废水处理设备

摘要

本发明通过利用微生物团粒的废水处理法提供一种废水处理设备，其通过从气泡附着的微生物团粒中有效地分离气泡，同时将气泡与微生物团粒的接触降到最低限，而防止由微生物团粒碎化所导致的团粒混入处理水流出，该设备在高负荷工作并产生质量稳定的处理水且不降低废水处理效率。在反应容器(1)内设置螺旋板(3)。从污泥床(9)上升的气泡(10)及气泡附着的微生物团粒(12)被强制沿着螺旋板(3)的下表面上升。在上升过程中，由于气泡(10)的流动、冲突以及与螺旋板(3)的接触冲击，气泡(10)与微生物团粒(11)分离，微生物团粒(11)沿着比该螺旋板(3)下表面位置更下方的螺旋板(3)的上表面滑下，并返回反应容器(1)下部的污泥床(9)中，且在污泥床(9)中微生物团粒(11)再度与废水(6)混合接触，发挥生物降解处理功能。

权利要求

1.一种废水处理设备，包括反应容器，该反应容器具有沉积在其下层部中的微生物团粒，从而使得微生物团粒对通过形成在所述反应容器下部中的入口导入所述微生物团粒的废水进行生物降解处理，由生物降解处理所产生的处理水由处理水出口部排出，其特征在于，该设备布置有从所述入口所在的一侧朝处理水出口部所在的一侧延伸的螺旋板，其中，所述螺旋板具有贯穿该螺旋板布置的支柱，所述支柱沿着反应容器的轴线延伸；

其中，所述螺旋板包括多个螺旋单元，至少一对相邻的两个螺旋单元形成为具有相反的旋转方向，该对相邻的两个螺旋单元的相邻端部在圆周方向上以给定的角度相互间隔。

2.根据权利要求1所述的废水处理设备，其特征在于，螺旋板的上表面和下表面沿着从所述螺旋板的轴部朝着所述反应容器的壁的方向向上倾斜。

3.根据权利要求1所述的废水处理设备，其特征在于，其中相邻的两个螺旋单元的相邻端部在圆周方向上相互重叠给定的角度。

4.根据权利要求2所述的废水处理设备，其特征在于，其中相邻的两个螺旋单元的相邻端部在圆周方向上相互重叠给定的角度。

5.根据权利要求1至4之一所述的废水处理设备，其特征在于，在所述螺旋板的下表面上设置了阻碍和阻隔气泡及气泡附着的微生物团粒上升流的挡板。

6.根据权利要求1至4之一所述的废水处理设备，其特征在于，所述螺旋板具有埋入污泥床中的部分，所述污泥床是由沉积在所述反应容器下层部中的微生物团粒组成的。

7.根据权利要求5所述的废水处理设备，其特征在于，所述螺旋板具有埋入污泥床中的部分，所述污泥床是由沉积在所述反应容器下层部中的微生物团粒组成的。

说明书

废水处理设备

技术领域

[0001] 本发明涉及使用厌氧性微生物来处理废水的一种用于废水处理的设备(下文中称作废水处理设备)。

背景技术

[0002] 作为一种借助于厌氧性微生物而对废水进行高速处理的方法，升流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，缩写为UASB)法为人所知。此种方法是采用所谓的厌氧性微生物进行废水处理的方法，在这种方法中，自行颗粒化的微生物团粒(这种微生物团粒由厌氧性丝状甲烷菌相互缠绕形成，直径均为1～5mm且具有良好的沉降性)保持在处理设备内。升流式厌氧污泥床法的特征是将微生物保持为浓缩的微生物团粒状态，提高处理效率。

[0003] 在像升流式厌氧污泥床法这种升流式的使用厌氧性微生物来处理废水的方法中，将微生物自行颗粒化所形成的团粒状物质以及通过将微生物放置到载体上并将其固定所产生的物质作为微生物团粒保持在处理设备内，以提升废水处理的效率。微生物团粒大部分被保持在处理设备的下部以形成污泥床。在这种处理法中，在同一设备内进行微生物的增殖、保持以及处理过的水与微生物的分离。

