TWI585389B - 測定多相廢水之液相濁度的系統及方法 - Google Patents

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Description

測定多相廢水之液相濁度的系統及方法 相關申請案之交叉參考
該申請案主張於2012年11月15日申請及標題為「SYSTEM AND METHODS OF DETERMINING LIQUID PHASE TURBIDITY OF MULTIPHASE WASTEWATER」之同在申請中的美國臨時申請案系列號61/726,637的利益及優先權，其揭示內容係以引用之方式全文併入本文中。
本發明大體上係關於廢水處理，及更特定言之，關於用於測定多相廢水之液相濁度及基於其調整添加至廢水之化學品之數量的廢水處理的系統及方法。
用以減少污染物之化學處理廢水用於許多工業製程中以允許再利用廢水，及確保廢水排放符合所需的環境質量標準。所用之處理類型取決於廢水源、廢水中之污染物的類型、及經處理水之預期用途。廢水通常包含包括細於約0.1μm之顆粒的懸浮固體，其不僅難以過濾出，而且由於顆粒之間之靜電荷排斥效應，傾向於無限期保留在懸浮液中。為減少細顆粒污染的量，或水之濁度，處理系統一般將促凝劑及/或絮凝劑引入廢水中。促凝劑中和顆粒上之靜電荷，這使得顆粒彼此接觸及形成更大的顆粒。絮凝劑可藉由造成廢水中之膠體及其他 懸浮顆粒聚集，因此形成通常稱為絮片顆粒或絮片之大顆粒，來加速凝結過程。接著可藉由例如沉降及/或浮選從經處理水中除去絮片。
一般將促凝及/或絮凝劑添加至混合或反應槽中之廢水中。在該階段，亦可添加其他化學品，諸如經添加以調整水之pH以改進促凝劑之有效性的酸或鹼，或與其他污染物反應及中和其之化學品。必須添加之試劑的量取決於污染程度及待處理之水的體積。例如，若添加過少的促凝劑，則不能充分地減少廢水的濁度。另一方面，向廢水添加過量的化學品導致浪費之化學品，及亦可導致試劑本身在經處理之流出物中變成非所需的污染物。
為了確定是否將足夠的化學處理試劑添加至廢水中，可獲取經處理之廢水的樣本及藉由測量濁度、pH及/或化學品含量分析。一般而言，必須在測量濁度之前容許廢水樣本靜置使得絮片顆粒不會干擾測量。為此原因，一般在處理之沉降及/或浮選階段之後獲取樣本。然而，在該處理階段所獲得之水樣本可反映數小時前的化學品水平。因此，截止到檢測廢水之濁度或化學品含量的增加，存在於反應槽中之處理劑的量可能已經顯著地偏離其最佳水平。此外，因為流入廢水之污染程度可隨時間而改變，反映數小時之前引入反應槽之廢水的樣本的測量值不可提供在當前需要將多少處理劑添加至反應槽的準確指示。沉降或浮選流出物樣本測量值因此可提供在當前需要將多少處理化學品添加至流入廢水的非準確指示。
因此，需要用於測定廢水之濁度，以及添加至廢水處理系統之廢水中之化學品的最佳量的改進系統及方法。
在一個實施例中，提供一種測定廢水之濁度的方法。該方法包括接收指示由廢水所散射光的量的信號及對該信號取樣以產生多個信號樣本值。將該等樣本值與臨界值比較，及該等樣本值落於所確定之 臨界值之內。該方法進一步包括基於落於該臨界值之內的樣本值測定廢水的濁度。
在另一實施例中，提供一種處理廢水的裝置。該裝置包括處理器及包含程式碼的記憶體。該程式碼經組態使得當由該處理器執行該碼時，該碼使得該裝置接收指示由廢水所散射光的量的信號及對該信號取樣以產生多個信號樣本值。該碼經進一步組態以使該裝置比較該等樣本值與臨界值，識別落於該臨界值之內的樣本值，及基於落於該臨界值之內之樣本值測定廢水的濁度。
在本發明之一些實施例中，可藉由檢測來自廢水之光束所散射的光的量而產生指示由廢水所散射光的量的信號，在該情形下，渾濁水的該信號可比澄清水具有更高的值(即，可檢測到更多的光)。在其他實施例中，可藉由檢測透過廢水之光的量而產生該信號，在該情形下，渾濁水的該信號可比澄清水具有更低的值(即，可檢測到更少的光)。
在本發明之一些實施例中，該臨界值可基於多個樣本值之機率密度分佈而確定。由來自多相廢水之樣本值所產生之機率密度分佈可具有兩個明顯的峰。該等峰中之一者可來自在無來自絮片之額外散射或反射下藉由液相或整體水散射的光所產生的樣本值。亦即，一個峰可由廢水在絮片顆粒還未漂移至光束的路徑時的散射所產生。另一峰可由廢水在絮片顆粒存在於光束的路徑時(其可增加散射量)的散射所產生。臨界值可設定在介於該等兩峰之間的值以分類指示廢水濁度或指示絮片散射的樣本值。因為以該方式測定之臨界值係基於感測器資料，該臨界值可響應廢水之狀態而調整或變化使得最佳地分類該等樣本值。
