专利名称：用于测量污泥层的高度的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量污泥层(sludge layer)的高度的设备和方法。更具体地讲，本发明涉及一种测量沉积在沉积槽(settling tank)的底部的污泥层的高度而不直接接触污泥层的技术。
背景技术：
通常，包括氮和磷的废水和有机污染物消耗水中溶解的氧，从而会破坏水下生态系统。此外，使水富营养化会阻碍水源的使用。因此，在水流入河流之前，可去除含在废水中的有机污染物和有机营养物，以防止污染。通常，在污水处理厂或者废水处理厂，通常使用经济上有优势的生物处理方法来去除有机污染物。例如，通常采用使用微生物的生物处理方法(例如，活性污泥工艺和高级污水处理工艺)来去除有机污染物。然而，生物处理方法在去除有机污染物的同时会产生废污泥，即，过量的活性污泥。当执行活性污泥工艺时，废水被引入到通气槽(aeration tank)中，接着，微生物可通过吸收和分解废水中包含的有机污染物而生长。生长的微生物可凝结并沉积在最终的沉积槽中。沉积在最终沉积槽的底部的一部分污泥可被传递到通气槽作为活性污泥，剩余部分污泥作为废污泥被去除和抛弃。结果，一定量的微生物可被适当地保持在通气槽中，因此，有机污染物、氮、磷等被充分地去除。同时，凝结剂可被引入到最终沉积槽中，以快速沉积悬浮的污泥。这里，需要精确地测量沉积在沉积槽中的污泥层的高度，以确定活性污泥的传送时间和废污泥的去除时间。因此，在污水处理厂或者废水处理厂，污泥层的高度被作为主要参数之一来管理。例如，使用超声波的频率测量方法、使用LED (发光二极管)光的光学测量方法、使用感测元件(例如，附着到具有重块的细绳上的传感器)的方法等可用来测量污泥层的高度。然而，在使用传统的方法测量污泥层的高度的同时，根据最终沉积槽中的水的量会出现干扰现象(interference phenomenon)，因此，会降低精度和可靠性。例如，当执行频率测量方法时，由于细小污泥颗粒存在于水面和污泥层的上表面之间，所以会产生干扰，接收机可能不能接收到具有足够强度的频率。结果，会由于干扰而不能精确地测量污泥层的高度。可增大超声波的强度以解决上述问题。在这种情况下，超声波不会从污泥层的上表面被反射。即，超声波可传播通过污泥层。当测量设备的感测元件被置于水中时，污泥颗粒可能会沉积在感测元件上，因此会降低测量工艺的精度。此外，需要频繁地清洁感测元件。

发明内容
本发明提供一种准确度和可靠性得到改善的用于测量沉积在沉积槽中的污泥层的高度的设备和方法。
本发明还提供一种用于测量沉积在沉积槽中的污泥层的高度的设备，该设备不需要频繁地清洁，并且可根据需要容易地被进一步清洁。根据本发明的一方面，用于测量污泥层的高度的设备可包括样品收集容器，设置在沉积槽中，污泥沉积在沉积槽中，样品收集容器向下延伸到沉积槽的底部并具有穿过该样品收集容器的侧壁形成的多个引入孔；多个提取管，分别与所述多个引入孔连接，并延伸到沉积槽之外；测量单元，与提取管连接，以测量透射过沉积槽的流入到提取管中的内容物的光强度；至少一个泵，与测量单元的后侧连接。根据本发明的另一方面，测量单元可包括多个阀，分别连接到所述多个提取管； 多个测量室，分别连接到所述多个阀；多个传感器，分别设置在所述多个测量室中，以测量光强度。具体地讲，可设置多个泵，所述多个测量室被分成多个组，每个泵可与被分成的多个组中的一组连接。根据本发明的另一方面，测量单元可包括多个阀，分别连接到所述多个提取管； 共导管，与所述多个阀连接；测量室，与共导管连接；传感器，设置在测量室中，以测量光强度。根据本发明的另一方面，所述传感器可包括与内容物的流动方向交叉并彼此相对地设置的光发射元件和光接收元件。根据本发明的另一方面，所述传感器可包括光度计。根据本发明的另一方面，分别与所述多个测量室对应的多个三通阀可与每个泵的后侧连接，每个三通阀可与用于排放污泥以及水和污泥颗粒的混合物的排放管以及用于供应清洁溶液的清洁管连接。