CN110049786B - 用于优化混合系统的混合和能量使用的控制系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于处理废水的方法和系统。在一个实例中，该方法包括：激活将动力赋予在容器中的废水的混合系统，在第一时间测量废水的第一部分的至少一种性质，在继第一时间之后的第二时间测量废水的第二部分的该至少一种性质，计算在第一时间测量的至少一种性质和在第二时间测量的该至少一种性质之间的差值，进行该差值是否在预先确定的可允许的差值范围内的确定，以及响应于确定的结果，控制混合系统的部件。

Description

用于优化混合系统的混合和能量使用的控制系统
相关申请
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2016年12月9日提交的、标题为“CONTROLSYSTEM FOR OPTIMIZING MIXING AND ENERGY USAGE FOR HYDRAULIC MIXING SYSTEMS”的美国临时申请序号 62/432,145的优先权，该临时申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
技术领域总体上涉及废水处理系统，并且更具体地涉及利用混合系统的废水处理系统。
背景技术
用于废水的处理的多种方法涉及混合应用。例如，液体污泥可以在一段时间内被储存在储存罐中。罐的内容物在此时间段期间沉降，并且外皮 (crust)可以在储存的污泥材料的上表面上形成。沉降的材料通常在其可以从罐中被泵出之前，必须重新混合。在其他废水应用中，液体污泥被连续地混合以保持污泥固体处于悬浮。与保持呈浆料形式的污泥相关的成本可以是很高的。
发明内容
方面和实施方案涉及用于处理废水的方法和系统，所述方法和系统被配置成有效地混合废水或污泥，同时最小化能量消耗。
根据本公开内容的方面，提供了用于处理废水的方法。该方法包括：激活混合系统，该混合系统将动力赋予在容器中的废水；在第一时间测量废水的第一部分的至少一种性质；在继第一时间之后的第二时间测量废水的第二部分的该至少一种性质；计算在第一时间测量的至少一种性质和在第二时间测量的该至少一种性质之间的差值(difference)；进行该差值是否在预先确定的可允许的差值范围内的确定；以及响应于确定的结果，控制混合系统的部件。
根据某些实施方案，控制部件包括响应于在预先确定的可允许的差值范围内的差值，停止部件。
根据某些实施方案，控制部件包括以下中的一种：响应于在预先确定的可允许的差值范围之外的差值，调节或保持被供应至部件的功率。
根据某些实施方案，该方法还包括当废水的第一部分在容器内时，测量废水的第一部分的至少一种性质；从容器中移除废水的第二部分；以及当废水的第二部分在容器外时，测量废水的第二部分的该至少一种性质。
根据某些实施方案，从容器中移除废水的第二部分包括将废水的第二部分引入至在容器的出口和容器的入口之间流体连接的(fluidly connected) 循环回路(recirculation loop)中。
根据某些实施方案，该方法还包括在测量废水的第二部分的至少一种性质之后，将废水的第二部分重新引入至容器。
根据某些实施方案，测量废水的第一部分的至少一种性质包括测量选自由以下组成的组的性质：温度、pH、总悬浮固体(total suspended solid) (TSS)、溶解氧(dissolvedoxygen)(DO)和氧化还原电势(xidation reduction potential)(ORP)。
根据本公开内容的另一个方面，提供了废水处理系统。废水处理系统包括：混合系统，所述混合系统被配置成将动力赋予在容器中的废水；多于一个传感器，所述传感器被配置成测量废水的至少一种性质；以及控制器，所述控制器与多于一个传感器和混合系统的部件连通。控制器被配置成激活混合系统；继激活混合系统之后，使用多于一个传感器中的至少一个传感器在第一时间获得至少一种性质的第一测量值；在继第一时间之后的第二时间，使用多于一个传感器中的至少一个传感器获得该至少一种性质的第二测量值；计算第一测量值和第二测量值之间的差值；进行在该差值和预先确定的阈值之间的比较；以及响应于比较的结果，控制混合系统的部件。
根据某些实施方案，混合系统是液压混合系统(hydraulic mixing system)，并且部件是马达驱动泵(motor driven pump)，所述马达驱动泵被定位在容器的外部并且经由供应导管和返回导管是可流体连接至容器的内部体积的，供应导管是可流体连接至马达驱动泵的排放侧(discharge side) 的并且返回导管是可流体连接至马达驱动泵的抽吸侧(suction side)的。
根据某些实施方案，液压混合系统包括至少两个喷嘴，所述至少两个喷嘴流体联接至(fluidly coupled to)供应导管并且被定位在容器内，并且马达驱动泵被配置成通过返回导管从容器中抽取废水，并且通过供应导管和至少两个喷嘴将废水引入至容器。
根据某些实施方案，多于一个传感器中的至少一个传感器被定位在供应导管和返回导管中的一个处。
根据某些实施方案，多于一个传感器中的至少一个传感器被定位在容器的内部体积内。
根据某些实施方案，至少两个喷嘴被配置成生成废水的喷射羽流(jet plume)，所述喷射羽流清扫容器的底部并且在容器内产生废水的旋转环形流动模式(rotatingtoroidal flow pattern)。
根据某些实施方案，控制器被配置成响应于在预先确定的阈值内的差值，停止马达驱动泵。
根据某些实施方案，控制器被配置成以下中的一种：响应于超过预先确定的阈值的差值，调节或保持被供应至马达驱动泵的功率。
根据某些实施方案，废水包括活性污泥。
根据某些实施方案，容器被配置为消化器和污泥储存罐中的一种。
根据某些实施方案，至少一种性质选自由以下组成的组：温度、pH、总悬浮固体(TSS)、溶解氧(DO)和氧化还原电势(ORP)。
根据某些实施方案，该系统还包括样品回路(sample loop)，所述样品回路具有被定位在容器的外部并且是可流体连接至容器的内部体积的部分，所述样品回路被配置成从容器中抽取废水并且将废水重新引入至容器中。
根据某些实施方案，多于一个传感器中的至少一个传感器被定位在样品回路上。
根据某些实施方案，混合系统被配置为机械混合系统，并且部件是马达驱动混合结构。
根据某些实施方案，马达驱动混合结构是叶轮、螺旋桨或柱塞型线性运动装置(plunger type linear motion device)中的一种。
根据某些实施方案，混合系统被配置为气动混合系统，并且部件是流体控制装置，所述流体控制装置被流体联接至加压气体的源。
根据某些实施方案，气动混合系统包括至少一个扩散式喷嘴(diffuser nozzle)，所述扩散式喷嘴被定位在容器内并且是可流体连接至加压气体的源的。
根据某些实施方案，流体控制装置是阀和马达驱动泵中的一种。
在下文中详细地讨论又其他的方面、实施方案以及这些示例性方面和实施方案的优点。此外，应理解，前述的信息和以下详述仅是各个方面和实施方案的说明性实例，并且意图提供用于理解要求保护的方面和实施方案的性质和特性的综述或框架。本文公开的实施方案可以与其他实施方案组合，并且提到“实施方案”、“实例”、“某些实施方案”、“某些实例”、“可选择的实施方案”、“多个实施方案”、“一个实施方案”、“至少一个实施方案”、“本实施方案和其他实施方案”、“一些实施方案”或类似物不一定互相排斥，并且意图指示描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施方案中。在本文中，这样的术语的出现不一定全部指的是相同的实施方案。
附图说明