在本發明之一些實施例中，分類為在無絮片下由整體水所產生之樣本值可用於產生指示廢水濁度之信號或值。該值可接著用於給控 制器提供反饋以控制與廢水處理相關聯的操作，諸如分配於反應槽中之處理化學品的量。
10‧‧‧廢水處理系統
12‧‧‧主要反應槽
14‧‧‧流入廢水
16‧‧‧控制器
18‧‧‧溶氣浮選(DAF)單元
20‧‧‧浮選儲存室
22‧‧‧撇取器
24‧‧‧沉澱物排出室
26‧‧‧螺旋鑽
28‧‧‧流出室
30‧‧‧流出物
32‧‧‧泥漿泵
34‧‧‧泥漿貯留槽
38‧‧‧再循環泵
40‧‧‧壓力槽
42‧‧‧壓縮空氣
44‧‧‧充氣再循環流
46‧‧‧廢水
48‧‧‧閥門
50‧‧‧排出泵
52‧‧‧化學品分配器
54‧‧‧化學品分配器
56‧‧‧化學品分配器
58‧‧‧濁度感測器
60‧‧‧促凝劑
62‧‧‧凝結室
64‧‧‧酸或鹼性溶液
66‧‧‧pH調整室
68‧‧‧絮凝劑
70‧‧‧絮凝室
72‧‧‧攪拌器
74‧‧‧攪拌器
76‧‧‧攪拌器
78‧‧‧化學品分配泵
80‧‧‧化學品分配泵
82‧‧‧化學品分配泵
84‧‧‧化學品容器
86‧‧‧化學品容器
88‧‧‧化學品容器
90‧‧‧處理器
92‧‧‧記憶體
94‧‧‧輸入/輸出(I/O)介面
96‧‧‧用戶介面
98‧‧‧操作系統
100‧‧‧控制器應用程式
102‧‧‧資料結構
103‧‧‧外殼
104‧‧‧光源
105‧‧‧光感測器
106‧‧‧光束
107‧‧‧散射光
108‧‧‧窗
109‧‧‧窗
併入及構成本說明書之一部分的附圖說明本發明之各種實施例，及與以上給出之本發明的發明內容，及以下給出之實施方式一起用於解釋本發明之原理。
圖1為包括反應槽及控制器之廢水處理系統的示意圖。
圖2為圖1之廢水處理系統之一部分的示意圖，其顯示該反應槽及該控制器之其他細節。
圖3A為具有第一濁度水平之多相廢水樣本之圖解視圖。
圖3B為顯示對應於圖3A之樣本之濁度感測器之輸出的樣本的圖。
圖4A為具有比該第一濁度水平低的第二濁度水平的多相廢水樣本的圖解視圖。
圖4B為顯示對應於圖4A之樣本之該濁度感測器之輸出的樣本的圖。
圖5為一種用於對濁度感測器之輸出取樣及控制分配促凝劑進入圖2之反應槽中之製程的流程圖。
圖6為一種用於分析圖5中獲得之樣本以測定信號臨界值的製程的流程圖。
圖7為顯示圖4中說明之樣本的機率分佈的圖。
本發明之實施例係關於用於在浮選或沉降之前測量廢水處理系統之處理槽中之廢水的濁度的系統及方法。這可以藉由區分藉由液相或「整體水」所引起之光散射與包括藉由固相顆粒或絮片所引起之光散射之光散射而實現。該等測量值可繼而用於控制分配於廢水中之化 學品的量。處理槽中之廢水可包含產生錯誤濁度感測器讀數的絮片顆粒。該系統包括控制器，其經組態以對濁度感測器之輸出信號取樣，及處理該等輸出信號樣本以識別與藉由處理槽中之整體水之散射相關聯的樣本。該控制器可接著基於所識別之樣本測定廢水的濁度。該控制器亦可經組態以基於所測定之濁度調整分配於處理槽中或其上游或下游之一或多種化學品的量。
現參考圖1，說明廢水處理系統10，其包括接收流入廢水14之主要反應槽12、控制器16及溶氣浮選(DAF)單元18。DAF單元18包括浮選儲存室20、撇取器22、收集重沉澱物及利用螺旋鑽26除去該沉澱物的沉澱物排出室24及容納流出物30之流出室28。與浮選儲存室20及沉澱物排出室24耦接之泥漿泵32將漂浮在DAF單元18之頂部或沉降至其底部的固體廢物傳送至一或多個泥漿貯留槽34。為了將溶氣添加至廢水中，可將一部分澄清流出物30從流出室28移除及藉由再循環泵38傳送至壓力槽40，在壓力槽40中該部分的澄清流出物30與壓縮空氣42混合。為此目的，可在若干個大氣壓下將再循環之流出物噴射入壓力槽40中。由此由噴霧形成之小水滴可經加壓空氣飽和及收集在槽40之底部以提供充氣再循環流44。
