CN113424059A - 一种用于清洗传感器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清洗在废水监测装置中的传感器的方法，所述废水监测装置包括具有传感器表面的至少一个传感器，例如具有窗口、透镜等的光学传感器。在监测装置中，在正常操作模式期间，废水的样品流布置成流过传感器表面，并且传感器被布置成提供描述废水的质量参数的测量值。所述方法包括以下步骤：通过停止样品流来开始传感器清洗周期；开始清洗液流；将清洗液流布置成朝向传感器表面；通过自动清洗设备对传感器表面进行机械清洗；在预定清洗时间之后停止清洗液流并结束清洗周期；以及再次开始废水流。

Description

一种用于清洗传感器的方法和装置

技术领域

本发明涉及根据所附独立权利要求书的前序部分所述的清洗在废水监测中的传感器的方法和装置。

背景技术

环境法规要求在工业、农业、市政应用等各种过程中进行有效的废水处理。废水处理可以通过使用化学、生物或物理手段，或它们的组合来执行。适当的化学处理制度需要关于废水质量的信息。此外，所执行的废水处理的有效性可以通过监测经处理的废水的一个或多个参数来控制。在废水处理之前、期间和之后的监测都可以通过使用传感器(例如光学传感器)来完成，传感器测量来自废水的所需参数并将测量信息传输到监测系统，然后监测系统根据获得的测量值调整各种处理参数，例如化学剂量。

废水对传感器来说可能是要求很高的环境。废水通常含有污染物，例如外来固体物质(例如，破布、颗粒材料)、脂肪、油、油脂，这些会导致传感器表面迅速积聚。例如，光学传感器的透镜或窗口至少部分被生物膜覆盖，从而导致遮挡。外来固体物质或污垢也可能附着在传感器表面。传感器表面的积聚物可能导致错误的测量读数和/或测量读数偏移。为了解决或避免这些问题，传感器表面应该保持清洁。当传感器用于在生物或化学处理之前测量废水的特征时，沉积问题尤其突出。

传统上，传感器表面的有效清洗大多是手动执行的。传感器和传感器系统制造商试图利用工厂安装的各种清洗设备来延长手动清洗间隔。在一些应用中，当用于监测经处理的废水、即从废水处理过程中排放的废水的传感器时，这些清洗设备可以提供足够的结果。然而，目前的清洗设备很少能够为监测废水处理系统的接收水(即，未经处理的进水)的传感器提供可接受的清洗结果。由于传感器表面上的快速污垢和沉积物堆积，这些用于接收水的传感器可能需要每天手动清洗。手动清洗传感器的频率需要额外的工作量，并可能导致职业健康风险。另一方面，在传感器表面没有定期清洗的情况下，例如控制施用处理系统的化学剂量的监测系统不能接收可靠的测量数据。这可能导致不正确的剂量，并使基于实时废水性质的化学剂量几乎不可能。因此，需要有效的解决方案来清洗与废水接触的传感器表面，特别是与接收废水接触的传感器表面。

发明内容

本发明的目的是最小化甚至消除现有技术中存在的缺点。

本发明的一个目的是提供一种用于有效清洗废水监测中的传感器表面的方法和装置。

本发明的另一个目的是提供减少与废水接触、特别是与接收废水接触的传感器表面上的污垢和/或沉积物积聚的容易和简单的方法。

所有描述的实施方式和优点在适用时都适用于根据本发明的方法和装置，即使没有总是明确地如此说明。

这些目的通过独立权利要求中公开的特征来实现，并且本发明由所附独立权利要求的特征来限定。本发明的一些优选实施方式在从属权利要求中提出。

根据本发明的用于清洗废水监测装置中的传感器的典型方法，该装置包括至少一个具有传感器表面的传感器，例如具有窗口、透镜等的光学传感器，其中，监测装置在正常操作模式期间，废水的样品流布置成流过传感器表面，并且传感器布置成提供描述废水的质量参数的测量值，该方法包括以下步骤：

-通过停止样品流开始传感器清洗周期，

-开始清洗液流，

-将清洗液流布置成朝向传感器表面，

-通过自动清洗设备对传感器表面进行机械清洗，

-在预定的清洗时间之后停止清洗液流并结束清洗周期，以及

-再次开始废水流。

根据本发明的用于废水监测的典型装置包括具有传感器表面的至少一个传感器，例如具有窗口、透镜等的光学传感器，其中，在正常操作模式期间，废水的样品流布置成流过传感器表面，并且传感器布置成提供描述废水的质量参数的测量值，该装置包括：