在下文中参考附图讨论至少一个实施方案的多个方面，附图不意图按比例绘制。附图被包括以提供对各个方面和实施方案的图示和进一步理解，并且附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，但不意图作为任何特定的实施方案的限制的限定。附图连同说明书的剩余部分用于解释所描述和要求保护的方面和实施方案的原理和操作。在附图中，在各个图中图示的每个相同的部件或近似相同的部件由类似的数字表示。为了清楚的目的，在每个附图中并不是每个部件可以被标记。在附图中：
图1是根据本发明的一个或更多个方面的包括液压混合系统的废水处理系统的一个实例的示意图；
图2是根据本发明的一个或更多个方面的包括机械混合系统的废水处理系统的第二实例的示意图；
图3是根据本发明的一个或更多个方面的包括气动混合系统的废水处理系统的第三实例的示意图；
图4是根据本发明的一个或更多个方面的废水处理系统的可选择的实例的示意图；
图5是容器中的流动模式的示意图；
图6是根据本发明的方面的混合系统的功率消耗的图；
图7是根据本发明的方面的消化器性能的图；
图8是根据本发明的方面的平均消化器气体流量的图；以及
图9是根据本发明的一个或更多个方面的在进行测试中使用的废水处理系统的示意图。
具体实施方式
水经常被用于将不需要的废料运输至处理设施，在处理设施中，废料从水中被移除或在水中被中和。废水处理通常包括三个一般阶段。第一阶段，或一级处理，涉及机械地分离废水中的稠密固体与较不稠密固体和液体。一级处理通常在沉降罐(sedimentationtank)中使用重力分离来进行。第二阶段，或二级处理，涉及将废水中的碳质和营养材料(carbonaceous and nutrient material)生物转化成更环境友好的形式。二级处理通常通过由废水中已经存在的或混合到废水中的细菌和其他类型的有益生物体促进碳质和营养材料的消耗来进行。第三阶段，或三级处理，涉及从废水中移除剩余的污染物材料。三级处理通常通过在任选地添加化学品下过滤、UV光和/或臭氧以中和有害生物体并且移除任何剩余的污染物材料来进行。
一级处理工艺、二级处理工艺和三级处理工艺中的一种或更多种可以涉及在该工艺中的某个点处混合。例如，混合可以在长期污泥储存罐 (long-term sludge storagetank)中、在厌氧消化器和需氧消化器、渗滤液 (leachate)、反洗、共混和流量均衡罐(flowequalization tank)中以及在处理容器的缺氧区中进行。其他废物应用，例如农业、食品加工、纸浆和纸、和采矿废物(mining waste)以及灌溉施肥系统(fertigation system)也可以涉及混合操作。
常规的混合系统被配置成在连续的基础上或时钟定时器的基础上操作。由于涉及到的大量能量，此类型的操作成本高，并且还可能造成其他问题，例如可能造成起泡的过度混合(over-mixing)，或降低工艺性能的混合不足(under-mixing)。公开的系统和工艺的方面和实施方案被配置成降低能量消耗，同时保持最优的工艺性能，例如最优的挥发性固体破坏。
根据一个或更多个实施方案，本文描述的方法和系统涉及处理废水。与本发明的某些方面有关的一个或更多个实施方案可以涉及处理废水的方法和技术，该处理废水的方法和技术包括激活混合系统，该混合系统将动力赋予在容器中的废水。动力造成容器中的废水的流体流动。混合系统可以被配置为液压混合系统、机械混合系统或气动混合系统中的一种，用于调用(invoke)动力，如下文表征和讨论的。
废水可以包含废物，在某些情况下，所述废物可以包括固体以及可溶性和不溶性的有机材料和无机材料。如本文使用的，术语“水”、“废水”和“废水流”可以指的是待被处理的水，例如来自住宅来源、商业来源或市政来源、工业来源和农业来源的水流或水体(bodyof water)，以及其混合物，所述水流或水体通常包含至少一种不合意的物质或污染物，所述不合意的物质或污染物包含可以通过生物过程被分解成或转化成环境友好的化合物或至少较不令人反感的化合物(less objectionable compound)的可生物降解的无机材料或有机材料。待被处理的水还可以包含生物固体、惰性材料、有机化合物(包括难分解化合物(recalcitrant compound)或相对于其他有机化合物难以生物降解的一类化合物)以及来自辅助处理操作的成分，例如但不限于亚硝胺和内分泌干扰物(endocrine disruptor)。
根据至少一个实施方案，废水包含具有不同密度或不同比重的组分。例如，废水可以包括固体或半固体和液体，例如生物质和水。在某些实施方案中，废水可以包含液体中的固体颗粒物或悬浮固体。在一个实施方案中，废水是包含固体组分和液体组分的浆料。根据一些实施方案，废水可以包括来自一级废水处理工艺、二级废水处理工艺或三级废水处理工艺中的任一种的废水。例如，废水可以包括活性污泥。根据至少一个实施方案，废水包括不同的相，例如有机相和水相。
在一些实施方案中，废水可以包括活性污泥，并且用于处理工艺的容器可以被配置为消化器或污泥储存罐中的一种。例如，容器可以被配置为厌氧消化器或需氧消化器。根据一些实施方案，在处理工艺中通过混合系统提供的混合可以混合废水，用于将污泥固体设置(place)或保持处于悬浮的目的。
本发明的方法和技术还可以包括在第一时间测量废水的第一部分的至少一种性质，以及在继第一时间之后的第二时间测量废水的第二部分的该至少一种性质。至少一种性质可以是可以用于监测和/或控制废水处理工艺的废水的任何化学性质、物理性质或生物性质。这样的性质的非限制性实例包括电导率、温度、pH以及总悬浮固体(TSS)的浓度或水平、挥发性悬浮固体(VSS)的浓度或水平、溶解氧(DO)的浓度或水平、氧化还原电势(ORP)的浓度或水平、硝酸根(NO3 -)的浓度或水平、亚硝酸根(NO2 -)的浓度或水平、氨(NH3)的浓度或水平、铵(NH4 +)的浓度或水平、总氮(TN)的浓度或水平、正磷酸根(PO4 3-)的浓度或水平和/或总磷(TP)的浓度或水平。
本发明的方法和技术还可以包括计算在第一时间测量的至少一种性质和在第二时间测量的该至少一种性质之间的差值，进行该差值是否在预先确定的可允许的差值范围内或预先确定的阈值内的确定，以及响应于该确定的结果，控制混合系统的部件。例如，根据某些实施方案，控制部件可以包括响应于在预先确定的可允许的差值范围内的差值，停止部件。根据其他实施方案，控制部件包括以下中的一种：响应于在预先确定的可允许的差值范围之外的差值，调节或保持被供应至部件的功率。根据一些实施方案，预先确定的可允许的差值范围反映了在容器内被混合至足以满足工艺需求的程度的废水。在某些实施方案中，预先确定的可允许的差值范围反映了在容器内被均匀混合或被混合至可接受的程度的废水。
相比于使用连续的控制方案或定时的控制方案来控制混合的系统，使用本文公开的用于混合的控制方案的各种系统和技术可以显著地降低能量消耗。例如，仅当连续测量结果指示废水未曾被充分地混合或未被充分地混合时，功率可以被供应至混合系统的部件，例如马达。在值方面接近的连续测量结果指示容器中的废水已经达到稳态值(steadystate value)或未以其他方式改变，并且因此，混合系统的部件，例如马达，可以被停机。因此，仅当期望满足工艺需求时，提供混合。此外，可以避免与过度混合和混合不足相关的问题，例如起泡或减小的细菌降解速率。根据多个方面，当相比于常规控制方案，例如被配置成在连续基础上运行混合系统的控制方案时，本文公开的控制方案可以降低功率消耗至少50％，并且在某些情况下降低功率消耗至少75％。
在本发明的另外的实施方案中，方法和技术可以包括当废水的第一部分在容器内时，测量废水的第一部分的至少一种性质。该方法和技术还可以包括从容器中移除废水的第二部分，以及当废水的第二部分在容器外时测量废水的第二部分的该至少一种性质。根据至少一个实施方案，从容器中移除废水的第二部分包括将废水的第二部分引入至在容器的出口和容器的入口之间流体连接的循环回路中。根据某些实施方案，该方法和技术还包括在测量该至少一种性质之后，将废水的第二部分重新引入至容器。