[0004] 废水经过使用厌氧性微生物的废水处理，废水中的有机物和氮氧化物在包括厌氧性微生物的微生物团粒中经受生物降解，由此产生诸如甲烷气、二氧化碳气和氮气等各种气体。由于污泥床中保持有大量微生物，一旦废水被注入污泥床，生物降解处理便活跃地进行，使得气体以气泡形式从污泥床上升至处理设备的上部。这些气泡中的一些气泡是从污泥床单独上升的，一些则附着在微生物团粒上，而为所述微生物团粒增加了浮力，并与微生物团粒在处理设备内一起上升。为了防止微生物团粒在废水由该处理设备处理后与处理后的水一同被排出处理设备，在处理设备内设置了将气泡与微生物团粒分离的气固分离装置(GSS)。气固分离装置(GSS)设置在处理设备内的气液界面下，用以捕捉气泡附着在其上而与其一起上升的微生物团粒，并通过实际利用气泡的上升流以及团粒和气泡的冲突而将气泡与微生物团粒相分离。在气固分离装置(GSS)处，与气泡分离的微生物团粒再次沉降(或下沉)到污泥床中，与废水接触，以有助于进行生物降解处理。

[0005] 在类似于升流式厌氧污泥床法的这种升流式的使用厌氧性微生物进行废水处理的方法中，从该方法的处理操作的角度来说，气固分离装置(GSS)的功能十分重要。

[0006] 从废水处理的更高负荷、设备的小型化、处理水质提升的需要角度来看，目前已提出了其中具有改进的气固分离装置(GSS)的处理设备，其中构成这种处理设备中的气固分离装置的分离壁具有特征性组合(参见专利文献1)。

[0007] 另外，为避免微生物在气固分离装置中因所受到的冲击而遭到破坏，而需要给微生物团粒提供一定的强度，目前已提供了一种方法，在该方法中，为使保持在处理设备内由厌氧性氨的氧化物微生物组成的团粒进行生物降解处理，在处理设备内添加有机凝聚剂以增大微生物之间的附着性，从而产生坚固致密的团粒，其具有优良的沉降性(参见专利文献2)。

[0008] 现有技术文献

[0009] 专利文献

[0010] 专利文献1：日本国公开专利公报——特开2001-187394号

[0011] 专利文献2：日本国公开专利公报——特开2003-24988号

发明内容

[0012] 发明要解决的问题

[0013] 以下简要说明的是现有技术的概况，以及现有技术中存在的问题。

[0014] 升流式厌氧污泥床(UASB)法是采用所谓的厌氧性微生物进行废水处理的方法，在这种方法中，自行颗粒化的微生物团粒(这种微生物团粒由厌氧性丝状甲烷菌相互缠绕形成，直径均为1～5mm且具有良好的沉降性)保持在处理设备内。升流式厌氧污泥床法的有益特征是在处理设备内将微生物以浓缩的微生物团粒状态来保持，由此提高废水处理效率。

[0015] 随着向处理设备引入的废水负荷的增加，在微生物团粒积聚的污泥床中活跃地进行利用有机物的生物降解废水处理，伴随微生物代谢产生的诸如甲烷气、二氧化碳气、氮气等各种气体的量也增加了。这些气体的一些气泡从污泥床单独上升，一些气泡则附着在微生物团粒上，而为微生物团粒增加了浮力，从而伴随着微生物团粒在处理设备内一起上升。为了防止在由废水处理设备进行废水处理后，微生物团粒与处理过的水一同排放到处理设备外，在处理设备内的气液界面下面的位置处设置了气固分离装置，用以捕捉气泡附着在其上而与气泡一起上升的微生物团粒，并通过实际利用气泡上升流以及团粒与气泡的冲突而将气泡与微生物团粒相分离。在气固分离装置处与气泡分离的微生物团粒再次沉降到污泥床中，与废水接触，以有助于进行生物降解处理。

