CN116018189A - 带有酸罐和用于中和酸的装置的生物反应器清洁设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清洗轨道车辆中的生物反应器(2)的生物反应器清洗设备(1)。设有吸出单元(72)、供应单元(74)、用于操控吸出单元(72)和供应单元的电子控制单元(44)、酸罐(52)、用于容纳从生物反应器中吸出的液体的收集罐(50)和淡水接口(42)。根据本发明，所述生物反应器清洁设备包括计量单元(80)，所述计量单元具有酸桶接口(82a、82b、82c、82d)和碱桶接口(84a、84b)、能与酸桶接口(82a、82b、82c、82d)和酸罐(52)连接的酸计量器(86)和能碱桶接口(84a、84b)和酸罐(52)连接的碱计量器(88)。此外，还设有混合器，以混合不同的液体。

Description

带有酸罐和用于中和酸的装置的生物反应器清洁设备

技术领域

本发明涉及一种用于清洁生物反应器的生物反应器清洁设备，所述生物反应器优选是轨道车辆中的生物反应器，所述生物反应器清洁设备具有：用于从生物反应器中吸出液体的吸出单元，所述吸出单元具有用于连接到生物反应器上的吸出接口；用于将液体供应给生物反应器的供应单元，所述供应单元具有至少一个用于连接到生物反应器上的第一供应接口；用于操控所述吸出单元和供应单元的电子控制单元；用于容纳含水酸溶液的酸罐；用于容纳从生物反应器吸出的液体的收集罐；以及用于向生物反应器清洁设备供应淡水的淡水接口，所述供应单元与淡水接口和酸罐连接，以便选择性地将淡水和/或含水酸性溶液提供给第一供应接口，并且所述用于从生物反应器中吸出液体的吸出单元能选择性地与酸罐或收集罐连接，以便将从生物反应器中吸出的酸溶液供应给酸罐并将从生物反应器中吸出的基本上pH中性的残余流体供应给收集罐。在固定的设备中，也可以省去收集罐，并且从生物反应器中吸出的液体可以直接供应给通道排出口。此外，本发明还涉及一种用于运行生物反应器清洁设备的方法以及一种计算机程序。

背景技术

传统的生物反应器具有带过滤篮的固体罐，将含有固体和液体成分的废水导入所述过滤篮中。过滤篮将固体成分与液体成分分离。为此，过滤篮在起限定作用的壁部、如底部和侧壁上具有过滤元件，液体组分可以通过过滤元件流出，固体组分则由所述过滤元件截留。固体组分在与液体元素分离的情况下在底部上集聚在过滤篮内部并形成滤饼。液体组分通过过滤元件流入固体罐中并从这里流入与固体罐处于流体连接的液体罐中。

已知的是，在过滤篮中的固体组分会沉积成滤饼。滤饼首先在过滤篮的底部侧开始形成，然后在过滤篮的侧面上形成。由此，滤饼阻止水流入到固体罐中。具有一定渗透性的滤饼实现了高效的过滤过程。但变得逐渐变厚且渗透性变低的滤饼会导致过滤篮发生堵塞。这导致低效的过滤过程，因为液体几乎不再能通过过滤器。因此，必要的是，以规则的间隔从过滤篮中清除固体，以确保水充分地流出到固体罐中。

已知的是，去除滤饼，以便处理这种堵塞。这里，通常一旦出现堵塞的初期效应，就清除滤饼。但这有这样的缺点，即，已经发生低效的过滤。也已知的，必须不时地检查滤饼量，以便确定是否需要进行去除。但这有这样的缺点，这种检查是随机地进行的，并且由此对于去除滤饼，可能无法可靠地赶上正确的时刻，即既不过早也不过晚。此外，也不可能可靠地评估滤饼的不可渗透性是否已经达到必须去除滤饼的程度。

但在这种清洁过程中，一个问题在于，生物反应器设备通常构造成封闭的系统，并因此仅能复杂地实现确定污染程度和过滤不足的原因。特别是现有的生物反应器通常没有能够用以读出确定故障原因或污染程度所需的信息或也可以仅读出有助于此的数据的接口。特别是在以下情况下这额外地变得困难：这种生物反应器安装在车辆、例如轨道车辆的车上，以便清洁这里产生的污水。在这种应用场合中，通常希望对生物反应器功能的维护和保障分散地且在不拆除所述生物反应器的情况下进行，但同时，由于必要的紧凑性，接近生物反应器和访问描述生物反应器状态的数据是不可能的或者只能非常复杂地实现。

此外，一个问题在于，回收利用或者说废料处置或者中和在清洁时使用的酸。通常将酸供应给生物反应器，以去除钙沉积物或类似物。这不仅应在生物反应器本身中进行，也应在管道中进行。但所述酸接下来不能简单地进行废料处置，而是必须事先对其进行中和。这一方面很耗时；另一方面，一个问题在于，要正确调整pH值，以便然后能够对这样中和的酸进行废料处置。

发明内容

本发明的目的是提供一种前面所述类型的生物反应器清洁设备、方法和计算机程序，所述生物反应器清洁设备、方法和计算机程序允许更高效地使用酸。

在前面所述类型的生物反应器清洁设备中这样来实现所述目的：所述生物反应器清洁设备具有：计量单元，所述计量单元具有一个或多个用于连接酸桶的酸桶接口和一个或多个用于连接碱桶的碱桶接口；酸计量器，所述酸计量器能在入口侧与所述一个或多个酸桶接口连接并能在出口侧与所述酸罐和/或生物反应器连接；以及碱计量器，所述碱计量器能在入口侧与所述一个或多个碱桶接口连接并能在出口侧与所述酸罐和/或生物反应器连接；以及混合器，所述混合器能在入口侧与淡水接口和酸计量器和/或碱计量器连接并能在出口侧与所述酸罐和/或生物反应器相连，以便向所述酸罐和/或生物反应器供应能用于中和存在于所述酸罐和/或生物反应器中的酸溶液的溶液。