与本发明的某些方面有关的一个或更多个实施方案可以涉及废水处理系统，所述废水处理系统包括：混合系统，所述混合系统被配置成将动力赋予在容器中的废水；多于一个传感器，所述传感器被配置成测量废水的至少一种性质；以及控制器，所述控制器与多于一个传感器和混合系统的至少一个部件连通。通过多于一个传感器中的传感器测量的废水的至少一种性质可以是先前讨论的性质中的任何一种，例如温度、pH、TSS、DO 和/或ORP。根据一些实施方案，控制器可以被配置成激活混合系统，并且在第一时间使用多于一个传感器中的至少一个传感器获得至少一种性质的第一测量值。在某些实施方案中，继激活混合系统之后，获得第一测量值。控制器还可以被配置成在继第一时间之后的第二时间，使用多于一个传感器中的至少一个传感器获得该至少一种性质的第二测量值；计算第一测量值和第二测量值之间的差值；进行在该差值和预先确定的阈值之间的比较；以及响应于比较的结果，控制混合系统的部件。
根据一些实施方案，第一测量值从被定位在容器的内部体积内的至少一个传感器获得，并且第二测量值从被定位在容器的外部的至少一个传感器获得。例如，第一测量值可以通过被定位在容器的内部体积内的多个位置处的一个或更多个传感器来产生，并且第二测量值可以通过被定位在容器外部的一个或更多个传感器获得，例如在循环回路或样品回路处或在循环回路或样品回路内。
在本发明的另外的实施方案中，混合系统被配置为液压混合系统，并且通过控制器控制的液压混合系统的部件是马达驱动泵，所述马达驱动泵被定位在容器的外部并且经由供应导管和返回导管被流体连接至或是可流体连接至容器的内部体积。根据某些实施方案，供应导管被流体连接至或是可流体连接至马达驱动泵的排放侧，并且返回导管被流体连接至或是可流体连接至马达驱动泵的抽吸侧。在一个实施方案中，液压混合系统包括至少两个喷嘴，所述喷嘴被流体联接至供应导管并且被定位在容器内。马达驱动泵可以被配置成通过返回导管从容器中抽取废水，并且通过供应导管和至少两个喷嘴将废水引入至容器。根据另外的实施方案，至少一个传感器可以被定位在供应导管和返回导管中的一个处或在供应导管或返回导管中的一个内。
根据本发明的某些实施方案，该系统可以包括样品回路，所述样品回路具有被定位在容器的外部并且流体连接至或是可流体连接至容器的内部体积的部分。样品回路可以被配置成从容器中抽取废水并且将废水重新引入至容器中。在一个实施方案中，至少一个传感器被定位在样品回路上或样品回路内。
在本发明的其他实施方案中，混合系统被配置为机械混合系统，并且通过控制器控制的机械混合系统的部件是马达驱动混合结构。在一个实施方案中，马达驱动混合结构是叶轮、螺旋桨、桨轮(paddle wheel)或柱塞型线性运动装置中的一种。
在本发明的另外的其他实施方案中，混合系统被配置为气动混合系统，并且通过控制器控制的气动混合系统的部件是流体联接至加压气体的源的流体控制装置。在某些实施方案中，流体控制装置是阀和马达驱动泵中的一种。根据一个实施方案，气动混合系统包括至少一个扩散式喷嘴。气动混合系统的至少一个扩散式喷嘴可以被定位在容器内并且流体连接至或是可流体连接至加压气体的源。
根据一个实施方案的废水处理系统的示意图在图1中以100大体上示出。系统100包括罐或容器110、混合系统120、至少一个传感器140和控制器150。
容器110用作用于废水102的容纳单元(containment unit)。如本文使用的，术语“容器”和“罐”可互换地使用，并且广泛地指的是适合于限制一种或更多种工艺组分的任何结构，所述工艺组分包括气体组分、液体组分和固体组分及其混合物。容器110可以是对环境开放的，或可以是封闭的，并且可以根据期望的应用和待被储存和/或处理的废水的体积来定尺寸和成形。根据某些实施方案，容器110在形状上是圆柱形，但在可选择的实施方案中，容器可以具有侧壁，所述侧壁具有多个不连续侧部分，例如八边形或六边形。容器110可以由适合于本文描述的方法和系统的目的的任何材料构成。合适的材料的非限制性实例包括钢(包括不锈钢)、玻璃纤维增强塑料、聚氯乙烯(PVC)、混凝土，并且在某些情况下，陶瓷涂覆钢 (porcelain coated steel)。容器110的底面(floor)可以是平的和水平的，或具有轻微锥形配置，且圆锥的尖端指向上或指向下。
容器110中存在的废水102可以是如先前描述的任何废水。例如，废水102可以是活性污泥。
混合系统120被配置成将动力赋予在容器110中的废水102上。根据某些实施方案，混合系统120被配置为液压混合系统。如本文使用的，术语“液压混合”指的是经由液压能(hydraulic energy)将动力赋予在容器中的废水，并且一些情况指的是使用流体将动力赋予在容器中的废水。如下文更详细地描述的，由液压混合系统120使用的流体可以是来自容器110的废水102。
系统100的液压混合系统120包括被定位在容器110内的至少两个喷嘴122或其他流体流动生成装置。该至少两个喷嘴122可以被浸没在容器 110中存在的废水102内，并且在某些实施方案中，可以被固定至容器110 的底面。在其中喷嘴122被固定至容器110的底面的情况下，至喷嘴的管道可以位于容器的底面的下面。使用的喷嘴122的数目可以取决于许多因素，包括罐的尺寸和特定的应用。例如，喷嘴的数目可以取决于容器的底面的表面积。
根据多个方面，喷嘴122可以被配置成提供废水的约35-40英尺每秒 (fps，10.7m/s-12.2m/s)的排放速度(discharge velocity)的排放速度(基于作为排放流体的水)。在某些实施方案中，喷嘴122被配置成提供至少25fps(7.6 m/s)的排放速度。超过40fps(12.2m/s)的排放速度也在本公开内容的范围内。
根据一些实施方案，至少两个喷嘴122被配置成生成废水102的喷射羽流，所述喷射羽流清扫容器110的底部并且在容器100内产生废水的旋转环形流动模式。该模式还可以包括容器内的废水的螺旋流动模式，所述螺旋流动模式遵循圆环面(toroid)的表面，沿着容器壁上升，并且下降到容器110的中部中，以有效地从容器110的中央清扫固体。
这样的流动模式的实例在图5中示出，并且在美国专利第5,458,414 号(在本文中被称为’414专利)中描述，该专利通过引用并入本文。如在’ 414专利中描述的，流动被定向为沿着容器的外壁、跨过容器中存在的废水的表面并且沿着容器中央C向下。然后流动清扫跨过容器底面14，这包括其中竖直中央线C与容器底面14相交的点。如图5中指示的，流动模式也是大体上螺旋形的，扫出具有可忽略的中央半径和对应于容器壁的外径的外径的环形体积。图5中示出的流动线包括行进跨过容器底面14的流动组分(flow component)14a，以及沿着容器壁清扫并且在容器的中央C 处向下返回的流动组分12a。通过在容器中产生旋涡状特性，此流动模式在容器的中央处产生强烈的混合。根据某些实施方案，可以使用多于两个喷嘴，并且喷嘴的数目可以根据容器的尺寸、废水102的物理性质和期望的混合流动模式而变化。
根据一些实施方案，每个喷嘴122被定位在距容器110的中央约25％至约75％的径向距离处。在另外的实施方案中，每个喷嘴被定位在距容器 110的中央约30％至约70％的径向距离处。在某些实施方案中，至少两个喷嘴122可以沿着共同的“环”(common“ring”)被定位在距容器的中央的径向距离处。可以在容器内使用喷嘴的多个“环”。每个喷嘴122可以被配置成将废水从罐中央排放掉。根据一些方面，每个喷嘴122可以通过在0度和60度之间的范围内的锐角来操作，所述锐角如从垂直于距容器的中央的半径并且延伸通过喷嘴122的线测量的。喷嘴122可以从容器的中央轻微地向外成角度。在某些实施方案中，喷嘴122被配置成以低于水平面3度和约7度之间的角度排放废水。在某些实施方案中，喷嘴122被配置成以低于水平面5度的角度排放废水。喷嘴122的直径或排放孔的尺寸可以根据特定的实施方式而变化。在一个实施方案中，喷嘴122的孔具有6英寸的直径，尽管应理解，喷嘴的几何形状可以取决于许多不同因素中的任一种，包括流量、罐几何形状和特定的应用。在另一个实施方案中，喷嘴122包括流量控制叶片(flow control vane)以减少湍流。容器110中的喷嘴122可以各自以类似的方式定向，并且可以在顺时针方向上定向。
