保持過程流中的水質(zhì)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開并要求保護(hù)的是一種從過程流中除去污染物或穩(wěn)定所述過程流中的系統(tǒng)參數(shù)的方法。所述方法包括提供與控制器通信的過濾系統(tǒng)，其中所述控制器可操作以在所述過程流的所述系統(tǒng)參數(shù)高于上閾值和/或低于下閾值時自動地啟動從所述過程流到所述過濾系統(tǒng)中的流量；和激活所述過濾系統(tǒng)，其中所述流量包括通過所述過濾系統(tǒng)的流速且所述控制器可操作以調(diào)整所述流速。
【專利說明】保持過程流中的水質(zhì)的方法
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般涉及除去過程流中的污染物或穩(wěn)定過程參數(shù)的自動或半自動的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種自動或半自動的過濾系統(tǒng)，其可操作以激活和停用以轉(zhuǎn)移通過過濾系統(tǒng)的過程流。
[0002]發(fā)明背景
[0003]工業(yè)水系統(tǒng)中的污染是眾多過程中眾所周知的主要問題。鍋爐、熱水加熱器、熱交換器，蒸汽發(fā)生器、核動力電力系統(tǒng)、內(nèi)燃機和柴油冷卻系統(tǒng)、蒸發(fā)器系統(tǒng)、熱脫鹽系統(tǒng)、造紙操作、發(fā)酵過程、壓載水、游船灰水等是受很多類污染影響的水系統(tǒng)類型的采樣。作為事實上的空氣洗滌器，蒸發(fā)式冷卻塔特別容易受到污染。
[0004]作為冷卻過程的結(jié)果，冷卻塔將空氣傳播的污染物沖洗為水相。這些污染物例如可最終沉積在熱交換器表面，從而減少熱傳遞。這樣的污染物的實例可以是顆粒物、有機和無機污染物、油類、過程污染物等。除了這樣的污染物之外，微生物也有其進(jìn)入水系統(tǒng)的方式。冷卻水中的懸浮物為微生物提供了現(xiàn)成的食物源來維持生命和繁殖。公認(rèn)的是無機、有機和微生物沉積物的存在一般會對工業(yè)或非工業(yè)水系統(tǒng)的操作參數(shù)具有不利影響，從而導(dǎo)致效率降低和運營成本增加。
[0005]過濾系統(tǒng)經(jīng)常被用于部分地除去這些顆粒污染物并防止它們到達(dá)可不利地影響有效系統(tǒng)操作的水平。目前用于從工業(yè)水系統(tǒng)中除去懸浮固體的大部分過濾系統(tǒng)是資本成本取決于裝置的復(fù)雜性而變化的側(cè)流裝置。一種常用的方法涉及在再循環(huán)泵的系統(tǒng)下游中引入一定量水(通常是例如冷卻 塔中的再循環(huán)速率的預(yù)定％)，然后在增壓泵的輔助下將過濾水返回到系統(tǒng)中。替換方法是將過濾水直接返回到塔池、補充水池等，且不需要額外的泵送。一般而言，由于較大體積可導(dǎo)致可影響熱交換器的效率的顯著壓降或降低流速，所以再循環(huán)水的僅非常小的百分比(2-4% )被倒入側(cè)流中。
[0006]常用的砂為基礎(chǔ)或膜為基礎(chǔ)的過濾裝置被設(shè)計為以恒定過濾流量工作。一般情況下，通過增加所施加的壓力使過濾流量獨立于可能發(fā)生的任何結(jié)垢而保持恒定。通常，所施加的壓力的差或進(jìn)入和出去的壓力之間的差可以是用于反沖洗過濾裝置的觸發(fā)因素。使用冷卻系統(tǒng)的再循環(huán)速率計算所需的側(cè)流過濾單元的尺寸。一般而言，冷卻系統(tǒng)是大體積處理且采用通過側(cè)流過濾器裝置的整個體積將需要非常大的過濾單元(其將是不切實際且昂貴的)。然而，某些小體積系統(tǒng)和單程系統(tǒng)(諸如灌溉系統(tǒng))可處理通過側(cè)流過濾裝置的總體積。在自動過濾系統(tǒng)中，例如，除去顆粒碎片通常會導(dǎo)致通過單元的流量減少且系統(tǒng)會經(jīng)歷“反洗”沖洗以除去所收集的碎片并將其發(fā)送到廢物流中。系統(tǒng)污染的頂峰將增加過濾裝置的結(jié)垢，并且將直接導(dǎo)致反洗頻率增加。污染水平高的系統(tǒng)可能需要較大過濾單元或較大過濾介質(zhì)或一系列過濾裝置，以便保持系統(tǒng)清潔。
[0007]因此存在對減少過程流中的污染和控制其中的系統(tǒng)參數(shù)的改進(jìn)和更有效的方法的工業(yè)需要。除了保持水系統(tǒng)更清潔并保持處理設(shè)備的操作效率之外，也存在創(chuàng)造減少過程流內(nèi)的污染物的需要的若干監(jiān)管和可持續(xù)動力。例如，存在對減少水和化學(xué)物質(zhì)使用的越來越多的監(jiān)管壓力，且排放法規(guī)也日趨嚴(yán)格。側(cè)流過濾裝置已經(jīng)被牽連在減少使用某些化學(xué)物質(zhì)(例如氧化殺生物劑)中，其反過來又對環(huán)境空間和設(shè)施的排放具有影響。
發(fā)明概要
[0008]本發(fā)明相應(yīng)地提供了一種從過程流中除去污染物或穩(wěn)定過程流中的系統(tǒng)參數(shù)的新型方法。一方面，所述方法包括提供與控制器通信的過濾系統(tǒng)，其中控制器可操作以在過程流的系統(tǒng)參數(shù)高于上閾值和/或低于下閾值(例如范圍或預(yù)定范圍之外)時自動地啟動從過程流到過濾系統(tǒng)中的流量；和激活過濾系統(tǒng)，其中流量包括通過過濾系統(tǒng)的流速且控制器可操作以調(diào)整流速。
[0009]本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供減少過程流中的污染并減少施加到過程流的化學(xué)物質(zhì)的需求的方法。