可將充氣再循環流44引入流出反應槽12之經化學處理之廢水46中，從而在進入DAF單元18之前給廢水46提供溶氣。隨著充氣再循環流44引入經化學處理之廢水46中，空氣可從溶液出來，形成附著於經化學處理之廢水46中之絮片顆粒的極小氣泡。閥門48可用於控制引入經化學處理之廢水46中之充氣再循環流44之量，及藉由限制充氣再循環流44從壓力槽40流出而維持壓力槽40中的壓力。待從系統10排出之流出物30可藉由排出泵50從流出室28除去。
控制器16可耦接至一或多個化學品分配器52、54、56，其響應來自控制器16之信號而選擇性地分配化學品至反應槽12中。在本發明 之一個實施例中，一個化學品分配器52可分配一種促凝劑60至反應槽12之凝結室62中。適宜的促凝劑可包括無機促凝劑，諸如鐵或鋁鹽，包括硫酸鐵或氫氯酸鋁，略舉數例。適宜的促凝劑亦可包括無機/有機促凝劑之組合，諸如Ashland ChargePacTM 55、ChargePacTM 60、ChargePacTM7、ChargePacTM 10，或ChargePacTM 47，其等可獲自美國肯塔基州卡溫頓的Ashland Inc.。類似地，另一化學品分配器54可分配一種酸或鹼性溶液64至反應槽12之pH調整室66中以調整廢水之pH。廢水之pH因此可維持在使促凝劑之有效性最佳化的水平。最後，另一化學品分配器56可分配絮凝劑68至反應槽12之絮凝室70中。適宜的絮凝劑可包括陰離子絮凝劑，諸如Ashland DF2205、DF2220、DF2270，及/或陽離子絮凝劑，諸如Ashland DF2405、DF2428、DF2445，其等亦可獲自Ashland Inc。
反應槽12之各室62、66、70可包括攪拌器72、74、76以確保所添加之化學品在廢水中均一地分佈。可調整該等攪拌器之操作以最佳化在主要反應槽之該部分的反應。例如，可在比用於絮凝室70之攪拌器76更高的速度下操作用於凝結室62之攪拌器72以最佳化絮片形成。
現參考圖2，呈現說明控制器16、化學品分配器52、54、56及濁度感測器58的其他細節的示意圖。各化學品分配器52、54、56可包括耦接至各自化學品容器84、86、88之化學品分配泵78、80、82。各化學品分配泵78、80、82經組態以響應來自控制器16之信號而分配來自其各自化學品容器84、86、88之控制量的化學品進入反應槽12之各自室62、66、70中。在本發明之一個替代性實施例中，各自化學品可藉由重力饋入反應槽12中，在該情形下，泵78、80、82可由經來自控制器16之信號致動之閥門(未顯示)替代。
控制器16可為市面上可購得的控制器，諸如獲自Ashland Inc.之OnGuardiControllerTM，或適合控制化學品分配器52、54、56及監測 濁度感測器58之任何其他裝置。控制器16包括處理器90、記憶體92、輸入/輸出(I/O)介面94，及用戶介面96。處理器90可包括一或多種選自微處理器、微控制器、數位信號處理器、微型電腦、中央處理單元、場可程式化閘陣列、可程式化邏輯裝置、狀態機、邏輯電路、類比電路、數位電路，或基於儲存在記憶體92中之操作指令操控信號(類比或數位)的任何其他裝置的裝置。記憶體92可為單一記憶體裝置或多個記憶體裝置，包括但不限於只讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、揮發性記憶體、非揮發性記憶體、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、快閃記憶體、快取記憶體、或能夠儲存數位資訊的任何其他裝置。記憶體92亦可包括大容量儲存裝置(未顯示)，諸如硬驅、光驅、磁帶驅動器、非揮發性固態裝置或能夠存儲數位資訊的任何其他裝置。
處理器90可在常駐於記憶體92中之操作系統98的控制下操作。操作系統98可管理控制器資源使得電腦程式碼體現為一或多種電腦軟體應用程式，諸如常駐於記憶體92中之控制器應用程式100，可具有由處理器90執行的指令。在一個替代性實施例中，處理器90可直接執行應用程式100，在該情形下，可省略操作系統98。一或多個資料結構102亦可常駐於記憶體92中，及可藉由處理器90、操作系統98及/或控制器應用程式100使用以儲存資料。