-用于清洗液的第一储液器，用于将清洗液从第一储液器引到传感器并抵靠传感器表面的连接件，以及用于将清洗液从储液器转移到传感器的转移构件，

-可选地用于将清洗液加热到高温的构件，

-用于机械清洗传感器表面的自动清洗设备，

-控制单元，其至少与转移构件和自动清洗设备功能接触，并且其被布置成执行根据本发明的方法的清洗周期。

现在，已经惊人地发现，清洗液和带有自动清洗设备的机械清洗一起使用，在传感器表面的清洗结果方面给出了惊人的改进。已经观察到，使用根据本发明的装置和方法可以将手动清洗间隔从<48小时延长到甚至超过2周，优选地4周，有时延长到6周。传感器清洗周期可以以预定的时间间隔或当需要或认为必要时完全自动地执行。自动操作使定期清洗传感器表面容易和快速，并且不需要额外的工作量。清洗液和机械清洗的自动化使用能够大大减少所需的手动清洗劳动，这是非常出乎意料的。根据本发明的装置可以被认为是自清洗传感器站或自清洗传感器装置。

本发明适用于包括具有传感器表面的至少一个传感器的废水监测装置。监测装置可以包括多个传感器，例如两个、三个或更多个传感器，它们优选地彼此不同并且测量不同的参数。该传感器可以是光学传感器，例如分光光度传感器；电化学传感器，例如pH电极或离子选择电极；生物传感器；或者微波传感器。根据一个优选实施方式，该传感器是具有待清洗的传感器表面的光学传感器，例如透镜、窗口、光纤等。该传感器可以为废水浊度、电导率、pH、化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、总溶解气体(TDG)、特定重金属含量、各种氮、硫和/或磷含量的监测提供直接或间接的测量数据。一个传感器可以提供多个参数的测量数据。本发明的装置可以用于清洗上述任何传感器的传感器表面。

根据一个优选实施方式，该装置包括至少一个光学传感器，其提供关于废水的硫化物含量的测量数据。优选地，该装置可进一步包括pH测量传感器，其中可测量样品流的pH。

在该装置包括两个或更多个传感器的情况下，每个传感器可以具有其自身的自动清洗设备，该自动清洗设备被布置用于传感器表面的机械清洗。可替代地，该装置可以包括仅布置在那些传感器表面附近的清洗设备，在传感器表面上的污垢或沉积物积聚的情况下，这些传感器表面特别容易产生测量误差。监测装置中更坚固的传感器可以仅通过清洗液和可选的化学清洗剂的接触来有效地清洗。

本发明特别适用于废水监测，其使用至少一个传感器来监测废水处理接收水的特征或质量。接收水可能包含例如可冲洗的纸巾、女性卫生用品、来自餐馆的脂肪油和油脂。接收水可以源于或还包括来自酿酒厂、农业、畜牧业、工厂等的当地工业废水。根据一个实施方式，接收水可以是城市废水、食品工业废水、农业废水、畜牧业废水、纸、纸板或纸浆厂原水或冶金工业水，例如来自锌冶炼设施的水。本发明适用于所有要求在恶劣环境条件下运行的废水监测。

该装置包括控制单元，该控制单元与该装置的必要的转移构件(例如，泵和致动阀)以及机械清洗设备功能接触。控制单元被布置成以期望的方式执行清洗周期。该控制单元包括可编程逻辑控制器(PLC)并通常具有用户界面，例如触摸屏，其可用于控制该装置的操作，例如用于设置或选择清洗周期间隔、使用的化学清洗剂和/或清洗周期顺序。

在正常操作模式期间，废水的样品流布置成流过传感器表面。样品流可以是取自主废水流的旁路流。该装置可以包括样品转移构件，例如样品入口阀、样品排放阀和/或样品泵，用于从主废水流转移样品流并通过传感器表面。该传感器被布置成向废水处理系统的中央控制单元提供关于所选择的废水质量参数的测量值，即数据。测量值从传感器传输到废水处理系统的控制单元，其中所获得的测量值用于监测或控制废水质量，并可选地根据测量值调整一种或多种处理化学品向废水处理系统的进料。

传感器清洗周期可以以预定的时间间隔定期开始或启动，例如一小时一次或两小时或三小时一次。可替代地，或者另外，如果所获得的测量值已经稳定地漂移或偏离超过预定阈值水平，则可以开始传感器清洗周期。控制单元可以包含预编程的阈值水平值，或者对从前一清洗周期结束时获得的测量值进行趋势分析。通常，两个连续的传感器清洗周期之间的时间间隔可以是0.5至3小时，优选为1至1.5小时。取决于处理应用和/或废水类型或质量，可以根据需要选择合适的时间间隔。

