DE202017102309U1

DE202017102309U1 - Mikroflotationssystem mit einer Vielzahl von Mikroflotationsanlagen

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Publication number: DE202017102309U1
Application number: DE202017102309.5U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Damann Volker De; DAMANN, ROLAND, DE
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-07-23
Anticipated expiration: 2027-04-20

Abstract

Mikroflotationssystem mit• einer Vielzahl von Mikroflotationsanlagen (10), die jeweils ein Flotationsbecken (22), einen Schmutzwasserzulauf (34), einen Dispersionswasserzulauf (26), einen Klarwasserauslauf (36), ein Betriebsführungssystem (38), eine Kommunikationseinrichtung (58) und eine erste Kamera (50) aufweisen, wobei die erste Kamera (50) so angeordnet ist, dass sie ein Bild einer Flotatschicht (48) erfasst, wobei die Kommunikationseinrichtung (58) dazu ausgebildet ist, von der ersten Kamera (50) erfasste Bilder und zugehörige Metadaten über ein Datennetzwerk (60) zu übertragen, und wobei das Betriebsführungssystem (38) dazu ausgebildet ist, die Mikroflotationsanlage (10) anhand einer Anzahl von Betriebsparametern zu steuern, und• einer zentralen Steuerung (64), die eine Datenbank (66) und einen Betriebsführungsassistenten (68) aufweist und die über ein Datennetzwerk (60, 62) mit jeder der Mikroflotationsanlagen (10) verbunden ist,• wobei die Datenbank (66) eine Vielzahl von Datensätzen enthält, die jeweils mindestens ein von einer der ersten Kameras (50) erfasstes Bild und/oder aus diesem Bild extrahierte Daten und/oder mindestens einen Teil der zugehörigen Metadaten umfassen, und• der Betriebsführungsassistent (68) dazu ausgebildet ist, auf Grundlage eines von einer ersten Kamera (50) einer bestimmten Mikroflotationsanlage (10) übermittelten Bilds und der in der Datenbank (66) enthaltenen Datensätze mindestens einen optimierten Betriebsparameter zu ermitteln und an diese Mikroflotationsanlage (10) zu senden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroflotationssystem mit einer Vielzahl von Mikroflotationsanlagen, die jeweils ein Flotationsbecken, einen Schmutzwasserzulauf, einen Dispersionswasserzulauf und einen Klarwasserauslauf aufweisen. Über den Dispersionswasserzulauf wird mit einem Gas angereichertes Dispersionswasser in das Flotationsbecken eingeleitet. Bei der Entspannung des Dispersionswassers bilden sich Mikroblasen, die langsam in dem Flotationsbecken aufsteigen, sich an Verunreinigungen anlagern und diese an die Oberfläche des Flotationsbeckens transportieren, wo sich eine sogenannte Flotatschicht bildet.
Soweit jetzt und im Folgenden von Schmutzwasser, Abwasser, Klarwasser und Dispersionswasser die Rede ist, sind andere Flüssigkeiten als Wasser ausdrücklich einbezogen, beispielweise Öle oder Gemische unterschiedlicher Flüssigkeiten mit und ohne Wasser.
Mikroflotationsanlagen sind zur Reinigung der unterschiedlichsten Abwässer geeignet und zeichnen sich durch einen weitgehend wartungsfreien und kostengünstigen Betrieb aus. Insbesondere erlauben sie eine hocheffiziente Abscheidung von Feststoffen aus Flüssigkeiten, beispielsweise bei der Aufbereitung industrieller, kommunaler oder biotechnologischer Abwässer. Bei der Mikroflotation können unterschiedliche Ziele angestrebt werden. In der Regel wird auf einen möglichst geringen Energieeinsatz, einen geringen Verschmutzungsgrad des Klarwassers und eine für eine einfache Weiterverarbeitung oder Entsorgung günstige Beschaffenheit des Flotats besonderer Wert gelegt. Da zahlreiche Faktoren die Erreichbarkeit dieser Ziele beeinflussen, sind optimale Flotationsergebnisse nicht immer einfach zu erreichen. Ein erfahrener Praktiker vor Ort ist jedoch häufig in der Lage, Verbesserungspotentiale zu erkennen und durch geeignete Eingriffe in die Anlagensteuerung zu realisieren.
Aus dem US-Patent Nr. 5,693,222 ist bekannt geworden, eine Trübung des in einer Mikroflotationsanlage gereinigten Abwassers zu messen und bei starker Trübung ein Entspannungsventil automatisch so anzusteuern, dass mehr Gas zugeführt wird. Auf diese Weise wird ein optimales Gas-Feststoff-Verhältnis angestrebt.
Aus der Druckschrift WO 97/45203 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Flotationsanlagen bekannt geworden. Bei dem bekannten Verfahren wertet eine Steuerung Bilder einer Flotatschicht aus.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Mikroflotationssystem mit einer Vielzahl von Mikroflotationsanlagen zur Verfügung zu stellen, mit dem auch unter wechselnden Betriebsbedingungen optimale Flotationsergebnisse erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Mikroflotationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den sich anschließenden Unteransprüchen angegeben.