[0010]本發(fā)明的另一個優(yōu)點是提供用于作為入口水質(zhì)量的函數(shù)控制任何過濾系統(tǒng)的入口水流速的方法。
[0011]本發(fā)明的再一個優(yōu)點是提供從過程流中除去污染物以抵抗由于污染挑戰(zhàn)引起的液體質(zhì)量的變化并提高水性或非水性流體系統(tǒng)的效率和安全的方法。
[0012]本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供在入口水質(zhì)量參數(shù)超出設(shè)定限制時使用按需過濾裝置的方法。
[0013]本發(fā)明的又一個優(yōu)點是提供通過作為入口水質(zhì)量的函數(shù)調(diào)整所需入口水流速來降低過濾系統(tǒng)的總能量消耗的方法。
[0014]本發(fā)明的一個附加優(yōu)點是提供監(jiān)測、預(yù)測并展示側(cè)流裝置的過程液體和操作性能的變化的方法。
[0015]本發(fā)明的另一個優(yōu) 點是提供如果任何參數(shù)超過設(shè)定值由于過程液體的變化而可觸發(fā)報警的方法。
[0016]也屬于本發(fā)明的一個優(yōu)點是提供其不是特定裝置但是可應(yīng)用于任何類型的側(cè)流過濾裝置的方法。
[0017]前述內(nèi)容已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便下面的本發(fā)明的【具體實施方式】可被更好地理解。本發(fā)明的額外特征和優(yōu)點將在下文中描述，其形成本發(fā)明的權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解所公開的概念和具體實施方案可被容易地用作修改或設(shè)計用于實施本發(fā)明的相同目的的其它實施方案的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)意識到這樣的等同實施方案不脫離如所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
[0018]附圖簡述
[0019]圖1是示出安裝在冷卻塔的再循環(huán)流上的側(cè)蒸汽過濾裝置的本發(fā)明的實施方案的示意圖。
[0020]圖2是示出通過濁度傳感器控制的過濾器系統(tǒng)的本發(fā)明的實施方案的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0021 ] 在各種實施方案中，控制器用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法?？刂破鲀?yōu)選與本發(fā)明的過濾系統(tǒng)通信且可操作以接收和處理從本文中所描述的各種組件(例如，過程參數(shù)傳感器、過濾速率傳感器等)接收的信息?？刂破鬟M(jìn)一步可操作以部分或完全地執(zhí)行本文所描述的本發(fā)明的方法的任何或全部步驟?！翱刂破鳌笔侵妇哂薪M件(諸如處理器、存儲器裝置、數(shù)字存儲介質(zhì)、陰極射線管、液晶顯示器、等離子體顯示器、觸摸屏，或其它監(jiān)測器，和/或其它組件)的電子裝置。在一個實施方案中，控制器包括交互式界面，其可指導(dǎo)用戶、為用戶提供提示，或為用戶提供關(guān)于本發(fā)明的方法的任何部分的信息。這樣的信息可包括例如校準(zhǔn)模型的構(gòu)建、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)趨勢分析、所得數(shù)據(jù)集的管理等。在一個實施方案中，控制器包括以無線方式或通過硬線連接到另一個外部裝置(諸如計算機或數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng))來傳輸所接收和/或所處理的數(shù)據(jù)的能力。
[0022]控制器優(yōu)選地可操作用于與一個或多個應(yīng)用專用集成電路、程序、計算機可執(zhí)行指令或算法、一個或多個硬連線裝置、無線裝置，和/或一個或多個機械裝置整合和/或通信。此外，控制器可操作以整合由于過程和過濾參數(shù)和用于實現(xiàn)本發(fā)明的其它數(shù)據(jù)產(chǎn)生的反饋、前饋或預(yù)測性回路。控制器系統(tǒng)功能的一些或全部可處于中心位置(諸如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器)，用于通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、無線網(wǎng)、外部網(wǎng)、因特網(wǎng)、微波鏈路、紅外鏈路等，以及這些鏈路或其它合適鏈路的任何組合進(jìn)行通信。此外，其它組件(諸如信號調(diào)整器或系統(tǒng)監(jiān)測器)可包括在內(nèi)以促進(jìn)信號傳輸和信號處理算法。
[0023]在一個實施方案中，控制器可操作以便以半自動或全自動的方式實現(xiàn)本發(fā)明的方法。在另一個實施方案中，控制器可操作以便以手動或半手動的方式來實現(xiàn)方法。