根据本发明的另一方面，三通阀可与测量室的前侧连接，并且三通阀可与压缩空气管连接。根据本发明的另一方面，三通阀可与所述泵的后侧连接，并且，三通阀可与用于排放污泥以及水和污泥颗粒的混合物的排放管以及用于供应清洁溶液的清洁管连接。根据本发明的另一方面，还可设置控制单元。控制单元可包括存储装置，用于存储判断内容物是否是污泥的参考强度数据以及与用于排放污泥的时间点对应的污泥层的高度数据；比较判断部件，用于通过基于测量单元测量的光强度判断内容物是否是污泥，并判断污泥层的当前高度是否达到了用于排放污泥的时间点的污泥层的高度；控制器，基于比较判断部件的判断结果控制显示部件显示沉积槽内的状态或者控制用于从沉积槽排放污泥的污泥吸入泵的操作。根据本发明的另一方面，样品收集容器可被气密地密封，并且，所述多个引入孔可沿着样品收集容器的长度方向按照规则的间隔布置。根据本发明的另一方面，用于测量污泥层的高度的方法可包括从沉积有污泥的沉积槽中吸入内容物，以收集样品，所述内容物在沿着竖直方向按照规则的间隔布置的多个位置处被吸入；将吸入的内容物引入到多个测量室中；在测量室中测量透射过所述内容物的光的强度；将测量的光的强度与参考强度进行比较，以判断每种内容物是否是污泥或者是水和污泥颗粒的混合物；基于判断的结果计算污泥层的高度。根据本发明的另一方面，用于测量污泥层的高度的方法可包括从沉积有污泥的沉积槽中吸入内容物，以收集样品，所述内容物在沿着竖直方向按照规则的间隔布置的多个位置处被依次吸入；将依次吸入的内容物引入到多个测量室中；在测量室中测量透射过所述内容物的光的强度；将测量的强度与参考强度进行比较，以判断每种内容物是否是污泥或者是水和污泥颗粒的混合物；基于判断的结果计算污泥层的高度。根据本发明的另一方面，当透射过从某位置吸入的内容物的光的强度低于参考强度时，可从沉积槽排放污泥，所述某位置与用于从沉积槽排放污泥的污泥层的预定高度对应。


通过下面结合附图进行的描述，可更详细地理解示例性实施例，其中图1是示出根据本发明的示例性实施例的采用测量设备的示例的示意图；图2是示出如图1所示的测量设备的示意图；图3是示出操作如图1所示的测量设备的控制单元的框图；图4是示出根据本发明的另一示例性实施例的测量设备的示意图。
具体实施例方式以下将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例。图1是示出根据本发明的示例性实施例的采用测量设备的示例的示意图，图2是示出如图1所示的测量设备的示意图。参照图1，污泥吸入泵300与沉积槽100连接。样品收集容器200设置在沉积槽 100中。吸入泵250与样品收集容器200连接，以通过测量单元220吸入沉积槽100的内容物。水和污泥颗粒的混合物可通过混合物排放阀被去除，并且污泥可通过污泥排放阀被去除。此外，压缩空气可被供应到吸入泵250的上游侧，以清洁管道(conduit)和测量单元 220。另外，可将PH清洁溶液供应到吸入泵250的下游侧，以清洁吸入泵250的上游管道， PH清洁溶液通过吸入泵250的反向旋转被引入到上游管道。同时，标号210指示流量计。此外，压缩空气的供应阀510、流量计210、测量单元220、吸入泵250、PH清洁溶液的供应阀520、混合物排放阀530和污泥排放阀MO由控制单元控制。在沉积槽100中，包括水和污泥颗粒的混合物层104和包括沉积的污泥的污泥层 102彼此分开，如图1所示。样品收集容器200竖直地设置在沉积槽100中，并穿过混合物层104和污泥层102 向下延伸到沉积槽100的底部。样品收集容器200可具有圆筒形形状或者多边形管形形状，并可被气密地密封。 多个引入孔202、204、206和208可穿透样品收集容器200的侧壁形成。引入孔202,204, 206和208可沿着样品收集容器200的长度方向按照规则的间隔竖直地或者螺旋地布置。 为方便起见，在图2中绘出了四个引入孔202、204、206和208。样品收集容器200可由多个部件制成。例如，如果样品收集容器200的长度大约为細，则可将长度大约为Im的四个部件装配成样品收集容器200。