废水处理系统100还包括至少一个传感器140，所述至少一个传感器 140被配置成测量废水102的至少一种性质。在某些实施方案中，可以使用多于一个传感器，并且在其他实施方案中，可以使用单个传感器。传感器140可以测量废水102的一种或更多种性质，包括先前讨论的性质中的一种或更多种，例如废水102的温度、pH、TSS、DO和/或ORP。为了进行测量的目的，传感器140可以与废水102流体连通。根据图1中示出的实施方案，至少一个传感器140被定位在容器110的外部，并且至少一个传感器被定位在容器110内。在可选择的实施方案中，一个或更多个传感器140可以被仅定位在容器110的外部，或被仅定位在容器110的内部。传感器140可以被配置成通过控制器150来控制，并且可以能够从控制器 150接收指示传感器140进行测量的输入信号。传感器140还可以被配置成将包含测量性质值的指示的输出信号发送或以其他方式传输回至控制器150。如本文描述的，控制器150可以使用测量值来控制混合系统120 的一个或更多个部件。在某些实施方案中，至少一个传感器140可以被配置成在连续的基础上测量废水102的一种或更多种性质。例如，控制器150 可以指示至少一个传感器140连续地测量并且将测量值发送回至控制器 150。在某些实施方案中，定位在容器110的内部体积内的传感器140可以被配置成在连续的基础上测量。在其他实施方案中，定位在容器110的内部和外部两者的传感器140可以被配置成在连续的基础上测量。
根据其他实施方案，一个或更多个传感器可以被配置成测量废水处理系统100的操作条件或参数，例如容器110中的流量、压力或液面(fluid level)。这些测量结果还可以被控制器150用来控制废水处理系统的一个或更多个部件。例如，控制器150可以基于容器中存在的废水的水平(即，液面)来激活泵和/或阀，以将废水102引导到容器110中或引导出容器110。
在一些实施方案中，多个容器可以通过单个控制器150来控制。容器可以被配置成进行相同的废水操作(例如消化)，或可以被配置成连续地(in series)进行操作，使得在较大的工艺期间，一个容器的内容物被转移至另一个容器。
图1中的系统100的液压混合系统120还包括被定位在容器110的外部的马达驱动泵124。基于通过传感器140进行的测量，在本文中还可以被称为混合泵的马达驱动泵124可以通过控制器150来控制。马达驱动泵 124可以通过电功率或燃料功率来驱动，并且可以基于容器110的尺寸、期望的流量和正被泵送的废水102的类型来定尺寸。根据一个实施方案，马达驱动泵124可以是离心型泵、容积型泵或渐进腔式泵(progressive cavity type ofpump)中的任一种。根据一些实施方案，马达驱动泵124可以是斩波器泵(chopper pump)。在一个实施方案中，马达驱动泵124是使用离心式斩波器叶轮的斩波器泵。
液压混合系统120还包括供应导管130，所述供应导管130被流体连接至或是可流体连接至至少两个喷嘴122和马达驱动泵124的排放侧127。液压混合系统120的返回导管132被流体连接至或是可流体连接至返回入口128和马达驱动泵124的抽吸侧125。马达驱动泵124经由供应导管130 和返回导管132被流体连接至或是可流体连接至容器的内部体积。根据一些实施方案，返回入口128被定位在容器110的中央中。在某些实施方案中，返回入口128可以被定位在容器110的底面内，但在其他实施方案中，返回入口128可以被定位在容器110的底面上方。根据可选择的实施方案，在容器内可以使用多个返回入口。
至少两个喷嘴122被流体联接至供应导管130，并且马达驱动泵124 被配置成通过返回入口128和返回导管132以及泵124的抽吸侧125从容器110中抽取废水102，并且通过泵124的排放侧127、供应导管130和至少两个喷嘴122将废水引入至容器110。此流动模式产生闭合回路，该闭合回路形成循环回路121，在循环回路121中，马达驱动泵124通过容器的出口(即返回入口128)将废水102的第一部分从容器中移除进入循环回路121，并且通过容器的入口(即，至少两个喷嘴122)将废水102的该第一部分重新引入至容器。循环回路121从而被流体连接在容器的出口和入口之间，并且废水102的一部分可以被引入至循环回路102，用于在容器110 中产生液压混合效果的目的。
可以在公开的发明的实施方案中使用的合适的液压混合系统的一个实例是可购自Evoqua Water Technologies LLC(Warrendale,PA)的JetmixTM涡旋混合系统。
根据某些实施方案，至少一个传感器140被定位在容器110的内部体积内，并且至少一个传感器140被定位在容器110的外部。在某些实施方案中，多个传感器140可以被定位在容器110的内部体积内。传感器140 可以被定位在容器110内的多个位置处，用于在该多个位置处测量容器110 中存在的废水102的一种或更多种性质的目的。因此，当废水102在容器110内时，废水102的至少一种性质可以通过传感器140来测量。在一些实施方案中，至少一个传感器140被定位在容器的外部，例如在供应导管 130和返回导管132中的一个处或在供应导管130和返回导管132中的一个中，尽管在可选择的实施方案中，传感器可以被定位在供应导管和返回导管中的每个处或供应导管和返回导管中的每个中。因此，当废水102在容器110外时，来自容器110的废水102的至少一种性质可以通过传感器 140来测量。将至少一个传感器140设置或以其他方式定位在容器110的外部可以提供一种或更多种优点，例如通过允许更易于接近传感器140，用于安装目的、更换目的、维护目的和/或校准目的。
废水处理系统100还包括控制器150，所述控制器150与多于一个传感器140和混合系统120的至少一个部件连通或以其他方式可操作地联接。控制器150可以是单个控制单元，或可以包括若干控制单元。传感器140 被配置成向控制器150传输废水的至少一种性质的至少一个测量值。基于从至少一个传感器140接收到的信号，控制器150可以生成控制信号并且将控制信号发送至混合系统120的至少一个部件，并且在某些情况下，可以生成控制信号并且将控制信号发送至废水处理系统100的任何部件，例如阀和泵。根据多个方面，控制器150可以用于利于(facilitate)或调节废水处理系统的操作参数。
根据至少一个实施方案，控制器150被配置成激活混合系统120。根据一个实施方案，激活混合系统120具有在容器110内混合废水的效果。例如，在一个实施方案中，控制器150被配置成控制马达驱动泵124的功率，使得泵启动并且开始经由返回入口128从容器110中泵送废水102，并且经由至少两个喷嘴122将废水102重新引入至容器110。基于输入信号，例如来自使用者或其他控制信号或装置的输入信号，控制器150可以初始地激活混合系统120。例如，如果容器110被配置为污泥储存罐，那么在将内容物从罐中移除之前，可能需要混合内容物。