[0024]除了過程參數(shù)和過濾數(shù)據(jù)之外，實現(xiàn)本發(fā)明的方法的過程中所收集的數(shù)據(jù)集例如可包括其它變量或系統(tǒng)參數(shù)，諸如氧化還原電位、pH、(例如，根據(jù)經(jīng)驗確定的、自動、突光、電化學(xué)、比色、直接測量的、計算的等)某些化學(xué)物質(zhì)或離子的水平、溫度、濁度、顆粒數(shù)、顆粒體積、壓力、過程流流速、溶解或懸浮的固體等，和它們的任何組合。通常由任何類型的合適數(shù)據(jù)測量/傳感/捕捉設(shè)備(諸如PH傳感器、氧化還原電位(ORP)探針、離子分析器、溫度傳感器、熱電偶、壓力傳感器、腐蝕探針和/或任何其它合適的裝置或方法)測量這樣的系統(tǒng)參數(shù)。這樣的數(shù)據(jù)捕捉設(shè)備優(yōu)選與控制器通信，并根據(jù)替代實施方案可具有由控制器賦予的先進(jìn)功能(包括本文所描述的控制算法的任何部分)。在一個實施方案中，控制器可從另一個控制器(例如可合并 單獨傳感器或一組傳感器且可將數(shù)據(jù)單獨或集中傳送到控制器的獨立控制器或主DCS平臺(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)))接收處理信息或數(shù)據(jù)。
[0025]使用任何合適裝置(諸如有線或無線網(wǎng)絡(luò)、電纜、數(shù)字用戶線、互聯(lián)網(wǎng)等)完成將任何所測量的參數(shù)或信號向用戶、化工泵、警報或其它系統(tǒng)組件的數(shù)據(jù)傳輸?？墒褂萌魏魏线m的接口標(biāo)準(zhǔn)，諸如以太網(wǎng)接口、無線接口(例如，IEEE802.lla/b/g/n、802.16、藍(lán)牙、光、紅外、其它射頻、任何其它合適的無線數(shù)據(jù)傳輸方法，和任何前述的組合)、通用串行總線、電話網(wǎng)等和這樣的接口 /連接的組合。如本文所使用，術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)”涵蓋所有的這些數(shù)據(jù)傳輸方法。本文中所描述的任何組件、裝置、傳感器等可彼此連接和/或連接到使用上述或其它合適的接口或連接的控制器。
[0026]在一個實施方案中，從系統(tǒng)接收信息(統(tǒng)稱由本發(fā)明的方法產(chǎn)生的所有的輸入或輸出)并存檔。在另一個實施方案中，根據(jù)時間表或日程表處理這樣的信息。在再一個實施方案中，以實時/大致實時的方式立即處理這樣的信息。這樣的實時接收還可包括例如通過計算機網(wǎng)絡(luò)“分流數(shù)據(jù)”。
[0027]在實施方案中，本發(fā)明的方法包括多個系統(tǒng)參數(shù)，其被單獨、共同、依次或同時確定為在或不在預(yù)定范圍內(nèi)、高于閾值，或低于閾值。
[0028]在實施方案中，預(yù)定范圍和閾值對于每個系統(tǒng)參數(shù)是獨立的。[0029]本發(fā)明是用于保持過程流中的水質(zhì)的按需系統(tǒng)的新型方法。應(yīng)理解，本發(fā)明在工業(yè)或非工業(yè)水系統(tǒng)(包括用于工業(yè)或非工業(yè)過程的任何流體系統(tǒng))中的各種各樣的過程流中具有適用性。在實施方案中，本發(fā)明的方法可適用于工業(yè)水性系統(tǒng)。通常，工業(yè)水性系統(tǒng)涉及到用于生產(chǎn)產(chǎn)品或參與生產(chǎn)過程使得化學(xué)、機械和生物過程可進(jìn)行以達(dá)到過程中所期望的結(jié)果的過程。具有過程水的過程流包括蒸發(fā)式冷卻塔、鍋爐、鍋爐冷凝、巴氏滅菌器、熱水加熱器、熱交換器、蒸汽發(fā)生器、核動力電力系統(tǒng)、內(nèi)燃機和柴油冷卻系統(tǒng)、蒸發(fā)器系統(tǒng)、熱脫鹽系統(tǒng)、造紙操作、發(fā)酵過程、清洗和沖洗水、循環(huán)廢水、壓載水、游輪灰水等是受很多類污染影響的水系統(tǒng)類型的采樣。
[0030]在實施方案中，本發(fā)明的方法可適用、適應(yīng)、益于和用于過程流包括流體(即非水性質(zhì))的地方。這樣的非水性系統(tǒng)可包括生成產(chǎn)物，例如萃取油或生成油，且所描述的發(fā)明可用于有效地除去任何懸浮物質(zhì)、校正其它過程或系統(tǒng)參數(shù)，或協(xié)助反乳或其它精煉方法以提高產(chǎn)品質(zhì)量。在另一實施例中，非水性系統(tǒng)將是過程集成系統(tǒng)(諸如不同工業(yè)設(shè)備(諸如輸送機鏈條潤滑或泵潤滑)的潤滑油)。所描述的發(fā)明的應(yīng)用將例如除去作為污染物發(fā)生的懸浮固體并提高非水性系統(tǒng)的性能和減少系統(tǒng)上的應(yīng)力。該應(yīng)用可以為過程內(nèi)或遠(yuǎn)程回收模式。在又一個實施例中，被回收用于進(jìn)一步處理(諸如烹調(diào)油回收)以進(jìn)一步生產(chǎn)生物燃料的非水性系統(tǒng)將是所描述的發(fā)明的合適應(yīng)用。
[0031]在實施方案中，本發(fā)明可適用、適應(yīng)、益于和用于非工業(yè)過程流。這樣的非工業(yè)系統(tǒng)的實施例包括在機構(gòu)環(huán)境(諸如醫(yī)院、寫字樓、大學(xué)、住宅樓等)的飲用水和非飲用水系統(tǒng)。飲用水系統(tǒng)的來源可以是市政供水、井水，或其它合適水源(諸如河流或湖泊)。進(jìn)入水可在使用前經(jīng)過處理過程且所描述的發(fā)明將被用作處理過程的一部分以從水性系統(tǒng)中除去懸浮物質(zhì)或校正其它過程或系統(tǒng)參數(shù)。在另一實施例中，所描述的發(fā)明可被整合到且將益于非工業(yè)水系統(tǒng)，諸如游泳池、溫泉、熱水浴缸等。在又一個實施例中，所描述的發(fā)明將整合到且益于跨越工業(yè)和非工業(yè) 定義內(nèi)的應(yīng)用的應(yīng)用。這樣的應(yīng)用的實施例將是可被收集且然后在被用作飲用水或用于工業(yè)應(yīng)用之前處理的雨水徑流。在該實施例中，進(jìn)入水的質(zhì)量可以且將顯著變化且所描述的發(fā)明將對有效除去懸浮固體的處理具有顯著影響。在又一個實施例中，‘灰水’(其是作為人類活動的結(jié)果(例如廁所、淋浴等)而產(chǎn)生的水)可被收集并回收作為飲用水或用于工業(yè)或非工業(yè)應(yīng)用。在這些實施例中，水可在替代實施方案中被收集并在本地或遠(yuǎn)程位置進(jìn)行處理且然后再被傳送。