在这种情况下，期望装配好的样品收集容器200被气密地密封。此外，检测漏水的传感器可设置在样品收集容器 200的底部。提取管(withdrawal tube) 212、214、216和218可设置在样品收集容器200中，并与引入孔202、204、206和208连接且延伸到样品收集容器200的外部。混合物和污泥可被引入到引入孔202、204、206和208，并可通过提取管212、214、216和218被提供到测量单元 220中。具体地讲，期望防止内容物通过引入孔202、204、206和208和提取管212、214、216 和218之间的连接部分泄漏。结果，可使样品收集容器200的内部保持气密的密封状态。具体地讲，过滤器(未示出)可分别设置在引入孔202、204、206和208中。当引入孔202、204、206和208被杂质堵塞时，压缩空气可沿着与内容物的引入方向相反的反向被提供，以去除杂质。测量单元220可包括分别与所述引入孔202、204、206和208对应的多个测量室 231、232、233和234。测量室231、232、233和234可分别包括光发送和接收元件(241, 241a), (242,242a), (243，243a)和(244，244a)。可选地，能够利用光密度测量样品的密度的光度计可被用于代替方发送和接收元件。在这种情况下，测量单元220在结构上可被简化，这是因为不需要发送脉冲信号也不需要对接收的脉冲信号计数。此外，阀221、222、223和224可相对于测量室231、232、233和234设置在上游和 /或下游。阀221、222、223和2 可以是电子阀或者螺线管阀。测量单元220可设置在独立的壳内，与沉积槽100相邻地设置。参照图2，光发送元件241、242、243和244与光接收元件Mla、242a、M3a和沿着测量室231、232、233和234的直径方向，即，沿着与内容物的流动方向垂直的方向布置。例如，当通过提取管212、214、216和218引入的内容物(即，混合物或者污泥)通过测量室231、232、233和234时，红外脉冲信号可从光发射元件241、242、243和244发射到光接收元件 241a,242a,243a 和 244a。吸入泵250可与测量室231、232、233和234的后侧连接。S卩，吸入泵250可相对于测量室231、232、233和234设置在下游，以从样品收集容器200的引入孔202,204,206 和208吸入混合物和污泥。例如，吸入泵250可以是蠕动管式泵(peristaltic tubing pump)。根据本发明的示例性实施例，可设置多个吸入泵，每个吸入泵可与多个测量室连接。例如，当使用五十个测量室和五个吸入泵时，测量室可以以十个为一组分开，每个吸入泵可与十个吸入泵连接。可选地，被构造为用于清洁的元件可相对于吸入泵250设置在下游。具体地讲，与测量室231、232、233和2；34对应的三通阀225、2洸、227和2 可相对于吸入泵250设置在下游，以供应清洁溶液或者压缩空气。图3是示出操作如图1所示的测量设备的控制单元的框图。存储装置20可暂时存储对从光发射元件241、242、243和244发射并在光接收元件Mla、242a、M3a和处接收的信号进行计数的数据。此外，储存装置20可存储透射过内容物的光的参考强度，以判断内容物是否是污泥。此外，存储装置20可存储与时间点对应的污泥层的高度数据，以从沉积槽100排放污泥。具体地讲，所述高度数据可包括污泥的预定高度，以在合适的时间从沉积槽100排放污泥。这里，污泥层的高度数据可被存储为光接收元件的识别数据，该光接收元件与对应于污泥层的实际高度的引入孔连接。比较判断部件30可判断通过测量室231、232、233和234的内容物是否是基于在光接收元件Mla、242a、M3a和处接收的脉冲信号的数目的污泥，或者，可判断污泥层的当前高度，接着，将污泥层的判断的高度传递到控制器10。显示部件40可示出污泥的当前高度，并可被控制器10控制。