用于控制水净化的方法及水净化装置与流程

1.本公开涉及利用反渗透来净化水的领域。


背景技术：

2.反渗透(ro)是常用的水净化技术。ro使用膜，其中将待净化的水推过膜以产生净化后的渗透水。该膜是半渗透性的，允许水通过，但将大部分溶解的盐、颗粒、细菌和内毒素保留在浓缩溶液中。浓缩溶液被传送到排放口，或再循环以减少水的消耗。净化效率可以计算为从给水中去除杂质的百分比率。
3.产生的渗透水可直接用于某些应用，或可能需要进一步的净化以满足对纯度的高要求。在这两种情况下，都希望知道并控制渗透水的净化程度，以准确地满足应用需求或由接收渗透水的更多下游净化步骤规定的要求。待净化的水例如是自来水。自来水的质量可能因地而异，而且也因时而异，从而对净化过程的控制提出了挑战。此外，在一些地方，水是稀缺资源，必须小心使用。


技术实现要素：

4.本公开的目的是针对不同质量的水输入提供具有稳定的水质输出的水净化。另一目标是以低耗水量提供稳定的水质。另一目的是以低成本提供稳定的水质。
5.这些目的和其他目的至少部分地通过根据第一方面的方法、通过根据第二方面的装置以及通过根据从属权利要求的实施例来实现。
6.根据一个方面，本公开涉及一种用于控制水净化装置的水净化的方法。该水净化装置包括反渗透膜，该反渗透膜被配置为接收来自进给泵的给水，并产生渗透水和排除水。该方法包括：测量指示进给泵的进水的进水质量c
inlet
的特性，以及基于指示进水质量的特性确定水净化的目标回收。该方法还包括：基于进水质量c
inlet
，将进给泵速度控制到预定速度，或者控制到基于进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系确定的速度。该方法还包括：测量指示产物水流量q
prod
的特性，其中，产物水是被输送以供消耗的渗透水。该方法还包括：再循环第一部分排除水，以及基于产物水流量q
prod
控制从第二部分排除水到排放口的排放流量q
drain
，以完成目标回收。
7.该方法针对不同质量的水输入(即，进水)提供具有稳定的水质输出(即，渗透水的质量)的水净化。通过控制回收和进给泵的速度，可以根据不同的进水质量，调整水净化的工作点，以持续地提供稳定的水质输出，而无需人工干预。因此，可以实现根据不同的输入水质量自动调整其产物的水生产。因此，该水净化装置易于在不同位置使用，或易于在同一位置但具有不同的输入水源的情况下使用，而无需重新配置水生产。因此，安装质量对安装人员的技能和经验的依赖性变小。基于输入水质量和产物水流量控制回收，由此可以控制耗水量，从而保持低耗水量。此外，基于进水质量，进给泵速度被控制到可以以低成本有效地运行的工作点，或者控制到支持保持目标回收并且仍然产生具有稳定的水质的渗透水的进给泵速度。
8.根据一些方面，所述控制包括基于产物水流量q
prod
估计完成目标回收所需的排放流量q
drain
，并且将排放流量控制到估计的排放流量q
drain
。所以，由此可以将回收控制到目标回收。
9.根据一些方面，该方法包括：在渗透水质量c
per
保持在预定的渗透水质量，或保持在预定的渗透水质量区间内的限制下，确定目标回收。因此，可以针对不同的进水质量改变目标回收，从而仍然可以实现预定的渗透水质量。
10.根据一些方面，该方法包括：将部分渗透水从再循环点再循环到进水。从而可以重复使用过量的渗透水。
11.根据一些方面，再循环包括：测量指示渗透水的再循环点下游的产物水的流量q
prod
的特性，以及控制再循环以满足产物水流量标准。从而可以实现产物水的预定流量。
12.根据一些方面，进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系是预定关系，该预定关系给出在进水质量c
inlet
和目标回收处产生具有目标渗透质量的渗透水所需的进给泵速度。因此，可以在估计的进水质量下估计应对变化的进水质量所需的进给泵速度，同时实现目标回收。
13.根据一些方面，控制进给泵包括：在进水质量c
inlet
在区间内时，将进给泵速度控制到预定速度，以及在进水质量c
inlet
在区间外时，基于进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系控制进给泵速度。从而可以实现对进给泵的鲁棒控制。预定速度例如是预定的恒定速度。该区间例如是入口电导率的下区间与上区间之间的中间区间。该中间区间可以直接跟在下区间之后，并且上区间可以直接跟在中间区间之后。
14.根据一些方面，测量指示进水质量c
inlet
的特性包括：测量进水的电导率、给水的电导率或渗透水的电导率。因此，电导率可以指示水的质量。此外，进水的质量可以直接在进水中测量，或者从给水或渗透水的另一质量测量结果中导出。
15.根据一些方面，该方法包括：估计在用于将排除水传送到排放口的排放阀向排放口完全打开时，通过排放阀的初始排放流量q
initial_drain
，并且其中，控制包括：基于初始排放流量q
initial_drain
和估计的排放流量q
drain
估计排放阀应朝向排放口打开的比例，以及基于估计的比例控制排放阀。因此，可以针对各种类型的排放阀自动导出用于实现目标回收的排放阀控制值，而与排放阀的磨损无关。
16.根据一些方面，预定速度是进给泵的标称速度。因此，进给泵可以在已知有效工作的工作点下运行。