I/O介面94以操作方式將處理器90與處理系統10之其他組件，諸如濁度感測器58、促凝劑分配泵78、鹼性分配泵80及絮凝劑分配泵82耦接。I/O介面94可包括調節進入及發出信號使得該等信號可與處理器90及與處理器90耦接的組件相容的信號處理電路。為此目的，I/O介面94可包括類比至數位(A/D)及/或數位至類比(D/A)轉換器、電壓水平及/或頻移電路、光隔離及/或驅動電路，及/或適合耦接處理器90與處理系統10之其他組件的任何其他類比或數位電路。
用戶介面96可按已知方式以操作方式耦接至控制器16之處理器90以容許系統操作員與控制器16交互作用。用戶介面96可包括顯示器，諸如視訊監測器、文數字顯示器、觸屏、揚聲器、及能夠提供資訊給系統操作員之任何其他適宜的音訊及可視指示器。用戶介面96亦可包括能夠接受操作員之命令或輸入及將所進入之輸入傳送至處理器90的輸入裝置及控制器，諸如文數字鍵盤、指向裝置、鍵盤、按鈕、控制旋鈕、麥克風等。以該方式，用戶介面96可使能夠例如在系統設置、校正及化學品裝入期間手動啟動或選擇系統功能。
在所說明之實施例中，濁度感測器58為定位於反應槽12之絮凝室70中之90度散射光感測器。一種適宜的90度散射光感測器的實例為來自美國馬薩諸賽州雪莉的Liquid Analytical Resource,LLC之Chemitec S461/T濁度感測器。濁度感測器58可位於絮凝室70中，及可包括包含光源104及光感測器105之外殼103。光源104可包括雷射二極體，或將光束106傳送至廢水中之其他適宜的發光裝置。一部分光束106可被絮凝室70之廢水中所含之大小固體反射及/或散射。可藉由光感測器105偵測及測量一些該散射光107，光感測器105可經組態以偵測與光束106成某一角度(例如90度角)散射之光。一般而言，廢水為包含液相整體水及固相絮片顆粒之多相廢水。廢水亦可包含氣相氣泡。當光束106穿過廢水時，來自光束106之光可藉由廢水中之顆粒反射掉或散射，其中一部分該散射光107係由光感測器105所接收。
為此目的，外殼103可包括一或多個窗108、109以阻止廢水進入濁度感測器58中。窗108、109亦可使光束106能離開外殼103及散射光107能到達光感測器105。響應接收散射光107，光感測器105可產生輸出信號122(圖3)，其可為與入射至光感測器105上之散射光107的量成比例的電壓或電流。該輸出信號122可繼而經由控制器16之I/O介面94耦接至處理器90。
儘管顯示為位於絮凝室70中，一般技術者應理解光感測器105可位於處理系統10之其他區域以測量含絮片顆粒之廢水的濁度。例如，濁度感測器58可位於凝結或pH調整室62、66，或介於絮凝室70與DAF單元18之間。一般技術者亦可理解透射光感測器可用於替代所描繪之散射光感測器。在使用透射光感測器的實施例中，光感測器105可放置在光束106之路徑中。藉由光感測器105所提供之信號因而會因存在之絮片及/或渾濁水而減少而非增加，此係由於光被散射之故。因此，相比由散射光感測器所提供之信號，由透射光感測器所提供之信號可具有與濁度及/或絮片之量逆向的關係。
現參考圖3A至4B，圖3A及4A為說明來自絮凝室70之包括整體水116、130及絮片顆粒118、132之示例性廢水樣本114、128的圖解視圖。圖3B及4B提供對應於各自的樣本114、128的圖120、134，其包括基於濁度感測器58在多個樣本點124、138之輸出信號之偵測濁度122、136的曲線圖。在示例性圖120、134中，濁度係以比濁法濁度單位(NTU)表示，但是亦可使用用於測量濁度之任何適宜的單位或甚至電壓或電流水平。
當來自絮凝室70之廢水混合及循環時，隨著光束106穿過濁度感測器58之測量距離，光束106有時可僅遇到整體水116、130。在該等時期，具有濁度偵測器輸出信號之樣本124、138可在反映整體水116、130之濁度的數值範圍內成組或群集。例如，在圖3A及3B中，整體水包含藉由經虛線封閉之一部分樣本124所代表之相對高的濁度水平，使得樣本124之子集126在250至350NTU之範圍內群集。亦即，樣本124之子集126落於300NTU之中心值的50NTU之範圍內。相比之下，圖4A及4B顯示一種具有更低濁度之整體水130的樣本，使得樣本138之一部分或子集140落於80至120NTU之範圍內，或100NTU之中心值的20NTU之範圍內。在各情形中，樣本126之子集140落於 與廢水之濁度有關的範圍內。