通过停止样品流通过传感器表面开始清洗周期，例如通过关闭样品排放阀和停止样品流转移。样品入口阀在此阶段通常保持打开。控制单元与样品转移构件(例如样品泵、样品排放阀和样品入口阀等)功能接触，并提供必要的控制命令。开始清洗液流，并且清洗液被布置成从第一储液器流向传感器表面。通常这意味着在正常操作模式下清洗液流的流动方向与样品流的流动方向相反。根据一个优选实施方式，清洗液流可以以直角朝向传感器表面布置。这意味着清洗液流被布置成直接接触传感器表面，这确保有效地去除沉积物，例如生物膜和/或附着在传感器表面上的其他可能的积聚物。控制单元与清洗液的转移构件(例如清洗液泵)功能接触。

允许清洗液流朝向传感器表面流动预定的预洗时间，通常<1分钟，更通常为0.25至1分钟。以这种方式冲洗传感器表面，并开始分解沉积物、生物膜或积聚物。如果需要，可以经由控制单元的用户界面来调整预洗时间。

清洗液可以是水性液体，优选水。根据本发明的一个优选实施方式，清洗液被加热到高温，并且该装置包括用于在将清洗液引向传感器表面之前将其加热到所需的高温的构件。清洗液可以被加热到或具有至少50℃、优选地至少70℃、更优选地至少75℃的高温。清洗液温度可优选地在70至95℃范围内，更优选地75至85℃。清洗液的高温提高了传感器表面的油脂和油脂的去除。

在用清洗液进行预清洗后，传感器表面由自动清洗设备进行机械清洗。自动清洗设备或其部件通常通过往复运动与传感器表面接触，从而分离和去除传感器表面上的沉积物。自动清洗设备可以由任何合适的操作构件操作，例如由气动气缸。操作构件从控制单元接收必要的操作命令。

根据一个实施方式，自动清洗设备在其第一端具有与传感器表面接触的清洗头。清洗头可以是刷子或类似物的形式，或者清洗头可以是擦拭器或刮刀的形式，可能具有突起。突起可以由刮刀或擦拭器主体以外的另一种材料制备。

在对传感器表面进行机械清洗之后，清洗液流可以再次开始并允许流动预定的冲洗时间，通常<1分钟，通常为0.25至0.75分钟。冲洗时间通常比机械清洗前的预洗时间短。清洗液流将通过机械清洗分离的沉积物从传感器表面转移开。

在清洗周期结束时，停止清洗液流，关闭清洗液阀，打开样品排放阀，然后再次开始经过传感器表面的废水流。

根据一个优选实施方式，至少在清洗周期的一部分期间，清洗液流可包括至少一种化学清洗剂，例如洗涤剂。化学清洗剂可选自弱酸、弱碱、螯合剂、洗涤剂、表面活性剂或其任何合适的混合物。优选地，化学清洗剂可包括用于从传感器表面去除油、油脂或脂肪的弱酸和/或洗涤剂。该装置可以包括用于化学清洗剂的一个或多个第二储液器，以及用于将化学清洗剂引到传感器表面的连接件。第二转移构件(例如泵)或多个第二转移构件可用于将化学清洗剂从第二储液器转移到传感器表面。

化学清洗剂可以连续地或周期性地输送入清洗液流中。可替代地，清洗液流和化学清洗剂可以顺序地输送到传感器表面。根据一个优选实施方式，清洗液首先被布置成朝向传感器表面流动预定的预清洗时间。之后，将至少一种化学清洗剂引入清洗液流中。允许清洗液和化学清洗剂的组合流朝向预定的清洗时间流动。之后，机械清洗传感器，并最终用清洗液冲洗传感器，如上所述。

该装置可进一步包括过滤器，该过滤器在正常操作模式期间在样品流的流动方向上布置在传感器之前，用于从样品流中去除固体和颗粒材料。以这种方式，可以减少固体材料(例如碎布、纤维、颗粒等)到传感器表面的转移。过滤器可以是任何合适的过滤器。

