申请日2017.03.10
公开(公告)日2017.09.19
IPC分类号E03F3/02; E03F5/22
摘要
本发明涉及一种用于废水的操作压力排水系统(1)的方法，所述压力排水系统具有相互连接的路段(SA1...SA9)用于传导废水到传送站(10)，和多个与路段(SA1...SA9)相连接的泵站(2)，用于收集废水，其中至少一部分泵站(2)的每个泵站至少发送一个它抽送准备就绪状态的指示信息到中央控制单元(3)，然后从具有抽送准备就绪状态的泵站(2)中，针对所述路段(SA1...SA9)中的一个路段形成这样的一组，组的泵站(2)的数量至少相应于所述路段(SA1...SA9)中的一个路段的泵站(2)最小数量(p_min)，随后通过所述中央控制单元(3)同时起动所述组的泵站(2)。由此实现了在所述压力排水系统的大部分区域和在最大时间段里存在着一个最小流速，所述最小流速起到一个清洁效果，从而降低了堵塞的风险。
权利要求书
1.用于废水的操作压力排水系统(1)的方法，所述压力排水系统具有相互连接的路段(SA1...SA9)用于传导废水到传送站(10)，和多个与路段(SA1...SA9)相连接的泵站(2)，用于收集废水，其特征在于，
-其中至少一部分泵站(2)的每个泵站至少发送一个它抽送准备就绪状态的指示信息到中央控制单元(3)，
-从具有抽送准备就绪状态的泵站(2)中，针对所述路段(SA1...SA9)中的一个路段形成这样的一组，所述组的泵站(2)的数量至少相应于所速路段(SA1...SA9)中的一个路段的泵站(2)最小数量(p_min)，
-通过所述中央控制单元(3)同时起动所述组的泵站(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述中央控制单元(3)在查询间隔，特别是在每10到15分钟，查询泵站(2)的状态信息，和/或在发送间隔，特别是每10到15分钟，自动发送状态信息。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中所述状态信息是一个关于超过或低于某一个填充水位限制的二进制信息和/或是一个关于填充水位的十进制信息。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中所述泵站(2)确认所述中央控制单元(3)的起动。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，从那些具有抽送准备就绪状态的泵站(2)中形成一组，所述组的形成在查询间隔或发送间隔内被重复一定的次数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中从中央控制单元(3)的起动和/或确认后到组形成的重复有一个等待时间，所述等待时间至少会顾及泵站(2)排空所需要的时间。
7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于，重复的次数相应与等待时间的最大倍数，所述最大倍数小于查询间隔或发送间隔。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中查询和/或状态信息的传送和/或确认是通过一个移动通信网络进行。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中已被起动的泵站(2)从具有抽送准备就绪状态的泵站(2)数量中被删除。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于组形成至少使用一个表，在其中存储所述泵站(2)对于路段(SA1...SA9)的分配和对于每路段(SA1...SA9)的最小数量(p_min)。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，其中所述表中或至少在一个表中为每个路段(SA1...SA9)存储泵站(2)的最大数量(p_max)。