[0016] 作为微生物团粒的多种物质是已知的，例如由微生物的自行团粒化所产生的类似团粒的物质和/或通过将微生物附着在载体上并固定在其上而成的物质。将微生物团粒保持在处理设备内以进行废水处理的厌氧性微生物处理法，在进行高负荷连续处理运转的时候，会发生以下问题。

[0017] 附着气泡的微生物团粒在气固分离装置处与气泡分离，然后会在处理设备内的水中沉降下去。当处理负荷增高时，生物降解处理变得活跃，气体发生量由此会增加。因此，与气泡分离后沉降下去的微生物团粒的量相比，仍旧附着有气泡而保留在气固分离装置中的微生物团粒的量更大，因此，气固分离装置中大量微生物团粒滞留，会干扰气固分离装置的正常运行。而且，污泥床中微生物团粒保持量减少，这样会产生废水处理效率下降的问题。此外，由于气泡分离后从气固分离装置沉降下去的微生物团粒被迫与污泥床中活跃产生的气泡及气泡流发生冲撞，微生物团粒被碎化成更小的团粒而使沉降性恶化。所述更小的团粒的碎片浮上水面，从而混入处理的水中，导致所述碎片从处理设备排出，浮游性物质(SS)值上升，致使处理后的水质劣化，这是一个问题。此外，在分离气泡后的微生物团粒从气固分离装置下沉的过程中，微生物团粒可能会与上升的气泡相接触而使上升的气泡又附着到该微生物团粒上，使所述微生物团粒可再次作为气泡附着的微生物团粒上升，降低了微生物团粒的沉降效率，这是另一个问题。

[0018] 本发明借鉴上述现有技术而提出，也就是说，本申请人通过近距离观察气泡从污泥床的上升现象及微生物团粒从气固分离装置的沉降现象，通过对有关解决该题的气固分离装置进行深思、研讨和测试，得以发明出理想的气固分离装置构造。根据本发明，在实际利用微生物团粒的废水处理方法中提供了一种废水处理设备，这种废水处理设备通过有效率地分离气泡附着的微生物团粒中的气泡，同时将上升的气泡与沉降的微生物团粒之间的接触降到最低限，这样则可防止微生物团粒不希望地混入处理的水中而流出(这是由微生物团粒的碎化所导致的)，且这种废水处理设备能够在高负荷下运转并产生水质稳定的处理水而不降低废水处理效率。

[0019] 解决问题的手段

[0020] 在根据本发明第一个方面的废水处理设备中，设置了一反应容器，微生物团粒沉淀在该反应容器的下层部中，从布置在反应容器下部的入口引入该反应容器中的废水在存在上述微生物团粒的情况下经受生物降解处理，经由生物降解处理所产生的处理水由处理水出口部排到外部，其特征在于设置有螺旋板，该螺旋板从上述入口所在的一侧延伸至所述出口部所在的一侧。

[0021] 在根据本发明第一个方面的废水处理设备中，反应容器下层部保有诸如颗粒等的微生物团粒作为污泥床，污泥床的下部借助于水泵导入废水，使废水与污泥床接触，从而对废水中含有的有机物、氮化合物进行生物降解处理。由于对废水进行生物降解处理，污泥床中会产生诸如甲烷气、二氧化碳气、氮气等各种气体。在所产生的这些气体的气泡附着在微生物团粒上时，气泡为微生物团粒提供浮力，使之在反应容器内上升。从污泥床产生的气泡及气泡附着的微生物团粒沿着螺旋板的下表面上升。在上升的过程中，由于接触冲击作用，例如气泡附着的微生物团粒与气泡以及与螺旋板下表面的接触冲击作用，气泡从气泡附着的微生物团粒上分离，微生物团粒沉降到位于螺旋板的上述下表面下方的螺旋板上表面上。沉降到所述螺旋板上表面上的微生物团粒沿着该螺旋板的上表面向下滑动，最终到达位于反应容器下部中的污泥床，在此与废水接触，从而有助于生物降解处理。在上述下滑过程中，微生物团粒避免了与从螺旋板下表面上升的气泡的接触，因而微生物团粒的不希望的破碎得到抑制。而且，下降的微生物团粒捕捉到上升的气泡而与气泡一起在反应容器中再度上升的问题不再发生，从而提高了微生物团粒的沉降性。