Das Mikroflotationssystem hat

• eine Vielzahl von Mikroflotationsanlagen, die jeweils ein Flotationsbecken, einen Schmutzwasserzulauf, einen Dispersionswasserzulauf, einen Klarwasserauslauf, ein Betriebsführungssystem, eine Kommunikationseinrichtung und eine erste Kamera aufweisen, wobei die erste Kamera so angeordnet ist, dass sie ein Bild einer Flotatschicht erfasst, wobei die Kommunikationseinrichtung dazu ausgebildet ist, von der ersten Kamera erfasste Bilder und zugehörige Metadaten über ein Datennetzwerk zu übertragen, und wobei das Betriebsführungssystem dazu ausgebildet ist, die Mikroflotationsanlage anhand einer Anzahl von Betriebsparametern zu steuern, und
• eine zentrale Steuerung, die eine Datenbank und einen Betriebsführungsassistenten aufweist und die über ein Datennetzwerk mit jeder der Mikroflotationsanlagen verbunden ist,
• wobei die Datenbank eine Vielzahl von Datensätzen enthält, die jeweils mindestens ein von einer der ersten Kameras erfasstes Bild und/oder aus diesem Bild extrahierte Daten und/oder mindestens einen Teil der zugehörigen Metadaten umfassen, und
• der Betriebsführungsassistent dazu ausgebildet ist, auf Grundlage eines von einer ersten Kamera einer bestimmten Mikroflotationsanlage übermittelten Bilds und der in der Datenbank enthaltenen Datensätze mindestens einen optimierten Betriebsparameter zu ermitteln und an diese Mikroflotationsanlage zu senden.

Die von dem System umfassten Mikroflotationsanlagen arbeiten wie folgt: Über den Schmutzwasserzulauf wird dem Flotationsbecken Schmutzwasser (oder eine sonstige verunreinigte Flüssigkeit) und über den Dispersionswasserzulauf Dispersionswasser zugeführt. Das Dispersionswasser ist eine Flüssigkeit (insbesondere Wasser), die unter einem erhöhten Druck steht und in der ein Gas gelöst ist, im Idealfall mit einer Sättigungskonzentration. Das Gas kann insbesondere Luft sein. Auf dem Weg in das Flotationsbecken strömt das Dispersionswasser in der Regel durch ein Entspannungsventil, wobei der Druck im Wesentlichen bis auf den Umgebungsdruck absinkt, was zu der erwünschten Mikroblasenbildung führt. Die Mikroblasen lagern sich an die Verunreinigungen des Schmutzwassers, insbesondere an kleine Feststoffpartikel, an und tragen diese an die Oberfläche, wo sich eine Flotatschicht bildet. Über den Klarwasserauslauf kann die gereinigte Flüssigkeit, also das Klarwasser, aus dem Flotationsbecken entnommen werden. Das Klarwasser kann zur Herstellung des Dispersionswassers verwendet und in einem Drucksättiger mit einem Gas angereichert werden. Die Mikroflotationsanlagen weisen jeweils ein Betriebsführungssystem auf, dass für die Steuerung des Betriebs der Mikroflotationsanlage zuständig ist. Diese Steuerung erfolgt anhand eines Satzes von Betriebsparametern, beispielsweise einer Stellung eines Entspannungsventils, einer Geschwindigkeit eines Räumers, einer pro Zeiteinheit zugeführten Menge eines Flockungsmittels, usw.
Bei der Erfindung stellen erste Kameras, die jeweils einer der Mikroflotationsanlagen zugeordnet sind, Bilder einer Flotatschicht zur Verfügung, die über ein Datennetzwerk übertragen werden, insbesondere an die zentrale Steuerung, in der eine Auswertung und Nutzung der Daten erfolgt. Dieses Vorgehen beruht auf der Erkenntnis, dass ein Fachmann durch visuelle Begutachtung der Flotatschicht wichtige Informationen über das Ergebnis des Flotationsprozesses gewinnen kann. Beispielsweise kann er einschätzen, ob ein Feststoffgehalt der Flotatschicht in einem erwünschten Bereich liegt oder ob die Flotatschicht die erwünschte Zusammensetzung aufweist, etwa einen angemessenen Gehalt eines Flockungsmittels. Die Erfindung macht sich diese Erkenntnis zunutze und ermöglicht es durch die zur Verfügung gestellten Bilddaten, entsprechende Informationen über den Betrieb der Mikroflotationsanlage zu gewinnen. Hierfür können bei der Erfindung an sich bekannte Methoden der Bildverarbeitung eingesetzt werden. Auf diese Weise kann eine aussagekräftige Bewertung des Flotationsergebnisses ohne einen versierten Fachmann erhalten werden.