在激活后，混合系统120混合容器110中存在的废水102。控制器150 然后可以使用至少一个传感器140在第一时间获得废水的至少一种性质的第一测量值。在一些实施方案中，第一测量值从被定位在容器110的内部体积内的至少一个传感器140获得。取决于传感器140的位置，控制器150 可以在第二较晚的时间对从容器110中移除的、在供应导管130或返回导管132中存在的废水重复该测量。例如，控制器150可以使用至少一个传感器140以在第二时间获得从容器110中移除的废水的至少一种性质的第二测量值。在某些实施方案中，第一测量值从容器中存在的废水102的第一部分获得，并且废水102的第二部分从容器110中被移除并且废水的第二部分的一种或更多种性质在第二时间测量。然后，在获得第二测量值之后，第二部分被重新引入至容器110。
控制器150然后可以计算第一测量值和第二测量值之间的差值，并且然后进行该差值和预先确定的阈值或预先确定的可允许的差值范围之间的比较，并且响应于比较的结果，控制混合系统120的部件。控制器150 因此可以通过生成控制混合系统120的部件的控制信号来响应于比较结果。例如，当比较结果指示第一测量值和第二测量值之间的差值在预先确定的阈值或预先确定的可允许的差值范围内时，这可以指示容器110中的废水 102被混合至足以满足一种或更多种工艺需求的程度和/或可以反映均匀混合的废水102。控制器150然后可以例如通过关闭马达驱动泵124来停止混合系统120。在其他情况下，当比较结果指示差值在预先确定的阈值或预先确定的可允许的差值范围之外或者超过预先确定的阈值或预先确定的可允许的差值范围时，这可以指示容器110中的废水102未被混合至足以满足一种或更多种工艺需求的程度和/或可以反映未均匀混合的废水。在此情况下，控制器150然后可以调节或保持供应至混合系统120例如马达驱动泵124的功率。例如，功率可以被保持至马达驱动泵124并且废水102 的混合因此可以在容器110内被保持。在另一个实例中，马达驱动泵124 可以包括允许马达驱动泵124的功率被调节的可变速度驱动器(variable speed drive)(VSD)或可变频率驱动器(variable frequency drive)(VFD)。例如，可以增加泵的功率以增加通过泵的流量，并且从而造成更强或更大的动力来作用于容器中的废水的混合流动模式。在其他实施方案中，可以减小泵的功率以减小通过泵的流量，这降低作用在废水上的动力。
在测量废水的至少一种性质的第一值时和测量第二值时之间经过的时间量可以取决于一种或更多种因素，例如应用的类型、容器的尺寸以及正被测量的性质。在某些实施方案中，此值可以由使用者例如废水技术人员来设定，并且可以是几秒钟、几分钟或甚至几小时。
在一些实施方案中，在测量废水的至少一种性质的第一测量值时和测量第二值时之间经过的时间量可以至少部分地取决于容器110的周转速率 (turnover rate)。容器周转速率可以使用泵流量和诱导流量(induced flow)的和除以罐的有效液体体积来计算。羽流由来自喷射喷嘴(jet nozzle)的高速度流来生成，所述高速度流产生影响水平平面和竖直平面两者中的混合的羽流。计算的近似羽流由预期的羽流几何形状乘以罐中的平均羽流速度生成。较长的羽流长度可以导致较高的周转速率，并且从而导致更均匀的能量分布。混合模式对羽流形成以及周转速率具有影响。
在某些实施方案中，周转速率可以根据下式来计算：
周转速率(min)＝罐体积(加仑(Gal))/(喷嘴流量+喷嘴羽流)X#喷嘴
根据某些实施方案，马达驱动泵124可以通过控制器150来激活，以以预先确定的时间间隔运行持续预先确定的时间段。根据一个实施方案，预先确定的时间间隔可以是每60分钟一次(即，每小时一次)，但是在其他实施方案中，预先确定的时间间隔可以小于60分钟，例如30分钟或45 分钟，或预先确定的时间间隔可以长于60分钟，例如90分钟或180分钟。在一个实施方案中，预先确定的时间段可以是5分钟，但在可选择的实施方案中，该时间段可以短于5分钟，例如2分钟或3分钟，或可以长于5 分钟，例如8分钟、10分钟、15分钟等。根据某些实施方案，废水102 的测量性质的第一值通过被定位在容器110内的一个或更多个传感器140 来测量，并且废水102的测量性质的第二值通过被定位在容器110的外部的一个或更多个传感器来测量。根据一个实施方案，第一测量值和第二测量值可以在以相同的时间间隔运行马达驱动泵124的时间期间获得。根据另一个实施方案，第二测量值在运行马达驱动泵124期间获得，但第一测量值来自从先前时间间隔(运行马达驱动泵124的时间间隔)在容器内进行的测量。如果第一测量值和第二测量值之间的差值在预先确定的阈值内，那么可以控制马达驱动泵124以在预先确定的时间段已经期满之后(例如，在5分钟之后)停止。如果第一测量值和第二测量值之间的差值超过预先确定的阈值，那么控制马达驱动泵124以在预先确定的时间段已经期满之后继续运行。根据某些实施方案，测量结果通过被定位在容器110内的多于一个传感器140在第一时间获得，并且与在第二时间的测量值比较，并且运行马达驱动泵124，直到容器内进行的每个测量之间的所有比较都在预先确定的阈值内。
为预先确定的阈值或预先确定的可允许的差值范围设定的值还可以取决于一种或更多种因素，包括正被测量的运行值的类型、应用、和系统的尺寸。例如，根据一个实施方案，当温度作为废水的测量性质被包括时，用于比较结果的预先确定的阈值可以是±1°F或±1℃，这意味着如果第一测量值和第二测量值之间的差值在±1°F(或±1℃)内，那么容器110中的废水102被充分地混合。
根据某些实施方案，预先确定的阈值或预先确定的可允许的差值范围可以基于标准偏差或统计技术，例如标准统计过程控制(SPC)技术。例如，在某些实施方案中，统计方法可以被用于生成预先确定的差值阈值或可允许的差值范围。
在控制混合系统120中，由控制器150使用的控制方案允许控制器150 在马达驱动泵124运行时使用测量的性质值，并连续地优化泵的运行时间。如果测量的性质值在某个范围内没有随着时间变化，这指示罐的内容物被均匀地混合，那么控制方案允许泵停止。然而，如果测量的性质值之间的差值在预先确定的范围之外变化，或超过预先确定的阈值，那么这指示罐的内容物可能需要进一步混合，并且可以继续提供泵的功率。
控制系统105可以使用一种或更多种计算机系统来实施，所述计算机系统可以是例如通用计算机，例如基于以下的通用计算机：
Figure BDA0002087122900000181
CORETM- 型处理器、Motorola
Figure BDA0002087122900000182
处理器、Hewlett-Packard
Figure BDA0002087122900000183
处理器、 Sun
Figure BDA0002087122900000184
处理器或任何其他类型的处理器或其组合。可选择地，计算机系统可以包括专门编程的、特殊用途的硬件，例如，意图用于水处理系统的专用集成电路(ASIC)或控制器。
计算机系统可以包括通常连接至一个或更多个存储装置的一个或更多个处理器，该一个或更多个存储装置可以包括例如磁盘驱动存储器、闪速存储装置、RAM存储装置或用于存储数据的其他装置中的任一种或更多种。存储器可以被用于储存在系统的操作期间的程序和数据。例如，存储器可以被用于存储与一段时间内的参数有关的历史数据以及操作数据。包括实施本发明的实施方案的编程代码的软件可以被存储在计算机可读的和/或可写的非易失性记录介质上，并且然后被拷贝到存储器中，其中该软件然后可以通过一个或更多个处理器来执行。这样的编程代码可以以多种编程语言中的任何一种来编写，例如Java、Visual Basic、C、C#或C++、 Fortran、Pascal、Eiffel、Basic或其多种组合中的任何组合。
计算机系统的部件可以通过一种或更多种互联机构来联接，该互联机构可以包括一个或更多个总线(例如，在被集成在相同装置内的部件之间) 和/或网络(例如，在停留在独立的离散装置上的部件之间)。互联机构可以实现在系统的部件之间交换通信例如数据和/或指令。