17.根据第二方面，本公开涉及一种水净化装置，该水净化装置包括流体路径、被配置为接收进水并提供给水的进给泵、反渗透ro膜，其中，ro膜被配置为接收来自进给泵的给水，并产生渗透水和排除水。该装置还包括：质量传感器，被配置为测量指示进水质量c
inlet
的特性；流量传感器，被配置为测量指示产物水流量q
prod
的特性，其中，产物水是被输送以供消耗的渗透水。该装置还包括：再循环路径，被配置为再循环第一部分排除水；以及排放阀，被配置为调节从第二部分排除水到排放口的排放流量q
drain
。该装置还包括控制装置。该控制装置被配置为获得指示进水质量c
inlet
的特性并且基于进水质量确定水净化的目标回收。该控制装置还被配置为基于进水质量c
inlet
将进给泵的进给泵速度控制到预定速度，或者控制到基于进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系确定的速度，并且基于产物水流量q
prod
控制排放阀到排放口的排放流量q
drain
，以完成目标回收。
18.利用该装置可以获得与使用该方法相同的积极效果。
19.根据第三方面，本公开涉及一种的计算机程序，包括使根据第二方面的水净化装置执行根据第一方面的方法的任何步骤的指令。
20.根据第四方面，本公开涉及一种其上存储有第三方面的计算机程序的计算机可读介质。
附图说明
21.图1示出了根据第一实施例的水净化装置。
22.图2示出了根据第二实施例的水净化装置。
23.图3示出了根据一些实施例的阀设备。
24.图4是示出根据一些实施例回收对入口电导率的第一图。
25.图5是示出根据一些实施例的进给泵速度对入口电导率的第二图。
26.图6是根据本公开的一些实施例的方法的流程图。
具体实施方式
27.在下文中，将描述用于净化水的方法和水净化装置，其针对不同质量的进水提供稳定质量的净化水，同时具有高回收。“回收”也可以称为“水效率”。
28.使用反渗透ro净化进水。在利用ro处理进水之前，可以在预处理模块中对进水进行预处理，以去除例如较大的颗粒和氯。来自ro过程的净化水可以直接输送以供消耗，也可以在被输送以供消耗前在后处理模块中进一步处理，这取决于对净化水质量的要求。在任何情况下，都希望可以输送一致的水质，该水质满足从消耗角度来看的要求，或者满足还在ro下游的设备的要求，以便这些设备可以输送具有所需质量的净化水，而不会损害其性能。
29.反渗透过程的工作点设定了关于排除率(rejection rate)、回收和功耗的净化效率。膜上的压力与渗透流量相关，因此，通常高压产生高渗透流量。因此，渗透流量随膜上的压力而变化。渗透流量还取决于进给到反渗透过程的水的质量。影响渗透流量的水参数是例如电导率和硬度。高电导率降低渗透流量，因为给水含有更多的颗粒，这些颗粒阻止水穿透膜，从而增大渗透压。此外，高硬度降低渗透流量，因为给水含有更多的钙，这些钙增加膜上的结垢。
30.进水质量可能依据位置和一年中的时间而有所不同。本文描述的水净化是基于进水的质量来执行的，从而达到目标渗透水质量，同时在ro过程中不会有多余的水被传送到排放口。不同质量的进水可能需要不同的膜压力和不同的回收以获得目标渗透水质量。控制回收，使得与进水质量低时相比，当进水质量高时，更少的水被传送到排放口。进给泵将给水泵送到膜，并且进给泵可以被控制到其最有效地工作的工作点。从而可以以低成本产生净化水。由于进给泵在其工作效率最高的工作点，大多也具有低噪音水平，对周围环境的噪音量可以保持为较低。当进水的质量低时，可以增大进给泵的速度以增大膜上的压力，从而减少需要传送到排放口的水，以达到目标渗透质量。
31.在下文中，将描述水净化装置的不同实施例，该水净化装置基于进水质量控制水净化。
32.此后，将描述例如使用下述任何一种水净化装置产生净化水的方法。
33.图1示出了根据第一实施例的水净化装置1。水净化装置1包括流体路径50、包括ro膜3a的ro单元3和进给泵5。进给泵5从流量为q
inlet
的入口点a(例如，从水龙头、水箱或类似物)接收进水。入口路径20将入口点a与进给泵5连接。应当理解，如本文所用的“路径”可以包括一个或多个流体管线或路径。因此，流体路径50包括装置1的一个或多个流体路径，这将在下文中描述。进水可以在进给泵5上游的预处理模块2中进行预处理。预处理模块包括例如用于去除颗粒的机械过滤器和/或用于去除氯或氯胺的一个或多个碳床。利用第一质量传感器17测量进水质量，该第一质量传感器17被配置为测量指示进水质量c
inlet
的特性。第一质量传感器17例如是电导池，其被布置成测量进水的电导率。第一温度传感器18被布置成测量进水的温度，以温度补偿入口电导率的测量结果。水箱6或其他种类的器皿或容器可以被布置成收集经过预处理或未经预处理的进水。第一质量传感器17和第一温度传感器18被布置在任何预处理模块2下游但在进给泵5上游的入口路径20。水箱6被布置在第一质量传感器17和第一温度传感器18下游。