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中用于形成组的路段(SAj)被确定，其路段至少被分配予一个具有抽送准备就绪状态的泵站(2)，且与其它路段(SA1...SA9)相比下具有最小直径，其中所述组由分配予其路段(SA1…SA9)的泵站(2)组成。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，其中至少具有相同直径(d1...d9)的路段(SA1...SA9)被分配予一个路段优先权和为了所述组的形成，在多个具有相同最小直径的路段(SA1...SA9)的情况下，会选用被分配予最高优先权的路段(SAj)。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，其中每个泵站(2)都被分配予一个抽送优先权和在确定路段(SAj)被分配予多个具有抽送准备就绪状态的泵站(2)，其泵站(2)大于最大数量(p_max)的情况下，所述组由那些具有最高优先权的泵站(2)组成。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其中一个路段(SA1...SA9)的一个泵站(2)具有越高的优先权，如它在流动方向位于路段(SA1...SA9)越前端的位置。
16.根据权利要求12或15所述的方法，其特征在于，每个路段(SA1...SA9)被分配予相应的各个路段优先权和/或每个泵站(2)被分配予相应的抽送优先权的信息存储在所述的表或至少一个表中。
17.根据权利要求12至16中任意一项所述的方法，其特征在于，其中所确定路段(SAj)被分配予少量泵站(2)，其量小于最小数量(p_min)，所述组一方面由所确定路段(SAj)的具有抽送准备就绪状态的泵站(2)和另一方面由至少一个位于上游路段(SA1...SA9)的一个或多个具有抽送准备就绪状态的泵站(2)组成，达到或超过所确定路段(SAj)的最小数量(p_min)。
18.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其中对于泵站(2)的起动，一个分散的，依赖填充水位的控制是更重要于中央控制单元(3)的控制。
说明书
用于废水的操作压力排水系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于废水的操作压力排水系统的方法，其中所述压力排水系统具有互相联接的路段用于引导水到传送站，并具有与路段连接的大量泵站，用于收集废水。
背景技术
压力排水系统已是几十年众所周知的，其应用遍及全球。在美国、欧洲、亚洲、非洲都能发现很多基于这种原理的废水输送的应用。由于它的技术优势非常具有吸引力，从而替代传统的基于重力的废水输送。压力排水系统允许人们在技术原因或经济原因不可能建立系统性废水处理的区域内创建废水处理基础设施。
当常规的基于重力的废水系统需要0.05%和1%之间下水道的倾斜，从而使废水流过，同时由此需要在一公里废水路线之内设立两个泵站，从而把废水引到一个更高的水平高度。所述压力排水系统不需要这样的倾斜，也不要中间设立泵站来提高废水的水平高度。对于所述压力排水系统，仅利用原始的重力引导房屋的废水通过废水管到房屋附近的废水箱。这个废水箱与内置的泵装置形成一个泵站。这个泵装置由一个压力管道连接至另一个废水管，其废水管完全充满废水，并且废水是通过废水管在压力下被输送。其废水管可以是与其它废水管形成的延伸的，有等级的废水管网的一部分，废水管导至到一个中央传送点，其中废水管内的压力可以被释放。在其中每个废水管可连接一个或多个泵站。在操作模式中，这些泵站运送废水到废水管，并把废水管内原有的废水推向传送点。
一个废水泵站的废水箱常规下包括100升至150升。位于内部的泵装置，例如排量泵或离心泵，会根据水位的高度被起动和关闭。如果某一上限的水位被超过，泵装置会被起动，如果某一下限的水位未达到，泵装置会再次被关闭。这种情况每天平均会发生四次，每次操作时间不会超过六分钟。因此泵站的每个操作间隔约1.5分钟的持续时间。泵站的控制依賴于分散的水平状态。
