一種廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明一方面提供一種廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200，包括一數(shù)據(jù)處理器215、一氣體傳導(dǎo)裝置310和一傳感器320。該氣體傳導(dǎo)裝置是被浸沒的，且是用于輸送氣體。該傳感器320是連接于氣體傳導(dǎo)裝置310，也是被浸沒的，而且是操作用來(lái)決定所述氣體傳導(dǎo)裝置或氣體的特性。該傳感器320另外操作用來(lái)將表示特性的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理器215。在一或多個(gè)非限制性實(shí)施方案中，該系統(tǒng)包括一個(gè)廢水處理系統(tǒng)，并且該氣體傳導(dǎo)裝置包括一管件310或一散氣器305。
【專利說(shuō)明】一種廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一般的遙測(cè)和工業(yè)自動(dòng)化，尤其是涉及應(yīng)用于利用浸沒管道來(lái)傳送氣體的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，例如，廢水處理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]散氣器通常是用來(lái)輔助曝氣式廢水處理系統(tǒng)中的好氧性生物處理方法。散氣器通常是包含圓盤狀、管狀或帶狀的薄膜，其由橡膠或其他的類似材料所制造而成的，且將其穿孔以提供一些孔洞狀或狹縫狀的穿孔。在操作時(shí)，加壓空氣被傳送通過(guò)這些穿孔以產(chǎn)生一縷縷的小氣泡。氣泡通過(guò)廢水而上升且，同時(shí)向周圍的廢水提供用以維持在廢水當(dāng)中進(jìn)行所期望的生物處理方法所需要的氧氣。該上升的氣泡同時(shí)也提供了混合的作用。
[0003]圖1顯示可用于廢水處理設(shè)施的微氣泡散氣器100的局部剖面視圖。在該圖中例示了以此類散氣器進(jìn)行的廢水處理方法，列舉一個(gè)例子而言，例如在F.L.Burton所著，McGraw-Hi 11 College 于 2002 年出版的”廢水工程” (Wastewater Engineering)此書亦納入本發(fā)明中作為參考。在散氣器100中，撓性散氣膜110是設(shè)在散氣器本體120上。散氣器本體包含螺紋接頭130、進(jìn)氣管140、銳孔150、及用以耦合定位環(huán)170的接收面160。定位環(huán)170是用來(lái)將撓性散氣膜110靠抵散氣器本體120上。當(dāng)氣體被傳送至撓性散氣膜110而通過(guò)進(jìn)氣管140及銳孔150時(shí)，該氣體壓力使撓性散氣膜110膨脹而離開散氣器本體120，并張開撓性散氣膜的穿孔，而使得在該處的氣體以微小氣泡的形式被排放出來(lái)。當(dāng)氣體壓力解除時(shí)，撓性散氣膜110則塌陷在散氣本體120上而關(guān)閉穿孔且防止在相反方向的液體進(jìn)入散氣本體120中。一般而言，此種構(gòu)成的撓性散氣膜可產(chǎn)生直徑小于5毫米的氣泡。這些氣泡所形成的大的表面積與體積比可有效地促進(jìn)氣泡與廢水間的氧氣質(zhì)量傳送。
[0004]在使用方面上，上述的散氣器典型上是與用以供給加壓空氣的覆蓋廢水處理槽的大部分底板的配管網(wǎng)絡(luò)一起被提供的。除了散氣器，配管網(wǎng)絡(luò)也可以包括輔助設(shè)備，例如水分清除系統(tǒng)及壓差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。然而，由于廢水處理槽是一個(gè)嚴(yán)酷且動(dòng)態(tài)的環(huán)境，因而結(jié)果就造成配管和散氣器周期性的失效。極端的溫度變異和其所導(dǎo)致的熱塑性塑料零件的熱膨脹/收縮，以及不期望的振動(dòng)(例如，氣錘)，例如，很可能會(huì)導(dǎo)致管路側(cè)壁、接合處、端帽或支撐錨釘?shù)氖?。同時(shí)，在配管內(nèi)也可能會(huì)發(fā)生泄漏，導(dǎo)致不需要的水或污泥堆積在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)而大大地影響系統(tǒng)的效能。
[0005]上述的數(shù)種故障模式幾乎存在于每個(gè)曝氣廢水處理系統(tǒng)，普遍缺乏有效的方式來(lái)監(jiān)控這些系統(tǒng)，以在轉(zhuǎn)變成災(zāi)難性故障之前提早檢測(cè)到小的問(wèn)題點(diǎn)。監(jiān)測(cè)已安裝的曝氣系統(tǒng)的健康狀況的典型方法，包括監(jiān)視觀看:1)表面氣泡和水流動(dòng)形態(tài)上的變化；2)在表面下連接至該管道網(wǎng)絡(luò)的一水分清除管路內(nèi)是否存在水或污泥；3)用以使經(jīng)由散氣器網(wǎng)絡(luò)維持在指定的空氣傳輸速率所需的空氣壓力的增加量散氣；4)以溶氧探針?biāo)繙y(cè)到的在一個(gè)槽中的一或多個(gè)區(qū)域中的溶氧的變化；5)依照如生物需氧量濃度或氨濃度的參數(shù)而量測(cè)的放流水質(zhì)的變化；以及6)用以維持廢水中穩(wěn)定的溶氧濃度所需要的空氣體積的增加量。然而，這些都是宏觀性指標(biāo)。換句話說(shuō)，它們可能表示嚴(yán)重的問(wèn)題，例如散氣膜阻塞、管道中積水或污泥，或在其他方面受到損害的曝氣系統(tǒng)，但是在這一點(diǎn)上，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)造成系統(tǒng)性能上的障礙，不但是未能提供有效的治療，而且也無(wú)法提供高質(zhì)量的排出水。