34.进给泵5被配置为从进水提供给水流。进给泵5例如是磁驱动旋转叶片泵。进给泵5被布置成被控制到一定的速度(即，每分钟转数(rpm))，并且由电源(未示出)(例如，电池或电力网)供电。进给泵5使用的功率可以被连续监测，例如，通过监测由进给泵5消耗的电流或功率或监测传输到进给泵5电流或功率。ro单元3以及因此ro膜3a被配置为接收来自进给泵5的给水，并从给水产生渗透水和排除水。进给路径21连接进给泵5和ro单元3的进给入口，以将给水流运送到ro单元3。渗透路径22将ro单元3的渗透出口与消耗点b连接。渗透水在渗透路径22中从ro单元3被传送到消耗点b。在一些实施例中，渗透水在后处理模块4中被进一步处理，然后再被输送以供在消耗点b处进行消耗。后处理模块4包括例如抛光机。抛光器可以包括例如使用电去离子(edi)、电容去离子(cdi)、反向电渗析(edr)的去离子器，或者包括离子交换树脂床或混合床树脂。在一些实施例中，抛光器被配置为处理渗透水，使得其满足具有1.3μs/cm的电导率的注射用水的质量要求。
35.来自后处理模块4的净化水可以称为产物水。产物水被传送到消耗点b以供收集、进一步运送或供其他应用使用。如果不存在后处理模块4，则离开ro单元3并被传送到消耗点b的渗透水被称为产物水。
36.流量传感器7被配置为测量指示渗透水流量q
per
的特性。第二质量传感器8被配置为测量指示渗透水质量c
per
的特性。第二质量传感器8例如是电导池，其被布置成测量渗透水的电导率。如将在下文中解释的，第二质量传感器8的测量结果也可以指示进水的质量。第二温度传感器9被布置成测量渗透水的温度，以温度补偿渗透水电导率的测量结果。
37.ro单元3的排除率计算如下：
[0038][0039]
ro单元3对nacl的典型排除率约为98％(0.98)，其他物质的排除率不同。例如使用第二质量传感器8测量渗透水中的浓度。给水的浓度可以从进水电导率通过使用回收和质量平衡方程导出。
[0040]
在一些实施例中，装置1包括：渗透再循环路径23，被布置成再循环渗透水。渗透再循环路径23被布置在位于渗透路径22中的再循环点10与入口路径20之间。因此，渗透再循环路径23连接渗透路径22和入口路径20。再循环点10位于渗透流量传感器7下游和任何后
处理模块4上游的渗透路径22。渗透再循环路径23连接到进给泵5上游、第一质量传感器17下游和预处理模块2(如果存在的话)下游的入口路径20。控制设备19被布置成控制渗透再循环路径23中再循环的渗透水的流量。控制设备19例如是可控阀，例如电动阀。装置1还设置有流量传感器11，该流量传感器11被配置为测量指示产物水流量q
prod
的特性。流量传感器11被布置到再循环点10下游的渗透路径22。流量传感器11可以被布置在任何后处理模块4的上游或下游。产物水是渗透水中未在渗透再循环路径23中再循环的部分。因此，产物水是继续在再循环点10下游的渗透路径22中的水。在渗透水在后处理模块4中被后处理的情况下，产物水是由后处理模块4产生的净化水。基于指示产物水流量q
prod
的测得的特性控制控制设备19，使得产物水流量q
prod
对应于预定流量。在一些实施例中，装置1包括压力传感器12，其被配置为感测再循环点10下游和任何后处理模块4下游的渗透流体路径22中的压力。因此，压力传感器12监测产物水的压力。压力传感器12监测再循环点10下游和任何后处理模块4下游的渗透路径22中的压力，以确保渗透路径中的压力保持在一定限度内。因此，控制设备19也可以被控制为使得再循环点10下游和任何后处理模块4下游的渗透路径22中的压力例如不超过压力上限。
[0041]
在一些实施例中，装置1包括布置在进给泵5上游的入口路径20中的水箱6。于是，渗透再循环路径23可以流体连接到水箱6，从而将渗透水再循环到水箱6。于是，泵5将从水箱6泵送水。
[0042]
装置1可以包括第三质量传感器(未示出)，其被配置为测量指示产物水质量c
prod
的特性。第三质量传感器例如是电导池，被布置成测量后处理模块4(如果存在的话)下游的产物水的电导率。然后第三温度传感器(未示出)可以被布置为测量产物水的温度，以对产物水电导率的测量结果进行温度补偿。
[0043]
排除路径24将ro单元3与第一再循环路径25和废弃物路径26连接。排除路径24的一端连接到ro单元3的排出出口，另一端连接到第一再循环路径25和废弃物路径26。第一再循环路径25连接在排除路径24与入口路径20之间。因此，第一再循环路径25的一端连接到排除路径24，另一端连接到入口路径20。废弃物路径26的一端连接到排除路径24，另一端连接到排放阀13。排放阀13在此是三通阀。排放路径27被布置成将来自排放阀13的排除水引导到排放口16。排放路径27的一端连接到三通阀的出口，另一端指向排放口16。第二再循环路径28被布置成将来自排放阀13的排除水引导到入口路径20(这里是水箱6)。第二再循环路径28的一端连接到排放阀13的另一个出口，另一端连接到水箱6。排放阀13被布置成选择性地将未经由第一再循环路径25进行再循环的排除水导向排放口16和入口路径20。因此，排除水既被送至排放口16又被再循环，然而，量可能有所不同。
[0044]
再循环机构15，在此是诸如可变限流阀或手动或电动针阀之类的阀，被布置成限制第一再循环路径25中的流量。再循环机构15还确保给水不会进入第一再循环路径25。ro膜回收通常由技术人员通过配置再循环机构15(为阀)来设置，使得当进给泵5的速度例如以标称速度被驱动时ro膜回收变为预定回收。于是，进给泵5的速度也建立基本恒定的排出流量。
[0045]
排放阀装置14被布置到废弃物路径26以限制废弃物路径26中的流量。图3示出了排放阀装置14的一个实施例。图3中的排放阀装置14包括流量设备65，其包括第一流量阀和第一流量阀下游的第二流量阀。第一流量阀上游和下游的压力调节允许通过第二流量阀的