然而，也有众所周知的系统是中央控制的。例如欧洲EP 2 746 477A1里的案例是这种情况。一个受中央控制的废水系统的泵站确实有优势，同时也需要更多的规划，安装及维护，由于通向并从泵站发出通讯必須被考虑到，其通讯应该是少故障，低成本。另外，依赖水平位的泵站起动仍然是安全操作的最佳方法，为了防止溢出，由此防止对环境的破坏，最终还包括責任问题。为此，专家们更多不考虑中央控制系统。
在确定废水系统的管道直径尺寸时，假设由系统必须接收的废水最大流入量，或假设同时抽送的泵站的最大数量。通常废水处理系统必须是最大容量的设计。与此同时，通常不考虑到用户的行为。因为例如流入废水系统的当前流入的分布与量局部变化很大。在旅游区游客在一天中不同时间进入和返回酒店，使用行为和以及需要被接收的废水时间和地区上的分布和农村地区的不同，其废水流入量在很大程度上依赖通常的工作时间和人们日常生活的习惯而定。因此流入量变动从夜间的每日总流量的1%到高峰时间每日总流量的10%。
然而，忽略使用上，地理上的特殊性，所具有的优点是污水系统的设计始终是安全的。但这种方法的一个缺点是制定管道的尺寸大于实际需要。此外应指出的是，最大流量一天仅有2至3小时，是废水系统总运行时间的10%，换句话说压力排水系统在它90%操作时间只需要传送低的流入量。这是对管道中的流速，尤其是对于具有超大管径的系统的一个主要缺点。
为了防止堵塞，压力排水系统有通常0.7米/秒的最小流速设计。最佳状态是在废水系统整个操作期间保持这种最小流速。然而，其最小流速在高峰期间多次被超过，其余时间几乎未能被达到。结果是总是发生堵塞，引起维护要求和成本的提高。
发明内容
因此本发明的一个目的是改进压力排水系统的操作，并使堵塞的风险最小化。这个目的通过具有权利要求1的特征的方法来解决。有利的发展在从属权利要求中说明或描述如下。
根据本发明，其中至少一部分泵站的每个泵站至少发送一个它抽送准备就绪状态的指示信息到中央控制单元，然后从具有抽送准备就绪状态的泵站中，针对路段中的一个路段形成这样的一组，组的泵站的数量至少相应于其路段所分配的泵站最小数量，随后该组的泵站通过中央控制单元同时起动。根据本发明，术语“组”并不一定代表多个泵站。更确切地说，在最简单的情况下，一组也可以只有一个泵站，也就是当最小数量“1”分配给所属的路段。
因此本发明中压力排水系统的操作是基于泵站的中央起动，其泵站有多个。关闭泵站可以像往常一样局部通过达到一个下限的水平位来实现。起动会根据不同规则的智能起动方案实现。该方案的核心思想在于泵运行的均衡。由此能够防止多个泵站不必要同时抽送，而引起废水道中体积流量，其相比于必要的最小流速不必要的高出。通过许多泵站同时抽送，废水过早被浪费，当只有一个或少数几个泵站需要被清空时，但流速却不够时，其废水可以更好地被利用起来，用来达到最小流速。通过本发明可以实现在废水道的大部分地区保持最小流速0.7米/秒。其最小流速量足够实现压力排水系统操作期间管道的净化作用。如此可以减少堵塞，降底系统维护的成本。
在一个路段里最小流速可以通过以下方法被确保，从具有抽送准备就绪状态泵站里的一定数目泵站形成一组，其数目对应于本路段泵站最小数量。根据本发明，对于压力排水系统的每个路段，凭经验确定能达到相应路段最小流速的泵站最小数量，并用于其方法。
从中央控制单元方面，确定组的前提是，已知哪些泵站具有抽送准备就绪状态。对此，泵站会把关于抽送准备就绪状态的信息传送到中央控制单元。准备就绪状态的存在不仅是像现有技术所示范，当超过上限水位时，显示水箱已满。相反地，泵站已经可被视为抽送准备就绪，当它已收集了一定的最小量的废水，例如标准体积的30%和50%之间(不包括后备体积)。在一个泵站具有额定体积100升的情况下，这意味着当至少30升或50升废水被收集，泵站抽送准备就绪的状态已存在。
根据一个实施例，泵站的状态信息可以自动传送到中央控制单元。一种传送触发事件的信号例如可以达到一定的水平位，一定的时间，到达下一个发送间隔或接收到查询信号，提示泵站通知其抽送准备就绪状态的信息。这些触发事件的组合也是可能的。在达到一定水位之后发送状态信息具有的优点是中央控制单元不需要评估信息。因为所有由于超水位通知中央控制单元的泵站，根据定义是处于抽送准备就绪的状态。