[0006]由于上述原因，因而就有需要提出一種能夠有效地早期檢測(cè)出曝氣廢水處理系統(tǒng)、和利用浸沒式配管輸送氣體系統(tǒng)中的缺陷的系統(tǒng)和方法，借以使得在那些缺陷還未造成更嚴(yán)重的故障并導(dǎo)致系統(tǒng)中斷之前就被偵測(cè)出來(lái)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實(shí)施例例示并提供了一種符合上述的需要的可應(yīng)用于利用浸沒式管道來(lái)輸送氣體的監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)，例如，可應(yīng)用在廢水處理系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的一方面是提供一種廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其包括一數(shù)據(jù)處理器、一氣體傳導(dǎo)裝置及一傳感器。該氣體傳導(dǎo)裝置是被浸沒的，而且用以傳輸一氣體。該傳感器連接在該氣體傳導(dǎo)裝置，而且也是被浸沒的，并且操作來(lái)用以決定該氣體傳導(dǎo)裝置或氣體的一特性。該傳感器另外可進(jìn)一步用以將代表該特性的數(shù)據(jù)傳輸至該數(shù)據(jù)處理器。在一或多個(gè)非限制的實(shí)施例中，該系統(tǒng)包含一廢水處理系統(tǒng)，且該氣體傳導(dǎo)裝置包含一管件或一散氣器。
[0009]此外，本發(fā)明的另一方面也提供一種廢水處理監(jiān)控方法，其為可應(yīng)用于廢水處理系統(tǒng)或其他利用浸沒氣體傳導(dǎo)裝置作為管件傳輸氣體的系統(tǒng)。首先，一傳感器為連接于一氣體傳導(dǎo)裝置。其次，該氣體傳導(dǎo)裝置和該傳感器是被浸沒的，而且經(jīng)由該氣體傳導(dǎo)裝置傳送氣體。在此條件下，該傳感器是用來(lái)決定該氣體傳導(dǎo)裝置或該氣體的特性。該傳感器將表示該特性的數(shù)據(jù)傳輸至一數(shù)據(jù)處理器。
[0010]本發(fā)明的有益效果如下:
[0011]本發(fā)明提供的方案能夠有效地早期檢測(cè)出曝氣廢水處理系統(tǒng)、和利用浸沒式配管輸送氣體系統(tǒng)中的缺陷。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]經(jīng)由以下的說(shuō)明以及隨本文所附加的有關(guān)的圖式，將可以更良好地被理解本發(fā)明的此等及其他的特征、觀點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)。
[0013]圖1顯示習(xí)知散氣單元的局部剖面視圖；
[0014]圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)(WTMCS)的方塊圖；
[0015]圖3顯示使用于圖2廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)中的廢水處理系統(tǒng)的第一實(shí)施例的局部剖面立體圖；
[0016]圖4顯示使用于圖3廢水處理系統(tǒng)中的加壓空氣輸送系統(tǒng)的實(shí)施例的方塊圖；
[0017]圖5顯示使用于在圖3廢水處理系統(tǒng)中的傳感器的局部剖切立體圖；
[0018]圖6顯示圖2廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)的其它方面的另一方塊圖；
[0019]圖7顯示圖2廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理器的其他方面的方塊圖；
[0020]圖8顯示使用于圖3廢水處理系統(tǒng)中的傳感器的另一實(shí)施例的局部剖切透視圖；
[0021]圖9顯示圖8的傳感器的局部特寫剖切立體圖；
[0022]圖10顯示使用于圖2廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)中的第二例示性廢水處理系統(tǒng)的局部剖切立體圖；
[0023]圖11顯示使用于圖10廢水處理系統(tǒng)中之一例示性傳感器的局部剖切立體圖；
[0024]圖12顯示使用于圖10廢水處理系統(tǒng)中的另一例示性無(wú)線傳感器的局部剖切立體圖；
[0025]圖13顯示按照本發(fā)明的使用不同類型的傳感器的一例示性實(shí)施例之一廢水處理系統(tǒng)的一部分的局部剖切正視圖；及
[0026]圖14顯示根據(jù)本發(fā)明一例示性實(shí)施例所配置的用以量測(cè)壓差的傳感器和散氣器的局部剖切立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]以下，參照例示性實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。因此，對(duì)于這些實(shí)施例是可以進(jìn)行許多修改的，而其結(jié)果仍然是落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。本文所描述的具體實(shí)施例并非意圖或不應(yīng)被推斷為限制條件。此外，雖然這里所述的實(shí)施例是針對(duì)與廢水處理相關(guān)的應(yīng)用，但是本發(fā)明的許多觀點(diǎn)是另外可更進(jìn)一步地適用于一般利用水下管道以傳輸氣體的任何應(yīng)用中。
[0028]如本文所用，“氣體傳導(dǎo)裝置” 一詞是指包括任何能夠輸送或傳導(dǎo)氣體的組件。因此，一氣體傳導(dǎo)裝置可包含但不限于管件(無(wú)論是圓形或其他形狀)、管件接合件及散氣器。此外，如本文所用的“浸沒”一詞系指位于液體表面下，但不必然是與液體直接物理接觸。最后，如本文所用之“連接”一詞，是指直接連接(即，不加入中間組件)或間接連接(例如，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)中間組件接合)。
