低。
优选是，流动产生机器6的操作速度N总是高于预定最低允许操作速度Nmin。在低于该最低允许操作速度Nmin的操作速度下，液体流有并不足够均匀的危险，且固体物质将积累在循环槽道2的底部，同时，液体流的液体流动速度V有太低的危险，以至于不能获得特定处理设备1所需的处理结果。优选是，流动产生机器6的操作速度N一直低于预定最高允许操作速度Nmax，以便没有流动产生机器6过载的危险。
作为本发明的补充，处理设备1还能够包括直接或间接测量氧传递给液体的速率和/或液体中的溶解氧的水平，从而表示需要增加还是降低氧传递速率。根据最优选实施例，溶解的氧水平直接测量。当液体中的溶解氧水平太低时，可以增加氧传递速率，当液体中的溶解氧水平太高时，可以降低氧传递速率。为了测量/确定在液体中的溶解氧水平，处理设备1优选是包括氧传感器18，该氧传感器18布置在循环槽道2中的预定位置处。氧传感器18与控制单元8操作连接。氧传感器18优选是沿循环槽道2布置在恰好在充气器下游的区域中(沿流动方向5看)。不过，也可设想氧传感器18的其它位置。
发明的可行变化形式
本发明并不仅仅局限于上述和附图中所示的实施例，这些实施例主要是为了示例说明的目的。本专利申请将覆盖这里所述的优选实施例的所有调整和变化形式，因此，本发明由附加权利要求的措辞来确定，因此，装置可以在附加权利要求的范围内进行全部类型的变化。
还应当指出，关于术语的全部信息(例如高于、低于、上面、下面等)应当解释/阅读为具有根据附图定向的装置，具有定向的附图，这样，能够合适进行阅读。因此，这些术语只是表示在所示实施例中的相互关系，当本发明装置提供有其它结构/设计时，该关系可以变化。
应当指出，尽管没有明确说明，来自特殊实施例的特征可以与其它实施例的特征组合，当该组合可行时，应当认为该组合很明显。

Claims (9)

1.一种控制用于处理废水的设备的方法，其中，该设备(1)包括：
盆(2)，该盆(2)由循环槽道构成并设置成容纳废水；
至少一个流动产生机器(6)，该流动产生机器(6)由可没入水中的混合机器构成，并布置在盆(2)中，并设置成沿着所述循环槽道产生液体流动，其中该流动产生机器(6)的操作速度N高于预定最低允许操作速度Nmin，防止固体物质积累在盆(2)的底部，并且流动产生机器的操作速度N低于预定最高允许操作速度Nmax，防止流动产生机器(6)过载；
至少一个装置(7)，该装置布置在盆(2)中，并在该盆中产生液体流动的动量，所述至少一个装置(7)由机械表面充气器构成或者由布置在盆的底部处的充气部构成；以及
控制单元(8)，该控制单元与所述至少一个流动产生机器(6)操作连接，
该方法的特征在于以下步骤：
在控制单元(8)中储存在流动产生机器(6)的操作速度N和操作参数P之间的预定关系，流动产生机器(6)的力矩M可以由该操作参数P得出，该预定关系取决于在盆(2)中在流动产生机器(6)处的预定液体流动速度V；
确定流动产生机器(6)的操作速度N；
根据在流动产生机器(6)的操作速度N和流动产生机器(6)的操作参数P之间的所述预定关系，由确定的操作速度N来确定流动产生机器(6)的操作参数P的设置值；
通过控制单元(8)来确定流动产生机器(6)的操作参数P的真实值；以及
当流动产生机器(6)的操作参数P的真实值与流动产生机器(6)的操作参数P的设置值不同时，通过控制单元(8)来调节流动产生机器(6)的操作速度N。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：设备(1)由用于处理废水的处理设备来构成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：操作参数P由流动产生机器(6)的力矩M来构成。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中：操作参数P由流动产生机器(6)消耗的电流I来构成。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中：当流动产生机器(6)的操作参数P的真实值大于流动产生机器(6)的操作参数P的设置值时，将增加流动产生机器(6)的操作速度N。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中：当流动产生机器(6)的操作参数P的真实值小于流动产生机器(6)的操作参数P的设置值时，将降低流动产生机器(6)的操作速度N。
7.根据权利要求1所述的方法，其中：机械表面充气器包括水平旋转轴线。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：机械表面充气器包括竖直旋转轴线。
9.一种用于处理废水的设备，包括：
盆(2)，该盆(2)由循环槽道构成并设置成容纳废水；
至少一个流动产生机器(6)，该流动产生机器(6)由可没入水中的混合机器构成，并布置在盆(2)中，并设置成沿着所述循环槽道产生液体流动，其中该流动产生机器(6)的操作速度N高于预定最低允许操作速度Nmin，防止固体物质积累在盆(2)的底部，并且流动产生机器的操作速度N低于预定最高允许操作速度Nmax，防止流动产生机器(6)过载；
至少一个装置(7)，该装置布置在盆(2)中，并在盆中产生液体流动的动量，所述至少一个装置(7)由机械表面充气器构成或者由布置在盆的底部处的充气部构成；以及
控制单元(8)，该控制单元与所述至少一个流动产生机器(6)操作连接，
其特征在于：控制单元(8)包括在流动产生机器(6)的操作速度N和操作参数P之间的预定关系，流动产生机器(6)的力矩M可以由该操作参数P得出，该预定关系取决于在盆(2)中在流动产生机器(6)处的预定液体流动速度V；控制单元(8)设置成：根据在流动产生机器(6)的操作速度N和流动产生机器(6)的操作参数P之间的所述预定关系而从给定操作速度N来确定流动产生机器(6)的操作参数P的设置值；确定流动产生机器(6)的操作参数P的真实值；以及当流动产生机器(6)的操作参数P的真实值与流动产生机器(6)的操作参数P的设置值不同时，调节流动产生机器(6)的操作速度N。
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