流量的大小。旁通路径68被布置为旁路流量设备65，并且旁通路径68中布置可控流量阀66(例如，开/关阀或控制阀)以控制旁通路径68中的流量。
[0046]
装置1还包括控制装置30。控制装置30通常包括控制电路，例如处理器和存储器。处理器包括例如一个或多个中央处理单元(cpu)。存储器包括例如一个或多个存储器单元。在一些实施例中，存储器存储包括指令的计算机程序，该指令使装置1执行用于控制水净化装置1的方法。因此，计算机程序被存储在计算机可读介质上。计算机程序也可以存储在外部存储器(例如，闪存、基于云的存储器或另一计算机上的存储器)上。控制装置30还包括可以是有线或无线的通信接口，以便能够与装置1的组件(例如，传感器、泵、再循环机构、阀、用户接口等)进行通信。控制装置30例如被配置为从诸如质量传感器、电导池、温度传感器、流量传感器、压力传感器、泵、阀设备、阀等描述的组件接收或收集诸如测得的传感器值或数据等信息。控制装置30还被配置为向诸如进给泵、排放阀、其他阀等描述的组件发送控制信号或控制数据。在一些实施例中，控制装置30被配置为向进给泵5发送指示进给泵5的期望速度的控制信号或控制数据。进给泵5被配置为在接收到期望速度时应用期望速度。在一些实施例中，控制装置30被配置为向排放阀13发送指示特定的开/关率、开度等的控制信号或控制数据，以实现特定的排放流量q
drain
进行排放。控制装置30还可以包括用户界面，使得用户可以向装置1提供输入，并且监测装置1的状态和净化过程。控制装置30可以被布置成自动控制净化过程，因此接收测得的信号/数据，并进行任何需要的估计、确定、计算等，然后自动控制装置1的组件(例如，进给泵5、排放阀13)以控制净化。
[0047]
图2示出了根据第二实施例的水净化装置。根据第二实施例的装置1主要对应于根据第一实施例的装置1，图1中可见的相同部分在此不再赘述。然而，从图2可以看出，在第二实施例中，第一再循环路径25连接在排除路径24与进给路径21之间，而不是像第一实施例中那样连接在排除路径24与入口路径5之间。因此，第一再循环路径25被布置成将排除水再循环到进给路径21中位于进给泵21与ro单元3的入口之间的进给路径21中的点。此外，再循环机构15在这里是再循环泵，而不是阀。再循环泵例如是磁体驱动旋转叶片泵。此外，排放阀13是可控阀，其被布置到废弃物路径26。废弃物路径26的一端连接到排除路径24，另一端连接到排放口16。因此，在该第二实施例中，没有排放路径27或第二再循环路径28。排放阀13包括可控流量阀。可控流量阀例如是开/关阀，其被布置成在完全打开位置与完全关闭位置之间改变位置。例如通过控制开关阀改变状态的频率控制流量。即，改变开/关阀打开的时间。或者，可控流量阀是电动可控流量阀，其被配置为被控制到多个或无限多个位置。可控排放阀13例如是针阀或比例阀。排放阀13被设置成在给定压力的情况下提供一定的流量。例如，在生产现场、安装时或在开始产生水之前进行此设置。可以手动或自动执行设置。之后，在产生净化水的过程中，如果排放阀13上的压力增大，则通过排放阀13的流量将成比例地增加。此外，如果排放阀13上的压力降低，则通过排放阀13的流量将成比例地减少。
[0048]
通过具有再循环泵(除了进给泵之外)，可以独立地控制ro膜3a两侧的净驱动压力ndp和排出流量。进给泵5保持ro膜3a上的压力，再循环泵在再循环路径25中产生必要的流量以保持预定的ro膜回收率。因此，不需要像以前的系统中那样控制进给泵5来保持ro膜回收率，相反，可以将进给泵5控制到一定速度，以实现一定的渗透电导率。此外，当使用这种双泵系统时，与仅具有进给泵5(没有再循环泵)相比，可以降低运行泵所需的能量。这是因为在使用两个泵的情况下进给泵5更容易实现高净驱动压力，因为再循环泵控制再循环流
量。此外，通过使用两个泵而不是仅使用一个进给泵，降低了噪音水平，就好像仅使用一个泵一样，一个泵需要以更高的rpm驱动，从而产生更多的噪音。
[0049]
在第一实施例(即，在单泵方法(具有进给泵5但没有再循环泵))中，进给泵5产生流动和压力两者，因此这些参数彼此耦合，因此无法独立改变。净驱动压力由也在阀中的ro膜3中的阻力产生。因此，进给泵5必须输送大量的水以建立推动水通过ro膜3a所需的压力。通过用再循环泵代替阀，进给泵5可以在没有高水流的情况下对再循环路径25加压。因此，进给泵5可以以低得多的速度运行。再循环泵产生再循环流量但不必产生任何压力，因为再循环路径25由进给泵5加压。
[0050]
下面将参照图6的流程图描述一种用于控制水净化装置(例如，根据参照图1至图3描述的任一实施例的水净化装置1)的方法。该方法的目的是控制净水装置以有效的方式从具有不同质量的进水产生具有预定质量的净化水。该方法通常作为计算机程序被加载到装置1的控制装置30的存储器中，并且该计算机程序在由装置1的控制装置30的处理器执行时，使装置1执行计算机程序的指令。应当理解，该方法的步骤可以以另一顺序(即，从步骤的编号得出的顺序)执行，因此，与具有较低编号的另一步骤相比，具有较高编号的步骤可以在具有较低编号的步骤之前、同时或之后执行。
[0051]
在该方法开始之前，装置1在连接点a处连接到水源。水源例如是水龙头。水被打开，并且水在连接点a处流入到入口路径20中。可选地，水在预处理模块2中被预处理。该方法包括测量s1指示至进给泵5的进水的进水质量c