[0029]圖2顯示根據(jù)本發(fā)明廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)(WTMCS)200的實(shí)施例的方塊圖。該廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200在概念上可以分為幾個(gè)子系統(tǒng):一廢水處理系統(tǒng)205、一處理系統(tǒng)接口 210、一計(jì)算器網(wǎng)絡(luò)215，以及用戶接口 220。以下，進(jìn)一步說(shuō)明每個(gè)子系統(tǒng)。
[0030]圖3顯示使用于廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200的第一實(shí)施例的廢水處理系統(tǒng)205的局部剖面立體圖。廢水處理系統(tǒng)205包括用以容納待處理廢水之一槽300。在槽300的底部，復(fù)數(shù)個(gè)散氣器305是被管件310的網(wǎng)絡(luò)所支撐且構(gòu)成氣體連通。這些管件310經(jīng)由垂直向下管315供應(yīng)加壓空氣。一旦經(jīng)適當(dāng)?shù)募訅?，散氣?05就會(huì)噴出小氣泡柱到廢水中(參照【背景技術(shù)】)。在本實(shí)施例中，散氣器305是圓盤狀的微細(xì)氣泡散氣器，其類似于圖1中所示的微細(xì)氣泡散氣器100，但在其他的實(shí)施例中，散氣器305可以很容易地調(diào)整為管狀、帶狀或其他的變化形態(tài)。
[0031]加壓空氣為經(jīng)由加壓空氣輸送系統(tǒng)而被輸送至廢水處理系統(tǒng)205的分配管310。圖4顯示使用于在廢水處理系統(tǒng)205的加壓空氣輸送系統(tǒng)400的一實(shí)施的方塊圖。在這個(gè)特定的非限制性實(shí)施例中，空氣是經(jīng)由空氣過(guò)濾器405過(guò)濾，然后再經(jīng)由鼓風(fēng)機(jī)410被加壓。經(jīng)加壓的空氣離開鼓風(fēng)機(jī)410后被輸送到壓力調(diào)節(jié)器415，借以加壓空氣而將它設(shè)定成預(yù)定的壓力。然后，將經(jīng)壓力調(diào)節(jié)的加壓空氣分配到一組可個(gè)別控制的空氣閥420?？諝忾y420較佳為配備有閥能夠以自動(dòng)的方式(例如電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓)控制的閥致動(dòng)器。這樣的致動(dòng)閥是可經(jīng)市場(chǎng)購(gòu)得的，例如，可自來(lái)源例子之一的美國(guó)得克薩斯州阿爾文的PetroChemValve公司購(gòu)得。在本例子中，雖然只例示使用三個(gè)空氣閥420的例子,但這個(gè)數(shù)字僅僅是例示性的而已，在減少本發(fā)明的各觀點(diǎn)來(lái)進(jìn)行實(shí)施時(shí)，終究還是能夠使用任意數(shù)量的空氣閥?？諝忾y420是用來(lái)決定:將加壓空氣如何分配到在廢水處理系統(tǒng)205的槽300內(nèi)用以界定個(gè)別調(diào)節(jié)的好氧區(qū)的數(shù)個(gè)不同的管件310的網(wǎng)格之間。以這種方式，就能夠使得一部分的槽300的體積流率維持在大于或低于其他部分的體積流率，最終就可對(duì)于廢水處理程序進(jìn)行更良好的控制。
[0032]再次參閱圖3，在槽300中，多個(gè)傳感器320是耦接于管件310。每個(gè)傳感器320是經(jīng)由各自的信號(hào)或電源線330而與接口盒325進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，信號(hào)或電源通過(guò)位于槽300的一側(cè)的導(dǎo)線導(dǎo)管335而發(fā)送到接口盒325。這里再次僅以使用三個(gè)傳感器320為例，但實(shí)際執(zhí)行上是可以減化的，基本上可以使用不同數(shù)量的傳感器320 (例如，可以大于3個(gè))。圖5顯示安裝在管件310的數(shù)個(gè)傳感器320中一個(gè)代表例的局部剖切立體圖。傳感器320包括一個(gè)圓頂形防水殼體500，其內(nèi)封裝了傳感器電路(未顯示)。信號(hào)或電源線330是從殼體500的頂部延伸出來(lái)。在殼體500的底部，配設(shè)一螺紋連接點(diǎn)505以使得傳感器320可以容易與管件310中的反向螺紋孔相互耦合。以這種方式，傳感器320的殼體500是被設(shè)置在管件310外部，但傳感器320可操作來(lái)用以測(cè)量管件310內(nèi)所產(chǎn)生的特性。在必要時(shí)，可使用能提供防水密封性的撓性O(shè)型環(huán)或其他的裝置。另外，除了利用螺紋來(lái)連接以外，也可以利用其他的連接方法(例如，膠黏、熔合、溶劑接合、夾緊、螺栓接合)，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的作法。
[0033]傳感器320是可以進(jìn)行各種不同的操作來(lái)執(zhí)行以決定管件310的特性、或通過(guò)管件310所輸送的氣體的特性。這些特性包括:溫度、壓力、振動(dòng)(例如，數(shù)次和嚴(yán)重程度)、相對(duì)濕度、氣流速度、氣體體積和氣體組成成分，但不以此為限。一般的運(yùn)用遙測(cè)技術(shù)的測(cè)量方法，已記載于Taylor and Francis于2001所著的”用于流程控制的儀器儀表的基本原理，，(D.0.deSa, Instrumentat1n Fundamentals for Process Control, Taylorand Francis, 2001)，它也并入本文中一并列為參考。此外，適合使用于此處所記載的應(yīng)用的傳感器電路是可以商購(gòu)而得的。來(lái)源之一是，例如，Omega Engineering Inc.(Stamford, CT, USA) ? 另一個(gè)來(lái)源是，例如，Honeywell Sensing and Control (GoldenValley, MN, USA)。