本发明基于这样的认识，即，通过使用与酸计量器和/或碱计量器连接的混合器，可以提供这样的液体，所述液体一方面在酸罐中可以直接作为含水酸溶液使用，但另一方面还使得能够补充计量供应酸以及使得能通过有针对性地添加碱来进行中和。由此，不再需要的是，首先收集处于酸罐中的例如在清洁过程之后从生物反应器中吸出的酸，并且然后将其运送到站点，然后在所述站点处通过添加碱来中和从生物反应器中吸出的酸溶液。相反，直接在生物反应器清洁设备中对用过的酸进行中和，并且然后可以对其进行废料处置(entsorgen)。但是，计量单元也可以通过相应的管线和阀例如经由供应单元直接与生物反应器连接。以这种方式，可以由计量单元将用于清洁的酸性液体直接送入生物反应器中。此外，在清洁结束后，也可以通过利用计量单元相应的添加碱而在生物反应器本身中对存在于生物反应器中的含水酸溶液进行中和。由此可以节省否则在用含水酸溶液清洁生物反应器之后必须用来冲洗生物反应器的淡水。

所述生物反应器清洁设备优选包括第一pH值传感器，以用于检测供应给酸罐的液体的第一pH值并用于向电子控制单元提供第一pH值信号。所述第一pH值传感器优选设置在混合器的下游且设置在酸罐的入口的上游。以这种方式，第一pH值传感器可以检测处于酸罐中的液体的pH值。除了从第一pH值传感器进入酸罐中的入口外，优选没有设置其他入口。

此外优选的是，设有第二pH值传感器，以用于检测通过吸出接口吸出的液体的第二pH值。所述第二pH值传感器也可以附加或备选地设置在混合器的上游。优选这样引导通过吸出接口从生物反应器中吸出的液体通过生物反应器清洁设备，即，使得第二pH值传感器和/或第一pH值传感器能够检测所述液体的pH值。优选从吸出接口这样在生物反应器清洁设备的内部引导所述液体，使得首先将所述液体供应给第二pH值传感器，然后供应给混合器，然后供应给第一pH值传感器，并且然后使其进入所述酸罐。所述生物反应器清洁设备在内部优选具有相应的管道结构和相应的阀，所述阀可以部分或完全地由所述电子控制单元控制。

在一个优选的改进方案中，所述酸计量器具有酸喷射器，所述酸喷射器能在入口侧与淡水接口连接。由此，所述酸喷射器有两个入口接口，即一个与所述一个或多个酸桶接口连接或能连接的入口接口，和一个与淡水接口连接或能连接的入口接口。此时，在所述酸喷射器中将来自至少一个酸桶的酸与淡水混合，并且然后将其提供给混合器。

以相同的方式，所述碱计量器优选具有碱喷射器，所述碱喷射器能在入口侧与淡水接口连接。因此，所述碱喷射器也具有两个入口，即一个与所述一个或多个碱桶接口连接或能连接的入口，和一个与淡水接口连接或能连接的入口。此时在所述碱喷射器中将碱和淡水混合并将其供应给混合器。以这种方式可以实现特别简单地计量供给酸和碱。优选在所述酸或碱喷射器的上游和下游分别接入阀，以便能够更好地控制酸和碱向淡水中的混入。这些在上游和下游接入的阀优选又与电子控制单元连接，使得可以由所述电子控制单元控制这些阀。此外，混合器优选还具有淡水节流阀，用于对供应给混合器的淡水进行节流。由此可以进一步更好地控制酸、碱和淡水的计量供给。所述节流阀优选也与电子控制单元连接，使得可以由电子控制单元控制和调节所述节流阀。

在另一个优选的实施形式中，所述生物反应器清洁设备具有第一流量计，以用于测量供应给混合器和/或酸计量器和/或碱计量器的淡水。所述第一流量计可以设置混合器的上游和淡水接口的下游。为了给酸罐提供正确计量的酸、碱和淡水，有利的是，知悉淡水的流速。所述流量计优选向电子控制单元提供体积流量信号，从而所述电子控制单元可以根据所述体积流量信号以及根据希望的pH值来控制酸和碱的计量添加。

优选还设有第二流量计，以用于测量供应给酸计量器的酸。这里，知悉流量也是有利的。特别是当例如在清洁开始时或之前应首先给所述酸罐装填含水酸溶液并且就此只将酸和淡水混合时，这是重要的。虽然也可以测量酸罐中的pH值，但通过流量计能够检测在混合前已经存在的流速，从而可以基于酸和淡水的体积流量产生混合物。

在另一个优选的实施形式中，所述吸出单元和/或供应单元能够为了将液体从酸罐中泵送到混合器并返回泵送到酸罐中而运行。以这种方式，可以向存在于酸罐中的液体添加另外的酸和/或碱。如果把酸或碱直接送入酸罐中，则必须在这里对其进行混合。由于这不是能容易实现，在现有技术中，在酸罐中通常存在浓度梯度。通过循环式地从酸罐中向混合器泵送并再返回泵送到酸罐中，可以在酸罐中实现非常均匀的液体，这种液体可以有利地用于清洁生物反应器。以这种方式也可以更为简单地中和处于酸罐中的酸。相反，在现有技术中存在这样的问题，即，尽管向处于酸罐中的酸中添加了足够的碱，但此时由于所述浓度梯度在废料处置中会点状和/或局部地超过极限值，由此可能损坏管道并且可能违反环保法规。通过将存在于酸罐中的液体供应给混合器并从这里返回送入酸罐，消除了这个问题并可以实现均匀的液体。