计算机系统还可以包括一个或更多个输入装置，例如，键盘、鼠标、跟踪球、麦克风、触摸屏和其他人机界面装置以及一个或更多个输出装置例如打印装置、显示屏或扬声器。此外，计算机系统可以包括一个或更多个界面，所述界面可以将计算机系统连接至除了可以通过系统的部件中的一个或更多个形成的网络之外的或作为其替代选择的通信网络。
根据本发明的一个或更多个实施方案，一个或更多个输入装置可以包括先前描述的传感器140，用于测量本文公开的任何系统和/或其部件的任何一种或更多种参数。可选择地，传感器和/或系统的其他部件例如阀和泵，都可以被连接至可操作地联接至计算机系统的通信网络。上文中的任何一个或更多个可以被联接至另一个计算机系统或部件，以在一个或更多个通信网络内与计算机系统通信。这样的配置允许任何传感器或信号生成装置位于距计算机系统的显著的距离处，和/或允许任何传感器位于距任何子系统和/或控制器的显著的距离处，同时仍然在它们之间提供数据。这样的通信机构可以通过利用任何合适的技术来起作用，包括但不限于利用无线协议的技术。
控制器150可以包括一个或更多个计算机存储介质例如可读的和/或可写的非易失性的记录介质，其中可以存储定义程序的信号，该程序通过一个或更多个处理器执行。介质可以是例如磁盘存储器或闪速存储器。在典型的操作中，一个或更多个处理器可以使数据例如实施本发明的一个或更多个实施方案的代码从存储介质读取到存储器中，该存储器允许通过一个或更多个处理器比介质更快地访问信息。
尽管通过实例的方式，计算机系统被描述为可以在其上实践本发明的各个方面的一种类型的计算机系统，但应当认识到，本发明不限于在软件中或在如示例性示出的计算机系统上实施。实际上，不同于在例如通用计算机系统上实施的，控制器或部件或其子区段(subsection)可以作为专用系统或作为专用可编程的逻辑控制器(PLC)或在分布式控制系统中可选择地实施。另外，应当认识到，本发明的一个或更多个特征或方面可以在软件、硬件或固件或其任何组合中来实施。例如，通过控制器150可执行的算法的一个或更多个节段可以在单独的计算机中进行，该单独的计算机可以通过一个或更多个网络彼此通信。
根据另一个实施方案的废水处理系统的示意图在图2中以200大体上示出。系统200包括容器110、混合系统220、至少一个传感器140和控制器150。容器110、至少一个传感器140和控制器150其特征可以为先前关于图1的系统100描述的。然而，系统200的混合系统220被配置为机械混合系统，这改变系统的功能和控制两者的一些方面。如本文使用的，术语“机械混合”指的是在机械能的影响下的运动。机械混合装置的非限制性实例包括螺旋桨、涡轮和桨叶混合器。
机械混合系统220包括至少一个马达驱动混合结构234，并且在本文中还可以被称为机械混合结构。在某些实施方案中，马达驱动混合结构234 是叶轮、螺旋桨或柱塞型线性运动装置中的一种。例如，柱塞型线性运动装置可以包括混合板(mixing plate)、叶片或盘(disk)作为附接至柱塞轴 (plunger shaft)的混合机构，并且轴的线性运动驱动混合机构，这将动力赋予在流体中。柱塞型线性运动装置的一个合适的实例是
Figure BDA0002087122900000201
线性运动混合器(加拿大)。叶轮的非限制性实例包括径流式叶轮和轴流式叶轮。马达驱动混合结构234被浸没在容器110中存在的废水102中，并且用于混合废水102。多个马达驱动混合结构234可以被定位在容器110内，并且它们的定位可以取决于若干因素，包括特定的应用和容器的尺寸。例如，在较小的容器中，叶轮型马达驱动混合结构可以偏心和/或以一定角度来固定。马达驱动混合结构234可以通过电力来提供动力，马达驱动混合结构 234可以通过控制器150来控制，如下文解释的。
废水处理系统200还包括至少一个传感器140，所述至少一个传感器 140被配置成测量废水102的至少一种性质，如先前描述的。至少一个传感器140可以被定位在容器110内在一个或更多个位置处，例如沿着容器的侧壁。
混合系统220的部件，例如马达驱动混合结构234，可以通过控制器 150基于由至少一个传感器140进行的测量以与上文关于混合系统120描述的类似方式来控制。例如，控制器150可以初始地激活混合系统220(例如，通过控制马达驱动混合结构234的功率)，并且然后使用至少一个传感器140在第一时间获得容器110中存在的废水110的至少一种性质的第一测量值。控制器150然后可以在第二时间获得废水的该至少一种性质的第二测量值，计算第一测量值和第二测量值之间的差值，进行差值和预先确定的阈值或预先确定的可允许的差值范围之间的比较，以及响应于比较的结果，控制混合系统220的部件，在这种情况下，混合系统220的部件是马达驱动混合结构234。以如上文关于马达驱动泵124描述的类似的方式，马达驱动混合结构234的功率可以基于比较结果、通过控制器150来终止、保持或调节(在其中马达驱动混合结构装配有VSD或VFD的情况下)。
在某些实施方案中，控制器150可以使用来自在容器110的一个位置处的传感器140的连续测量结果，并在传感器140附近进行一个或更多个机械混合结构234的局部控制。例如，如果来自一个传感器的连续测量结果指示容器110的部分中的“死”区(“dead”zone)，那么可以增加或保持该死区附近的一个或更多个马达驱动混合结构234的功率，以造成在容器110的此区域中的废水的进一步混合。同时，如果来自位于容器110的其他部分的传感器的测量结果指示存在充分的混合，那么控制器150可以终止或降低被定位在那些区域附近的机械混合结构234的功率，这可以导致由于混合系统220的总体降低的能量消耗。
根据又一实施方案的废水处理系统的示意图在图3中以300大体上示出。系统300包括容器110、混合系统320、至少一个传感器140和控制器 150。容器110、至少一个传感器140和控制器150可以如先前描述的来表征。然而，系统300的混合系统320被配置为气动混合系统。如本文使用的，术语“气动混合”指的是在气体流动的影响下的运动。例如，根据一个实施方案，使用压缩的空气、氮气或生物气作为驱动力来致动气动混合系统。空气扩散器是气动混合装置的一个实例。
气动混合系统320包括流体控制装置335、加压气体的源336和至少一个扩散式喷嘴338。流体控制装置335被流体联接至加压气体的源336，并且用于控制被引入至至少一个扩散式喷嘴338的加压气体的量。根据一些实施方案，流体控制装置335是阀和马达驱动泵中的一种。加压气体的源336可以是空气、氮气、生物气或适合于特定混合应用的任何其他类型的气体。至少一个扩散式喷嘴338被流体连接至或是可流体连接至加压气体的源336，并且被定位在容器110内的一个或更多个位置处。在混合操作期间，扩散式喷嘴338被浸没在容器110中存在的废水102中，并且将加压气体引入至废水中以产生混合效果。根据一些实施方案，扩散式喷嘴 338可以被定位在容器110的底部或底面附近。
至少一个传感器140也被包括在废水处理系统300中并且根据某些实施方案，在容器110内被定位在一个或更多个位置处，例如在容器的侧壁或中央区域处。至少一个传感器140与容器110内存在的废水102流体连通，并且被配置成测量废水102的至少一种性质，如先前描述的。
混合系统320的一个或更多个部件可以通过控制器150基于由至少一个传感器140进行的测量以与上文描述的类似的方式来控制。例如，响应于由至少一个传感器140获得的连续测量结果之间的比较的结果，控制器 150可以控制流体控制装置335。如果流体控制装置335是阀，那么控制器150可以致动或以其他方式控制阀的打开和关闭。例如，如果第一测量性质值和第二测量性质值之间的差值超过预先确定的阈值，那么控制器 150可以保持阀的设定或可以增加阀的打开，使得阀提供更多的气体至扩散式喷嘴，这在容器110内产生更强的混合效果。同样地，如果第一测量性质值和第二测量性质值之间的差值满足预先确定的阈值或在预先确定的阈值内，那么控制器150可以关闭阀，这终止至容器110的气体流动。在另一个实例中，如果流体控制装置335包括马达，那么马达的功率可以通过控制器150以与上文描述的类似的方式来控制。