[0034]圖6提供了用以揭示說(shuō)明廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200的其他觀點(diǎn)的方塊圖。處理系統(tǒng)接口 210在概念上可以分為電源600、傳感器接口 605、控制接口 610以及數(shù)據(jù)處理器615。在本例示性的實(shí)施例中，這些組件是物理性地被設(shè)置在槽300 (圖3)的邊緣的位于接近接口盒325內(nèi)，然而盡管如此，這些的安裝位是沒有限制。傳感器接口 605是經(jīng)由信號(hào)或電源線330接收來(lái)自傳感器320的數(shù)據(jù)訊號(hào)，并且將由電源600產(chǎn)生的電源返送提供給傳感器320。傳感器接口 605也可以按照需要而將數(shù)據(jù)訊號(hào)予以放大、數(shù)字化，及以其他方式進(jìn)行修改。另外，如果部分或全部的數(shù)據(jù)訊號(hào)為被多路復(fù)用時(shí)，則傳感器接口 605可以執(zhí)行任何所需要的多路解編。一旦來(lái)自傳感器320的數(shù)據(jù)訊號(hào)被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)時(shí)，傳感器接口 605就將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理器615。
[0035]圖7顯示數(shù)據(jù)處理器615的其他觀點(diǎn)的方塊圖。數(shù)據(jù)處理器615包括數(shù)據(jù)處理單元700、存儲(chǔ)器705以及網(wǎng)絡(luò)接口 710。存儲(chǔ)器705 (非易失性和/或易失性的存儲(chǔ)器)存儲(chǔ)基本輸入輸出系統(tǒng)(B10S)715、操作系統(tǒng)(0S)720和多個(gè)應(yīng)用程序725。當(dāng)某一些應(yīng)用程序725被數(shù)據(jù)處理單元700執(zhí)行時(shí)，較佳者是使用數(shù)據(jù)處理器615作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是能接收來(lái)自遠(yuǎn)程計(jì)算設(shè)備的習(xí)知超文本傳輸協(xié)議(HTTP)請(qǐng)求，并透過(guò)合適的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)的網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)提供HTTP響應(yīng)到上述計(jì)算設(shè)備。此功能允許數(shù)據(jù)處理器615對(duì)文件、
[0036]應(yīng)用程序和原始數(shù)據(jù)作上傳及下載動(dòng)作。數(shù)據(jù)可利用包括可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(XML)格式的多種格式來(lái)提供。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器被廣泛實(shí)施于計(jì)算器和類似計(jì)算器的設(shè)備，而其在數(shù)據(jù)處理器615的實(shí)施方式是此領(lǐng)域中習(xí)知此技術(shù)者所熟知的。此外，
[0037]配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的詳細(xì)作法，已記載于L.Shklar等人所著的”網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序架構(gòu):原理、協(xié)議和實(shí)踐”(Web Application Architecture:Principles, Protocols andPractices)，它也并入本文中一并列為參考。
[0038]返回到圖6，數(shù)據(jù)處理器615是經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口 710發(fā)送它的信息至計(jì)算器網(wǎng)絡(luò)215(例如，因特網(wǎng))。從數(shù)據(jù)處理器615至計(jì)算器網(wǎng)絡(luò)215的數(shù)據(jù)傳輸，是可以通過(guò)有線、無(wú)線或兩者的某種組合來(lái)進(jìn)行。有線連接，例如，可以是包括以太網(wǎng)連接。無(wú)線通信，例如，可以W1-F1、移動(dòng)電話或衛(wèi)星連接的通信。
[0039]電源600，除了供應(yīng)電力至傳感器320以外，也可以供電給傳感器接口 605、控制接口 610以及數(shù)據(jù)處理器615。雖然可以預(yù)期電源600將主要用市電來(lái)運(yùn)作，但也可安裝一或多個(gè)電池，用于市電斷電的情況下繼續(xù)供電給處理系統(tǒng)接口 210和傳感器320。
[0040]用戶接口 220包括本地用戶接口 620和遠(yuǎn)程用戶接口 625。這些用戶接口 620、625可以從計(jì)算器網(wǎng)絡(luò)215存取資料，以提供有關(guān)廢水處理系統(tǒng)205的性能的基本上實(shí)時(shí)的診斷給本地或遠(yuǎn)程用戶。每個(gè)用戶接口 620、625可以包括能夠存取數(shù)據(jù)處理器615所提供的信息的任何設(shè)備或復(fù)數(shù)設(shè)備。因此，例如，它可以是包括具有網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能的個(gè)人計(jì)算器、膝上型計(jì)算器、平板計(jì)算器、移動(dòng)電話等。數(shù)據(jù)可經(jīng)由瀏覽器程序在用戶接口 620、625上顯示，其中瀏覽器程序存取數(shù)據(jù)處理器615所提供的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容(如網(wǎng)頁(yè))。此外，或者可以選擇使用在本地和遠(yuǎn)程用戶接口 620、625上執(zhí)行特定用途的軟件程序來(lái)顯示所需要的信息。在后者的情況下，較佳為可以將應(yīng)用程序編程接口(APIs)和軟件開發(fā)工具包(SDKs)提供給軟件開發(fā)者，以便這些開發(fā)人員可以創(chuàng)建最先進(jìn)的可處理及規(guī)制經(jīng)由傳感器320所提供的數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序。