[0032]在實施方案中，方法包括基于任何給定水系統(tǒng)的系統(tǒng)需要去污過程流或穩(wěn)定過程流中的過程參數(shù)。一方面，本發(fā)明被實現(xiàn)為被過濾的水的質(zhì)量的自動化功能。被過濾的水的質(zhì)量和因此對過濾的需要通常通過監(jiān)測一個或多個系統(tǒng)參數(shù)來建立。常見的系統(tǒng)參數(shù)可為直接測量或計算的值且包括但不限于氧化還原電位、pH、某些化學(xué)物質(zhì)或離子的水平、結(jié)垢指數(shù)(FI)、供給結(jié)垢指數(shù)(FFI)、溫度、濁度、壓力、過程流流速、溶解或懸浮的固體，和它們的任何組合。在實施方案中，監(jiān)測某些操作參數(shù)也可單獨使用或與其它系統(tǒng)參數(shù)組合使用。操作參數(shù)包括但不限于氧化殺生物劑泵的操作/定量給料速率、在線監(jiān)測殺生物劑(例如作為游離氯所測量的殘留殺生物劑)、監(jiān)測微生物的活動、過濾裝置的反洗頻率(例如作為游離氯所測量的殘留殺生物劑)、生物報告器信號，和它們的組合。
[0033]在實施方案中，流速可以是至少一個系統(tǒng)參數(shù)或多個不同系統(tǒng)參數(shù)的函數(shù)。在實施方案中，流速可以是至少一個系統(tǒng)參數(shù)或多個不同系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)學(xué)導(dǎo)數(shù)的函數(shù)。[0034]通常用幾個不同參數(shù)(例如，濁度、氧化還原電位、pH等)監(jiān)測冷卻水或處理水的質(zhì)量以確保最佳操作性能。相同參數(shù)可被用于自動化本發(fā)明的按需過濾系統(tǒng)的過程。例如，可通過使用濁度傳感器和/或結(jié)垢監(jiān)測器和/或通過監(jiān)測可能會或可能不會控制殺生物劑加入系統(tǒng)中的微生物活性來監(jiān)測水質(zhì)量。此外，基于壓差或基于時間的過濾裝置反洗頻率也可被記錄并用作水質(zhì)量的度量。
[0035]在一個實施方案中，根據(jù)經(jīng)過一段時間少量過濾水將提高整個系統(tǒng)的水質(zhì)量的理論，可過濾用于過程流的過濾系統(tǒng)的再循環(huán)速率的2-4%。假設(shè)水質(zhì)量的任何顯著變化也將在本文所描述的過程參數(shù)(諸如濁度、F1、FF1、氧化殺生物劑泵的操作、在線殺生物劑監(jiān)測(例如，游離氯)、微生物活性、反洗頻率等)中反映。任何這些參數(shù)單獨或組合將作為水質(zhì)量的變化結(jié)果而改變。水質(zhì)量的變化可被認(rèn)為對操作條件的設(shè)定限制是正(提高)或負(fù)(惡化)的。作為水質(zhì)量的變化的結(jié)果，本發(fā)明的優(yōu)選方面是經(jīng)由控制器修改過濾過程。在其中水質(zhì)量一直是負(fù)(即惡化)的情況下，穿過過濾裝置的水的體積可自動增加或附加過濾器可被帶入在線來恢復(fù)水質(zhì)量。在其中水質(zhì)量已經(jīng)提高的情況下，將會有經(jīng)由控制器控制過濾過程并減少穿過過濾裝置的水的體積或減少使用的過濾器數(shù)量的機會(如這里所發(fā)明的)。因此，本發(fā)明涉及響應(yīng)于水質(zhì)量的變化通過過濾裝置發(fā)送的水的實際百分比的修改、正或負(fù)變化。
[0036]在其它實施方案中，通過過濾器系統(tǒng)的水流速被修改為總過程流或再循環(huán)流量的百分比。例如，本發(fā)明的過濾系統(tǒng)減少濁度或有利地改變其它過程參數(shù)。即使當(dāng)處理過程流的總再循環(huán)體積的相對較低百分比(例如2-4%)時，隨著時間推移的連續(xù)過濾也可提高循環(huán)水的質(zhì)量，包括減少濁度。在一個實施方案中，當(dāng)例如系統(tǒng)中的濁度值將是高的時，最初過濾的體積在再循環(huán)速率的2-4%之間。當(dāng)濁度值(例如，在線記錄的)已經(jīng)減少至低于其設(shè)定/初始值時，過濾百分比然后也減少。在其中濁度值接近INTU的情況下，超微過濾膜裝置可以入口水流量等于再循環(huán)速率的0.4%操作。
[0037]過程污染的實施例包括過程油污染和冷卻水應(yīng)用中伴隨的微生物生長。這些和其它過程現(xiàn)象可通過例如濁度和/或在線總有機含量(T0C)測量來解析地檢測。不需要的TOC增加可導(dǎo)致操作問題、不受控制的微生物生長和生物膜形成。油污染的供給水穿過油易溶過濾器可促進(jìn)部分或全部除去油性污染物。減少水流中的油性污染物可減少生物膜生長并潛在地減少安全和健康相關(guān)的風(fēng)險。在本發(fā)明的另一個實施方案中，在水質(zhì)量由于有機過程油污染而改變時，入口流速可從再循環(huán)速率的0%增加到例如15-20%，且可由在線記錄的TOC和/或濁度表達(dá)或證明。在一個實施方案中，當(dāng)TOC值減小到可接受水平時，過濾的水流量當(dāng)量可降低到例如2-4%或?qū)?yīng)于再循環(huán)速率的百分比的初始設(shè)定點，或其可完全停止。
