DE29912126U1 - Device for wastewater monitoring with neural networks - Google Patents

Device for wastewater monitoring with neural networks

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Description

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Claims (15)

1. Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung von Prozeßabläufen in biologischen Kläranlagen und Klärstufen für die Behandlung von Abwässern unterschiedlicher Zusammensetzung, wobei dem Abwasser, das sich in einem Überwachungsbehälter befindet, Belebtschlamm und Zehrungssubstrat zugemischt und dieser Mischung Sauerstoff zugeführt ist, dann in der Vorrichtung einer Mischung ein Parameter als Sauerstoffverbrauch von Mikroorganismen, die sich im Belebtschlamm befinden und das Zehrungssubstrat verbrauchen, in Abhängigkeit von weiteren Parametern bestimmt und elektronisch ausgewertet ist, wobei die Vorrichtung aus einem Überwachungsbehälter mit Mischvorrichtung zur Aufnahme des Abwassers, des Belebtschlammes, des Zehrungssubstrates und des Sauerstoffs, aus Meßsonden, einem Rechner und Dosiervorrichtungen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonden (5), die im Abwasser (1) die chemischen, biologischen oder physikalischen Parameter messen, an Meßdatenwandler (9) angeschlossen sind, in denen die bei der Parametermessung ermittelten Werte in elektronische Datensätze umgewandelt werden, die Meßdatenwandler (9) zur Übertragung der Datensätze über elektronische Schnittstellen (10) mit dem Rechner (11) verbunden sind, der Rechner (11) mit einem neuronalen Netz ausgestattet ist, das aus den Datensätzen Ausgabewerte generiert, die der Steuerung der Überwachungsvorrichtung (14) und der Beurteilung der Abwasserqualität dienen und der Rechner (11) zur Steuerung (14) und mehrfachen Wiederholung der Überwachungsprozesse mit den Meßsonden (5), der Mischvorrichtung (7) und den Dosiervorrichtungen (12) elektronisch verbunden ist.1. Device for monitoring and controlling processes in biological sewage treatment plants and treatment stages for the treatment of wastewater of different compositions, wherein the wastewater, which is located in a monitoring tank, admixed activated sludge and growth substrate and this mixture is supplied with oxygen, then a mixture in the device a parameter as the oxygen consumption of microorganisms which are in the activated sludge and which consume the growth substrate, is determined as a function of further parameters and is evaluated electronically, the device consisting of a monitoring tank with a mixing device for taking up the waste water, the activated sludge, the growth substrate and the oxygen, is formed from measuring probes, a computer and metering devices, characterized in that the measuring probes ( 5 ), which measure the chemical, biological or physical parameters in the waste water ( 1 ), are transmitted to measuring data converters ( 9 are connected), in which the values determined by the parameter measurement are converted into electronic records that Meßdatenwandler (9) are connected for transmitting the data records via electronic interfaces (10) to the computer (11), the computer (11) with a Neural network is equipped, which generates output values from the data sets, which are used to control the monitoring device ( 14 ) and assess the wastewater quality and the computer ( 11 ) for control ( 14 ) and repeated repetition of the monitoring processes with the measuring probes ( 5 ), the Mixing device ( 7 ) and the metering devices ( 12 ) is electronically connected. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (11), in dem aus den Datensätzen mit Hilfe des neuronalen Netzes Ausgabewerte generiert werden, die der Steuerung von Abwasserreinigungsprozessen dienen können, mit den Vorrichtungen der Kläranlage zur Steuerung (13) der Reinigungsprozesse elektronisch verbunden ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the computer ( 11 ) in which output values are generated from the data sets with the aid of the neural network, which can serve to control wastewater treatment processes, with the devices of the sewage treatment plant to control ( 13 ) the Cleaning processes is electronically linked. 3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei unterschiedliche Meßsonden (5) am Behälter (6) angeordnet sind, mit denen unterschiedliche Parameter mehrfach gemessen und die bestimmten Meßwerte nach der Umwandlung im Meßdatenwandler (9) als voneinander qualitativ verschiedene, jedoch zeitlich voneinander abhängige Datensätze im neuronalen Netz verarbeitet werden können.3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that at least two different measuring probes ( 5 ) on the container ( 6 ) are arranged, with which different parameters are measured several times and the determined measured values after conversion in the measurement data converter ( 9 ) as qualitatively different from one another , but time-dependent data records can be processed in the neural network. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Zeitpunkt des Erreichens des Sauerstoffsättigungsgrades, bei dem für die Mikroorganismen eine optimale Sauerstoffzehrung gewährleistet ist, über einen Zeitraum von 5 bis 15 Minuten als Parameter unterschiedliche chemische, biologische oder physikalische Meßwerte zeitlich parallel bestimmt sind, die Meßwerte von Meßdatenwandlern (9) in zeitabhängige Datensätze umgewandelt und die Datensätze über elektronische Schnittstellen (10) zu einem Rechner (11) mit neuronalem Netz transferiert sind und die Datensätze vom neuronalen Netz unter Berücksichtigung von toxisch relevanten und nicht relevanten Meßwerten schnell und direkt zu Ausgabewerten verarbeitet sind und die ermittelten Ausgabewerte des neuronalen Netzes für die Steuerung (14) der Überwachungsvorrichtung und der Steuerung (13) der Abwasserreinigung ausgegeben sind.4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that different chemical, biological or physical measured values in parallel over a period of 5 to 15 minutes from the time of reaching the degree of oxygen saturation, at which optimal oxygen consumption is guaranteed for the microorganisms are determined, the measured values from measured data converters ( 9 ) are converted into time-dependent data sets, and the data sets are transferred via electronic interfaces ( 10 ) to a computer ( 11 ) with a neural network, and the data sets are quickly transferred from the neural network, taking toxic relevant and irrelevant measured values into account and processed directly into output values and the determined output values of the neural network are output for the control ( 14 ) of the monitoring device and the control ( 13 ) of the wastewater treatment. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte als Sauerstoffpartialdruck, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, sowie die Menge des gelösten organischen Kohlenstoffs, die Trübung und der pH-Wert, sowie weiterhin das Mischungsverhältnis der Abwasserkontingente zueinander bei Abwässern aus verschiedener Herkunft, die zu einer bestimmten Tageszeit oder Jahreszeit anstehen, in dem Überwachungsbehälter (6) der Vorrichtung einer Überwachung und Analyse zugeführt sind.5. The device according to claim 1 and one or more of the preceding claims, characterized in that the measured values as oxygen partial pressure, temperature, electrical conductivity, and the amount of dissolved organic carbon, the turbidity and the pH, and also the mixing ratio of the waste water quotas to each other in the monitoring tank ( 6 ) of the device for monitoring and analysis in the case of wastewater from different origins that are pending at a specific time of day or season. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn der Parameterbestimmung im Überwachungsbehälter (6) Sauerstoff (4) der Abwassermischung bis zu einem Sättigungsgrad von 50-95% zugeführt ist. 6. The device according to claim 1 and one or more of the preceding claims, characterized in that before the start of the parameter determination in the monitoring tank ( 6 ) oxygen ( 4 ) of the waste water mixture is fed to a degree of saturation of 50-95%. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn der Parameterbestimmung im Überwachungsbehälter (6) Sauerstoff (4) der Abwassermischung bis zu einem Sättigungsgrad von 80% zugeführt ist.7. The device according to claim 6, characterized in that before the start of the parameter determination in the monitoring tank ( 6 ) oxygen ( 4 ) of the waste water mixture is fed to a degree of saturation of 80%. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Belebtschlamm (2), der auch für die Reinigungsstufe der jeweiligen biologischen Kläranlage oder Klärstufe Verwendung findet, in den Überwachungsbehälter (6) eingeführt ist.8. The device according to claim 1 and one or more of the preceding claims, characterized in that activated sludge ( 2 ), which is also used for the cleaning stage of the respective biological sewage treatment plant or clarification stage, is introduced into the monitoring tank ( 6 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung von toxischen Inhaltsstoffen im Abwasser (1) die Datensätze durch das neuronale Netz als Eingangsdaten entsprechend ihrer Wichtung berücksichtigt sind und mathematisch mit einem Schwellwert, der einen Grenzwert für Toxizität oder Nichttoxizität des Abwassers (1) darstellt, einem Vergleich zugeführt sind, wobei aus diesem Vergleich Ausgabewerte generiert sind, die eine Aussage über die Qualität des Abwassers geben und mit denen die Überwachungsvorrichtung oder mit denen Bedienungsvorrichtungen der Kläranlagen und Klärstufen über die Steuerungen (13; 14) direkt angesprochen sind.9. The device according to claim 1 to 8, characterized in that for the detection of toxic constituents in the wastewater ( 1 ) the data records are taken into account by the neural network as input data according to their weighting and mathematically with a threshold value which is a limit for toxicity or non-toxicity of the Wastewater ( 1 ) are fed to a comparison, output values being generated from this comparison which give a statement about the quality of the wastewater and with which the monitoring device or with which the sewage treatment plants and operating devices are operated via the controls ( 13 ; 14 ) directly are addressed. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert des neuronalen Netzes mit Datensätzen erstellt ist, die getrennt aus nichttoxischen, modellierten teiltoxischen und toxischen Abwässern gewonnen wurden und damit im technologischen Regime einen Wert darstellt, bei dessen Unterschreitung Nichttoxizität und bei dessen Überschreitung Toxizität des Abwassers (1) als Ausgabewert generiert ist.10. The device according to claim 1 to 9, characterized in that the threshold value of the neural network is created with data records that were obtained separately from non-toxic, modeled partially toxic and toxic wastewater and thus represents a value in the technological regime, when it is undershot, non-toxicity and whose excess toxicity of the wastewater ( 1 ) is generated as an output value. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gewährleistung einer guten Zehrungsaktivität der Mikroorganismen, die eine Voraussetzung für die Erstellung von verwendungsfähigen Datensätzen für das neuronale Netz ist, als Zehrungssubstrat an Mikroorganismen adaptierte Nährstoffe verwendet sind. 11. The device according to claim 1 and one or more of the preceding Claims, characterized in that for ensuring a good Depletion activity of the microorganisms, which is a prerequisite for the creation of usable data sets for the neural network is as Food substrate adapted to microorganisms are used.   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zehrungssubstrat ein Protein oder ein Proteingemisch ist.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the food substrate is a protein or a mixture of proteins. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zehrungssubstrat ein Lipid oder ein Lipidgemisch ist.13. The apparatus according to claim 11, characterized in that the food substrate is a lipid or a mixture of lipids. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zehrungssubstrat ein Kohlenhydrat oder ein Kohlenhydratgemisch ist.14. The apparatus according to claim 11, characterized in that the food substrate is a carbohydrate or a carbohydrate mixture. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abwasserkontingente unterschiedlichster Zusammensetzung aus industriellen, landwirtschaftlichen, biologischen oder kommunalen Bereichen unmittelbar nacheinander ohne Veränderung und Kalibrierung der Überwachungsvorrichtung und des neuronalen Netzes überwacht und gesteuert sind.15. The apparatus of claim 1 and one or more of the preceding Claims, characterized in that waste water quotas of the most varied Composition from industrial, agricultural, biological or municipal areas immediately one after the other without change and Calibration of the monitoring device and the neural network monitored and controlled.
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