[0041]利用從傳感器320取得的廢水處理系統(tǒng)205的實(shí)時(shí)診斷，不僅可將傳感器數(shù)據(jù)利用于診斷和預(yù)測(cè)目的，而且可使得該數(shù)據(jù)處理器615因應(yīng)該診斷而實(shí)際控制廢水處理系統(tǒng)205。因此，在數(shù)據(jù)處理器615中的額外的應(yīng)用程序725，較佳者是允許以該數(shù)據(jù)處理單元700來(lái)分析傳感器數(shù)據(jù)，并因應(yīng)該數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)出控制命令至廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200內(nèi)的自動(dòng)化硬件。數(shù)據(jù)處理器615和自動(dòng)化硬件之間的通信是通過(guò)控制接口 610 (圖6)來(lái)進(jìn)行的，即將從數(shù)據(jù)處理器615所接收的數(shù)字命令轉(zhuǎn)換為適用于自動(dòng)硬件的適當(dāng)控制信號(hào)。例如，假設(shè)該廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200包括類似于那些如圖4所描述之致動(dòng)空氣閥420時(shí)，則控制接口 610就可以透過(guò)模擬回路(例如，使用4-20mA仿真信號(hào)協(xié)議)或透過(guò)數(shù)字回路(例如，使用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線、程序總線網(wǎng)絡(luò)、通訊協(xié)議數(shù)據(jù)、哈特或Pakscan的數(shù)字網(wǎng)絡(luò))將信號(hào)發(fā)送到這些自動(dòng)化的空氣閥420。閥及其類似物等的自動(dòng)化已廣泛地被使用在工業(yè)應(yīng)用中，并且已記載于文獻(xiàn)中，例如，T.L.M.Bartelt于2010年所著的”工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng):儀表及運(yùn)動(dòng)控制，，(T.L.M.Bartelt, Industrial Automated Systems:1nstrumentation and MotionControl, Cengage Learning, 2010),它也并入本文中一并列為參考。借此，數(shù)據(jù)處理器615就能夠因應(yīng)由傳感器320所接收到的實(shí)時(shí)診斷信息來(lái)控制廢水處理系統(tǒng)205的各種好氧區(qū)。此外，因?yàn)閿?shù)據(jù)處理器615也可以經(jīng)由遠(yuǎn)程用戶接口 625而與遠(yuǎn)程用戶通信來(lái)進(jìn)行操作的，因而當(dāng)廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200是位于遠(yuǎn)離實(shí)際工廠的位置時(shí)，就能夠給遠(yuǎn)程用戶帶來(lái)至少某種程度的控制廢水處理系統(tǒng)205的能力。
[0042]以上所描述的例示性實(shí)施例是利用傳感器的特定配置(圖5)，然而仍有許多傳感器的替代性配置可用來(lái)測(cè)量浸沒配管的特性或在其中所輸送的氣體的特性，并且這些傳感器的替代性配置也落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，圖8和9顯示用于廢水處理系統(tǒng)205的有線傳感器800的另一種形式，圖8顯示出連接于管件310中的傳感器800的局部剖切透視圖，并且圖9顯示傳感器800本身的局部特寫的剖切立體圖。在該例示性實(shí)施例中，傳感器800包括一防水矩形殼體805，其內(nèi)設(shè)有傳感器電路810，以及從該處導(dǎo)出的探針815和信號(hào)或電源線820。探針815可以包括實(shí)際的傳感組件(例如熱電偶，以便進(jìn)行溫度測(cè)量)，或可以將它替換成包括能將管310內(nèi)部分的氣體傳送至傳感器電路810 (例如:以允許壓力測(cè)量)的導(dǎo)管。該傳感器電路810包括電池825，以便能夠提供自用的電源；如果想要的話，就能免除從處理系統(tǒng)接口 210供電給傳感器800的需要。殼體805是借由粘接、熔接、溶劑接合、夾緊、螺栓接合或其他固定的方法而連接到管件310的外部。探針815的遠(yuǎn)側(cè)端是逐一地經(jīng)由管壁上的開孔而通入到管件310的內(nèi)部，而隨后沿探針815周圍密封孔洞以防止泄漏。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)觀點(diǎn)，殼體805和傳感器電路810是以上述方式而設(shè)置于管件310的外表面，而探針815則是至少部分設(shè)置在管件310內(nèi)側(cè)。最后，信號(hào)或電源線820是直接向上到達(dá)處理系統(tǒng)接口 210的傳感器接口 605，即類似于圖3所顯示的信號(hào)或電源線330的方式。
[0043]傳感器的其他替代形式可以是以無(wú)線與該處理系統(tǒng)接口 210進(jìn)行通信，并且因而在內(nèi)部由電池供電時(shí)就能夠不需要在傳感器和廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200的其余部分之間提供任何形式的配線。與處于惡劣環(huán)境中的廢水處理系統(tǒng)和其它浸沒系統(tǒng)相較之下，無(wú)線傳感器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是可以比有線系統(tǒng)更加健壯，并且還可以減少安裝的復(fù)雜度和成本。