根据本发明的一个优选实施方式，该装置可进一步包括样品滤清器，该样品滤清器在正常操作模式期间在样品流的流动方向上布置在传感器之前，并且该样品滤清器布置成在样品流与传感器表面接触之前有效地分解样品流中的固体和颗粒材料，例如碎布、纸屑等。样品滤清器可以包括管状外壳和布置在外壳内的多个管状导管，并且其具有入口和出口。管状导管彼此平行并且沿着外壳的纵轴在入口和出口之间布置。外壳和管状导管通常具有相同的长度。外壳具有第一直径，例如75至100毫米，并且管状导管具有第二直径，第二直径小于第一直径，例如5至10毫米。第一直径和第二直径的确切大小取决于应用。管状导管通常具有全部相同的第二直径，但在一些实施方式中，单个管状导管的第二直径可以彼此不同。外壳内的管状导管的数量可以是10至30个，优选地15至25个。外壳和管状导管可以由任何合适的材料制成，例如，聚合物(例如聚氯乙烯)，或金属(例如不锈钢)。样品滤清器的长度可以是150至350毫米，优选地200至300毫米。

样品滤清器中管状导管和外壳之间的空间可以用任何合适的填充材料或树脂填充，例如环氧树脂。以这种方式，样品流在压力下被迫抵靠管状导管并通过管状导管。在入口处，固体和颗粒材料抵压在管状管道的末端，并被分解成更小的碎片，这些碎片通过管状管道被推到出口。样品滤清器的入口和出口有适配件，使其能够与装置的其他部分连接。样品滤清器可以代替过滤器或作为过滤器的补充使用。样品滤清器也可用于其他应用。

为了防止过滤器和/或样品滤清器堵塞，清洗液流被布置成在清洗周期期间流向和流过过滤器和/或样品滤清器，以反冲洗过滤器。

根据本发明的一个实施方式，该装置包括用于将加压气体输送到清洗液流的构件。加压气体，优选加压空气，可以被输送到清洗液流中，以增加清洗液的速度并增强清洗效果。加压气体特别是在传感器表面附近和在传感器表面处产生湍流流动条件，这甚至更有效地从传感器表面去除附着的污垢和杂质。

该装置的所有部分可以布置在单个箱状单元内。箱状单元可包括外壁(例如，由金属制成)，其保护装置的各个部分。

附图说明

在下面的示意性非限制性附图中更详细地解释了本发明的一些实施方式，在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施方式的装置和方法。

具体实施方式

图1所示的监测装置包括两个传感器1、2，它们在废水的样品流中并排布置，在正常操作期间的流动方向用箭头3表示。第一传感器1是pH值测量传感器，并且第二传感器2是硫化物含量测量传感器。在正常操作模式下，传感器探针1'，2'被布置成与流过其传感器表面(未示出)的样品流接触。样品流可以被视为来自接收水的主流的小旁路流。该流被引导通过致动的样品入口阀4，并使用布置在传感器1、2之前的过滤器5进行过滤。过滤器5在废水被引导到传感器之前从废水中去除可能的固体和颗粒材料，从而减少传感器表面暴露于研磨材料的情况，并最小化装置的流动连接堵塞的风险。可替代地，或者除了过滤器5之外，可以在传感器之前布置样品滤清器。在通过传感器1、2之后，样品流3通过致动的样品排放阀6排出。在正常操作期间，样品入口阀4和样品出口阀打开并使废水样品流过传感器1、2。

当清洗周期开始时，样品排放阀6关闭，并且样品流3有效地停止。打开致动的清洗液阀7，并且从用于清洗液的第一储液器8开启清洗液(例如，水)的流动。第一储液器8可包括用于加热清洗液的构件。已经看到，使用加热的清洗液可以显著改善所获得的清洗结果。清洗液从第一储液器8被引向传感器1、2的传感器表面，在那里清洗液有效地去除附着在传感器表面上的污垢，例如脂肪和油脂。清洗液的流动方向用箭头9表示。

在通过传感器表面之后，清洗液流被布置成流向并流过过滤器5。以这种方式，清洗液流也有效地反洗冲过滤器5，并提高其功能和寿命。

也可以使用化学清洗剂来清洗传感器表面。通过使用用于化学清洗剂的第二转移构件10，可以将化学清洗剂从第二储液器(未示出)引入清洗液流中。通过调节由第二转移构件10泵送的体积，可以容易地调节所需的化学清洗剂的量。化学清洗剂被送入清洗液流中，并在传递到传感器1、2的过程中与清洗液混合。

为了使清洗结果最大化，将加压气体，例如压缩空气，输送到清洗液流中。该装置包括用于通过打开致动气体阀12将加压气体提供到清洗液流中的构件11。当加压气体被输送到清洗液流中时，其在传感器表面处产生湍流流动条件，这甚至更有效地从传感器表面去除附着的污垢和杂质。