在其他時間中，一或多個絮片顆粒118、132及/或氣泡可穿過光束106。在該等時間中，藉由絮片顆粒118、132所反射之光可使得入射至光感測器105上之光的量增加，使得光感測器105產生高許多的輸出信號122、136。因此，具有在該等時間中獲得之濁度偵測器輸出信號的樣本124、138一般將遠遠落於與整體水子集126、140相關聯的數值範圍外。而且，該等樣本可落於具有顯著高於與整體水濁度相關聯之中心值的中心值(例如，1000NTU)的範圍內。與絮片相關聯之樣本124、138的數值範圍可相對地獨立於整體水濁度，使得在當絮片顆粒118、132反射光束106時獲得之樣本值124、138與廢水濁度之間幾無相關性。因此，該資料可被識別出及捨棄，使得僅依賴不受絮片顆粒影響之樣本來指示濁度。經絮片顆粒118、132反射之光的量可足以引起光感測器105指示最大濁度或飽和輸出信號水平，其在示例性實施例中顯示為1000NTU之讀數。然而，一般技術者應理解該水平可依所用感測器之類型以及絮片之特徵而變化。本發明之實施例因此不限於與絮片顆粒之偵測相關聯之樣本值的任何特定範圍。
已經確定藉由獲得多個樣本及計算所指示之濁度的機率分佈，可在含絮片之水樣本中獲得整體水濁度之準確測量值。有利地，這容許實時或接近實時地測定絮凝室70中之廢水的濁度。藉由容許濁度感測器58放置在絮凝室70中而非在DAF單元18或其他適宜的絮片移除裝置(諸如沉降淨化器)之後的一些點處(即，在已從廢水中除去絮片之後)，本發明之實施例可容許控制器16相比習知系統中之控制器對廢水濁度之變化反應快得多。該更快的反應時間可繼而改進控制促凝劑水平的準確度，減少浪費之化學品量，以及流出物30中之污染程度。
現參考圖5，呈現根據本發明之一個實施例之流程圖150，其說明可用於測定絮凝室70中之廢水的濁度的控制器應用程式100的操作 順序。在區塊152中，控制器應用程式100對濁度感測器58之輸出信號取樣。該樣本可被指派一對應於由濁度感測器58之輸出信號所指示之濁度水平的數值，及可作為資料結構102儲存在記憶體92中。
在區塊154中，應用程式100測定可用於分類樣本之臨界值。測定該臨界值可包括從基於存儲在記憶體92中之一或多個輸出信號樣本之數值的查詢表中選擇一數值，或可包括來自一組先前獲得之樣本的多個樣本的統計分析。在本發明之一個替代性實施例中，可基於經驗資料或絮凝室70中之預期濁度水平將該臨界值設置成預定值，在該情形下可省略區塊154。在任何情形中，該臨界值可包括一或多個可將樣本分成多個樣本集或群集之數值。例如，該臨界值可具有界定指示整體水讀數之信號範圍的較低數值及較高數值，或該臨界值可為代表其以下的讀數視為整體水讀數的信號值的單一值。
在區塊156中，應用程式100比較在區塊152中獲得之輸出信號樣本與在區塊154中確定之臨界值，然後繼續進行至決定區塊158。若輸出信號樣本在該臨界值之外(例如，高於該臨界值)(決定區塊158之「是」分支)，該應用程式在區塊160中將該樣本標為在臨界值之外，然後返回至區塊152以獲取另一樣本。若樣本在該臨界值之內(例如，低於或等於該臨界值)(決定區塊158之「否」分支)，應用程式100繼續進行至區塊162及將該樣本標為在該臨界值之內。標為在該臨界值之外的樣本可捨弃，或存於記憶體92中以用於測定未來的臨界值水平。標為在該臨界值之內的樣本可添加至指示廢水濁度之樣本集或子集。
在區塊164中，應用程式100基於標為在該臨界值之內的樣本的子集測定廢水的濁度。可基於樣本之統計值測定廢水濁度。該統計值可為在該臨界值範圍內之樣本的平均值、在該臨界值範圍內之樣本的中位值、在該臨界值範圍內之樣本的過濾值(例如，基於有限脈衝響應(FIR)或無限脈衝響應(IIR)濾波器之輸出，或簡單地基於標為在該 臨界值之內之所獲得的最後一個樣本)。標為在該臨界值之內之樣本的子集可包括基於先進先出(FIFO)方法所選擇之固定數目的樣本，在預定時間窗內獲得之大量樣本，或界定子集之任何其他適宜的方法。
在區塊166中，應用程式100比較測定之濁度與某一參考水平或數值，其可代表流出絮凝室70之廢水的目標濁度水平。該測定之濁度水平與該參考值之間的差異可提供錯誤信號給控制應用程式100中之控制算法。例如，該錯誤信號可經由一種產生指示向反應槽12中添加多少化學品(諸如促凝劑)之輸出的比例積分微分(PID)控制算法處理。在本發明之一個實施例中，該參考值可包括可接受的濁度範圍。落於該範圍內之濁度值不會產生錯誤信號，因此在控制器輸出中產生不感帶或中性區。