Eine objektive Bewertung des Flotationsergebnisses ist alternativ mit speziellen Messverfahren möglich, die beispielsweise die Schlammdichte oder den Feststoffgehalt des Flotats messen. Hierzu müssen jedoch Proben entnommen werden und es entsteht ein erheblicher apparativer und zeitlicher Aufwand. Zeitnahe Korrekturen des Flotationsprozesses sind auf dieser Grundlage in der Praxis nicht möglich. Bei der Erfindung ist eine zuverlässige Bewertung hingegen ohne spürbare Verzögerung möglich, ohne dass Proben entnommen werden müssen. Dies ermöglicht eine fortlaufende Überwachung des Flotationsergebnisses, und zwar gleichzeitig für alle in das Mikroflotationssystem einbezogenen Mikroflotationsanlagen.
Die zentrale Steuerung ist über ein Datennetzwerk mit den Mikroflotationsanlagen verbunden. Dabei kann es sich insbesondere um ein wide area network handeln, zum Beispiel unter Einbeziehung des Internets.
Eine weitere Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass die zentrale Steuerung auf eine Datenbank zugreifen kann, in der eine Vielzahl von Datensätzen enthalten sind. Die Datensätze umfassen jeweils mindestens ein von einer der ersten Kameras erfasstes Bild und/oder aus diesem Bild extrahierte Daten und/oder mindestens einen Teil der zugehörigen Metadaten. Die Metadaten können beispielsweise den von der jeweiligen Betriebsführung zum Zeitpunkt der Erfassung des Bilds verwendeten Satz von Betriebsparametern enthalten, darüber hinaus wahlweise weitere Informationen zum Beispiel über die Art des behandelten Abwassers, aktuelle Umgebungsbedingungen oder sonstige, den Betrieb der Mikroflotationsanlage betreffende Informationen. Somit ist in der Datenbank ein reicher Erfahrungsschatz enthalten, der sich aus dem fortlaufenden Betrieb der Vielzahl von Mikroflotationsanlagen speist und ständig aktualisiert werden kann.
Außerdem umfasst die zentrale Steuerung einen Betriebsführungsassistenten, der für die Betriebsführungssysteme der einbezogenen Mikroflotationsanlagen optimierte Betriebsparameter ermitteln kann. Dies geschieht auf Grundlage eines von einer ersten Kamera einer bestimmten Mikroflotationsanlage übermittelten Bilds und der in der Datenbank enthaltenen Datensätze. Beispielsweise ist es möglich, das von der bestimmten Mikroflotationsanlage übermittelte Bild mit den in der Datenbank enthaltenen Bildern zu vergleichen und unter Ausnutzung der ebenfalls in der Datenbank enthaltenen Metadaten zu erkennen, ob und wie eine Optimierung des Betriebs der bestimmten Mikroflotationsanlage möglich ist. Alternativ zu einem unmittelbaren Vergleich der Bilder kann zunächst eine automatische Analyse des von der bestimmten Mikroflotationsanlage übermittelten Bilds ausgeführt werden, sodass aussagekräftige, aus dem Bild extrahierte Daten vorliegen. Dann können nicht die Bilder selbst, sondern diese extrahierten Daten mit den in der Datenbank enthaltenen Daten verglichen werden. In beiden Fällen ist es möglich, das in der umfangreichen Datenbank manifestierte Erfahrungswissen für den Betrieb jeder einzelnen Mikroflotationsanlage zu nutzen. Dies kann für den erfolgreichen Betrieb einer Mikroflotationsanlage von entscheidender Bedeutung sein, denn unter Umständen kann beispielsweise eine schwerwiegende Störung oder ein deutlich hinter den Möglichkeiten zurückbleibender Betrieb sofort korrigiert werden, selbst wenn die Störung oder der nicht optimale Betrieb bei isolierter Betrachtung der bestimmten Mikroflotationsanlage überhaupt nicht erkennbar wäre. So profitiert das Mikroflotationssystem davon, dass auf Grundlage der Datenbank jedwede, bei einer der Mikroflotationsanlagen in der Vergangenheit aufgetretene Störung sowie die daraus gegebenenfalls in aufwendigen Analysen oder auch vollautomatisch abgeleiteten Erkenntnisse sofort sämtlichen einbezogenen Mikroflotationsanlagen zugutekommen können.
Dies soll an einem Beispiel näher erläutert werden. Angenommen, in einer der in das System einbezogenen Mikroflotationsanlagen ist es vor einiger Zeit zu einem auffälligen, periodisch auftretenden, pilzförmigen Aufwallen der Oberfläche der Flotatschicht gekommen. In einer Analyse wurde festgestellt, dass dieser Effekt auf einer unter bestimmten Betriebsbedingungen auftretenden Verstopfung der Entspannungsventile beruhte. Diese Informationen, also die Bilder der Flotatschicht, die das ungewöhnliche Aufwallen erkennen lassen, sowie die zugehörigen Betriebsparameter werden bei dem erfindungsgemäßen Mikroflotationssystem in die Datenbank eingespeist. Wird zu einem späteren Zeitpunkt bei einer anderen Mikroflotationsanlage eine ähnliche Situation festgestellt, wird dies von der zentralen Steuerung auf Grundlage der von dieser Mikroflotationsanlage übermittelten Bilder der ersten Kamera erkannt, sodass unmittelbar geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden können. Beispielsweise kann der Betriebsführungsassistent einen optimierten Betriebsparameter ermitteln und der bestimmten Mikroflotationsanlage zur Verfügung stellen, der der Verstopfung entgegenwirkt. Zusätzlich kann nötigenfalls ein Betreiber der bestimmten Mikroflotationsanlage über die Störung informiert werden, sodass weitere Gegenmaßnahmen getroffen werden können.