通过使用自动清洗设备13进一步机械清洗传感器表面。在图1中，示意性地示出了自动清洗设备13，但实际上其可以是与传感器表面接触并用于从传感器表面分离和/或去除污垢和/或杂质的擦拭器、刷子等。在机械清洗期间，阀4、6、7、12可以关闭，即，在机械清洗期间在装置中不发生流动。

在机械清洗之后，可以通过打开清洗液阀7和样品排放阀6，并允许清洗液流过传感器1、2并通过样品排出流出来冲洗传感器表面。在充分冲洗后，恢复监测的正常操作模式。

该装置可包括所需数量的减压阀，用于防止该装置内的压力积聚。

即使参考目前看来是最实用和优选的实施方式来描述本发明，也应理解，本发明不应限于上述实施方式，而是本发明旨在涵盖在所附权利要求的范围内的不同修改和等效技术解决方案。

Claims (17)

1.一种用于清洗在废水监测装置中的传感器的方法，所述废水监测装置包括具有传感器表面的至少一个传感器，该至少一个传感器例如为具有窗口、透镜等的光学传感器，

其中，所述废水监测装置在正常操作模式期间，废水的样品流布置成流过所述传感器表面，并且所述传感器布置成提供描述所述废水的质量参数的测量值，所述方法包括以下步骤：

-通过停止所述样品流来开始传感器清洗周期，

-开始清洗液流，

-将所述清洗液流布置成朝向所述传感器表面，

-通过自动清洗设备对所述传感器表面进行机械清洗，

-在预定的清洗时间之后停止所述清洗液流，并结束所述清洗周期，以及

-再次开始废水流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少在所述清洗周期的一部分期间，所述清洗液流包括至少一种化学清洗剂，例如洗涤剂。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，加压气体、优选地加压空气，被输送到所述清洗液流。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述清洗液具有至少50℃、优选地至少70℃、更优选地至少75℃的高温。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述正常操作模式期间在所述样品流的流动方向上，在所述传感器之前布置过滤器，用于从所述样品流中去除固体和颗粒材料。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在所述正常操作模式期间在所述样品流的流动方向上，在所述传感器之前布置样品滤清器，以在所述样品流与所述传感器表面接触之前分解所述样品流中的固体和颗粒材料，例如碎布、纸屑等。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在所述清洗周期期间，所述清洗液流被布置成流向所述过滤器和/或所述样品滤清器，用于反冲洗所述过滤器和/或所述样品滤清器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述清洗液流布置成以直角朝向所述传感器表面。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，以预定的时间间隔启动所述清洗周期。

10.将根据权利要求1至9中任一项所述的方法用于以下各项中的废水监测的使用方法：城市废水处理；食品工业；农业；畜牧业；造纸、纸板或纸浆工业；或冶金工业。

11.一种用于废水监测的装置，包括具有传感器表面的至少一个传感器，该至少一个传感器例如为具有窗口、透镜等的光学传感器，其中，在正常操作模式期间，废水的样品流布置成流过所述传感器表面，并且所述传感器布置成提供描述所述废水的质量参数的测量值，所述装置包括：

-用于清洗液的第一储液器、用于将所述清洗液从所述第一储液器引向所述传感器表面的连接件、以及用于将所述清洗液从所述第一储液器转移到所述传感器的转移构件，例如清洗液泵，

-可选的用于将所述清洗液加热到高温的构件，

-用于机械清洗所述传感器表面的自动清洗设备，

-控制单元，至少与所述转移构件和所述自动清洗设备功能接触，并且该控制单元被布置成执行如权利要求1至9中任一项所述的清洗周期。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述装置包括用于化学清洗剂的第二储液器、用于将所述化学清洗剂引到所述传感器的连接件、以及用于转移所述化学清洗剂的第二转移构件，例如泵。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其中，所述装置包括用于将加压气体输送到所述清洗液流的构件。

14.根据权利要求11、12或13中任一项所述的装置，其中，所述装置包括过滤器，所述过滤器在所述正常操作模式期间在所述样品流的流动方向上布置在所述传感器之前，以用于从所述样品流中去除固体和颗粒材料。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的装置，其中，所述装置包括样品滤清器，所述样品滤清器在所述正常操作模式期间在所述样品流的流动方向上布置在所述传感器之前，并且所述样品滤清器被布置成分解所述样品流中的固体和颗粒材料，例如碎布、纸屑等。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的装置，其中，所述装置包括至少一个传感器，以提供关于浊度、电导率、pH值、化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、总溶解气体(TDG)、特定重金属含量、多种氮、硫和/或磷含量的直接或间接测量数据。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的装置，其中，所述装置的所有部件都布置在单个箱状单元内。

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