[0038]微生物生長也可通過限制維持生命的營養(yǎng)物、空氣和細(xì)菌的熱源控制。在冷卻水應(yīng)用中，很難限制這些來源。然而，水溶性營養(yǎng)物的偶然增加、生物控制裝置(殺生物劑泵等)的故障、懸浮固體的存在，或沉積物的存在可起到為微生物提供附著和增殖場所的作用。這種情況通常導(dǎo)致不受控制的微生物生長、生物膜形成，和潛在的安全和健康相關(guān)的風(fēng)險。在另一個實施方案中，當(dāng)水質(zhì)量由于微生物水平增加而改變時，入口流速可例如從再循環(huán)速率的2-4%增加到5-10%，如通過離線或任何其它在線微生物監(jiān)測裝置所確定的。當(dāng)微生物水平減小到預(yù)先設(shè)定的限制或規(guī)格水平時，過濾的水流量當(dāng)量可降低到初始的再循環(huán)速率的2-4%，或者其可完全停止。
[0039]在本發(fā)明的另一實施方案中，入口流速可例如從再循環(huán)速率的2-4%增加到5-10%或15-20%以在預(yù)期到污染物水平增加時適應(yīng)預(yù)測的情況。這種情況的實施例包括季節(jié)變化，諸如夏季和干燥時間或持續(xù)暴風(fēng)雨條件，這會導(dǎo)致較多污染物從相鄰區(qū)域加載到水系統(tǒng)的集水區(qū)域。這種情況的另一個實施例是當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)歷可將材料從系統(tǒng)的一個部分移除到主水系統(tǒng)的機械操作或維護(hù)時。管的清洗、表面的壓力清洗，或罐體的鏟除將是其中沉降物質(zhì)被釋放到開放水系統(tǒng)中的實施例。
[0040]在實施方案中，控制器可操作以將通過過濾裝置的流速從過程流的總體積的0%調(diào)整到100%。
[0041]在一個實施方案中，過濾系統(tǒng)由過程流的壓力變化觸發(fā)。在這種情況下，過程將受到進(jìn)入水壓力的增加或降低的影響。顯著變化(例如超出設(shè)定點)將顯著改變過濾裝置的操作條件。在這種情況下，過濾裝置可減少、增加或停止流入過濾裝置的流量。
[0042]在又一個實施方案中，導(dǎo)致過濾裝置操作的修改的操作條件的變化將導(dǎo)致可被存儲或轉(zhuǎn)換為尋求關(guān)注的信號(例如可聽或可視警報)的信號。
[0043]在一個實施方案中，過濾系統(tǒng)包括多個組件。組件可包括例如一個、兩個或多個過濾器、分離器、紫外線光等。在某些情況或場景下，過程條件或污染物可能需要以平行方式使用不同過濾裝置，但通過可依次從幾個不同單獨控制器或傳感器接收輸入的單個主控制器控制。此外，可能會有將采用多級方法的某些場景。在某些場景中，可能會有相同類型的過濾器裝置串聯(lián)使用但去除污染被分級的要求。例如，與污染水接觸的第一裝置可攜帶較大孔尺寸的篩網(wǎng)用以除去較大尺寸的顆粒，然后是具有較小篩網(wǎng)尺寸的第二裝置用以除去穿過第一裝置的較小顆粒尺寸的污染物。當(dāng)污染物負(fù)載是恒定高且不希望對過濾裝置有相對頻繁的反洗頻率時，這種策略是特別有用的。在又一個實施例中，在線離心機可被用于除去污染物且離心機的輸出可由一個或多個過濾裝置進(jìn)一步純化。在又一個實施例中，污染物除去裝置可伴隨有輔助裝置，諸如可起到氧化或殺死或消毒水流中或包含在裝置中的介質(zhì)上的污染物的作用的紫外線光。
[0044]在實施方案中，過濾系統(tǒng)包括選自以下的至少一個過濾裝置:砂過濾裝置、篩過濾器、袋式過濾器、筒式過濾器、離心式過濾器、壓力過濾器、膜過濾裝置等，和其它合適的過濾器和裝置，和它們的組合。
[0045]在各種實施方案中，本發(fā)明的過濾系統(tǒng)包括一個、兩個或多個過濾器、過濾器裝置或過濾裝置。過濾器可以是任何類型，諸如砂過濾器、硅藻土過濾器、膜過濾器、反滲透過濾器等，和其它合適的過濾器和它們的組合。根據(jù)水質(zhì)量和應(yīng)用，組件和流速的組合可被用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法。本實施方案中的多個組件的使用將對于基于例如污染物的物理、化學(xué)或生物特性除去不同類型污染物是有利的。例如，除去總污染物的過濾裝置可過濾固定水流，然而，穿過除去目標(biāo)類型的污染物(例如，細(xì)菌或其它微生物)的過濾器裝置的流量可根據(jù)水質(zhì)量而調(diào)整。
[0046]在一些實施方案中，砂過濾器或硅藻土過濾器用于本發(fā)明的方法。砂過濾器或類似過濾器也許是使用中最常見類型的過濾裝置。然而，這些過濾器類型有時會遭受性能和功效隨時間的損失，這 是由于所收集的污染物不能被有效地除去，污染物開始在裝置內(nèi)擴散到介質(zhì)床上，或裝置在反洗過程中會失去介質(zhì)。因此，這樣的裝置需要定期維護(hù)來補充介質(zhì)或清潔。伴有由本發(fā)明提供的警報功能的自動監(jiān)測將可操作以提高性能。
[0047]在使用膜過濾器的實施方案中，過濾器可包括一種或多種類型的膜。膜的數(shù)量、膜的類型和膜的取向(浸沒/外部)取決于本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員已知的各種因素(例如，過程流的組成)。
[0048]在實施方案中，膜分離系統(tǒng)具有選自以下組的至少一種膜:超過濾膜；微過濾膜；反滲透膜；納米過濾膜等、其它合適的膜，和它們的任何組合。
[0049]在另一個實施方案中，膜分離系統(tǒng)是浸沒式膜系統(tǒng)、外部膜分離系統(tǒng)，或者它們的組合。
[0050]在實施方案中，膜過濾裝置包括選自以下組的膜類型:聚合物、陶瓷、金屬、前述物質(zhì)的混合，和它們的組合。