In einer Ausgestaltung sind die Mikroflotationsanlagen dazu ausgebildet, eine Mikroflotation mit Mikroblasen durchzuführen, die eine mittlere Blasengröße im Bereich von 20 µm bis 50 µm aufweisen. Für viele Anwendungen ist es von Vorteil, wenn die Mikroblasen zum Großteil Durchmesser in dem genannten Bereich aufweisen.
In einer Ausgestaltung sind die Betriebsführungssysteme dazu ausgebildet, den mindestens einen optimierten Betriebsparameter über ein Datennetzwerk zu empfangen und bei der Steuerung der jeweiligen Mikroflotationsanlage zu berücksichtigen. Bei dem Datennetzwerk kann es sich insbesondere um dasselbe Datennetzwerk handeln, über das die zentrale Steuerung mit den Mikroflotationsanlagen verbunden ist. Ebenfalls möglich ist jedoch die Verwendung unterschiedlicher Datennetzwerke, also die Verwendung eines ersten Datennetzwerks für die Übertragung der Bilddaten und die Verwendung eines zweiten Datennetzwerks für die Übertragung der optimierten Betriebsparameter. In jedem Fall führt die Ausgestaltung dazu, dass die Mikroflotationsanlagen vollautomatisch anhand der optimierten Betriebsparameter gesteuert werden können.
In einer Ausgestaltung ist der Betriebsführungsassistent dazu ausgebildet, beim Ermitteln des mindestens einen optimierten Betriebsparameters einen lernfähigen Algorithmus anzuwenden. Hintergrund dieser Lösung ist, dass die von den ersten Kameras zur Verfügung gestellten Bilder von den Rahmen- und Betriebsbedingungen der Mikroflotationsanlage beeinflusst sind. Beispielsweise können spezielle Eigenschaften des aufzubereitenden Abwassers oder besondere Beleuchtungsverhältnisse das Erscheinungsbild der Flotatschicht beeinflussen, was das Erstellen einer Bewertung auf Grundlage des Bildes der Flotatschicht erschwert. Bei Verwendung eines lernfähigen Algorithmus kann eine automatische Anpassung an solche Betriebs- und Rahmenbedingungen erfolgen. Hierzu können beispielsweise Referenzbilder einer als optimal erkannten Flotatschicht oder einer Flotatschicht mit bestimmten Abweichungen von einem Idealzustand zum Vergleich herangezogen werden. Diese Referenzbilder können in der Datenbank der elektronischen Steuerung hinterlegt sein. Ebenfalls möglich ist es, Eigenschaften oder Referenzbewertungen einer von der ersten Kamera erfassten Flotatschicht zu ermitteln, beispielsweise durch Analyse entsprechender Proben, und die Ergebnisse ebenfalls zum Vergleich heranzuziehen. Solche Referenzbewertungen können ebenfalls in der elektronischen Steuerung hinterlegt werden. Die elektronische Steuerung kann eine Eingabemöglichkeit für Referenzbilder und/oder Referenzbewertungen aufweisen. Die Referenzbewertungen können insbesondere unabhängig von der ersten Kamera erstellt werden, beispielsweise durch Laboranalysen. Bei Verwendung eines geeigneten, lernfähigen Algorithmus können diese Referenzbilder oder -bewertungen in die Bewertung einfließen, sodass die automatisch erstellten Bewertungen des Flotationsergebnisses mit zunehmender Betriebszeit der Mikroflotationsanlage immer genauer werden können. Ebenfalls möglich ist die Verwendung des lernfähigen Algorithmus ausschließlich auf Grundlage der von den einbezogenen Mikroflotationsanlagen übermittelten Bild- und Metadaten.