图4示出可选择的实施方案的示意图，其中样品回路148被用于测量容器110中的废水102。样品回路148可以与废水处理系统100、废水处理系统200或废水处理系统300中的任一种一起使用，并且可以用于提供控制器150的测量，用于控制混合系统120、混合系统220、混合系统320 的一个或更多个部件的目的。样品回路148的一部分被定位在容器110的外部，并且被流体连接至或是可流体连接至容器的内部体积。样品回路148 被配置成从容器110中抽取废水102，并且将废水重新引入至容器110中。图4中示出的示例性实施方案包括泵147，所述泵147被定位在样品回路 148中并且被配置成将废水102从样品回路148的入口149a泵送至样品回路148的出口149b。样品回路148的入口149a和出口149b与容器110中存在的废水102流体连通。至少一个传感器140被定位在样品回路148上。至少一个传感器140可以被定位在泵147的抽吸侧和/或排放侧。至少一个传感器140还被定位在容器110的内部体积内。
传感器140被可操作地联接至控制器150，如先前描述的，并且根据一些实施方案，泵147可以被可操作地联接至控制器150并且通过控制器 150来控制。例如，泵147可以在预先确定的时间或以预先确定的时间间隔被激活，以将废水102从容器110泵送至样品回路中，并且也通过控制器150控制的至少一个传感器140进行测量，如上文关于图1的废水处理系统100描述的。
样品回路148还允许一个或更多个传感器被定位在容器110的外部，这允许该一个或更多个传感器更易于用于安装目的、维护目的和修理目的。因此，根据某些实施方案，替代将传感器140定位在容器110内或除了将传感器140定位在容器110内，图2的系统200和图3的系统300还可以实施样品回路148。
根据某些实施方案，加热器，例如热交换器，可以与样品回路148集成，或可以被集成为单独的加热回路。加热器145的实例在图9中示出，其在下文讨论的实施例中使用。加热器可以用于加热从容器110中移除的废水102，然后废水102可以被重新引入至容器110并与容器110中存在的其他废水102混合。加热器可以通过控制器150来控制，并且与泵送废水经过加热器的泵的使用一起实施。控制器150可以控制加热器，以便以预先确定的间隔加热废水或将容器中的废水加热至预先确定的温度，从而允许加热器运行直到实现期望的温度。加热器可以被期望用于一些类型的应用，例如在消化操作期间。
实施例
从下文的实施例，将更充分地理解本文公开的系统和技术的这些实施方案和其他实施方案的功能和优点。以下实施例意图例证公开的处理方法的益处，但不例示其全部范围。
使用本文描述的优化的控制方案相对于其中基于连续基础操作混合泵的常规控制方案，具有被配置为厌氧消化器并且用JetmixTM涡旋液压混合系统(Evoqua WaterTechnologies LLC(Warrendale,PA))的废水处理系统被用于测试和比较功率消耗。图9是测试期间使用的废水处理系统900的实例的示意图，并且包括具有热交换器145的加热回路。尽管在图9中未明确地示出，但加热回路还可以包括泵，所述泵用于将来自容器的废水转移经过加热回路。传感器140被定位在两个加热回路的每个上，如图9中示出的，以及沿着包括马达驱动泵124的循环回路被定位(例如，传感器 140被定位在供应导管130和返回导管132中的一个或两个处)，用于测量废水102的性质。对于使用常规控制方案的测试，混合泵以80％VFD运行，并且对于使用优化的控制方案的测试，以100％运行。
液压混合系统中使用的喷嘴122是在整个全部喷嘴壁中具有450/550 布氏硬度(Brinell)的最小硬度的ASTM A532类别II、C型铬铁(Chrome iron)。喷嘴壁是1/2”厚，并且在整个喷嘴壁中发现相同的硬度。
优化的控制方案通过编程控制器150以使马达驱动泵124每小时运行持续5分钟来执行。废水102的温度测量结果通过被定位在容器110中的传感器140获得，并与沿着循环回路121定位的传感器140获得的测量结果比较。如果容器内和容器外部测量的值之间的差值在预先确定的阈值内 (设定在±2°F)，那么混合泵在5分钟时间段结束时停止。如果容器内和容器外部测量的值之间的差值超过预先确定的阈值，那么保持混合泵的功率并且混合泵在超出5分钟时间段时继续运行。传感器140被控制成在连续基础上测量，并且混合泵继续运行，直到容器内和容器外部进行的测量之间的比较值的每个都在预先确定的阈值内。这确保容器内的废水在被定位在容器内的传感器的所有位置处被充分地混合。
图6是在约12周的时间间隔内使用两种控制方案的液压混合系统的平均功率消耗的图。结果指示，与常规控制方案相比，当使用优化的控制方案运行时，混合系统在该时间段内使用显著更少的能量。使用优化的控制方案的平均功率消耗小于约5kWh，而使用常规控制方案的平均功率消耗是约43kWh。能量消耗从而减少了约8倍。
图7是在跨越测试期之前的约6个月时间段(使用常规控制方案)、经过使用优化的控制方案的约12周测试期的时间段内测量的消化器性能的图。对容器的流入物和流出物两者进行VSS测量，并在图7中标绘。结果指示，使用优化的控制方案保持消化器性能。在测试期期间，流入物VSS 值和流出物VSS值未显著变化。
图8是在测试期期间(即，与图6中相同的12周时间间隔)测量的如图 9中示出的废水处理系统900的平均消化器气体流量(即，生物气产量)的图，所述废水处理系统900配置有液压混合系统并使用优化的控制方案。图8 中还标绘了废水处理系统的生物气产量，所述废水处理系统具有与系统 900的废水组成相同的废水组成，但替代地使用机械混合系统和常规控制方案。结果指示，两个系统的平均生物气产量大致相同，这指示当使用优化的控制方案时，生物气产量不受损害。
来自实验的结果指示，使用与公开的发明相关的控制逻辑可以实现大量的能量节约，而不牺牲显著的工艺性能，例如生物气产量和VSS参数。
根据本发明的本文中公开的方面不将其应用限于在以下描述中陈述的或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。这些方面能够采取其他实施方案并且能够以各种方式被实践或实施。具体的实施方式的实例在本文中仅为了说明的目的被提供并且不意图是限制性的。特别地，结合一个或更多个实施方案讨论的动作、部件、元件和特征不意图被排除在任何其他实施方案中的类似作用之外。
另外，本文使用的措辞和术语是为了描述目的而不应当被视为是限制性的。在本文中以单数提到的系统和方法的实例、实施方案、部件、元件或动作的任何提及还可以包括包含复数的实施方案，并且在本文中以复数提到的任何实施方案、部件、元件或动作的任何提及还可以包括包含仅单数的实施方案。提及单数形式或复数形式不意图限制本文公开的系统或方法、它们的部件、动作或元件。本文使用的“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”及其变型意指涵盖其后列出的项目及其等效物以及另外的项目。提到的“或”可以被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个所描述的术语、多于一个所描述的术语和所描述的术语的全部中的任一种。此外，在本文件和通过引并入本文的文件之间的术语不一致用法的情况下，并入的参考文献中的术语用法是对本文件的用法的补充；对于不可调和的不一致，以本文件中的术语用法为准。此外，为了阅读者的方便，标题或小标题可以在本说明书中使用，所述标题和小标题将对本发明的范围不具有影响。