显示部件40可以是提供图形用户界面(⑶I)的液晶显示(IXD)装置。以下，将参照附图详细描述测量设备的操作。控制器10检查阀221、222、223和224的打开和关闭状态，并操作吸入泵250。通过操作吸入泵250可将混合物或者污泥引入到引入孔202、204、206和208中。在描述中，为了方便起见，假设混合物被引入到引入孔206和208中，污泥被引入到引入孔202和204中。此外，假设引入到引入孔202中的污泥的密度高于引入到引入孔 204中的污泥的密度，并且，引入孔204对应于与排放污泥的时间点对应的污泥层的实际高度。引入到引入孔202,204,206和208的混合物和污泥接着通过阀221、222、223和 2 被引入到测量室231、232、233和234中。在吸入泵250运行之后，即，在混合物和污泥被引入到测量室231、232、233和234 之后，控制器10控制光发射元件241、242、243和M4，以按照规则的间隔发射红外脉冲信号。从光发射元件M1、M2、243和244发射的红外脉冲信号通过穿过测量室231、232、 233和234的混合物或者污泥可以被光接收元件Mia、242a、和接收或者可以不被光接收元件Mla、242a、M3a和对如。即，红外脉冲信号可通过混合物，但是也可能不能通过污泥。红外脉冲信号可在预定时间按照预定间隔被发射或者以预定次数被发射。控制器 10可对在光接收元件Mia、242a、和处接收的红外脉冲信号进行计数，并可暂时将计数的数据存储在存储装置20中。在在预定时间或者按照预定次数发射红外脉冲信号之后，比较判断部件30可基于与每个光接收元件Mla、242a、M3a和对应的计数数据判断混合层或者污泥层是否形成在与引入孔202、204、206和208对应的高度。控制器10可控制显示部件40 (例如，IXD装置)以示出判断结果。例如，显示部件40可使用GUI方法在界面上显示与沉积槽100的内部相同的图像的污泥层和混合物层， 使得用户可方便地识别判断结果。具体地讲，根据基于在光接收元件Mla、242a、M3a和处接收的红外脉冲信号的计数数据可分开污泥层和混合物层的状态。显示部件40可以以彼此不同的颜色或色调显示污泥层和混合物的状态。因此，可与实际状态类似地显示污泥层的状态和混合物的状态。比较判断部件30可判断透射的光的强度是否低于参考强度，所述透射的光的强度在与引入孔204连接的测量室233的光接收元件处被测量，引入孔204对应于在排放污泥的时间点的污泥层的高度数据。当透射的光的强度高于参考强度时，可判断为污泥层的当前高度没有达到在排放污泥的时间点的污泥层的预定高度。同时，当透射的光的强度低于参考强度时，可判断为污泥层的当前高度已达到了在排放污泥的时间点的污泥层的预定高度(存储在存储装置20中)。因此，控制器10可操作污泥吸入泵300，以从沉积槽100排放污泥。可周期重复如上所述的步骤。因此，用户可实时识别沉积槽100中的状态，并且， 可自动从沉积槽100排放污泥。当执行所述步骤时，期望提取管212、214、216和218、阀221、222、223和224和/ 或测量室231、232、233和234被清洁。再参照图2，三通阀225、226、227和2 可与清洁管路225a、226a、227a和228a连接，以提供清洁溶液或者压缩空气，并可选择性地被打开和关闭。清洁溶液可具有预定PH 酸性。三通阀225、2洸、227和2 可被操作，以将吸入泵250与清洁管路22fe、2^a、 227a和228a连接，接着，可使吸入泵250反向旋转。结果，清洁溶液或者压缩空气可通过清洁管路 225a,226a,227a 和 228a 被供应到测量室 231、232、233 和 234、阀 221、222、223 和 224和提取管212、214、216和218中，因此可去除杂质。如上所述，虽然测量单元220设置在吸入泵250的前侧，即，相对于吸入泵250设置在上游，但是测量单元220可位于吸入泵250的后侧，即，相对于吸入泵250设置在下游。图4是示出根据本发明的另一示例性实施例的测量设备的示意图。