In einer Ausgestaltung umfasst die Datenbank zu jedem enthaltenen Datensatz eine Information über einen zugehörigen Schmutzwasser- und/oder Mikroflotationsanlagentyp und der Betriebsführungsassistent ist dazu ausgebildet, beim Ermitteln des mindestens einen optimierten Betriebsparameters Datensätze, die demselben Schmutzwasser- und/oder Mikroflotationsanlagentyp angehören, wie die bestimmte Mikroflotationsanlage anders zu gewichten als andere Datensätze. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass diejenigen Datensätze, die sich auf ähnliche Mikroflotationsanlagen beziehen, wie die bestimmte Mikroflotationsanlage, unter Umständen besonders aussagekräftig und wichtig für die Ermittlung optimierter Betriebsparameter sind. Gleichwohl ist es stets möglich, auch diejenigen Datensätze für die Ermittlung der optimierten Betriebsparameter heranzuziehen, die nach den genannten Kriterien nicht ähnlich zu der bestimmten Mikroflotationsanlage sind. Das eingangs skizzierte Beispiel von bestimmten Betriebszuständen, die aus verstopften Entspannungsventilen resultieren können, kann z.B. für Mikroflotationsanlagen relevant sein, die ganz andere Schmutzwassertypen behandeln. Andere Betriebszustände, beispielsweise charakteristische Verfärbungen der Flotatschicht, sind jedoch enger mit dem Typ des behandelten Schmutzwassers gekoppelt, sodass aus möglicherweise auf den ersten Blick vergleichbaren Verfärbungen bei Mikroflotationsanlagen, die andere Abwassertypen behandeln, keine Rückschlüsse gezogen werden können. Diese Effekte können durch die unterschiedliche Gewichtung der Datensätze berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltung ist der Betriebsführungsassistent dazu ausgebildet, beim Ermitteln des mindestens einen optimierten Betriebsparameters anhand des von der ersten Kamera der bestimmten Mikroflotationsanlage übermittelten Bilds einen oder mehrere der folgenden Parameter auszuwerten: eine Oberflächenstruktur der Flotatschicht, eine Farbe der Flotatschicht, eine Schaumbildung an der Oberfläche der Flotatschicht, einen Anteil einer von der Flotatschicht bedeckten Oberfläche an der Oberfläche des Flotationsbeckens. Die genannten Parameter können für den Betriebszustand von Mikroflotationsanlagen in besonderer Weise aussagekräftig sein. Beispielsweise kann festgestellt werden, ob die Oberfläche der Flotatschicht glatt, wellig oder rissig ist. Eine Analyse dieser Eigenschaften kann insbesondere auch quantitativ erfolgen, sodass Rückschlüsse beispielsweise auf den Feststoffgehalt der Flotatschicht möglich sind. Beispielsweise kann eine Anzahl von Rissen pro Flächeneinheit, eine mittlere Breite und/oder Tiefe von Rissen, eine Länge oder Amplitude von Wellen, usw., bestimmt werden. Eine Auswertung der Farbe der Flotatschicht ist ebenfalls aussagekräftig, beispielsweise kann eine rötliche Farbe auf einen hohen Anteil an Eisen-III-Chlorid hinweisen. Eine der Auswertung auf Grundlage eines von der ersten Kamera erfassten Bilds ebenfalls zugängliche Größe ist eine Schaumbildung an der Oberfläche der Flotatschicht. Schaumbildung auf der Anlagenoberfläche kann nicht nur im regulären Betrieb, sondern auch während einer Reinigung der Anlage auftreten. Dabei kann es zu einem Überschäumen des Flotationsbeckens kommen, was eine Verschmutzung von Anlagenteilen und des Hallenbodens nach sich zieht und unter Umständen eine aufwendige Reinigung erforderlich macht. Der ebenfalls genannte Parameter eines von der Flotatschicht bedeckten Oberflächenanteils, betrachtet im Vergleich zu der gesamten Oberfläche des Flotationsbeckens, hat sich ebenfalls als besonders aussagekräftig und zugleich als besonders zuverlässig zu bestimmen erwiesen.
In einer Ausgestaltung weisen die Mikroflotationsanlagen jeweils eine zweite Kamera auf, die so angeordnet ist, dass sie ein Bild des über den Klarwasserauslauf abfließenden Klarwassers erfasst, und die Kommunikationseinrichtung ist dazu ausgebildet ist, die von der zweiten Kamera erfassten Bilder über das Datennetzwerk an die zentrale Steuerung zu übertragen, wobei der Betriebsführungsassistent dazu ausgebildet ist, auf Grundlage eines von einer zweiten Kamera der bestimmten Mikroflotationsanlage übermittelten Bilds einen Trübungsgrad und/oder eine Färbung des Klarwasser zu bestimmen und bei der Ermittlung des mindestens einen optimierten Betriebsparameters zu berücksichtigen. Mit der zweiten Kamera können alle visuell erfassbaren Eigenschaften des abfließenden Klarwassers aufgezeichnet werden, beispielsweise eine Trübung und/oder eine Färbung. Diese Informationen können dann in die Bewertung des Flotationsergebnisses einfließen.
In einer Ausgestaltung weisen die Mikroflotationsanlagen jeweils eine dritte Kamera auf, die so angeordnet ist, dass sie ein Bild einer im Flotationsbecken befindlichen Sedimentschicht erfasst, und die Kommunikationseinrichtung ist dazu ausgebildet, die von der dritten Kamera erfassten Bilder über das Datennetzwerk an die zentrale Steuerung zu übertragen, wobei der Betriebsführungsassistent dazu ausgebildet ist, ein von der dritten Kamera der bestimmten Mikroflotationsanlage übermitteltes Bild bei der Ermittlung des mindestens einen optimierten Betriebsparameters zu berücksichtigen. Mit der dritten Kamera können Eigenschaften der Sedimentschicht erfasst werden und ebenfalls in die Bewertung einfließen. Dies ermöglicht unter anderem das Festlegen optimaler Entleerungsphasen des Flotationsbeckens oder eine gezielte Ansteuerung eines Sedimenträumers.