為此目的，在決定區塊168中，若測定之濁度高於所需範圍或參考值(決定區塊168之「是」分支)，控制器應用程式100可繼續進行至區塊170。在區塊170中，增加添加至反應槽12中之促凝劑的量。可例如藉由向分配泵78發出信號以向凝結室62提供增加量的促凝劑60而實現該增加。若測定之濁度不高於該所需範圍(決定區塊168之「否」分支)，應用程式100繼續進行至決定區塊172。
若測定之濁度低於所需範圍或參考值(決定區塊172之「是」分支)，應用程式100可繼續進行至決定區塊174。在區塊174中，應用程式100降低分配至反應槽12之促凝劑的量。例如，應用程式100可向耦接至促凝劑容器84之分配泵78發出信號以降低提供至凝結室62的促凝劑60的流率，或完全關閉促凝劑60之流動。若測定之濁度不低於所需範圍或參考值(決定區塊172之「否」分支)，應用程式100可返回至區塊152及獲得具有濁度感測器輸出信號的另一樣本。
控制器應用程式100可因而經組態以測定整體水116、130之濁度，及響應來自濁度感測器58之信號選擇性地激活分配泵78、80、82 中的一或多個，使得添加至流入廢水中之化學品的量最佳化。在本發明之一個實施例中，濁度測定亦可包括基於濁度感測器輸出信號之樣本測定樣本機率密度。機率密度函數可被認為是大樣本群之預期分佈，其中藉由控制器應用程式100獲得之一組樣本充當該預期群體之隨機樣本。
現參考圖6，呈現根據本發明之一實施例的流程圖180。流程圖180說明可用於測定用於分類或識別指示廢水濁度之濁度感測器輸出信號樣本的臨界值的操作順序。在區塊182中，應用程式100對濁度感測器58之輸出取樣。在區塊184中，將該樣本添加至樣本組。該樣本組可代表具有固定樣本數之樣本集，在以最後一個樣本結束之移動時間窗內收集之樣本集，或分組樣本之任何其他適宜的方法。
在區塊186中，應用程式100基於樣本組測定機率密度。為此目的，該樣本組中之樣本可被視為來自代表濁度感測器58之預期輸出之更大範圍之樣本的隨機樣本。為進一步說明此，圖7呈現由對於圖4B所示之樣本138而言之圖線192所代表之機率密度函數的示例圖190。在所說明之實施例中，該圖190具有提供以NTU表示之所指示之濁度水平的水平軸194，及指示將獲得具有該濁度值之樣本的機率的垂直軸196。控制器應用程式100可利用用於測定機率密度函數192之任何適宜的方法，諸如帕爾森窗(Parzen window)，一種資料群集群集技術，諸如矢量量子化，或藉由從樣本組中之樣本產生重標直方圖。一旦已經測定樣本組中之樣本的機率密度函數192，控制器應用程式100可繼續進行至區塊198。
在區塊198中，控制器應用程式100可識別機率密度函數192之一或多個峰200至204。儘管一或多個峰200至204各個顯示為在示例圖190中具有良好定義的最大值，但是在本發明之實施例中，峰200至204中的一或多個可為平坦峰，或可具有缺乏良好定義的最大值的形 狀。例如，若大量樣本124、138在接近300NTU群集，則存在具有不形成可容易識別之峰的其他值(例如，1000、5000或10,000NTU)的樣本124、138。在任何情形中，峰200至204可代表更可能藉由濁度感測器58之輸出表示的所指示的濁度值。該等預期濁度感測器輸出水平可集中在兩個峰200、204，其中一個峰200位於與廢水濁度讀數(即，在缺乏絮片散射下之整體水讀數)相關聯的更低的水平軸數值205，及另一峰204位於與來自廢水中之絮片的錯誤讀數相關聯的更高的水平軸數值206。
在區塊207中，應用程式100可識別出現在最低水平軸數值205(例如，最低表明之NTU水平)之具有峰位置208的峰200。應用程式100可接著繼續進行至區塊210及基於所識別之峰200的位置208設置臨界值212。該臨界值212可例如設置成提供離峰位置208之所需距離214的數值。該距離214可例如為預定距離(例如，100NTU)或設置成針對樣本組計算之標準偏差的預定數(例如，2×σ)。應用程式100亦可設置更低的臨界值216，其對待併入樣本組中之樣本設置更低的界限。亦即，該應用可界定以識別待併入樣本組中之樣本的臨界值212、216為界的範圍。