[0051]所采用的膜可具有不同類型的物理和化學(xué)參數(shù)。對于物理參數(shù)，在一個實施方案中，超過濾膜的孔徑在0.003至0.1 i! m的范圍內(nèi)。在另一個實施方案中，微過濾膜的孔徑在0.1至IOiim的范圍內(nèi)。在另一個實施方案中，膜具有由外到內(nèi)或由內(nèi)到外過濾模式的中空纖維構(gòu)造。在多個實施方案中，膜具有選自以下組的一個或多個項目的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造:平板構(gòu)造；管狀構(gòu)造；多孔結(jié)構(gòu)；毛細(xì)構(gòu)造；螺旋纏繞構(gòu)造；和它們的組合。對于化學(xué)參數(shù)，在一個實施方案中，膜是聚合物。在另一個實施方案中，膜是無機物。在又一個實施方案中，膜是不銹鋼。
[0052]在一個實施方案中，過濾裝置或其任何組件可能受到基于過程流的一個或多個參數(shù)的調(diào)節(jié)。在一個實施方案中，控制器可操作以便以如上所述的自動方式相對于控制器調(diào)節(jié)過濾裝置或其任何組件。在另一個實施方案中，這樣的調(diào)節(jié)以半自動或手動方式來調(diào)節(jié)。例如，本發(fā)明可采用能夠識別和控制所有單獨水處理組件以提供無縫水處理系統(tǒng)的主控制系統(tǒng)。例如，響應(yīng)于不同參數(shù) ，諸如堿度、pH、0RP、T0C、濁度，添加的化學(xué)物質(zhì)通常被監(jiān)測以能夠?qū)崿F(xiàn)水處理的適當(dāng)調(diào)節(jié)。來自這樣的監(jiān)測的數(shù)據(jù)可被用于/合并用于過濾器裝置操作的調(diào)節(jié)或整個過濾系統(tǒng)的操作。在又一個實施例中，化學(xué)物質(zhì)(諸如用于結(jié)垢控制或腐蝕控制的那些化學(xué)物質(zhì))通常被跟蹤和監(jiān)測。這些或其它化學(xué)物質(zhì)的消耗或用量的增加或減少指示水質(zhì)量的變化且可被用于調(diào)節(jié)過濾器裝置操作或整個過濾系統(tǒng)的操作。
[0053]轉(zhuǎn)向圖，圖1描繪了安裝在冷卻塔的再循環(huán)流上的本發(fā)明的實施方案的側(cè)流過濾裝置的示意圖。冷卻塔100被示為具有顆粒負(fù)載或污染的示例性來源以及在本實施方案中具有一個過濾器的側(cè)流過濾系統(tǒng)。系統(tǒng)中出現(xiàn)的顆粒負(fù)載形成各種來源。例如，污染顆粒經(jīng)由穿過區(qū)域IlOa和IlOb處的冷卻塔的百葉窗流動的空氣進(jìn)入系統(tǒng)。通過蒸發(fā)區(qū)域112的系統(tǒng)水的蒸發(fā)進(jìn)一步從區(qū)域IlOa和IlOb集中顆粒負(fù)載。污染來源的附加實施例可從過程條件得到。例如，熱交換器114可生成顆?；騽?chuàng)建改變系統(tǒng)的一個或多個參數(shù)的條件。
[0054]在整個系統(tǒng)中，通信裝置130 (如在圖1中示為130a、130b和130c)可操作以從控制器(未示出)發(fā)送和接收信號以在過程流中的流體由泵126泵送通過冷卻系統(tǒng)時啟動通過側(cè)流入口 122的過程流的流動。控制器可操作以激活過濾器裝置116和泵118以過濾測定量的過程液體(例如，水性或非水性液體)，所述液體在側(cè)流入口 122流動、通過過濾器裝置116的且最后通過側(cè)流出口 120以將過濾的過程流引回冷卻系統(tǒng)的流動回路。排出流124也在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的條件下用作減少過程流中的污染的獨立方式。
[0055]圖2是示出具有組合程序邏輯控制器(PLC)和側(cè)流過濾器205和濁度傳感器210的過濾器系統(tǒng)200的本發(fā)明的實施方案的示意圖。在本實施方案中，流過冷卻塔系統(tǒng)215的過程流與PLC和側(cè)流過濾器205、濁度傳感器210和/或顆粒計數(shù)器220流體連通。濁度傳感器210和/或顆粒計數(shù)器220與控制器(未示出)通信。應(yīng)理解，具有PLC的這樣的布置在某些實施方案中可包括附加控制器。在實施方案中，過程流的尺寸可變的樣品被轉(zhuǎn)移到由PLC和側(cè)流過濾器205、濁度傳感器210、顆粒計數(shù)器220和增壓泵225組成的水質(zhì)量監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集，和控制系統(tǒng)。在一個實施方案中，增壓泵225包括頻率轉(zhuǎn)換器，作為變速泵的部分，從而相對于例如從控制器接收的模擬或數(shù)字信號控制排放容量和壓力。
[0056]在圖2的實施方案中，來自濁度傳感器210的模擬或數(shù)字信號被傳輸?shù)娇刂破??？刂破鞣催^來可操作以啟動經(jīng)由側(cè)流流量控制器(未示出)到PLC和側(cè)流過濾器205中的流動。根據(jù)所測量的變量(在本實施例中是濁度)和該變量的設(shè)定點或設(shè)定范圍之間的偏移，控制器產(chǎn)生輸出，其然后用于改變增壓泵225的速度以控制通過PLC和側(cè)流過濾器205的流量。在另一個實施方案中，PLC和側(cè)流過濾器205的構(gòu)造可實現(xiàn)所需水平的濁度的維持。圖2中所示的組件(與未示出的組件一起)可形成閉環(huán)控制回路或者也可包括附加變量測量和如本文所描述的輸入。
[0057]通過參照以下實施例可更好地理解前述內(nèi)容，其旨在說明性目的且不旨在限制本發(fā)明的范圍。
[0058]實施例1
[0059]這個實施例示出了使用反沖洗頻率以給出死端超微過濾裝置的水流量的按需變化。側(cè)流過濾裝置(例如系統(tǒng)體積為約40m3且再循環(huán)速率為每小時120-140m3的冷卻系統(tǒng)所需的死端膜系統(tǒng))應(yīng) 該能夠每小時傳送2.4-4.Sm3的滲透。在正常操作過程中，存在于水中的懸浮固體、無機和有機污垢(諸如微生物)會造成過濾裝置的污染并導(dǎo)致整個膜的壓差增加。在一定設(shè)定壓差下，過濾系統(tǒng)將自動反洗以減少在過濾器矩陣上堆積結(jié)垢的物質(zhì)。被過濾的較高水平的懸浮固體和/或細(xì)菌傾向于與較高反洗頻率關(guān)聯(lián)。因此，反洗頻率可反映循環(huán)水質(zhì)量的變化。