Die ersten Kameras und/oder die zweiten Kamera und/oder die dritten Kameras können wasserdicht und/oder temperaturbeständig gekapselt sein. Sie können Bilder mit einer hohen Auflösung von beispielsweise einem Megapixel oder mehr zur Verfügung stellen.
Die ersten Kameras und/oder die zweiten Kameras und/oder die dritten Kameras können IR-Kameras sein. Grundsätzlich kann jede der genannten Kameras auch mit Licht aus dem sichtbaren Spektrum arbeiten. Eine Verwendung von Infrarotlicht oder anderen, vom sichtbaren Licht abweichenden Spektralbereichen kann unter Umständen eine höhere Aussagekraft haben und/oder weniger vom einfallenden Tageslicht beeinflusst sein.
Die ersten Kameras können insbesondere 3D-Kameras sein. Eine 3D-Kamera erfasst nicht nur ein zweidimensionales Bild, sondern liefert zusätzlich Tiefeninformationen zu jedem Bildpunkt. Hierzu sind unterschiedliche Kamerasysteme geeignet, beispielsweise Time-of-Flight-Kameras, Stereokameras oder Lichtfeldkameras. Die zusätzliche Verfügbarkeit einer Tiefeninformation kann eine objektive Bewertung insbesondere der Oberflächeneigenschaften der Flotatschicht vereinfachen und somit eine aussagekräftigere Bewertung des Flotationsergebnisses ermöglichen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Mikroflotationsanlage in einer schematischen Darstellung,
2 ein Mikroflotationssystem, das eine Vielzahl der Mikroflotationsanlagen aus 1 umfasst, in einer stark vereinfachten, schematischen Darstellung.

Die Mikroflotationsanlage 10 aus 1 weist einen Reaktorbehälter 12 auf, dem über einen Wasserzulauf 14 Wasser zugeführt wird. Über eine Gasleitung 16 wird dem Reaktorbehälter 12 außerdem ein Gas, insbesondere Luft, zugeführt. In dem Reaktorbehälter 12, der unter einem erhöhten Druck steht, beispielsweise im Bereich von 1,5 bar bis 4 bar, wird das Gas mit dem Wasser gemischt, sodass sich das Gas in dem Wasser löst. Aus diesem Grund kann der Reaktorbehälter 12 auch als Drucksättiger bezeichnet werden. Oberhalb des angedeuteten Wasserspiegels befindet sich ein Gaspolster 42. Das im Idealfall mit dem Gas gesättigte Wasser wird als Dispersionswasser bezeichnet und kann dem Reaktorbehälter 12 über den Dispersionswasserauslauf 18 entnommen werden.
Der Wasserzulauf 14 ist über eine Leitung mit einem Klarwasserauslauf 20 eines Flotationsbeckens 22 der Mikroflotationsanlage 10 verbunden. In der Leitung ist eine Pumpe 24 angeordnet. Das Flotationsbecken 22 weist außerdem einen Dispersionswasserzulauf 26 auf, der über eine Dispersionswasserzuleitung 44, in der ein Entspannungsventil 28 angeordnet ist, mit dem Dispersionswasserauslauf 18 des Reaktorbehälters 12 verbunden ist. Auf diese Weise wird das Dispersionswasser dem Flotationsbecken 22 zugeführt.
Beim Durchströmen des Entspannungsventils 28 kommt es zu einer Druckentspannung und infolgedessen zu einer Bildung von Mikroblasen, die in dem Flotationsbecken 22 langsam aufsteigen, sich dabei an Verunreinigungen anlagern und diese an die Oberfläche tragen. Dort wird die sich auf diese Weise bildende Flotatschicht 48 von einem Flotaträumer 40 abgesaugt.
Das zu reinigende Schmutzwasser wird dem Flotationsbecken 22 über einen Schmutzwasserzulauf 36 zugeführt. Das gereinigte Abwasser kann dem Flotationsbecken 22 über den weiteren Klarwasserauslauf 34 zur weiteren Verwendung entnommen werden.
Stromabwärts des Entspannungsventils 28 ist eine Messeinrichtung 32 zur Erfassung einer Größenverteilung der erzeugten Gasblasen angeordnet. Die Messeinrichtung 32 weist einen nicht dargestellten Partikelzähler auf, der die Größenverteilung der Gasblasen mittels Laserbeugung erfasst.
Die Messeinrichtung 32 ist in einer Abzweigleitung 30 angeordnet, die stromabwärts des Entspannungsventils 28 von der Dispersionswasserzuleitung 44 abzweigt. Stromabwärts der Messeinrichtung 32 wird die Abzweigleitung 30 wieder mit der Dispersionswasserzuleitung 44, die zwischen den beiden Verbindungspunkten mit der Abzweigleitung einen Hauptstrom des Dispersionswassers führt, vereint. Teilstrom und Hauptstrom des Dispersionswassers werden über den Dispersionswasserzulauf 26 in das Flotationsbecken 22 eingeleitet.