[0022] 在废水的连续处理中，微生物团粒的上述运动反复进行。因此，污泥床中的微生物团粒有条件自由进行浮游。处理过的水从配置在反应容器上部的处理水出口部排出到外部。而由螺旋板分离出的气泡则聚集于在反应容器上部设置的空间中，并随后被排出反应容器外。

[0023] 如果需要，只要螺旋板安装得在其附近没有空隙，则螺旋板可以是一体式的，也可以是分离式的。

[0024] 在根据本发明第二个方面的废水处理设备中，除了本发明第一个方面中的特征化配置外，本设备的另外的特征为：螺旋板具有贯穿该螺旋板设置的支柱，该支柱沿着反应容器的轴线延伸。

[0025] 在根据本发明第二个方面的废水处理设备中，除了本发明第一个方面中所述的操作之外，还可进行如下操作。也就是说，由于贯穿所述螺旋板布置了支柱，气泡及气泡附着的微生物团粒不会急速上升，而是沿着螺旋板的下表面呈螺旋状上升，从而使它们在反应容器中的滞留时间延长，从而增加了带有气泡的微生物团粒与气泡及螺旋板下表面的冲击的机会，从而实现了气固分离效率的提升。

[0026] 在根据本发明第三个方面的废水处理设备中，除了本发明第一和第二方面中的特征配置外，本设备的另外的特征在于：螺旋板的上表面、下表面沿从该螺旋板的轴部朝反应容器壁方向向上倾斜。

[0027] 在根据本发明第三个方面的废水处理设备中，除了本发明第一个方面和第二个方面中所述的操作之外，由于螺旋板的上表面、下表面沿从螺旋板的轴部朝着反应容器壁的方向向上倾斜，这样就能够带来如下有优势的操作。也就是说，能够将两种流在径向上进行分离，所述两种流中的一种流为气泡和气泡附着的微生物团粒的上升流，另一种流为微生物团粒的下降流。利用这种流的分离，则得以抑制向下流动的微生物团粒的不期望的破碎，或者至少使这种破碎降低至最低限。而且，由于气泡及气泡附着的微生物团粒趋向于聚集在反应容器壁一侧，则使得上升的气泡与气泡附着的微生物团粒的冲突紧密地进行，这样不仅提高了气固分离效率，而且还会带来如下有优势的操作。即为，由于剥离气泡后的微生物团粒趋向于集中在螺旋板的轴部附近并向下滑落，与微生物团粒从由于轴部和反应容器壁的一侧两者等高而形成的螺旋板的无倾斜上表面随意滑落的情形相比，微生物团粒的移动距离被缩短。因此，在本发明中，微生物团粒能更迅速地返回反应容器下部的污泥床，与新近引入的废水接触，以发挥生物降解处理功能，处理的效率得以提高。

[0028] 在根据本发明第四个方面的废水处理设备中，除了本发明第一、第二和第三个方面中所述的特征配置之外，该废水处理设备的再一个特征为：螺旋板包括多个螺旋单元，相邻的两个螺旋单元的相邻端部在圆周方向上相互重叠。

[0029] 在根据本发明第四个方面的废水处理设备中，除了本发明第一、第二和第三个方面中所述的操作之外，螺旋板的包括多个螺旋单元的构造带来如下的操作优点。也就是说，在螺旋板梯级处，上升中的、气泡附着的微生物团粒激烈地冲撞螺旋板下表面，因而附着在微生物团粒上的气泡更易于从所述微生物团粒分离。微生物团粒能够更迅速地返回反应容器下部的污泥床，这样使得污泥床得以保持足量的微生物团粒，从而提高废水处理效率。

[0030] 在根据本发明第五个方面的废水处理设备中，除了本发明第一、第二和第三个方面中所述的特征配置之外，该废水处理设备的再一个特征为：螺旋板包括多个螺旋单元，其中，至少有一对相邻的两螺旋单元旋转方向相反，该对相邻的两螺旋单元的相邻端部在圆周方向上以给定的角度相互间隔。