[0044]圖10顯示出使用于廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)200的第二例示性的廢水處理系統(tǒng)1000的部分的局部剖切立體圖。如同前述，廢水處理系統(tǒng)1000包括一槽1005可用以儲(chǔ)存待處理的廢水。在槽1005的底部，多個(gè)散氣器1010是被管件1015的網(wǎng)絡(luò)所支撐著，而且與管件1015的網(wǎng)絡(luò)形成氣體連通。最后，接口盒1020位于靠近槽1005的側(cè)面，且包含處理系統(tǒng)接口 210。然而，與前述之廢水處理系統(tǒng)205不同點(diǎn)是在于:本廢水處理系統(tǒng)1000在傳感器和接口盒1020之間沒有任何線路。取而代之的是無(wú)線的傳感器，并且該接口盒1020安裝有用來(lái)從無(wú)線傳感器接收數(shù)據(jù)信號(hào)的天線1025。
[0045]圖11顯示出使用于廢水處理系統(tǒng)1000中一個(gè)例示性的無(wú)線傳感器1100的局部剖切立體圖。此傳感器是被安裝在管件1015上。此外，傳感器1100也包括一殼體1105和一探針1110。在這個(gè)特定的例示性實(shí)施例中，也存在有輔助無(wú)線通信的天線，但由于天線是傳感器電路的一部分，因而它是包含在殼體1105內(nèi)而不外露。然而，在替代實(shí)施例中，也可以使用從殼體1105引出的外部天線配線。傳感器1100是被安裝在管件1015的內(nèi)表面上(例如，藉由膠粘、熔合、溶劑接合)，使得傳感器1100完全設(shè)置在管件1015內(nèi)。此外，為了將傳感器1100安裝到管道1015的內(nèi)表面并減少管件1015內(nèi)傳感器1100和氣流間的任何干擾的目的，則使該傳感器1100的殼體1105包括分別具有不同的曲率半徑的第一殼體表面1115及第二殼體表面1120。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，在某一個(gè)例子中，一個(gè)殼體表面可以具有2英寸的半徑曲率，而另一個(gè)殼體表面具有1.5英寸的曲率半徑。如此，就能夠讓殼體1105基本上依照普遍使用的多種管件的內(nèi)表面曲率來(lái)定義曲面，(例如，分別具有4英寸和3英寸的直徑之管件)。在圖11顯示出第一殼體表面1115的形狀、和它所連接的管件1015的內(nèi)壁的輪廓之間是一致的。值得注意的是:在管1015內(nèi)部中具有傳感器1100所適用的天線，其本身的無(wú)線通信是預(yù)設(shè)成透過(guò)氣體管件1015內(nèi)來(lái)進(jìn)行的，此與對(duì)于無(wú)線傳播可能受到不利影響的透過(guò)外部的液體(例如，廢水)恰好相反。
[0046]圖12顯示可適用于具有傳感器1200為連接于管件1015的廢水處理系統(tǒng)1000的另一種示例性的無(wú)線傳感器1200的局部剖切立體圖。此處，該傳感器1200再一次是無(wú)線的，這意味著:不需要配線到處理系統(tǒng)接口 210的傳感器接口 605以供使用于信號(hào)通信和電源。圖8和圖9顯示出:傳感器1200與有線傳感器800具有許多相似性。傳感器1200包括殼體1205 (其中具有傳感器電路)和探針1210。此外，傳感器1200的殼體1205安裝在管件1015的外部，而探針1210在通過(guò)管件1015的開口之后，有一部分是被設(shè)置在管1015內(nèi)。然而，不同于前述的有線傳感器800，本傳感器1200不包括信號(hào)或電源線，而是包括可用于無(wú)線通信之一天線1215。與探針1210同樣地，天線1215也通過(guò)管壁上的一密封孔縫進(jìn)入管件1015內(nèi)，并使一部分的天線1215設(shè)置在管1015內(nèi)。因此，即使殼體1205是被設(shè)置在管件1015的外部，傳感器1200仍可經(jīng)由管件1015中的一部分的天線1215而將無(wú)線數(shù)據(jù)傳送至氣體而不是液體中。
[0047]雖然不加以限制，然而無(wú)線傳感器1100、1200，以及更一般性的根據(jù)本發(fā)明的各觀點(diǎn)的無(wú)線傳感器實(shí)施例中，可以將無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)與適當(dāng)?shù)膫鞲衅麟娐泛吞结樇右越M合利用。該組合可以一并發(fā)送用以識(shí)別傳感器的識(shí)別信息與它們的測(cè)量數(shù)據(jù)。RFID 傳感器技術(shù)已被記載在，例如，A.Rida et al., RFID-Enabled Sensor Designand Applications, Artech House, 2010,它也并入本文中一并列為參考。合適的設(shè)備已可以從幾個(gè)供貨商購(gòu)得，例如，GAO RFID Inc.(Toronto, ON, Canada)、以及Phase IVEngineering, Inc.(Boulder, CO, USA)。
[0048]在本發(fā)明的具體實(shí)施例中提供了許多的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的各觀點(diǎn)的監(jiān)視器和控制系統(tǒng)，例如，其可以如以上所述達(dá)成傳感器的廢水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和優(yōu)化。舉例來(lái)說(shuō)，如果空氣流速傳感器指示一個(gè)好氧區(qū)正處于比所期望的空氣的體積流率還低時(shí)，則數(shù)據(jù)處理器就可以命令該空氣閥為該待進(jìn)行改善的低性能好氧區(qū)增加其流量。此外，可對(duì)于一些自動(dòng)空氣閥進(jìn)行協(xié)調(diào)，借以自動(dòng)保持在處理廢水中所需要的溶氧模式。