inlet
的特性。该特性例如是进水的电导率测量结果、给水的电导率测量结果或渗透水的电导率测量结果。因此，可以使用被布置成测量进水或给水的电导率的电导池(例如，第一质量传感器17)来测量进水质量。进水的质量可以通过以下方式确定：测量给水的电导率，并基于回收和质量平衡方程导出进水的电导率。在一些实施例中，给水的电导率大约等于进水电导率乘以排除率/(1-回收率)。可替代地，可以使用被布置成测量渗透水的电导率的电导池(例如，第二质量传感器9)来确定进水质量。因此，可以通过以下关系从渗透水的电导率c
per
导出进水的电导率c
in
：
[0052][0053]
对于nacl，分子中的排除率可以近似为“1”，因为它非常接近“1”(大约0.98)。因此，测得的特性指示进水的质量。换言之，进水的质量例如与测得的特性相关或者是测得的特性的函数。因此，测量s1指示进水质量c
inlet
的特性包括测量进水的电导率、给水的电导率或渗透水的电导率。在一些实施例中，测量s1指示进水质量的特性的步骤包括基于进水电导率、给水电导率和/或渗透水电导率的一个或多个测量结果定或估计进水质量。
[0054]
该方法还包括基于指示进水质量的特性确定s2水净化的目标回收。因此，进水质量用于确定目标回收，即，多少水应该被传送到排放口以及多少水应该被再循环。应当理解，目标回收是系统回收的目标，而不是ro膜回收的目标。在一些实施例中，确定s2目标回收的步骤包括基于进水电导率、给水电导率和/或渗透水电导率的一个或多个测量结果来确定或估计进水质量。回收调整有多少聚集在排除路径24中的污染物和杂质被传送到排放口16。高回收用于高质量的进水。在大量杂质的情况下，需要将更多的排除水传送到排放口16。在一些实施例中，确定s2包括：在渗透水质量c
per
保持在预定的渗透水质量，或保持在预定的渗透水质量区间内的限制下，确定目标回收。这也假定对给水质量存在限制，即给水质
量保持为预定的给水质量，或在预定的给水质量区间内。因此，控制回收使得给水质量基本上保持为预定的给水质量或在预定的给水质量区间内。再循环的排除水包括浓缩水，并且一些应该被传送到排放口以免过度浓缩提供给ro单元3的水。进水质量越高，越多的排除水可以被再循环，而不是被传送到排放口。使用例如以下等式计算目标回收：
[0055][0056]
等式(3)是通过实验得出的，其给出了针对当前的进水电导率的可行的目标回收的估计。等式(3)依赖于目标回收与进水电导率之间的线性关系。因此，确定s2包括基于目标回收与进水电导率之间的线性关系确定目标回收。等式(3)旨在将目标回收给出为0到100之间的百分比值。“0”意味着所有给水都被传送到排放口。“100”意味着所有排除水都被再循环。例如，允许目标回收在50％到90％之间变化。50％意味着进水的50％被送至排放口，90％意味着只有10％的进水被送至排放口。x在此是基于允许进水电导率变化的区间确定的数字。例如，允许进水电导率在100μs/cm到500μs/cm之间变化。通过使x＝10，对于在100μs/cm到500μs/cm之间变化的入口电导率，目标回收可以在50％到90％之间变化。
[0057]
该方法还包括控制s3进给泵速度。在一些实施例中，控制s3包括将进给泵速度控制到预定速度。因此，进给泵速度可以设置为恒定的预定速度或预定区间内的预定速度。恒定的预定速度例如是进给泵5的标称速度。预定区间例如是进给泵5的标称速度区间。速度泵5的标称速度或标称速度区间例如分别是其中已知进给泵5最有效地工作的速度或速度区间。如果进给泵速度在其标称速度区间内，则视为以标称速度运行。然而，在某些情况下，当进水质量变得太低时，不可能使进给泵5处于标称速度而不将(过多的)排除水传送到排放口。此外，在一些实施例中，由于应该增大膜上的压力以提高渗透水质量，因此增大进给泵速度以实现膜上压力的增大。因此，在一些实施例中，该方法包括将进给泵速度控制s3到基于进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系确定的速度。例如，当进水质量发生变化，使得无法将目标回收保持在期望的区间内时，改变速度(泵速度)以帮助输送具有目标渗透水质量的水。在一些实施例中，进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系是预定关系，其给出了在进水质量c
inlet
和目标回收下产生具有目标渗透质量的渗透水所需的进给泵速度。例如，该关系是进给泵速度与进水质量之间的线性关系，其给出了针对预定的恒定回收的目标渗透质量。在图5的图中示出了这种线性关系，这将在下面进一步解释。因此，进给泵速度可以是动态进给泵速度，尤其是基于进水质量确定的。
[0058]
该方法还包括测量s4指示产物水流量q
prod
的特性，其中，产物水是被输送以供消耗的渗透水。该特性例如是利用第一流量传感器11测得的。该特性例如是再循环点10下游的渗透路径中产物水的流量(即，产物水流量q
prod
)。
[0059]
该方法还包括使第一部分排除水再循环s5。
[0060]