根据如图1所示的示例性实施例，制造成本会增加，这是因为随着提取管212、 214,216和218的数量的增加，使用多个吸入泵250。为了解决上述问题，可采用根据另一示例性实施例的测量设备。参照图4，提取管212、214、216和218可连接到共导管310，阀221、222、223和224 可被分别设置在提取管212、214、216和218上。测量室340可包括具有光发射元件341和光接收元件341a的测量传感器，并可与吸入泵350连接。可选地，用于清洁的三通阀355可设置在吸入泵350的后侧，即，相对于吸入泵350 设置在下游，并且，三通管阀355可与清洁管路35 连接。此外，三通阀355可与两个排放阀(即，如图1所述的混合物排放阀和污泥排放阀)连接。在图4中，点划线指示用于将控制单元与阀221、222、223和2M连接的信号线。以下，将参照附图详细描述根据另一示例性实施例的测量设备的操作。可打开对应于引入孔208(与沉积槽100中的水的表面相邻)的阀221，并可关闭其余的阀222、223和224。接着，吸入泵350可运转，以通过吸入孔208吸入内容物，使得测量室340可被内容物填充。红外脉冲信号可从光发射元件341在预定时间按照规则的间隔或者按照预定次数发射。控制器10可对在光接收元件341处接收的红外脉冲信号计数，并可将计数数据存储在存储装置20中。接着，比较判断部件30可基于计数数据计算透射过引入到引入孔208中的内容物的光的强度，并可将透射的光的强度与参考强度比较。当计算的透射的光的强度低于参考强度时，引入的内容物可被判断是污泥。可在所有引入孔202、204、206和208上重复执行上述步骤，并且，显示部件40可显示沉积槽100中的混合物层和污泥层。
当执行所述步骤时，可确定透射过引入到引入孔204(与用于从沉积槽100排放污泥的预定高度数据(存储在存储装置200中)对应)中的内容物的光的强度是否低于参考强度。当透射的光的强度高于参考强度时，可判断为污泥层的当前高度没有达到在用于排放污泥的时间点的污泥层的预定高度。相反，当透射的光的强度低于参考强度时，可判断为污泥层的当前高度达到了在用于排放污泥的时间点的污泥层的预定高度(存储在存储装置20中)。因此，控制单元可操作污泥吸入泵300，以从沉积槽100排放污泥。同时，三通阀355可被操作，以允许清洁管路35 与吸入泵350连接，阀221、222、 223和2 可被打开，接着，吸入泵350可反向旋转。结果，清洁溶液可通过清洁管路35 被供应到测量室340、阀221、222、223和224和提取管212、214、216和218，因此可从其中去除细菌、污泥和/或杂质。此外，当使用压缩空气时，三通阀365可被设置在测量室340的前侧，即，相对于测量室340设置在上游，并且三通阀365可与压缩空气管路36 连接。压缩空气可被供应到阀221、222、223和2 和提取管212、214、216和218，从而可去除细菌、污泥和/或杂质。根据本示例性实施例，可仅采用一个测量室340和一个吸入泵350，从而可降低制造成本。此外，可不需要另外的清洁单元而容易地执行污泥排放过程和清洁过程。具体地讲，如果判断透射过引入到引入孔204中的内容物的光的强度低于参考强度，则通过污泥吸入泵300排放污泥，沉积槽100的内部总体上可由混合物充满。之后，打开所有的阀221、222、223和224，并且，内容物被吸入到所有的引入孔 202,204,206和208中。此时，因为内容物是混合物，所以可清洁从引入孔202、204、206和 208至吸入泵350的所有元件。根据本示例性实施例，虽然由于使用混合物会降低清洁效率，但是由于仅使用一个测量室340和一个吸入泵350而不需要另外的清洁单元，所以可进一步降低测量设备的制造成本。虽然已参照特定实施例描述了用于测量污泥的高度的设备和方法，但其不限于此。因此，本领域技术人员应该清楚地理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和更改。