[0049]同時(shí)，以在廢水處理系統(tǒng)中適當(dāng)分布配置的傳感器數(shù)組也可以用來(lái)預(yù)測(cè)故障、檢測(cè)故障并確定維護(hù)需求。例如，空氣流速傳感器可能有助于求出在系統(tǒng)中的管道網(wǎng)絡(luò)中的空氣分布的均勻性，從而使得配管和散氣器的穿孔的大小形成最優(yōu)化，借以提高效率。溫度傳感器可求出管道網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際溫度，借以確定管件是否在安全工作范圍之內(nèi)。壓力測(cè)量值，包括那些在連接于分配管的散氣器或散氣器本身的進(jìn)氣管(見進(jìn)氣管140在圖1中)附近所取得的數(shù)據(jù)，可以用來(lái)決定散氣器的背壓需求，并因此指示散氣器阻塞的程度。振動(dòng)傳感器可以確定可能會(huì)導(dǎo)致管路故障和泄漏(如碎安裝支架)的振動(dòng)的不安全的氣錘和其他的來(lái)源。相對(duì)濕度測(cè)量可以檢測(cè)在管路中的水和污泥，他們是在經(jīng)常開啟和關(guān)閉加壓空氣循環(huán)之那些廢水處理系統(tǒng)特別受到關(guān)注的。最后，氣體組成的傳感器可以指示出在管路中的經(jīng)加壓空氣的組成(例如，氧含量)。
[0050]此外，特別有益的是:它能夠由廢水處理系統(tǒng)的管件內(nèi)或上的傳感器提供相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、以及其他的實(shí)時(shí)測(cè)量，例如溶氧及廢氣呼吸測(cè)量。正如其名稱所指，溶氧測(cè)量是確定在廢水中的氧的溶解量。與此相反的，廢氣呼吸測(cè)量是利用位于廢水中的表面上一個(gè)或多個(gè)氣罩來(lái)分析由廢水所排放的氣體。將傳感器、溶氧和廢氣呼吸測(cè)量資料加以結(jié)合使用時(shí)，就可以將那些影響氧轉(zhuǎn)移效率和氧吸收速率的因素一次地精確求出并加以最優(yōu)化。
[0051]圖13顯示按照本發(fā)明的例示性實(shí)施例的廢水處理系統(tǒng)1300的一部分的局部剖視正視圖，其在現(xiàn)場(chǎng)具有這些不同類型的傳感器。在一槽1310的底部且浸沒于廢水1315中的管件1305的網(wǎng)絡(luò)，其包括如上所述參照?qǐng)D11的多個(gè)散氣器1320和復(fù)數(shù)個(gè)內(nèi)部無(wú)線傳感器1325。(標(biāo)記但無(wú)法看見，因?yàn)樗鼈兪窃诠芗?305內(nèi))。來(lái)自傳感器1325的數(shù)據(jù)是經(jīng)由無(wú)線發(fā)送到接口盒1330，其容納有類似于處理系統(tǒng)接口 210 (圖6)的處理系統(tǒng)接口。在同一時(shí)間，溶氧傳感器1335確定廢水1315中氧的溶解量。最后，以位在廢水1315的表面收集氣罩1340來(lái)收集從廢水1315所排出的氣體，并將這些氣體引導(dǎo)至氣體分析儀1345。最終，將來(lái)自傳感器1325的數(shù)據(jù)與溶氧數(shù)據(jù)和廢氣呼吸測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)連化，借以決定各測(cè)量值之間的關(guān)系。
[0052]這也可能是特別有利的，即利用本發(fā)明之一觀點(diǎn)來(lái)確定散氣器濕壓差(DWP)和孔口壓差(ODP)。DWP指示出散氣器阻塞的程度，并且是用以決定散氣膜的維護(hù)(例如，清潔)和替換的重要測(cè)量。ODP可讓操作者調(diào)整在曝氣格中每一散氣器的空氣流率使之趨近。
[0053]為了確定適用于如圖1所示類型的圓盤狀散氣器的DWP和0DP，較佳為采用一種直接低于散氣膜(即，上游)，但高于(即，下游)的散氣器的孔口之氣體壓力測(cè)量。圖14顯示根據(jù)本發(fā)明的例示性實(shí)施例，按照適用此種測(cè)量的方式而如此配置的連接于散氣器100的傳感器1400的局部剖切立體圖。如圖14的散氣器100包含有與如圖1所示的散氣器100相同的組件，因此標(biāo)注有類似的組件記號(hào)。傳感器1400依序包括一傳感器殼體1405 (其內(nèi)具有壓力測(cè)量傳感器電路)和作為氣體管道的探針1410。傳感器殼體1405可安裝在配置管件外部或內(nèi)部(未具體顯示出)，并且傳感器1400可以通過(guò)如先前所詳細(xì)描述的有線或無(wú)線的方式，將壓力數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理器。探針1410是經(jīng)由被固定于一穿過(guò)散氣器主體120的彎管接頭1415而連接到散氣器100。因此，探針1410可操作來(lái)用以將緊接在散氣膜1410下方的氣體的一部分傳輸?shù)絺鞲衅麟娐?，以使得傳感器電路可決定在該特定位置處的壓力。
[0054]一旦緊接于散氣器膜下方的壓力Pdif被傳感器1400所求出時(shí)，在廢水處理槽中的散氣器100將主動(dòng)地產(chǎn)生氣泡，Pdif可被用來(lái)決定DWP和0DP。更精確地說(shuō)，忽視流體靜壓力的影響，DWP可借由從Pdif減去位在廢水槽中的同一浸沒高度的如同散氣器的起泡器(SP，基本上零水頭損失的裝置)產(chǎn)生氣泡所需要的壓力而求得。反過(guò)來(lái)說(shuō)，ODP也可以通過(guò)測(cè)量從分配管送入散氣器100的壓力，并從該分配管壓力減去Pdif而求得。在這兩種情況下，本發(fā)明的各觀點(diǎn)，可以使得操作者容易地測(cè)量出指示廢水處理系統(tǒng)性能的重要參數(shù)。
[0055]最后，應(yīng)當(dāng)再次強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅打算用來(lái)例示的而已。其他實(shí)施例可以使用不同類型和組件配置，以及使用不同的方法步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能。例如，在一個(gè)替代實(shí)施例中，可以使用完全設(shè)置于散氣器和散氣膜間的適當(dāng)?shù)男鞲衅鳎瑏?lái)測(cè)量在該位置的壓力的特性(例如，壓力)，從而有利于測(cè)定散氣器濕壓差和孔口壓差。這些落在本發(fā)明的范圍內(nèi)的眾多之可替代的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域中熟習(xí)本文所提供的教導(dǎo)該項(xiàng)技術(shù)者而言，那是顯而易見的。