执行再循环以持续或连续地实现预定的ro膜回收。ro膜回收是ro回收率乘以100，从而得出ro回收的百分比。ro膜回收率是渗透流量与进给流量的比率。ro膜回收率被确定为有多少进水变成渗透水(即，有多少进水渗透过ro膜3a进入渗透路径22)。ro膜3a的最大回收率通常是ro设备制造商设置的设计参数。如果ro膜回收超过其设计值，则排除水将盐饱和，膜表面将开始形成水垢，这是因为一些排除水会再循环到给水中。为了避免这种情
况，ro膜回收例如由制造商设置为最大回收，例如在15-25％之间(等于0.15-0.25的最大回收率)，例如，20％。通常连续监测和控制ro膜回收。预定回收例如被设置为最大回收。或者，允许预定回收比率在区间内变化，其中最大回收率限定区间的上限。ro膜3a的回收率可以被计算为其中，q
per
是再循环点10上游的渗透流量，q
feed
是进给流量。进给流量q
feed
是再循环路径25的任何连接点下游的进给路径21中的给水流量。在一些实施例中，再循环s5包括测量渗透水的渗透流量q
per
。渗透流量例如是利用渗透流量传感器7测量的。再循环s5还可以包括提供进给流量q
feed
的估计。进给流量q
feed
可以根据q
feed
＝q
per
q
reject
＝q
per
q
re
q
drain
估计，其中，q
re
是被再循环的排除水的流量(q
re1
和q
re2
(如果存在的话))，q
re1
可以根据循环泵的速度估计，或者当进给泵5在特定(例如，标称)速度下运行时，q
re1
可以是来自第一再循环路径25中的阀的配置(到某一系统压力)的已知流量。排放阀装置14将q
re2
调节到恒定的预定流量。当再循环流动路径中使用阀时，q
re1
和q
re2
的值(如果有的话)对于控制装置30来说已知的。q
drain
是被传送到排放口的排除水(也称为排水)的流量。如本领域技术人员已知的，q
drain
可以根据排放阀13对排放口16打开的时间量和/或程度来估计。因此，再循环s5包括计算ro膜回收率，以及控制再循环以获得预定回收率。例如，再循环s5包括使用反馈控制器，其中计算的回收与期望的(例如，目标)回收之间的误差被最小化。在图1中的第一实施例的情况下，控制进给泵5的速度以实现预定的ro膜回收。在第二实施例的情况下，控制再循环泵的速度以实现预定的ro膜回收。已经发现，来自各个泵的流量可以根据同一泵的流量估计，因此，流量与泵的速度(例如，rpm)成比例，因为泵排量是已知的。因此，来自泵的流量可以从来自泵的流量与同一泵的rpm之间的映射来确定。因此，来自进给泵5的流量q
feed_pump
可以根据进给泵5的速度来估计。第一再循环路径25中的再循环流量q
re1
可以根据再循环机构15(例如，再循环泵)的速度来估计。图2的第二实施例中的进给流量q
feed
可以根据估计的再循环流量q
rec1
和来自进给泵5的估计的流量q
feed_pump
的总和来估计。速度可以利用泵的马达中的嵌入式霍尔传感器来测量。备选地，进给流量q
feed
是利用被布置成测量再循环路径25的连接点下游的进给路径21中进给流量的进给流量传感器(未示出)测得的(图2)。因此，ro膜回收率可以计算为示出)测得的(图2)。因此，ro膜回收率可以计算为因此，控制再循环泵的速度，从而保持预定的ro膜回收。
[0061]
该方法还包括基于产物水流量q
prod
控制s6从第二部分排除水到排放口16的排放流量q
drain
，以完成目标回收。因此，第一部分排除水在第一再循环路径25中再循环，第二部分被传送到废弃物路径26中。因此，总的排除水分成第一部分和第二部分。系统回收是基于使用净化方法时消耗了多少水来确定的。因此，输入到装置1的水有多少变成了产物水(百分比)。换句话说，回收是100乘以回收率，回收率是产物水流量与进水流量的比率。对于图1和图2所示的实施例，系统回收率可以如下计算为：
[0062][0063]
由于进水流量(即，进入装置1的水的流量)等于离开装置1的水的流量(即，产物水流量q
prod
和排放流量q
drain
之和)。根据等式(4)，排放流量q
drain
可以被计算为：
[0064][0065]
因此，在一些实施例中，控制s6排放流量q
drain
包括使用在步骤s4中确定的指示产物水流量q
prod
的特性并且将步骤s2中确定的目标回收用作等式(5)中的“回收率”，基于等式(5)计算排放流量q
drain
的目标值q
drain_calc
。然后，使用计算出的目标值q
drain_calc
控制s6排放流量q
drain
，使得排放流量q
drain
等于计算出的排放流量的目标值q
drain_calc
。换言之，控制s6包括基于产物水流量q
prod
估计完成目标回收所需的排放流量q
drain
，并且将排放流量控制到估计的排放流量q
drain
。
[0066]
在一些实施例中，该方法包括估计排放阀13打开时的排放流量q
drain_open
的步骤s0。然后可以使用该估计来确定实现目标排放流量q
drain
所需的排放阀13的打开比例，例如，开度或百分比。打开比例可以如下通过将公式(5)除以排放流量q
drain_open
来计算：
[0067][0068]
换言之，排放阀13打开时的排放流量q
drain_open
可以通过估计s0排放阀13向排放口16完全打开时通过排放阀13的排放流量q
drain_open
来确定，该排放阀13用于将排除水传送到排放口16。然后，控制s6包括基于排放流量q
drain_open
和估计的排放流量q