已经如此描述了至少一个实施例的若干方面，应理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。例如，本文公开的实施例还可以用于其他情况。这样的改变、修改和改进意图是本公开内容的一部分，并且意图在本文讨论的实施例的范围内。因此，前述描述和附图仅仅是举例。

Claims (25)

1.一种用于处理废水的方法，所述方法包括：
激活混合系统，所述混合系统将动力赋予在容器中的废水持续第一时间间隔；
在所述第一时间间隔内的第一时间测量所述废水的第一部分的至少一种性质；
在所述第一时间间隔结束时停止所述混合系统；
继在所述第一时间间隔结束时停止所述混合系统之后，重新激活所述混合系统持续第二时间间隔；
在所述第二时间间隔内的第二时间测量所述废水的第二部分的所述至少一种性质；
计算在所述第一时间测量的所述至少一种性质和在所述第二时间测量的所述至少一种性质之间的差值；
确定所述差值是否在由上限和下限定义的预先确定的可允许的差值范围内；以及
响应于在所述预先确定的可允许的差值范围内的所述差值，停止所述混合系统的部件。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下中的一种：响应于在所述预先确定的可允许的差值范围之外的所述差值，调节或保持被供应至所述部件的功率。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
当所述废水的所述第一部分在所述容器内时，测量所述废水的所述第一部分的所述至少一种性质；
从所述容器中移除所述废水的所述第二部分；以及
当所述废水的所述第二部分在所述容器外时，测量所述废水的所述第二部分的所述至少一种性质。
4.如权利要求3所述的方法，其中从所述容器中移除所述废水的所述第二部分包括将所述废水的所述第二部分引入至在所述容器的出口和所述容器的入口之间流体连接的循环回路中。
5.如权利要求3所述的方法，还包括在测量所述废水的所述第二部分的所述至少一种性质之后，将所述废水的所述第二部分重新引入至所述容器。
6.如权利要求1所述的方法，其中测量所述废水的所述第一部分的所述至少一种性质包括测量选自由以下组成的组的性质：温度、pH、总悬浮固体(TSS)、溶解氧(DO)和氧化还原电势(ORP)。
7.一种废水处理系统，包括：
混合系统，所述混合系统被配置成将动力赋予在容器中的废水；
多于一个传感器，所述多于一个传感器被配置成测量所述废水的至少一种性质；以及
控制器，所述控制器与所述多于一个传感器和所述混合系统的部件连通，所述控制器被配置成：
激活所述混合系统；
继激活所述混合系统之后，使用所述多于一个传感器中的至少一个传感器在第一时间获得所述至少一种性质的第一测量值；
继激活所述混合系统之后，在所述第一时间间隔结束时停止所述混合系统；
继在所述第一时间间隔结束时停止所述混合系统之后，重新激活所述混合系统持续第二时间间隔；
使用所述多于一个传感器中的至少一个传感器，在所述第二时间间隔内的第二时间获得所述至少一种性质的第二测量值；
计算所述第一测量值和所述第二测量值之间的差值；
确定所述差值是否在由上限和下限定义的预先确定的可允许的差值范围内；以及
响应于在所述预先确定的可允许的差值范围内的所述差值，停止所述混合系统的所述部件。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述混合系统是液压混合系统，并且所述部件是马达驱动泵，所述马达驱动泵被定位在所述容器的外部并且经由供应导管和返回导管是可流体连接至所述容器的内部体积的，所述供应导管是可流体连接至所述马达驱动泵的排放侧的并且所述返回导管是可流体连接至所述马达驱动泵的抽吸侧的。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述液压混合系统包括至少两个喷嘴，所述至少两个喷嘴流体联接至所述供应导管并且被定位在所述容器内，并且所述马达驱动泵被配置成通过所述返回导管从所述容器中抽取废水，并且通过所述供应导管和所述至少两个喷嘴将废水引入至所述容器。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述多于一个传感器中的至少一个传感器被定位在所述供应导管和所述返回导管中的一个处。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述多于一个传感器中的至少一个传感器被定位在所述容器的内部体积内。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述至少两个喷嘴被配置成生成废水的喷射羽流，所述喷射羽流清扫所述容器的底部并且在所述容器内产生所述废水的旋转环形流动模式。
13.如权利要求8所述的系统，其中所述控制器被配置成响应于在所述预先确定的可允许的差值范围内的所述差值，停止所述马达驱动泵。
14.如权利要求8所述的系统，其中所述控制器被配置成以下中的一种：响应于在所述预先确定的可允许的差值范围之外的所述差值，调节或保持被供应至所述马达驱动泵的功率。
15.如权利要求7所述的系统，其中所述废水包括活性污泥。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述容器被配置为消化器和污泥储存罐中的一种。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述至少一种性质选自由以下组成的组：温度、pH、总悬浮固体(TSS)、溶解氧(DO)和氧化还原电势(ORP)。
18.如权利要求15所述的系统，还包括样品回路，所述样品回路具有被定位在所述容器的外部并且是可流体连接至所述容器的内部体积的部分，所述样品回路被配置成从所述容器中抽取废水并且将所述废水重新引入至所述容器中。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述多于一个传感器中的至少一个传感器被定位在所述样品回路上。
20.如权利要求7所述的系统，其中所述混合系统被配置为机械混合系统，并且所述部件是马达驱动混合结构。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述马达驱动混合结构是叶轮、螺旋桨或柱塞型线性运动装置中的一种。
22.如权利要求7所述的系统，其中所述混合系统被配置为气动混合系统，并且所述部件是流体控制装置，所述流体控制装置被流体联接至加压气体的源。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述气动混合系统包括至少一个扩散式喷嘴，所述扩散式喷嘴被定位在所述容器内并且是可流体连接至所述加压气体的源的。
24.如权利要求22所述的系统，其中所述流体控制装置是阀和马达驱动泵中的一种。
25.一种用于处理废水的方法，所述方法包括：
激活包括多于一个独立部件的混合系统，所述混合系统将动力赋予在容器中的废水持续第一时间间隔；
在所述第一时间间隔内的第一时间测量所述废水的第一部分的至少一种性质；
在所述第一时间间隔结束时停止所述混合系统；
继在所述第一时间间隔结束时停止所述混合系统之后，重新激活所述混合系统持续第二时间间隔；
在所述第二时间间隔内的第二时间测量所述废水的第二部分的所述至少一种性质；
计算在所述第一时间测量的所述至少一种性质和在所述第二时间测量的所述至少一种性质之间的差值；
确定所述差值是否在预先确定的可允许的差值范围内；以及
响应于在所述预先确定的可允许的差值范围内的所述差值，控制所述混合系统的所述多于一个独立部件的子集，以提供在包含所述混合系统的所述多于一个独立部件的所述子集的所述容器的局部部分中的混合。
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