Die Messeinrichtung 32 ist mit einem Betriebsführungssystem 38 verbunden, wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Entspannungsventilanordnung 28 weist eine Verstelleinrichtung 46 auf, die ebenfalls mit dem Betriebsführungssystem 38 verbunden ist.
Das Betriebsführungssystem 38 ist dazu ausgebildet, die Durchflussmenge der Entspannungsventilanordnung 28 in Abhängigkeit einer von der Messeinrichtung 32 erfassten Größenverteilung der Gasblasen einzustellen. Auf diese Weise kann das Betriebsführungssystem 38 unter anderem den Betriebsparameter „Mikroblasengrößenverteilung“ vorgeben.
Oberhalb des Flotationsbeckens 22 ist eine erste Kamera 50 angeordnet, die so ausgerichtet ist, dass sie ein Bild der Flotatschicht 48 erfasst. Diese erste Kamera 50 ist mit einer Kommunikationseinrichtung 58 verbunden. Die Kommunikationseinrichtung 58 ist dazu ausgebildet, die von der ersten Kamera 50 erfassten Bilder über ein Datennetzwerk gemeinsam mit zugehörigen Metadaten an eine zentrale Steuerung 64 (siehe 2) zu übermitteln. Hierzu kann sie mit dem Betriebsführungssystem 38 zusammenwirken, wie durch eine weitere gestrichelte Linie angedeutet.
Am Klarwasserauslauf 34 ist eine zweite Kamera 52 angeordnet, die ein Bild des über den Klarwasserauslauf 34 abfließenden Klarwassers erfasst. Die zweite Kamera 52 ist ebenfalls mit der Kommunikationseinrichtung 58 verbunden, wie durch eine weitere gestrichelte Linie angedeutet, so dass die von der zweiten Kamera 52 erfassten Bilder ebenfalls an eine zentrale Steuerung 64 übermittelt werden können.
In einem unteren Bereich des Flotationsbeckens 22 ist eine dritte Kamera 54 angeordnet, die ein Bild einer Sedimentschicht 52 erfasst. Die dritte Kamera 54 ist ebenfalls mit der Kommunikationseinrichtung 58 verbunden, wie durch eine weitere gestrichelte Linie angedeutet, so dass auch ihre Bilder an eine zentrale Steuerung 64 übermittelt werden können.
2 zeigt überblicksartig den Aufbau eines erfindungsgemäßen Mikroflotationssystems, das fünf Mikroflotationsanlagen 10, die entsprechend der 1 ausgestaltet sein können, umfasst. Die Mikroflotationsanlagen 10 sind über ein erstes Datennetzwerk 60, dargestellt durch gestrichelte Linien, und über ein zweites Datennetzwerk 62, dargestellt durch strichpunktierte Linien, mit einer zentralen Steuerung 64 verbunden. Die zentrale Steuerung 64 umfasst eine Datenbank 66, in der die von den in 2 nicht gezeigten Kommunikationseinrichtungen 58 der Mikroflotationsanlagen 10 übermittelten Bilder der zugehörigen ersten Kameras 50 sowie zugehörige Metadaten enthalten sind. Diese werden über das erste Datennetzwerk 60 an die Datenbank 66 der zentralen Steuerung 64 übertragen.
Außerdem umfasst die zentrale Steuerung 64 einen Betriebsführungsassistenten 68, der über das zweite Datennetzwerk 62 optimierte Betriebsparameter an die angeschlossenen Mikroflotationsanlagen 10, genauer an deren Betriebsführungssysteme 38, übertragen kann.