drain
估计排放阀13应该朝向排放口16打开的打开比例，并且基于估计的打开比例控制排放阀13。在一个实施例中，步骤s0包括打开排放阀13以使其向排放口16完全打开，关闭控制设备19，关闭再循环机构15，并且利用进给泵5泵送水。然后通过排放阀13的流量可以通过监测水箱6中的水位与时间的关系来估计。或者，通过排放阀13的流量可以通过估计由进给泵5提供的流量来估计。由进给泵5提供的流量应该对应于通过排放阀13的流量。
[0069]
在一些实施例中，该方法包括将部分渗透水从再循环点10再循环s7到进水。再循环s7包括将渗透水从渗透路径22中的再循环点10再循环到入口路径20中的点，该点通常位于进给泵5上游但在水箱6和预处理模块2(如果存在)的下游。被再循环的那部分渗透水通常是过量的无法消耗的经预处理的水。通过使渗透水再循环到入口路径20，过量的渗透水可以被重新使用。进水用更清洁的渗透水稀释，从而增强净化。尤其是由于渗透水的质量通过改变进给泵5的速度来控制，所以渗透流量可以变化。通过再循环渗透水，产物流量可以被控制到目标产物流量。在一些实施例中，再循环s7包括测量指示在渗透水的再循环点10下游的产物水的流量q
prod
的特性，并且控制再循环以满足产物水流量标准。指示产物水的流量q
prod
的特性例如是产物流量q
prod
。该特性例如是利用第一流量传感器11测量的。产物水流量标准包括例如产物水流量等于或接近等于预定的产物水流量。
[0070]
图4和图5示出了系统回收和进给泵速度的自适应设置点，以在合适的范围内实现目标回收例如以供预处理或消耗。此处进水的最大电导率为1000μs/cm。图4是第一图，其中，y轴为回收(以百分比为单位)，x轴为进水电导率(以μs/cm为单位)。图5是第二图，其中，y轴为泵速(以百分比为单位)，x轴为进水电导率(以μs/cm为单位)。因此，100％是最大速度。允许系统回收在75％到50％之间变化。当进水电导率在0到249μs/cm之间时，回收保持在75％的恒定值。转到图5中的第二图，同时，进给泵速度从50％增大到60％。这里60％是进给泵5的标称速度。因此，在入口电导率在0到249μs/cm之间的下部区间的过程中，进给泵速
度变化以应对变化的入口电导率，同时回收保持不变。这是因为在该下部区间运行速度泵5的成本很低，并且速度泵5还没有达到其标称速度。此外，希望节约用水，在高回收的情况下，可以节约更多的水。因此，在实现目标渗透水质量的控制过程中，为了进水的高质量，如果进水电导率增大，则增大进给泵速度，同时将回收保持在恒定的高水平。从而可以节约水。下部区间限定入口电导率低值的区间。
[0071]
当进给泵速度已经达到预定速度(例如，标称速度)时，净化过程的控制进入入口电导率的中间区间。在中间区间的过程中，其中入口电导率在此处为250μs/cm到450μs/cm之间，改变回收以应对变化的进水质量，同时进给泵速度保持在60％的最大速度的恒定水平。这是因为进给泵5以其标称速率工作，从而最有效地工作。该入口电导率的区间可称为中间区间。因此，入口电导率的中间区间是入口电导率值高于下部区间的入口电导率值但低于之后的上部区间的入口电导率值的区间。因此，在入口电导率处于中间区间时，回收与入口电导率的变化相关地变化，以继续产生达到目标渗透电导率的渗透水，同时进给泵速度保持恒定。中间区间限定入口电导率的中间值的区间。
[0072]
当回收已经降低到预定的下限值(这里为50％)时，净化过程的控制进入入口电导率的上部区间。在上部区间中，其中入口电导率例如在451μs/cm到600μs/cm之间，进给泵速度改变以应对变化的入口电导率增大，同时回收保持在50％的恒定水平。因此对于增大的进水电导率，可以浪费更少的水，但进给泵5必须更努力地工作并因此使用更多的功率。上部区间限定入口电导率高值的区间。
[0073]
因此，可以将装置1控制到进给泵速度和回收的不同的自适应设置点。基于进水质量调整自适应设置点。进水质量(例如，电导率)的不同阈值决定装置1的进给泵速度和回收。因此，在上面参考图4和图5的示例中，在下部区间过程中，回收的设置点为75％。因此，此处的确定s2步骤包括确定目标回收为75％。根据将进给泵速度控制s3到基于进给泵速度、指示进水质量c
inlet
的特性和目标渗透水质量c
per
之间的关系确定的速度来控制进给泵速度。下部区间由零电导率和第一阈值界定。因此，只要进水的电导率低于第一阈值，回收的设置点就被确定为预定的第一值(例如，75％)。此外，基于该关系控制进给泵速度。
[0074]
在中间区间过程中，确定s2包括根据例如等式(3)确定目标回收。中间区间由第一阈值和第二阈值界定。只要进水的电导率处于或高于第一阈值且低于或处于第二阈值，则使用例如等式(3)计算目标回收，或基于进水电导率与设定回收之间的另一种线性关系确定目标回收，使得设定回收保持在中间区间。通常，随着进水电导率增大，回收降低。在中间区间过程中，控制s3包括将进给泵速度控制到设置点，该设置点是60％的最大速度的预定速度，例如，标称速度。
[0075]
在上部区间过程中，确定s2包括将目标回收确定为预定的第二值(这里为50％)。上部区间由第二阈值(和1000μs/cm或无限的电导率)界定。只要进水的电导率高于第二阈值，回收的设置点就是预定的第二值(例如，50％)。预定的第二值低于预定的第一值。在上部区间过程中，根据将进给泵速度控制到基于进给泵速度、指示进水质量c