备选或附加地，所述吸出单元和/或供应单元能够为了将液体从生物反应器中泵送到混合器并且返回泵送到生物反应器中而运行。由此，也可以在清洁生物反应器后在所述生物反应器本身中对含水酸溶液进行中和。为此，优选通过吸出单元将液体从生物反应器中吸出，然后将所述液体输送给计量单元，然后在计量单元中计量加入碱，并且接下来优选通过供应单元将所述液体返回输送到生物反应器中。这个循环可以重复进行，直到达到希望的中性的pH值。如果在此期间计量加入了过多的碱，则可能必须计量加入酸，以便重新略微酸化。

附加或备选地，所述吸出单元和/或供应单元优选能为了将液体从酸罐和/或生物反应器中泵送到第一或第二pH值传感器并且返回泵送到酸罐和/或生物反应器中而运行。以这种方式可以简单地确定位于酸罐和/或生物反应器中的液体的pH值。如果第二pH值传感器设置在混合器的上游，则首先将液体引导到第二pH值传感器，然后引导到混合器，再引导到第一pH值传感器，并且再引导返回酸罐。这意味着，可以首先在第二pH值传感器上确定从酸罐中吸出的液体的pH值，并且然后根据需要在混合器中供应酸或碱。然后可以在第一pH值传感器上对这个混合物进行查验，将其重新供应给酸罐，以此类推，直到在第二pH值传感器上、即在混合器的入口处检测到相应的pH值。当达到目标pH值时，在混合器的入口处和出口处的pH值优选是相同的。

在另一个优选的实施形式中，所述电子控制单元构造成用于确定给出存在于酸罐中的含水酸溶液的质量的酸质量值，将所确定的酸质量值与预先确定的酸比较值进行比较，并根据比较结果：启动对酸罐中的含水酸溶液的中和。这种酸质量值例如可以是固体的负荷/含量(Beladung)、污染程度或类似量。

所述酸质量值特别优选是第一pH值，并且所述电子控制单元构造成用于：确定存在于酸罐中的含水酸溶液的第一pH值，将所确定的第一pH值与预先确定的pH阈值进行比较，并且对于所确定的第一pH值超过pH阈值的情况：启动对酸罐中的含水酸溶液的中和。存在于酸罐中的含水酸溶液优选用于生物反应器的至少一个清洁循环。在一个清洁循环中，通过供应接口将含水酸溶液供应给生物反应器，在生物反应器内部引导所述酸溶液通过不同的管线和/或筛网或类似物，并且然后通过吸出接口将这样使用的并因此部分或完全消耗的酸吸出到生物反应器清洁设备中，并在这里将其重新供应给酸罐。已经证明，利用这种含水酸溶液可以实施两个或更多个、但不是任意多个的清洁过程。根据生物反应器的污染程度，在确定数量的清洁过程之后，酸溶液最终被耗尽。这种情况优选这样来确定，即酸质量值或者说优选第一pH值超过pH阈值。

所述电子控制单元优选构造成用于，由数据库获得并加载所述酸比较值和/或预先确定的pH阈值。所述酸比较值或预先确定的pH阈值可以与生物反应器的类型、所使用的酸的类型或其他参数是相关的。然后，所述电子控制单元根据这些参数确定相应的值，并从数据库中加载所述值，或从远程设置的存储器中例如通过互联网加载所述值，或从云端服务加载所述值。

在另一个优选的实施形式中，所述电子控制单元构造成用于，为了中和存在于酸罐中的含水酸溶液，在所述吸出单元和/或供应单元将液体从酸罐中泵送到第一或第二pH值传感器并返回泵送到酸罐中期间，促使碱计量器将碱输出到混合器中，直到在酸罐中达到中性到目标pH值。通过这种方式，可以实现连续中和，在这种中和中，只使用必要量的碱。此外，始终实现均质的液体，从而既不会添加过多的碱，也不会添加过少的碱，并且由此实现碱的高效中和。

在第二方面，本发明通过一种用于运行生物反应器清洁设备的方法来实现前面所述的目的，所述生物反应器清洁设备优选是根据本发明的第一方面的生物反应器清洁设备的上面说明的优选实施形式之一的生物反应器清洁设备，所述方法具有以下步骤：确定给出存在于生物反应器清洁设备的酸罐中的含水酸溶液的质量的酸质量值；将所确定的酸质量值与预先确定的酸比较值进行比较；并且根据所述比较：启动对酸罐中的含水酸溶液的中和。

所述方法是基于这样的构思，即，应根据酸罐中的酸溶液的质量来执行中和方法。将在酸罐中的含水酸溶液用于清洁生物反应器至少一次。通过将所述含水酸溶液供应给生物反应器、接着从生物反应器中将其吸出并送回到酸罐中来使用酸罐中的含水酸溶液，随着每次使用，含水酸溶液的质量都会变差。因此，根据所述方法，优选将酸质量值与预先确定的酸比较值进行比较。根据所述比较，特别是当所述酸质量值低于预先确定的酸比较值时，启动对含水酸溶液的中和。为了能够在中和后对含水酸溶液进行废料处置，这是必要的。所述中和优选是连续中和。

所述酸质量值特别优选是第一pH值。所述含水酸溶液的pH值特别适于用作酸质量值，因为通过这个值可以得出关于含水酸溶液溶解生物反应器中的钙化物的能力的结论。在这种情况下，所述方法则优选包括以下步骤：确定存在于酸罐中的含水酸溶液的第一pH值；并将所确定的第一pH值与预先确定的pH阈值进行比较，这样，在此情况下，所述pH阈值就是酸比较值。如果所确定的第一pH值超过了pH阈值，就是说，含水酸溶液不再有足够的酸性，则启动对含水酸溶液的中和。

此外优选的是，所述方法包括：从数据库中获得并加载酸比较值和/或预先确定的pH阈值。所述数据库可以内置地设置在生物反应器清洁设备内部或者可以通过远程系统、例如互联网或云端服务进行传输。酸比较值或预先确定的pH值阈值可能是与用户输入到所述设备中的参数或与通过一个或多个传感器关于含水酸溶液检测到的值相关的。