文中所用之術語僅出於敘述特定實施例之目的及不欲限制本發明。除非上下文清除地表明，否則如文中所用，，單數形式「一」及「該」亦欲包括複數形式。還應理解，當用於本說明書中時，術語「包括」指定存在之所述的特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或添加一或多種其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群。而且，文中對諸如「垂直」、「水平」等術語之引用係以舉例之方式而非以限制之方式做出以建立絕對的引用框架。
應理解，當敘述一種元件與另一元件「連接」或「耦接」時，其可直接連接或耦接至另一元件，或代之以可存在一或多種介入元 件。相比而言，當敘述一種元件與另一元件「直接連接」或「直接耦接」時，不存在介入元件。當敘述一種元件與另一元件「間接連接」或「間接耦接」時，存在至少一個介入元件。
如文中所用，術語「響應」意指對第一事件「反應」及/或在其「之後」。因此，「響應」第一事件發生之第二事件可在該第一事件之後立即發生，或可包括發生在介於該第一事件與該第二事件之間之時滯。此外，該第二事件可由該第一事件所引起，或可僅發生在該第一事件之後而無任何因果關係。
儘管已經藉由一或多項其實施例之敘述闡明本發明，及儘管已經以大量細節敘述該等實施例，但其不欲限制或以任何方式限制所附申請專利範圍之範疇至該細節。熟習此項技術者容易明瞭其他優點及變動。例如，儘管就具有介於光源104與光感測器105之間之90度組態的濁度感測器58而敘述本發明，但是一般技術者應理解可使用其他類型的感測器。例如，偵測光源之衰減，或以相對光源成非90度的角度定位的感測器。在該等替代性實施例中，可相對文中所述之90度感測器倒轉濁度感測器之輸出信號。亦即，更高的信號水平可表示更低的濁度水平。本發明在其更廣態樣中因此不限制在所示及所述之具體細節、代表性裝置及方法及說明性實例。因此，在不脫離申請者之一般發明概念的範圍或實質下，可作出與該等細節之偏離。
10‧‧‧廢水處理系統
12‧‧‧主要反應槽
14‧‧‧流入廢水
16‧‧‧控制器
18‧‧‧溶氣浮選(DAF)單元
20‧‧‧浮選儲存室
22‧‧‧撇取器
24‧‧‧沉澱物排出室
26‧‧‧螺旋鑽
28‧‧‧流出室
30‧‧‧流出物
32‧‧‧泥漿泵
34‧‧‧泥漿貯留槽
38‧‧‧再循環泵
40‧‧‧壓力槽
42‧‧‧壓縮空氣
44‧‧‧充氣再循環流
46‧‧‧廢水
48‧‧‧閥門
50‧‧‧排出泵
52‧‧‧化學品分配器
54‧‧‧化學品分配器
56‧‧‧化學品分配器
58‧‧‧濁度感測器
60‧‧‧促凝劑
62‧‧‧凝結室
64‧‧‧酸或鹼性溶液
66‧‧‧pH調整室
68‧‧‧絮凝劑
70‧‧‧絮凝室
72‧‧‧攪拌器
74‧‧‧攪拌器
76‧‧‧攪拌器

Claims (17)

  1. 一種判定一多相(multiphase)廢水之液相濁度(turbidity)的方法，該方法包括：在任何溶氣浮選(dissolved air flotation)單元或淨化器(clarifier)之前，放置一濁度(turbidity)感測器於該多相廢水中，該濁度感測器包含具有一光發射器及一光感測器之一外殼單元；發射一光信號及在該光感測器處接收指示由該多相廢水所散射的光量或透射該多相廢水的光量的該光信號；對該光信號取樣以產生複數個樣本值(sample values)，其中在無絮片顆粒(floc particles)存在時，由該多相廢水之該液相所產生之該等樣本值產生一第一組樣本值，及其中當絮片顆粒於該光信號之路徑中時，所產生的該等樣本值產生一第二組樣本值；比較該等樣本值與一臨界值(threshold)；其中該臨界值係基於自該第一組樣本值之一機率密度分佈所產生，該第一組樣本值係在沒有來自該等絮片顆粒之額外散射或反射而由該液相散射的光所產生；及設置該臨界值使得該等樣本值之至少一部分於該臨界值以下；識別落於該臨界值以下的該等樣本值；及基於所識別之該等樣本值來測定該多相廢水之該液相濁度。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括：至少部分基於該等樣本值判定該臨界值。