权利要求
1.一种用于测量污泥层的高度的设备，所述设备包括样品收集容器，设置在沉积槽中，污泥沉积在沉积槽中，样品收集容器向下延伸到沉积槽的底部并具有穿过该样品收集容器的侧壁形成的多个引入孔； 多个提取管，分别与所述多个弓I入孔连接，并延伸到沉积槽之外； 测量单元，与提取管连接，以测量透射过沉积槽的流入到提取管中的内容物的光强度；至少一个泵，与测量单元的后侧连接。
2.如权利要求1所述的设备，其中，测量单元包括 多个阀，分别连接到所述多个提取管；多个测量室，分别连接到所述多个阀；多个传感器，分别设置在所述多个测量室中，以测量光强度，其中，所述至少一个泵包括多个泵，所述多个测量室被分成多个组，每个泵与被分成的多个组中的一组连接。
3.如权利要求1所述的设备，其中，测量单元包括 多个阀，分别连接到所述多个提取管；共导管，与所述多个阀连接；测量室，与共导管连接；传感器，设置在测量室中，以测量光强度。
4.如权利要求2或3所述的设备，其中，所述传感器包括与内容物的流动方向交叉并彼此相对地设置的光发射元件和光接收元件。
5.如权利要求2或3所述的设备，其中，所述传感器包括光度计。
6.如权利要求2所述的设备，其中，分别与所述多个测量室对应的多个三通阀与每个泵的后侧连接，每个三通阀与用于排放污泥以及水和污泥颗粒的混合物的排放管以及用于供应清洁溶液的清洁管连接。
7.如权利要求3所述的设备，其中，三通阀与测量室的前侧连接，并且该三通阀与压缩空气管连接。
8.如权利要求3所述的设备，其中，三通阀与所述泵的后侧连接，并且，该三通阀与用于排放污泥以及水和污泥颗粒的混合物的排放管以及用于供应清洁溶液的清洁管连接。
9.如权利要求1所述的设备，还包括控制单元， 其中，控制单元包括存储装置，用于存储判断内容物是否是污泥的参考强度数据以及与用于排放污泥的时间点对应的污泥层的高度数据；比较判断部件，用于基于测量单元测量的光强度判断内容物是否是污泥，并判断污泥层的当前高度是否达到了用于排放污泥的时间点的污泥层的高度；控制器，基于比较判断部件的判断结果控制显示部件显示沉积槽内的状态或者控制用于从沉积槽排放污泥的污泥吸入泵的操作。
10.如权利要求1所述的设备，其中，样品收集容器被气密地密封，并且，所述多个引入孔沿着样品收集容器的长度方向按照规则的间隔布置。
11.一种用于测量污泥层的高度的方法，所述方法包括从沉积有污泥的沉积槽中吸入内容物，以收集样品，所述内容物在沿着竖直方向按照规则的间隔布置的多个位置处被吸入； 将吸入的内容物引入到多个测量室中； 在测量室中测量透射过所述内容物的光的强度；将测量的光的强度与参考强度进行比较，以判断每种内容物是否是污泥或者是水和污泥颗粒的混合物；基于判断的结果计算污泥层的高度。
12.一种用于测量污泥层的高度的方法，所述方法包括从沉积有污泥的沉积槽中吸入内容物，以收集样品，所述内容物在沿着竖直方向按照规则的间隔布置的多个位置处被依次吸入； 将依次吸入的内容物引入到多个测量室中； 在测量室中测量透射过所述内容物的光的强度；将测量的强度与参考强度进行比较，以判断每种内容物是否是污泥或者是水和污泥颗粒的混合物；基于判断的结果计算污泥层的高度。
13.如权利要求11或者12所述的方法，还包括当透射过从某位置吸入的内容物的光的强度低于参考强度时，从沉积槽排放污泥，所述某位置与用于从沉积槽排放污泥的污泥层的预定高度对应。
全文摘要
本发明公开了一种用于测量污泥层的高度的设备和方法，所述设备包括样品收集容器，设置在沉积槽中，污泥沉积在沉积槽中，样品收集容器向下延伸到沉积槽的底部并具有穿过该样品收集容器的侧壁形成的多个引入孔；多个提取管，分别与引入孔连接，并延伸到样品收集容器之外；测量单元，与提取管连接，以测量透射过沉积槽的流入到提取管中的内容物的光强度；至少一个泵，与测量单元的后侧连接。
文档编号G01B11/22GK102252628SQ201010246120
公开日2011年11月23日 申请日期2010年8月3日 优先权日2010年5月18日
发明者朴昞善 申请人:朴昞善