此外，所述方法优选包括以下步骤：将液体从酸罐中泵送到生物反应器清洁设备的混合器并且返回泵送到酸罐中。此外，在将液体从酸罐泵送到生物反应器清洁设备的混合器并返回泵送到酸罐中期间，所述方法优选包括以下步骤：中和所述液体。所述方法优选还包括以下步骤：在混合器中混入酸和/或碱和/或淡水。通过混入酸、碱或淡水，可以对所述液体进行中和或进一步调整其pH值。这优选在混合器中进行，而不是直接在酸罐中进行。以这种方式，可以进行连续中和或连续酸化，以便能够目标精确地调整酸罐中含水酸溶液的pH值。

优选还在混合器的下游检测第一pH值。优选在混合器的上游检测第二pH值。通过检测第一和第二pH值，可以控制酸、碱或淡水向混合器中的液体流的混入。由于这个原因，所述方法优选还包括以下步骤：根据第一和/或第二pH值在混合器中混入酸和/或碱，以便在酸罐中达到中性的目标pH值。所述中性的目标pH值优选在6.5-10的范围内。6.5-9、7-9或尤其是7-8的范围也是优选的。替代所述中性的目标pH值，也可以设置任意其他的pH值。原则上检测一个pH值、即第一或第二pH值就足以以这种方式形成闭合控制回路。但在混合器的上游和下游检测两个pH值使得能够更精确地控制，并且例如当不希望混入酸、碱或淡水时，还允许绕过混合器直接将液体引导到第一pH值传感器。例如可以设想并且优选的是，仅将从生物反应器中吸出的液体供应给第一pH值传感器，而不用引导其通过混合器和第二pH值传感器。

所述方法优选还包括以下步骤：当达到中性的目标pH值时：将液体从酸罐中泵送到生物反应器清洁设备的收集罐和/或废料处置通道中。在生物反应器清洁设备的收集罐中可以收集其他液体，如从生物反应器中吸出的残余液体或在机械清洁过程中使用的液体。然后可以由收集罐出发对位于这里的液体进行废料处置。酸罐通常明显小于收集罐，从而优选的是，将已中和的液体从酸罐转移到收集罐。此时酸罐是空的并且可以混合新的含水酸溶液，以便例如对生物反应器执行另外的清洁过程，而不必首先排清空收集罐。如果生物反应器清洁设备没有构造成移动式的，而是构造成固定的设备，则不需要将已中和的液体临时存储在收集罐中；在这种情况下，可以直接将所述液体导入废料处置通道。

此外，在所述方法中还可以设定，根据所确定的酸质量值与预先确定的酸比较值的比较来执行以下步骤：将液体从所述酸罐供应到生物反应器，以便清洁所述生物反应器；从生物反应器中吸出液体并将吸出的液体供应给酸罐。优选在所确定的酸质量值超过酸比较值或者说确定所述酸罐中的含水酸溶液的质量足够时，执行这些步骤。

为了改进含水酸溶液的清洁效果，所述方法还可以具有以下步骤：在将液体供应给生物反应器时，向所述液体中吹入气泡。以这种方式，向作为液体供应给生物反应器的含水酸溶液中添加氧气，由此可以改善含水酸溶液和生物反应器中的石灰之间的化学反应。附加地也可以在液体和/或含水酸溶液循环流动通过生物反应器清洁设备和/或生物反应器的管线时将空气吹入。由此可以附加地通过气泡实现对管道的机械清洁。

在第三方面，本发明通过一种计算机程序产品来实现前面所述的目的，所述计算机程序产品包括代码结构，当在计算机上执行时，所述代码结构促使生物反应器清洁设备执行根据按本发明的第二方面的方法的上述优选实施形式之一的方法的步骤。所述计算机优选是所述生物反应器清洁设备的一部分。优选在存储器上，例如尤其是在光学存储介质上，或以下载方式提供所述计算机程序产品。

现在，在下面参照附图来说明本发明的实施形式。这些附图应不是符合真实比例地示出所述实施形式，而是当用于解释说明时，这些附图以示意性和/或略微扭曲的形式完成。对于可以直接从附图中看到的教导的补充内容，参见相关的现有技术。这里要考虑的是，在不偏离本发明的总体构思的情况下，可以进行涉及实施形式的形状和细节多种修改和改动。本发明在说明书中、在附图中以及在权利要求中公开的特征不仅单独地而且以任何的组合地对于本发明的改进都是重要的。此外，由至少两个在说明书、附图和/或权利要求中公开的特征组成的所有组合都落入本发明的范围内。本发明的总体构思并不仅限于下面示出和描述的优选实施形式的具体形式或细节，或者不仅限于与权利要求中要求保护的主题相比是受到限制的主题。对于所给出的测量范围，位于所提及的极限之内的值也应作为极限值公开并能任意地使用和要求保护。为简单起见，下面对相同或相似的部件或具有相同或相似功能的部件使用相同的附图标记。

附图说明

从以下对优选实施形式的说明以及参考附图得出本发明的其他优点、特征和细节；这些附图：

图1与生物反应器和其他元件相结合地示出生物反应器清洁设备的示意图；

图2示出生物反应器清洁设备部分剖开的示意性侧视图，部分地自由切面；

图3a-3d示出酸桶的四个图示；

图4示出生物反应器清洁设备的线路图；

图5示出喷射器的横向剖视图；

图6示出混合器连同其他元件的示意性线路图；以及

图7示出含水酸溶液的中和曲线图。

具体实施方式

生物反应器清洁设备1可以构造成移动式的生物反应器清洁设备，如图1中示出的那样，或构造成固定的生物反应器清洁设备。通常可以将移动式的生物反应器清洁设备搬运到设置有生物反应器2的列车上。列车上的生物反应器2通常是已知的并且这里不进一步详细说明。在图1中示例性示出竖直定向的生物反应器2，所述生物反应器具有固体罐4、液体罐5和卫生器6，所述卫生器具有用于排出液体的出口7。在固体罐4中设有过滤篮8，2英寸软管9和清洁喷嘴10在底部附近终止于所述过滤篮中，以便向固体罐4供应在高压下的水，以清除掉在过滤篮8中形成的滤饼。此外，还在液体罐5上构成1英寸接口11，以便从液体罐5中吸出液体或向液体罐供应液体。此外，所述生物反应器2还包括控制器12，所述控制器可以例如对生物反应器2的传感器进行读取。