inlet
的特性和目标渗透水质量c
per
之间的关系确定的速度来控制进给泵速度。
[0076]
换言之，进给泵的控制s3包括在进水质量c
inlet
在中间区间内(处于或在)时将进给泵速度控制到预定速度，这里中间区间为250μs/cm到450μs/cm。该中间区间包括端点，此处为250μs/cm和450μs/cm，这也分别限定了第一阈值和第二阈值。此外，控制s3包括基于进给
泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系控制进给泵速度。从而可以实现快速且有效的控制。
[0077]
第一阈值的值小于第二阈值的值。限定中间区间的这些阈值可以基于ro膜3a的特征或进水或给水的某些特征(硬度、特定离子浓度等)来确定。ro膜的特征例如是平均孔径、膜面积大小和处理热量的能力。ro膜3a是半透膜。ro膜的平均孔径通常在0.1纳米到10纳米之间，取决于过滤器类型。在一些实施例中，阈值以初始值开始，该初始值是基于例如由制造商给出的ro膜的特征确定的。可以更新这些阈值以反映ro膜的变化，例如磨损和堵塞。这些变化可以通过所得到的渗透水质量来反映，从而指示装置1的当前配置的交换。例如，如果未达到目标渗透水质量，则调整阈值使得在产生净化水的同时持续达到目标渗透水质量。因此，在一些实施例中，该方法包括例如使用第二质量传感器8测量指示渗透水质量c
per
的特性。该方法还包括评估渗透水质量c
per
是否已达到目标渗透水质量，并基于该评估调整阈值，以使渗透水质量c
per
达到目标渗透水质量c
per
。因此，如果该评估表明测量为电导率的渗透水质量c
per
高于确定为电导率的目标渗透水质量，则调整一个或多个阈值以实现目标渗透水质量。如果该评估表明测量为电导率的渗透水质量c
per
低于或处于确定为电导率的目标渗透水质量，则不调整阈值。这样，渗透水质量c
per
就达到了目标渗透水质量。该过程可以包括多次重复测量、评估和阈值的调整，直到渗透水质量c
per
已达到目标渗透水质量为止。该过程可以根据使用情况定期执行，例如每次使用装置1时进行一次、每周一次、每月一次等。如所解释的，装置1包括控制装置30。控制装置30是被配置为当在根据第一实施例或第二实施例(图1至图2)的装置1中执行时自动执行根据本文中任一实施例的方法。更详细地，控制装置30被配置为获得指示进水质量c
inlet
的特性。该特性例如是从第一质量传感器17获得的。控制装置30还被配置为基于指示进水质量的特性来确定水净化的目标回收。因此，目标回收可以由控制装置30确定，如前所述。控制装置30还被配置为基于进水质量c
inlet
将进给泵5的进给泵速度控制到预定速度，或者控制到基于进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系确定的速度。控制装置30还被配置为基于产物水流量q
prod
控制排放阀到排放口的排放流量q
drain
，以实现目标回收。在一些实施例中，预定速度是进给泵的标称速度。因此，进给泵速度的控制可能取决于进水质量。例如，如果进水质量在进水质量的例如中间区间内，进给泵速度被控制到预定速度，例如标称速度。如果进水质量在中间区间外，则基于该关系控制进给泵速度。控制装置30还被配置为基于产物水流量q
prod
估计完成目标回收所需的排放流量q
drain
，并且将排放流量控制到估计的排放流量。借助于排放阀13控制排放流量。
[0078]
根据一些实施例，控制装置30被配置为在渗透水质量c
per
保持在预定的渗透水质量，或保持在预定的渗透水质量区间内的限制下，确定目标回收。
[0079]
根据一些实施例，水净化装置1包括被布置在渗透路径22中的再循环点10与入口路径20之间的渗透水再循环路径23，以将部分渗透水从再循环点10再循环到进水。
[0080]
根据一些实施例，控制装置30被配置为基于指示产物水的流量q
prod
的特性来控制再循环以便满足产物水流量标准。
[0081]
根据一些实施例，进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系是预定关系，该预定关系给出在进水质量c
inlet
和目标回收下产生具有目标渗透质量的渗透水所需的进给泵速度。
[0082]
根据一些实施例，控制装置30被配置为在进水质量c
inlet
在中间区间内时将进给泵速度控制到预定的恒定速度，并且在进水质量c
inlet
在中间区间外时基于进给泵速度、进水质量c
inlet
和目标渗透水质量c
per
之间的关系控制进给泵速度。
[0083]
根据一些实施例，质量传感器9、17是电导池，指示进水质量c
inlet
的特性是进水的电导率、给水的电导率或渗透水的电导率。
[0084]
根据一些实施例，控制装置30被配置为估计在排放阀13朝向排放口16完全打开时通过排放阀13的初始排放流量q
initial_drain
，基于初始排放流量q
initial_drain
和估计的排放流量q
drain
估计排放阀应朝向排放口打开的比例，以及基于估计的比例控制排放阀13。
[0085]
尽管已经结合当前被认为是最实用和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等同布置。