[0060]在過濾裝置中，進(jìn)入水的壓力可通過改變?nèi)肟诒?當(dāng)存在時)的速度，或入口閥的孔徑控制，以便獲得所需流速。例如，當(dāng)反洗間隔減少了初始設(shè)定的50%時，入口水閥的孔徑或入口泵的速度可被自動地改變以將少于50%的水傳送到過濾系統(tǒng)，從而減小過濾水的百分比達(dá)50%。例如，不是過濾2.4m3/hr的水，裝置將處理1.2m3/hr。當(dāng)反洗間隔降低更多時，入口水流量可進(jìn)一步降低。如果任何意外污染或改變例如從過程泄漏發(fā)生，則水質(zhì)量的變化將被檢測到、泵或入口孔的占空比可被修改且更多水可被過濾以恢復(fù)水質(zhì)量并防止由水所伺服的關(guān)鍵過程(諸如熱交換器)的結(jié)垢。
[0061]實施例2
[0062]本實施例示出了總活菌計數(shù)(TVC)或微生物活性(三磷酸腺苷(ATP)測量、生物報告器和/或監(jiān)測微生物活性、氧消耗的任何其它生物標(biāo)記物)以手動或自動的方式使用以給出過濾系統(tǒng)的按需控制的實施方案。微生物活性通常被監(jiān)測而不是嚴(yán)格地保持過程條件和操作性能。微生物活性或其它過程參數(shù)(諸如氧化還原電位(ORP)或如本文所描述的任何參數(shù))的自動監(jiān)測然后被用于控制殺生物劑添加處理。當(dāng)給定參數(shù)的值低于某個設(shè)定點或設(shè)定范圍時，殺生物劑添加被觸發(fā)且在該值超過設(shè)定點或在設(shè)定范圍內(nèi)時添加停止。該殺生物劑添加控制邏輯也可被用于控制過濾裝置。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)在尋求更多殺生物劑時過濾水的量可更多，相反當(dāng)需要較少殺生物劑時過濾較少水。當(dāng)微生物活性增加時，泵運行也將增加。為了減少殺生物劑消耗，將要過濾的水的流量可增加，從而從系統(tǒng)中除去更多懸浮物和微生物并減少殺生物劑消耗。然而，由于在系統(tǒng)中檢測到的微生物活性由于處理而下降，所以計量泵輸出也會減少，且穿過過濾器的水的體積也可相應(yīng)地減少。在實施方案中，頻率轉(zhuǎn)換器被內(nèi)置到泵電動機中以改變泵的速度，從而根據(jù)從控制器接收的模擬或數(shù)字信號和指令控制排放體積和壓力。
[0063]實施例3
[0064]在又一個實施例中，過程流參數(shù)被用作水質(zhì)量的指標(biāo)并用于給出過濾系統(tǒng)的按需控制。過程流參數(shù)(諸如濁度、pH、折光指數(shù)，或過程處理化學(xué)物質(zhì)(諸如污垢控制劑或腐蝕控制劑)的使用量)可指示水質(zhì)量的變化。如果任何這樣的參數(shù)增加或減少，通過過濾裝置的水流量可被調(diào)節(jié)以適應(yīng)變化并保持所需性能。例如，濁度的突然增加將會建議污染物流入水系統(tǒng)中，因此穿過過濾裝置的水的體積可增加或額外過濾器可被帶入在線以適應(yīng)增加。相反，如果濁度下降，則較少體積的水可通過單元發(fā)送或過濾器可采取為離線，這是由于水以減少的濁度而變得較為清潔。
[0065]在另一個示例場景中，如果水系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)清洗，則通過過濾裝置發(fā)送的水的體積可改變以適應(yīng)整個水體積。這將有助于除去所移除的物質(zhì)且也可防止所移除的物質(zhì)再沉積到被清潔的水系統(tǒng)中的其它區(qū)域中。
[0066]可根據(jù)本公開在不進(jìn)行過度實驗的情況下進(jìn)行和執(zhí)行本文所公開和要求保護(hù)的所有構(gòu)成和方法。雖然本發(fā)明可以許多不同形式來實施，但是也有本文詳細(xì)描述的本發(fā)明的具體優(yōu)選實施方案。本公開是本發(fā)明的原理的示例且不旨在將本發(fā)明限制于所示的特定實施方案。此外，除非 明確說明與此相反，否則術(shù)語“一個”的使用旨在包括“至少一個”或“一個或多個”。例如，“一個裝置”旨在包括“至少一個裝置”或“一個或多個裝置”。
[0067]絕對術(shù)語或近似術(shù)語中給定的任何范圍旨在涵蓋其兩者，且本文中所使用的任何定義旨在闡明而不是限制。盡管本發(fā)明廣為闡述的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是具體實施例中闡述的數(shù)值被盡可能準(zhǔn)確報告。然而，任何數(shù)值固有地包含由在其各自的測試測量中存在的標(biāo)準(zhǔn)偏差必然導(dǎo)致的一定誤差。此外，本文所公開的所有范圍應(yīng)被理解為涵蓋納入其中的任何和所有子范圍(包括所有分?jǐn)?shù)和整數(shù)值)。