  3. 如請求項1之方法，其中判定該臨界值進一步包括：識別具有在一第二信號值附近群集之數值的一第二組樣本； 及設置該臨界值為介於一第一信號值與該第二信號值之間的一數值。
  4. 如請求項3之方法，其中該第二信號值為指示比該第一信號值高的濁度水平的一數值。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括基於所判定之該多相廢水的濁度產生一控制信號。
  6. 如請求項5之方法，其中：判定該多相廢水的濁度包括判定落於該臨界值以下的一統計值；及比較該統計值與一參考值，及基於該統計值與一參考值之間的差異來設置該控制信號值；其中該統計值可為在該臨界值以下之樣本的一平均值或一中位值、在該臨界值以下之樣本的一過濾值或基於標為在該臨界值以下所獲得的最後一個樣本。
  7. 如請求項5之方法，其進一步包括：基於該控制信號調整添加至該多相廢水中之化學品的量。
  8. 如請求項7之方法，其中該化學品包括一促凝劑(coagulant)。
  9. 一種處理一多相廢水之裝置，其包括：一處理器；及含程式碼之一記憶體，當由該處理器執行該程式碼時，該記憶體使得該裝置：接收指示由該多相廢水之液相或絮片顆粒所散射光的量的信號；對該信號取樣以產生複數個樣本值；比較該等樣本值與一臨界值；識別落於該臨界值以下的該等 樣本值；及基於所識別之該等樣本值來判定該多相廢水的濁度；其中該臨界值係基於自一組樣本值之一機率密度分佈所產生，該組樣本值係在沒有來自該等絮片顆粒之額外散射或反射而由該液相散射的光所產生。
  10. 如請求項9之裝置，其中該程式碼經進一步組態以使該裝置基於該等樣本值藉由以下方式判定該臨界值：識別具有在一第一信號值附近群集之數值的一第一組樣本；及設置該臨界值使得該第一組樣本之至少一部分於該臨界值以下。
  11. 如請求項10之裝置，其中該程式碼經進一步組態以使該裝置進一步藉由以下方式判定該臨界值：識別具有在一第二信號值附近群集之數值的一第二組樣本；及設置該臨界值為介於該第一信號值與該第二信號值之間的一數值，其中該第二信號值為指示比該第一信號值高的濁度水平的數值。
  12. 如請求項9之裝置，其中該程式碼經進一步組態以基於所判定之該多相廢水之該液相濁度來產生一控制信號。
  13. 如請求項12之裝置，其中該程式碼經組態以藉由以下方式產生該控制信號：判定落於該臨界值以下的該等樣本之一統計值；及比較該統計值與一參考值，其中該參考值係基於當前液相濁度或光透射資料(light transmittance data)所判定，及基於該統計值與該參考值之間的差異來設置該控制信號值； 其中該統計值可為在該臨界值以下之樣本的一平均值或一中位值、在該臨界值以下之樣本的一過濾值或基於標為在該臨界值以下所獲得的最後一個樣本。
  14. 如請求項12之裝置，其中使用該控制信號來調整添加至該多相廢水中之化學品的量。
  15. 如請求項9之裝置，其進一步包括：一濁度感測器，其經組態以對含絮片之該多相廢水取樣及產生指示由該多相廢水之該絮片所散射光的量的信號。
  16. 一種控制一多相廢水之一液相濁度的方法，其包括：自一光源透射一光束至該多相廢水；在一光感測器處偵測由該多相廢水所散射之光量或透射該多相廢水之光量，其中該光感測器產生一輸出信號，該輸出信號與入射至該光感測器之散射之光量或透射之光量成比例；在一處理器處接收該輸出信號，其中該處理器產生複數個樣本值，其中由該多相廢水之該液相所產生之該等樣本值在無該等絮片顆粒存在下產生一第一組樣本值，及其中當絮片顆粒在該信號之路徑中時，所產生的該等樣本值產生一第二組樣本值；比較該等樣本值與一臨界值；其中該臨界值係基於自該第一組樣本值之一機率密度分佈所產生，該第一組樣本值係在沒有來自該等絮片顆粒之額外散射或反射而由該液相散射的光所產生的該等樣本值所產生；識別落於該臨界值以下的該等樣本值；基於所識別之該等本值來判定該多相廢水之該液相濁度；及加入一化學添加物至一廢水系統以達到一所需濁度。
  17. 如請求項16之方法，其中該光感測器偵測通過該多相廢水所散 射之光量，其中所偵射之光與入射至該光感測器所散射之該光量成比例。
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