优选地，中央控制单元在查询问隔向泵站查询状态信息。查询间隔或发送间隔可以是在10分钟和15分钟之间。它一方面不能太长，以避免泵站的溢出，或者说避免由于安全因素而不能被利用的废水输送。它另一方面又不能太短，为了从抽送准备就绪的泵站中形成组和组的操作。
如果中央控制单元发出查询信号，所有泵站可以向中央控制单元报到，提供它们抽送准备就绪状态的信息。一些泵站提供已处在抽送准备就绪的状态中，而其它泵站则提供不处在抽送准备就绪的状态中。替代地，也可以那些真的这就具有抽送准备就绪状态的泵站反馈信息。这具有的优点是，中央控制单元只有处在抽送准备就绪状态泵站的信息，所以不需要再作另外单独评估，哪些泵站是处在抽送准备就绪状态中，哪些不是。
状态信息例如可以是低于或高于某一个水位限制值的二进制信息，或是填充水位的十进制信息。并且二进制信息和十进制信息可以一起发送。使用二进制信息相对于使用十进制信息具有优点，泵的抽送准备就绪状态可以直接显示，中央控制单元不要查询，哪些泵站是准备就绪的，哪些泵站不是。与此相反，填充水位优点在于，中央控制单元不依赖于填充水位，知道泵站的填充水位有多高。例如，这可以由中央控制单元动态地选择决定，在哪一个水位以上，泵的抽送准备就绪状态存在。例如当在设定水位限制是50%的额定容积，有太少抽送准备就绪的泵站，那么水位限制可以降低，比如降到额定容积的30%。对比起50%的额定容积作为水位限制，更多的泵站能满足此条件。
这是有利的，当泵站确认中央控制单元的起动。以这种方式，中央控制单元可以肯定哪个起动是成功的，和哪一个泵站可能发生故障。在这种情况下，例如再次尝试起动或由中央控制单元发出警告，或立刻发出维护任务的要求。
优选地，组的形成在查询间隔和发送间隔内重复进行，特别是许多次，这就意味着具有抽送准备就绪的泵站在查询间隔或传输间隔两次或更多次形成组，只要有足够抽送准备就绪的泵站，并且组的形成是可能与合理的。抽送准备就绪的泵站会逐步被处理和被清空。
适当地，从中央控制单元对泵站的起动和/或起动确认后到组形成的重复有一个等待时间。这具有的优点是，在第一组运行期间，不会有第二个组形成和被起动。因为这两泵组的废水流会在压力水系统的部分区域重叠，引起一个流速，并此流速比最小流速高出多倍。相反，第二泵组的起动最好在第一组泵站被清空之后。
理想的状况是，泵站清空所需要的时间是会被考虑在等待时间之内的。此外，安全缓冲时间也会被考虑在内的。如果废水以每秒1升的流量从集水箱里被抽走，那么一个100升额定体积的满满的集水箱在100秒内被抽空。通常情况下，一个集水箱还可以容纳一个后备体积，例如高达额定体积的40%或者50%的容量。在本发明中，泵站的起动不是直接取决于液体水位，而是达到泵的抽送准备就绪的水位，例如可以是额定体积，在达到准备就绪的水位有个时间段，各个泵站到其起动还有不同的时间段，后备体积可能被个别泵站使用。例如在40升的后备体积的情况下在额外的40秒内被清空。此外，起动信号的传输可以在几秒钟内完成。因此等待时间选择在150秒至180秒之间，对于一个有100升废水箱的泵站是相对安全的。
优选地，重复次数可以是等待时间的最大倍数，并小于查询间隔或发送间隔。例如查询间隔或发送间隔是10分钟，以在等待时间3分钟的情况下，最多形成三组，如果查询间隔或发送间隔是15分钟，最多形成五个组，每次的分组尝试以下称为周期。
为了尽可能利用好查询间隔和发送间隔，也可以设置泵站向中央控制单元反馈泵抽送过程的终止。这具有的优点是，当中央控制单元确定所有之前起动的泵站完成它们的活动，下一分组更确切地说下一周期可以在等待期结束之前开始。所以等待期不一定要有固定的持续时间。以这种方式可以在查询间隔或发送间隔最大化重复分组的次数。
状态信息查询和/或发送，泵抽送过程终止的确认和/或反馈，优选地，可以通过一个移动无线网络如GSM(全球移动通信系统)，例如根据6PRS标准(分组无线服务)来完成。这具有的优点是，不需要布置与废水管平行的通讯线路，泵站不需要局部联接到MAN城域网(比如电话网)或WAN广域网。理想情况下，中央控制单元和泵站之间的所有通讯都是无线通讯。
对于第二个和每个后续周期，有利的是，当被起动的泵站从抽送准备就绪的泵站数量中删除。中央控制单元現有的数据因此被更新，这样同样的泵站就不会错误地两次被安排在一组。从抽送准备就绪的泵站数量删除泵站的行动，可以直接在起动信号发送之后，接收到确认后进行，但优选地，等待期结束或泵抽送过程结束反馈之后進行。