所述生物反应器清洁设备1具有多个接口，通过这些接口所述生物反应器清洁设备可以与生物反应器2连接。为了例如从生物反应器2中吸出液体，生物反应器清洁设备1具有吸出接口20，所述吸出接口可以通过吸出管线22与生物反应器2的液体罐5的1英寸接口11连接。此外，所述生物反应器清洁设备1还具有供应接口24，所述供应接口可以通过供应管线26与生物反应器2的2英寸软管9连接，以便通过所述软管将液体供应到生物反应器2中，具体而言，供应到固体罐4中。此外，生物反应器清洁设备1还具有高压接口28和电子的控制接口32，所述高压接口可以通过高压软管30与清洁喷嘴10连接，所述控制接口可以通过信号线路34与生物反应器2的控制器12连接。

此外，所述生物反应器清洁设备1还具有废料处置接口36，通过所述废料处置接口，生物反应器清洁设备1可以与外部罐38相连，所述外部罐与外部的真空源39相连，以便由此从生物反应器清洁设备1中吸出液体。生物反应器清洁设备1在入口侧具有电压接口40和淡水接口42。

在生物反应器清洁设备1的内部(图2)，所述生物反应器清洁设备具有电子控制单元44，所述电子控制单元具有带有程序代码的存储器和用于执行所述程序代码的处理器。所述电子控制单元44控制生物反应器清洁设备1不同的功能，如尤其是由进一步说明中得出的那样。例如，所述电子控制单元44控制泵46和高压泵48。泵46既可以用于在吸出接口20处提供真空，也可以用于将液体泵送到供应接口24。所述高压泵48用于向高压接口28提供具有高压的液体。此外，在生物反应器清洁设备1的内部设有收集罐50和酸罐52，对于收集罐50设有第一液位传感器51，并且对于酸罐52设有第二液位传感器53。

在生物反应器清洁设备1的下部区域中设有多个酸桶56和多个碱桶58。酸桶56和碱桶58分别安置在为此设置的酸抽屉57和碱抽屉59中。图3b示出两个酸桶56的细节。在酸桶56上设置吸枪60，所述吸枪能通过另外的阀与酸罐52连接，如参考图4还会说明的那样。除了插入吸出接口61中的吸枪60外，还设有通风阀62。所述吸枪60具有螺旋盖63(见图3c)、枪体64和带有固定安装的过滤器的底阀65。如果需要更换一个所述桶56、58，可以将吸枪60插入在相应抽屉上为此设置的吸枪架66a、66b上，使得吸枪不会发生损坏。

图4现在示出生物反应器清洁设备1的线路图或布图。这里，电压接口40和电子控制单元44一样没有示出。根据图4的线路图分为三个带有系统边界A、B和C的系统。除了吸出接口20、供应接口24和高压接口26之外，在图4右侧的系统边界A中还包括泵及阀单元70，所述泵及阀单元这里只示意性地作为方框示出，但在其内部可以设置多个阀、管、传感器和类似物。作为泵及阀单元70的一部分，这里例如示出泵46，以及示意性示出生物反应器清洁设备1的吸出单元72和供应单元74。吸出单元72用于从生物反应器2中吸出液体，并且为此具有吸出接口20。泵46对此起作用，以便在吸出接口20处提供真空。此外，供应单元74在泵及阀单元70中构成，所述供应单元具有供应接口24。

系统边界B中包括计量单元80以及多个酸桶56和多个碱桶58。这里淡水接口42配设给系统B，更确切地说，配设给计量单元80。在所示的实施例中，计量单元80有四个酸桶接口82a、82b、82c、82d和两个碱桶接口84a、84b。此时，计量单元80又与系统边界C中的一个结构单元连接，在这里示出的实施形式(图5)中，在所述结构单元中设置收集罐50和酸罐52。同样，第一液位传感器51和第二液位传感器53以及吸出接口36也设置在这个系统边界中。系统边界A、B和C只是用于图解说明，但此外没有结构上的影响。但在确定实施形式中，系统边界也可以形成结构上的边界。

在清洁生物反应器2的范围内，现在，在第一步骤中可以首先利用吸出单元72在泵46的作用下经由吸出接口20吸出存在于生物反应器2中、尤其是液体罐5中的残余液体。然后通过第一管线L1将所述残余液体供应给收集罐50。为此，必须打开优选构造成球阀的阀BV82，这优选由电子控制单元44促成。在吸出接口20上设置能够手动打开的第一手动阀HA1。在第一手动阀的下游，朝泵及阀单元70的方向设置第一流量测量单元VF1，所述第一流量测量单元包括电容式传感器。借助于所述流量测量单元VF1的电容式传感器可以确定是否存在液体，以便在不存在液体的情况下关闭管线或不再提供真空，或将其用于其他位置。所述第一流量测量单元也与电子控制单元44连接，以便向所述电子控制单元提供相应的流量信号。如果现在已从生物反应器2中吸出残余流体，则可能合理和必要的是，首先通过喷嘴头10进行机械清洁，或通过所述2英寸软管9引入液体，以检测过滤篮8的渗透性。为此目的，可以例如通过供应接口24供应淡水。为此，在该实施例中，要手动打开第二手动阀HA2。供应单元74通过第二管线L2与淡水接口42连接并从所述淡水接口接收淡水。然后，供应单元74可以借助于泵46将所述液体输送给供应接口24。