Bezugszeichenliste

10: Mikroflotationsanlage
12: Reaktorbehälter
14: Wasserzulauf
16: Gasleitung
18: Dispersionswasserauslauf
20: Klarwasserauslauf
22: Flotationsbecken
24: Pumpe
26: Dispersionswasserzulauf
28: Entspannungsventil
30: Abzweigleitung
32: Messeinrichtung
34: Schmutzwasserzulauf
36: Klarwasserauslauf
38: Betriebsführungssystem
40: Flotaträumer
42: Gaspolster
44: Dispersionswasserzuleitung
46: Verstelleinrichtung
48: Flotatschicht
50: erste Kamera
52: zweite Kamera
54: dritte Kamera
56: Sedimentschicht
58: Kommunikationseinrichtung
60: erstens Datennetzwerk
62: zweites Datennetzwerk
64: zentrale Steuerung
66: Datenbank
68: Betriebsführungsassisten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5693222 [0004]
WO 9745203 A1 [0005]

Claims

Mikroflotationssystem mit • einer Vielzahl von Mikroflotationsanlagen (10), die jeweils ein Flotationsbecken (22), einen Schmutzwasserzulauf (34), einen Dispersionswasserzulauf (26), einen Klarwasserauslauf (36), ein Betriebsführungssystem (38), eine Kommunikationseinrichtung (58) und eine erste Kamera (50) aufweisen, wobei die erste Kamera (50) so angeordnet ist, dass sie ein Bild einer Flotatschicht (48) erfasst, wobei die Kommunikationseinrichtung (58) dazu ausgebildet ist, von der ersten Kamera (50) erfasste Bilder und zugehörige Metadaten über ein Datennetzwerk (60) zu übertragen, und wobei das Betriebsführungssystem (38) dazu ausgebildet ist, die Mikroflotationsanlage (10) anhand einer Anzahl von Betriebsparametern zu steuern, und • einer zentralen Steuerung (64), die eine Datenbank (66) und einen Betriebsführungsassistenten (68) aufweist und die über ein Datennetzwerk (60, 62) mit jeder der Mikroflotationsanlagen (10) verbunden ist, • wobei die Datenbank (66) eine Vielzahl von Datensätzen enthält, die jeweils mindestens ein von einer der ersten Kameras (50) erfasstes Bild und/oder aus diesem Bild extrahierte Daten und/oder mindestens einen Teil der zugehörigen Metadaten umfassen, und • der Betriebsführungsassistent (68) dazu ausgebildet ist, auf Grundlage eines von einer ersten Kamera (50) einer bestimmten Mikroflotationsanlage (10) übermittelten Bilds und der in der Datenbank (66) enthaltenen Datensätze mindestens einen optimierten Betriebsparameter zu ermitteln und an diese Mikroflotationsanlage (10) zu senden.
Mikroflotationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroflotationsanlagen (10) dazu ausgebildet sind, eine Mikroflotation mit Mikroblasen durchzuführen, die eine mittlere Blasengröße im Bereich von 20 µm bis 50 µm aufweisen.
Mikroflotationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsführungssysteme (38) dazu ausgebildet sind, den mindestens einen optimierten Betriebsparameter über ein Datennetzwerk (62) zu empfangen und bei der Steuerung der jeweiligen Mikroflotationsanlage (10) zu berücksichtigen.
Mikroflotationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsführungsassistent (68) dazu ausgebildet ist, beim Ermitteln des mindestens einen optimierten Betriebsparameters einen lernfähigen Algorithmus anzuwenden.
Mikroflotationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenbank (66) zu jedem enthaltenen Datensatz eine Information über einen zugehörigen Schmutzwasser- und/oder Mikroflotationsanlagentyp umfasst und dass der Betriebsführungsassistent (68) dazu ausgebildet ist, beim Ermitteln des mindestens einen optimierten Betriebsparameters Datensätze, die demselben Schmutzwasser- und/oder Mikroflotationsanlagentyp angehören, wie die bestimmte Mikroflotationsanlage (10) anders zu gewichten als andere Datensätze.
Mikroflotationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsführungsassistent (68) dazu ausgebildet ist, beim Ermitteln des mindestens einen optimierten Betriebsparameters anhand des von der ersten Kamera (50) der bestimmten Mikroflotationsanlage (10) übermittelten Bilds einen oder mehrere der folgenden Parameter auszuwerten: eine Oberflächenstruktur der Flotatschicht (48), eine Farbe der Flotatschicht (48), eine Schaumbildung an der Oberfläche der Flotatschicht (48), einen Anteil einer von der Flotatschicht (48) bedeckten Oberfläche an der Oberfläche des Flotationsbeckens (22).
Mikroflotationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroflotationsanlagen (10) jeweils eine zweite Kamera (52) aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie ein Bild des über den Klarwasserauslauf (34) abfließenden Klarwassers erfasst, und die Kommunikationseinrichtung (58) dazu ausgebildet ist, die von der zweiten Kamera (52) erfassten Bilder über das Datennetzwerk (60) an die zentrale Steuerung (64) zu übertragen, wobei der Betriebsführungsassistent (68) dazu ausgebildet ist, auf Grundlage eines von einer zweiten Kamera (52) der bestimmten Mikroflotationsanlage (10) übermittelten Bilds einen Trübungsgrad und/oder eine Färbung des Klarwasser zu bestimmen und bei der Ermittlung des mindestens einen optimierten Betriebsparameters zu berücksichtigen.
Mikroflotationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroflotationsanlagen (10) jeweils eine dritte Kamera (54) aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie ein Bild einer im Flotationsbecken (22) befindlichen Sedimentschicht (56) erfasst, und die Kommunikationseinrichtung (58) dazu ausgebildet ist, die von der dritten Kamera (54) erfassten Bilder über das Datennetzwerk (60) an die zentrale Steuerung (64) zu übertragen, wobei der Betriebsführungsassistent (68) dazu ausgebildet ist, ein von einer dritten Kamera (54) der bestimmten Mikroflotationsanlage (10) übermitteltes Bild bei der Ermittlung des mindestens einen optimierten Betriebsparameters zu berücksichtigen.