对于分组至少可以使用一个表，存储泵站与路段之间的分配和每个路段的最小数量的信息。然后在每个周期评估该表或多个表，并且搜寻所需要的分配。优选地，泵站和路段之间的分配，设定在第一个表中。路段的最小数量的分配可以存储在第二表中，对于路段的每个直径，表里有存储着相应分配的泵站最小数量。在第一表中，存储相应每个路段废水管的直径信息，其信息形成两个表之间的链接。第一表可以表示网络表和显示压力排水系统的特定拓扑结构。第二表可以是对各种压力排水系统有用的表，并保存通用的或经验获取的数据，例如基于不同管道的直径为达到最小流量所需要泵站最小数量。
优选地，在表中或至少在其中一个表中存储相对每个路段的一个泵站最大数量，该信息也被分组时使用。用最大数量考虑的是，当多个泵站同时抽送别，其总流量大于其连接废水管允许的流量，位于下游的泵站会对抗已在路段里流动的废水。这个问题可以通过图像说明，正如拥挤的高速公路容纳不了更多在高速路口等待的车辆。因此，每个压力水管根据其直径和由此导致的最大吞吐量被分配予一个同时起动泵站的最大数量，该数量在组形成时不应被超过。从而实现一个特别节能的运行。
为了形成一组，可以确定一个至少具有一个抽送准备就绪状态泵站的路段，并相对于其它路段，具有最小直径。然后组是由属于路段的泵站形成的。这并不意味着该组必须只有由属于路段的泵站组成。之后说明会更加明显，一个组可以由跨越整个路段的泵站形成。
优选地，在每次形成组时，会搜索具有最小直径的路段。这最终意味着，这个方法总是从离传送点最远的有抽送准备就绪状态的泵站开始。这些泵站首先被清空。相应路段越靠近传送点，废水道网络越具有更大的管道直径。这可确保用最小流速从而达到路段网大部分地区的清洁效果。
在一个压力排水系统内具有相同直径的路段，每个路段可以有个优选权，其优先权会在形成组时被考虑到。形成组时，若干路段在具有相同最小直径情况下，具有最高优选权的路段会被使用。
该组由只有或至少有路段最高优权的泵站组成。
此外，如果每个泵站都分配泵抽送优先权，那么连接到同一路段有两个泵站以上的是具有优势的。这允许分等级安排同一路段的泵站。优选地，每个泵站可以分配泵抽送优先权，也针对那些只连接一个路段的泵站。在确定的路段被分配予有多个抽送准备就绪状态的泵站，而且泵站的数量大于最大数量，在此情况下，组可以只有由具有最高优先权的泵站组成。例如有4个具有抽送准备就绪状态的泵站，而路段相应量最大数值是3，只有具有优先权1，2和3的泵站被综合起来形成一组。具有优先权4的泵站不被考虑。
泵的优先权授于是这样的，当路段的泵站在流动方向越位于各路段前端的位置，该泵站就具有一个更高的优先权。这也实现了先起动那些泵站，其泵站抬高的废水经过最長的距离到达传送点，使得在压力排水系统中距离远的路段里起到清洁的效果。
优选地，每个路段所属的优先权和/或每个泵水站所属的抽送优先权可存储在表里或至少在一个表里。中央控制单元可简单地通过评估在表里的优先权的来形成组。
根据本发明的一个进一步优选的实施例，当属于确定路段的抽送准备就绪状态的泵站小于最小数量时的情况下，一方面用所确定路段所属的泵站，另一方面用上游路段所属的一个或多个泵站形成组，由此达到或超过所确定路段的泵的最小数量。这种用跨越路段的泵站形成的组，最佳地实现了清洁效果。虽然上游路段的泵站不足满足最小流速(否则其路段在之前周期已被清空)，但是使得所确定的路段流速得到提高，从而在所述的路段里达到最小流量。
为了确保根据本发明的操作方法最大限度的安全性，对于泵站的起动。一个分散的，依赖填充水位的控制是更重要于中央控制单元的控制。这意味着，当达到一个一定的水位，泵站的起动不是依赖中央控制单元起动。所述水位可以是额定体积和后备体积的总和。一个泵站在达到所述水位是否还能容纳一个紧急体积，多快耗尽紧急体积，取决于流入泵站的流入量。为防止溢出，在所述水位会发生一个紧急起动。
在紧急起动的情况下，合理的是，相应泵站通知中央控制单元该起动，使得中央控制单元可以更新其数据和记录，标明这作为没有处在抽送准备就绪状态中，这可以防止其泵站被包含在下一个形成的组里。