在化学清洁的范围中，通过化学品，即尤其是通过含水酸溶液来清洁生物反应器2。这里可能必要的是，首先制备含水酸溶液。在这里所示的实施例中，这通过计量单元80来进行。计量单元80通过第三管线L3与淡水接口42连接。在第三管线L3中设置阀BV78，优选是球阀，所述阀可以通过电子控制单元44来控制。在这个阀的下游设置第一流量传感器FT60、压力传感器PT60和第二pH值传感器QT60。在第二pH值传感器QT60的下游，所述管线分支成第四管线L4、第五管线L5和第六管线L6，所述第四管线通向酸计量器86，所述第五管线通向碱计量器88，所述第六管线形成用于供应给酸计量器86和碱计量器88的淡水的旁路。在该实施例中构造成酸喷射器87的酸计量器86(见图5)不仅经由第四管线L4接收淡水，而且还经由第七管线L7与酸桶接口82a-82d连接或能连接。更准确地说，第七管线L7通过第一电磁阀MV71、第二流量传感器FT61和第三流量计VF61与酸桶接口82a-82d连接。流量计VF61又配备有电容式传感器并检测是否存在液体。因此，所述流量计可以用作空桶识别装置。相反，流量传感器FT61测量体积流量并且优选使用转轮。第一电磁阀MV71、第二流量传感器FT61和第三流量计VF61也与电子控制单元44连接，以便向电子控制单元所述提供信号或由电子控制单元控制。阀BV60设置在酸计量器86的下游，这个阀也优选构造成球阀并且能由电子控制单元44控制。

在这个实施例中，碱计量器88以类似的方式构造成碱喷射器89，并且不仅经由第五管线L5被供应以淡水，而且经由第八管线L8被供应以碱。为此，第八管线L8通过阀MV73、优选是球阀和流量计VF63与第一和第二碱桶接口84a、84b相连。流量计VF63可以构造成与流量计VF61是相同的。这个流量计也可以用作空桶识别装置。在碱计量器88的下游设置优选构造成球阀的阀BV62，并且这个阀能由电子控制单元44控制。

酸喷射器87、碱喷射器89和第六管线L6共同通入混合器90中。根据这里所示的实施例，在第六管线L6和混合器90之间设置可选的节流阀92，所述节流阀可以通过调节件BV61来调节。所述调节件BV61也可以由电子控制单元44控制。以这种方式，通过对阀BV60、BV62的控制或通过经由调节件BV61对节流阀92的控制，根据需要将加酸的淡水经由第四管线L4、淡水经由第六管线L6和加碱的淡水经由第五管线L5混合在一起。在混合器90的下游设置第一pH值传感器QT61，所述第一pH值传感器向电子控制单元44提供第一pH值信号。所述混合器90通过第九管线L9和另一个优选构造成球阀的阀BV83与酸罐52相连。就是说，通过第一pH值传感器QT61可以检测经由阀BV83供应给酸罐52的液体的pH值。备选地，也可以从混合器90出发将液体供应给收集罐50。为此设有阀BV80，这个阀将从第九管线L9分支出的第十管线L10与收集罐50相连。

以这种方式可以在酸罐52中产生含水酸溶液，然后可以将这种含水酸溶液用于清洁生物反应器2。为了从酸罐52将含水酸溶液供应给生物反应器2，关闭阀BV83，并打开设置在酸罐52和第一管线L1之间的阀BV85。接下来，可以借助于泵46在第一管线L1中建立负压，并且可以通过阀BV85、第一管线L1和供应单元74经由供应接口24将含水酸溶液供应给生物反应器2。

然后，含水酸溶液流动通过生物反应器2，更准确地说，流动通过滤篮8，并且接下来进入液体罐5。在这个路途上，含水酸溶液的酸与附着的钙沉积物发生反应并使其溶解。此时，也可以同时吹入气泡以提高清洁效果。尤其是对生物反应器2的同样也可以且应该清洁的管线来说，这是优选的。

现在，在液体行进通过生物反应器2后，可以通过所述1英寸接口11吸出所述液体。此时这通过吸出单元74借助于泵46来进行。

这样从生物反应器2中吸出的液体可以由吸出单元72中直接经由第一管线L1和阀BV85重新供应给酸罐52。但也可以从吸出单元72出发经由第十一管线L11将吸出的液体送入第三管线L3，并且在这里所示的实施例中(图4)，是在阀BV78和流量传感器FT60之间送入第三管线。如果阀BV60、BV62保持关闭，吸出的液体可以被引导经过第二pH值传感器QT60、节流阀92和第一pH值传感器61，然后经过第九管线L9、阀BV83，并进入酸罐52中。在其他实施例中还可以设定，管线L11在其他位置处通入第三、第六或第九管线L3、L6、L9中，例如，第十一管线L11也可以在第二pH值传感器QT60下游通入第六管线L6中，例如在节流阀92和第一pH值传感器90之间通入。也可以设定，在第一管线L1中设置另外的pH值(传感器)，以便直接测量从生物反应器2吸出的液体的pH值。

只要所吸出的被引导经过第一pH值传感器QT61的液体的pH值不超过预先确定的pH阈值，则可以将含水酸溶液再次用于清洁生物反应器2或另一个生物反应器。这里，吸出的液体的pH值用作酸质量值。也可以使用其他值，如特别是液体的污物颗粒含量或类似值。