[0056]此外，除非有明確說(shuō)明，否則所有在此揭示的特征皆是可以被用于相同、等效或類似的目的。因此，除非另有說(shuō)明，否則每個(gè)被揭露的特征僅是等效或類似特征的上位概念衍生系列中之一個(gè)例子而已。
[0057]最后，權(quán)利要求中的任何組件，在沒有明確說(shuō)明其為用以呈現(xiàn)特定功能的“手段”(“means for”)、或者用以執(zhí)行特定功能的“步驟”(“st印for”)時(shí)，不應(yīng)被解釋為如同在美國(guó)專利法第112條第6項(xiàng)所規(guī)定的“裝置”或“步驟”敘述；尤其， 申請(qǐng)人:在權(quán)利要求中使用“步驟”("step of”)時(shí)并不想要落入美國(guó)專利法第112條第6項(xiàng)所規(guī)定的意義范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包含: 一數(shù)據(jù)處理器； 一氣體傳導(dǎo)裝置，該氣體傳導(dǎo)裝置是被浸沒的且是用來(lái)傳送一氣體； 一傳感器，該傳感器連接于該氣體傳導(dǎo)裝置，該傳感器是被浸沒的且是操作用來(lái)決定該氣體傳導(dǎo)裝置或氣體的一特性，以及用以將表示該特性的數(shù)據(jù)傳輸至該數(shù)據(jù)處理器。
2.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理器是借由一計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
3.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)更進(jìn)一步包含一閥，且該數(shù)據(jù)處理器是至少部分因應(yīng)從該傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行操作，借以至少部分地控制該閥。
4.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含一廢水處理槽。
5.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該傳感器是至少部分以有線方式進(jìn)行操作而將該數(shù)據(jù)傳輸至該數(shù)據(jù)處理器，及/或該傳感器是至少部分以無(wú)線電方式進(jìn)行操作而將該數(shù)據(jù)傳輸至該數(shù)據(jù)處理器。
6.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該特性是指溫度、振動(dòng)、相對(duì)濕度、氣體速度、氣體容積或氣體組成中的任一者。
7.如權(quán)利要求1所述 的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該傳感器包含一無(wú)線射頻辨識(shí)標(biāo)簽。
8.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該傳感器是安裝在該氣體傳導(dǎo)裝置上及/或設(shè)置在該氣體傳導(dǎo)裝置內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該氣體傳導(dǎo)裝置包含一管件，而且該傳感器包含一殼體，該殼體所界定的曲面為實(shí)質(zhì)上符合該管件的一內(nèi)表面的一曲率。
10.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該氣體傳導(dǎo)裝置包含具有一散氣膜的一散氣器，且該特性是緊接在該散氣膜下方處地氣體壓力散氣。
11.如權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該傳感器包含: 一殼體，該殼體設(shè)置在該氣體傳導(dǎo)裝置的外表面； 傳感器電路，該傳感器電路設(shè)置在該殼體內(nèi) '及 一探針，該探針連接至該傳感器電路，且至少一部分設(shè)置在該氣體傳導(dǎo)裝置內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該探針包含一傳感組件，而且該探針包含操作來(lái)用以將部分的該氣體傳送到該傳感器電路的一導(dǎo)管。
13.如權(quán)利要求11所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該傳感器更進(jìn)一步包含一天線，該天線連接在該傳感器電路，而且至少一部分設(shè)置在該氣體傳導(dǎo)裝置內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，更進(jìn)一步包含至少一溶解傳感器及一排氣呼吸測(cè)定系統(tǒng)。
15.一種廢水處理監(jiān)控方法，其特征在于，包含下列的步驟: 連接一傳感器至一氣體傳導(dǎo)裝置； 浸沒該氣體傳導(dǎo)裝置及該傳感器； 透過(guò)該氣體傳導(dǎo)裝置來(lái)傳輸該氣體；利用該傳感器計(jì)算該氣體傳導(dǎo)裝置或該氣體的一特性；及將 表示該特性的數(shù)據(jù)從該傳感器傳輸至一數(shù)據(jù)處理器。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104049581SQ201410096288
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】艾瑞克·D·杜登, 馬克·D·凱斯曼, 托馬斯·E·弗蘭克爾, 康宋基, 托德·D·瑞特 申請(qǐng)人:斯坦福科學(xué)國(guó)際有限公司, 馬克·D·凱斯曼