[0068]此外，本發(fā)明涵蓋本文所描述的各種實施例的一些或全部的任何和所有可能的組合。本申請中引用的任何和所有的專利、專利申請、科學(xué)論文和其它參考文獻(xiàn)，以及本文引用的任何參考文獻(xiàn)在此以其全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文。還應(yīng)理解，對本文描述的現(xiàn)有優(yōu)選實施方案的各種變化和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍且不減少其預(yù)期優(yōu)點的前提下，可進(jìn)行這些變化和修改。因此，這些變化和修改旨在由所附的權(quán)利要求所覆蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種從過程流中除去污染物或穩(wěn)定所述過程流中的系統(tǒng)參數(shù)的方法，所述方法包括: (a)提供與控制器通信的過濾系統(tǒng)，其中所述控制器可操作以在所述過程流的所述系統(tǒng)參數(shù)高于上閾值和/或低于下閾值時自動地啟動從所述過程流到所述過濾系統(tǒng)中的流量；和 (b)激活所述過濾系統(tǒng)，其中所述流量包括通過所述過濾系統(tǒng)的流速且所述控制器可操作以調(diào)整所述流速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括多個系統(tǒng)參數(shù)，其被單獨、共同、依次或同時確定為高于所述上閾值和/或低于所述下閾值，其中所述閾值對于每個系統(tǒng)參數(shù)是獨立的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述系統(tǒng)參數(shù)選自以下組:氧化還原電位、pH、某些化學(xué)物質(zhì)或離子的水平、結(jié)垢指數(shù)、供給結(jié)垢指數(shù)、溫度、濁度、壓力、過程流流速、溶解或懸浮固體、殺生物劑泵的運行或定量給料速率、殺生物劑的水平、生物報告器信號、三磷酸腺苷測量、任何微生物活性或水平監(jiān)測器、反洗頻率，和它們的任何組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在線或離線監(jiān)測所述系統(tǒng)參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括其中所述控制器可操作以通過自動、半自動或手動的方法接收至少一個數(shù)據(jù)集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括多個不同系統(tǒng)參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述過濾系統(tǒng)包括選自以下的至少一個過濾裝置:砂過濾裝置、篩式過濾器、袋式過濾器、筒式過濾器、離心式過濾器、壓力過濾器、膜過濾裝置，和它們的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述膜過濾裝置選自以下組:微過濾、納米過濾、反滲透、超過濾，和它們的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述膜過濾裝置包括選自以下組的膜類型:聚合物、陶瓷、金屬、前述物質(zhì)的混合，和它們的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述膜過濾裝置包括選自以下組的構(gòu)造或結(jié)構(gòu):平板構(gòu)造；管狀構(gòu)造；多孔結(jié)構(gòu)；毛細(xì)構(gòu)造；螺旋纏繞構(gòu)造；和它們的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述膜過濾裝置被加壓、浸沒，或被它們的組合處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括其中所述控制器可操作以將所述流速從所述過程流的總體積的0%調(diào)整到100%。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述流速是所述系統(tǒng)參數(shù)的函數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述入口流速是多個不同系統(tǒng)參數(shù)的函數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述入口流速是所述系統(tǒng)參數(shù)或多個不同系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)學(xué)導(dǎo)數(shù)的函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述控制器可操作以調(diào)整孔裝置來調(diào)節(jié)所述流速。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述控制器可操作以調(diào)整供給泵速來調(diào)節(jié)所述流速。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述過濾系統(tǒng)或其組件響應(yīng)于至少一個系統(tǒng)參數(shù)的變化被帶入在線或離線。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括通過網(wǎng)絡(luò)操作所述方法的至少一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述過程流與至少一個以下系統(tǒng)相關(guān)聯(lián):工業(yè)水系統(tǒng)、非工業(yè)水系統(tǒng)、水性過`程流、非水性過程流。
【文檔編號】G05B11/00GK103781729SQ201280034836
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月14日
【發(fā)明者】A-M·烏爾梅尼, A·格普塔, C·D·戴維斯, B·西蒙斯 申請人:納爾科公司