如果确定，由传感器QT61检测到的第一pH值超过预先确定的pH阈值，则应对酸罐52中的含水酸溶液进行中和，以便后续可以进行废料处置。为了进行中和，从吸出接口20直接地将吸出的液体供应给计量单元或者从酸罐52借助于吸出单元72经由第十一管线L11将吸出的液体供应给计量单元80。此时，引导要中和的含水酸溶液在流量传感器FT60、第二pH值传感器QT60处经过，并且然后在第四、第五和第六管线L4、L5、L6之间对其进行分配。此时，通过碱计量器88计量加入碱，使得要中和的含水酸溶液的pH值提高。提高的pH值本身可以用第一pH值传感器QT61来测量。然后可以将液体再次供应到酸罐52中，或通过第十二管线L12返回供应给吸出单元72并从这里出发再次供应给第十一管线L11。就是说，在含水酸溶液在生物反应器清洁设备1内循环期间所述含水酸溶液被中和，并且以这种方式实施连续中和(Durchflussneutralisierung)。一旦达到足够高的pH值，则不通过阀BV83引导液体回到酸罐82中，而是通过阀BV80将其引导到收集罐50中，以便能从这里对液体进行废料处置。

除了酸喷射器87和碱喷射器89之外，还可以设置一个或多个另外的喷射器，以便通过生物反应器清洁设备1例如为火车上的化学厕所制作蓝水混合物。

图5示出如用作酸喷射器87和碱喷射器89的喷射器。图5参考酸喷射器87示例性地对此进行了说明。但相同的内容也适用于碱喷射器89。酸喷射器87具有第一入口92，所述第一入口与第四管线L4相连并接收在压力下的淡水。此外，所述酸喷射器还具有与第七管线L7连接并由此接收酸的第二入口94。此时，该喷射器具有出口96，所述出口与阀BV60连接(见图4)。在内部设有喷嘴件97，所述喷嘴件以文丘里泵的方式通入中间空间98，以便由此从第二入口94吸入酸并将其输送到共同的喷射器室99中。然后，所述喷射室引向出口96，在所述出口处淡水和酸混合地存在。为了在第二入口94处精确地计量供应酸，可以脉冲式地打开阀MV71，以便尽可能精确地调整出口96处混合液体的pH值。

图6示意性地示意性连续中和的循环过程。这里P表示泵46或者淡水接口42。这里重要的只是，启动循环过程。然后，液体从这里出发到达第一流量计FT60、到达压力传感器PT60以及到达第二pH值传感器QT60。然后，管线一方面分支为通向碱喷射器89、更确切地说通向第一入口92的管线L6和管线L5。这里，阀MV73连接到第二入口94上，在图6中所示的实施例中，此时可以通过这个阀MV73向第二入口94供应碱。此时通过阀BV62可以进一步调整计量，而在第六管线L6中可以通过节流阀92和阀BV61调节另外的路径。

在这里所示的实施例中，在混合器90中附加地设有扩散器100，第六管线L6和第五管线L5以及还有第四管线L4(见图4)所述混合器中汇合。这里，所述扩散器只是示意性地示出并且例如可以构造成带有不同混合元件的静态混合器。在扩散器100的下游，这里还设有第一pH值传感器QT61。这个循环过程一直进行到在酸罐52中达到足够高的pH值，以便能够对含水溶液进行废料处置。

现在，图7示出含水酸溶液的中和的特征性曲线。在纵坐标上标注pH值，在横坐标上标注所添加的碱量。从这个图可以很容易地看出，在第一部分，最初，即使在添加量很大时，pH值也只略微升高到约pH 2，然后非常强烈地升高约pH 11/12，然后再次平缓地伸展。这里加深标注出6.5和9之间的中性范围，并且目标pH值ZpH同样也处于这里。为了能够进行废料处置，含水溶液应处在这个范围内。这个图表明，为什么在静态过程中在酸罐52内部难以实现中和。在如在本发明范围内提出的连续中和中，可以通过闭合的调节回路逐渐调整到pH值在6.5至9之间的中性范围，而不会引起“过调”。在这个图表中还标注了pH阈值SpH，参考这个阈值来衡量，酸罐52中的含水酸溶液是否可以继续用于清洁。如果确定，酸罐52中的含水溶液超过pH阈值SpH，则启动中和过程。在范围102中，所述溶液虽不能再用于清洁，但也还没有达到能够进行废料处置的中性程度。

Claims (27)

1.用于清洁生物反应器(2)、优选用于清洁轨道车辆中的生物反应器的生物反应器清洁设备(1)，所述生物反应器清洁设备具有：

用于从生物反应器(2)中吸出液体的吸出单元(72)，所述吸出单元(72)具有用于连接到所述生物反应器(2)上的吸出接口(20)；

用于将液体供应到生物反应器(2)中的供应单元(74)，所述供应单元(74)具有至少一个用于连接到生物反应器(2)上的供应接口(24)；

用于控制吸出单元(72)和供应单元的电子控制单元(44)；

用于容纳含水酸溶液的酸罐(52)；

用于容纳从所述生物反应器吸出的液体的收集罐(50)；和

用于向生物反应器清洁设备(1)供应淡水的淡水接口(42)；

其中，所述供应单元(74)与淡水接口(42)和酸罐(52)连接，以便选择性地将淡水和/或含水酸溶液提供给供应接口(24)，

并且用于从生物反应器(2)吸出液体的吸出单元(72)能够选择性地与酸罐(52)或收集罐(50)连接，以便将从生物反应器(2)中吸出的酸溶液供应给酸罐(52)并将从生物反应器(2)中吸出的基本上pH中性的残余流体供应给收集罐(50)；

并且所述生物反应器清洁设备具有计量单元(80)，所述计量单元具有：

一个或多个用于连接酸桶(56)的酸桶接口(82a、82b、82c、82d)和一个或多个用于连接碱桶(58)的碱桶接口(84a、84b)，

酸计量器(86)，所述酸计量器能在入口侧与所述一个或多个酸桶接口(82a、82b、82c、82d)连接并且能在出口侧与酸罐(52)连接，并且所述计量单元具有碱计量器(88)，所述碱计量器能在入口侧与所述一个或多个碱桶接口(84a、84b)连接并且能在出口侧与酸罐(52)连接，以及

所述计量单元具有混合器，所述混合器能在入口侧与淡水接口和酸计量器(86)和/或碱计量器(88)连接并且能在出口侧与酸罐相连，以便向所述酸罐供应能用于中和存在于酸罐(52)中的酸溶液的溶液。

2.根据权利要求1所述的生物反应器清洁设备，所述生物反应器清洁设备具有第一pH值传感器(QT61)，以用于检测供应给酸罐(52)的液体的第一pH值并用于向所述电子控制单元(44)提供第一pH值信号。

3.根据权利要求1或2所述的生物反应器清洁设备，所述生物反应器清洁设备具有第二pH传感器(QT60)，以用于检测通过吸出接口(20)吸出的液体的第二pH值。

4.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器清洁设备，其中，所述酸计量器(86)具有酸喷射器(87)，所述酸喷射器能在入口侧与淡水接口(42)连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器清洁设备，其中，所述碱计量器(88)具有碱喷射器(89)，所述碱喷射器能在入口侧与淡水接口(42)连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器清洁设备，其中，所述混合器(90)具有节流阀(92)，以用于对供应给混合器(90)的淡水进行节流。

7.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器清洁设备，所述生物反应器清洁设备具有第一流量计(FT60)，以用于测量供应给混合器(90)和/或酸计量器(86)和/或碱计量器(88)的淡水。

8.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器清洁设备，所述生物反应器清洁设备具有第二流量计(FT61)，以用于测量供应给酸计量器(86)的酸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器清洁设备，其中，所述吸出单元(72)和/或供应单元(74)能够为了将液体从酸罐(52)和/或生物反应器(2)中泵送到混合器(90)并返回泵送到酸罐(52)和/或生物反应器(2)中而运行。

10.根据权利要求2或3所述的生物反应器清洁设备，其中，所述吸出单元(72)和/或供应单元(74)能够为了将液体从酸罐(52)和/或生物反应器(2)中泵送到第一和/或第二pH值传感器(QT60、QT61)并返回泵送到酸罐(52)和/或生物反应器(2)中而运行。

11.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器清洁设备，其中，所述电子控制单元(44)构造成用于：

-确定给出存在于酸罐(52)中的含水酸溶液的质量的酸质量值；

-将所确定的酸质量值与预先确定的酸比较值进行比较；并且

-根据所述比较：启动对酸罐(52)中的含水酸溶液的中和。

12.根据权利要求11所述的生物反应器清洁设备，其中，所述酸质量值是第一pH值，并且所述电子控制单元(44)构造成用于：

-确定存在于酸罐(52)中的含水酸溶液的第一pH值；

-将所确定的第一pH值与预先确定的pH阈值(SpH)进行比较；并且对于所确定的第一pH值超过pH阈值(SpH)的情况：

-启动对酸罐(52)中的含水酸溶液的中和。

13.根据权利要求11或12所述的生物反应器清洁设备，其中，所述电子控制单元(44)构造成用于，从数据库中获得和加载所述酸比较值和/或预先确定的pH阈值(SpH)。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的生物反应器清洁设备，其中，所述电子控制单元(44)构造成用于，为了中和存在于酸罐(52)中的含水酸溶液，在吸出单元(72)和/或供应单元(74)将液体从酸罐(52)中泵送到第一或第二pH值传感器(QT60、QT61)并返回泵送到酸罐(52)中期间，促使碱计量器(88)将碱输出到所述混合器(90)中，直到在酸罐(52)中达到中性的目标pH值(ZpH)。

15.用于运行生物反应器清洁设备(1)的方法，所述生物反应器清洁设备优选是根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器清洁设备(1)，所述方法包括以下步骤：

-确定给出存在于生物反应器清洁设备(1)的酸罐(52)中的含水酸溶液的质量的酸质量值；

-将所确定的酸质量值与预先确定的酸比较值进行比较；并且

-根据所述比较：

-启动对酸罐(52)中的含水酸溶液的中和。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述酸质量值是第一pH值，并且所述方法包括以下步骤：

-确定存在于酸罐(52)中的含水酸溶液的第一pH值；

-将所确定的第一pH值与预先确定的pH阈值(SpH)进行比较；并且对于所确定的第一pH值超过pH阈值(SpH)的情况：

-启动对酸罐(52)中的含水酸溶液的中和。

17.根据权利要求15或16所述的方法，所述方法包括：

-从数据库中获得并加载所述酸比较值和/或预先确定的pH阈值。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，所述方法包括：

-将液体从酸罐(52)中泵送到生物反应器清洗设备(1)的混合器(90)并返回泵送到酸罐(52)中。

19.根据权利要求18所述的方法，所述方法包括：

-在所述混合器(90)中混入酸和/或碱和/或淡水。

20.根据权利要求18或19所述的方法，所述方法包括：

-在所述混合器(90)下游确定第一pH值。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，所述方法包括：

-在所述混合器(90)上游确定第二pH值。

22.根据权利要求20或21所述的方法，所述方法包括：

-根据第一和/或第二pH值，在混合器(90)中混入酸和/或碱，以便在酸罐(52)中达到中性的目标pH值(ZpH)。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述中性的目标pH值(ZpH)在6.5至10的范围内。

24.根据权利要求22或23所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-当达到中性的目标pH值时：将液体从酸罐(52)泵送到生物反应器清洁设备(1)的收集箱(50)中和/或泵送到废料处置通道中。

25.根据权利要求15至24中任一项所述的方法，所述方法包括：

-根据所述比较：将液体从酸罐(52)供应给生物反应器(2)，以便清洁所述生物反应器(2)；并且

-从所述生物反应器(2)中吸出液体，并将吸出的液体供应给酸罐(52)。

26.根据权利要求25所述的方法，包括：

-在将液体供应给生物反应器(2)时，将气泡吹入液体中。

27.计算机程序产品，所述计算机程序产品包括代码结构，当在计算机上执行时，所述代码结构促使生物反应器清洁设备(1)实施按照根据权利要求15至26中任一项所述的方法的步骤。

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