[0031] 在根据本发明第五个方面的废水处理设备中，除了本发明第一、第二和第三个方面中所述的操作之外，还能够实现下述有优势的操作。也就是说，由气泡及气泡附着的微生物团粒组成的上升流在螺旋单元的末端处(此处螺旋方向改变)被迫改变其转动方向，这样该上升流在该端处被扰动。结果，与上升流沿着其螺旋方向在给定的共同方向上延伸的螺旋单元进行流动相比，主要由所述上升流方向改变所导致的该上升流的紊流产生了气泡及微生物团粒被从气泡附着的微生物团粒上抖落的现象，这样，气泡容易从气泡附着的微生物团粒上分离，得以更进一步提高气固分离效率。此外，气泡分离后的微生物团粒从螺旋单元的端部沉降到下方的螺旋单元之后，沉降点并不在下方螺旋单元的上表面上处于上方螺旋单元的所述端部正下方的位置附近，而是位于该处于正下方的螺旋单元的端部更向下的位置处。下降到上述沉降点的微生物团粒沿着螺旋单元的上表面滑落，这一滑落动作重复进行，并最终返回污泥床。在相邻的螺旋单元端部处于圆周方向上不同的位置上时，永不会发生微生物团粒经过所有的螺旋单元上表面的整个路径滑落的问题，这样就缩短了团粒的移动距离。结果，与使用这样的螺旋板(其中相邻螺旋单元的端部在圆周方向上没有处于不同的位置)的情况相比，分离气泡后的微生物团粒能够更迅速地返回污泥床，这样，位于反应容器下层部的污泥床中能保持更多的微生物团粒以进行生物降解处理，从而提高废水处理效率。

[0032] 在根据本发明第六个方面的废水处理设备中，除了本发明第一至第五个方面中所述的特征配置之外，该废水处理设备的再一个特征为：螺旋板的下表面上设置有阻碍和阻止气泡及气泡附着的微生物团粒上升流的挡板。

[0033] 在根据本发明第六个方面的废水处理设备中，除了本发明第一至第五个方面中所述的操作之外，还能够实现下述有优势的操作。由于在螺旋板的下表面设置了挡板，以阻碍气泡及气泡附着的微生物团粒的上升(即向上运动)。当给定量的气泡及气泡附着的微生物团粒聚集时，它们就会从挡板迅速上升并沿螺旋板的下表面行进，产生急剧的上升流。优选的情况为：由形成上升流的气泡团在沿着螺旋板下表面上升的同时，逐步捕捉位于该螺旋板上侧处的气泡团。因此，上升的气泡与气泡附着的微生物团粒发生激烈冲撞，使得微生物团粒上附着的气泡容易被分离。结果，微生物团粒得以迅速返回处于反应容器下部的污泥床，从而提高废水处理效率。所述挡板阻碍气泡及附着气泡的微生物团粒沿螺旋板下表面上升。但是，各个挡板的高度不应过度妨碍所述上升流，且各个挡板自由端可具有线性平坦形状，或为锯齿状。

[0034] 在根据本发明第七个方面的废水处理设备中，除了本发明第一至第六个方面中所述的特征配置之外，该废水处理设备的再一个特征为：螺旋板具有埋置在污泥床中的部分，所述污泥床由沉积在反应容器下层部中的微生物团粒构成。

[0035] 在根据本发明第七个方面的废水处理设备中，除了本发明第一至第六个方面中所述的操作之外，还能够实现下述有优势的操作。由于螺旋板的一部分埋置在污泥床中，引入反应容器的废水被迫沿着螺旋板在污泥床中运动，从而防止了如下不希望的现象的发生(即，废水短路径流动，亦即污泥床中的废水在短时间内穿过污泥床的现象)，这样能够延长废水在污泥床中与微生物团粒的接触时间，提高接触/混合的效果。此外，由于由螺旋板对废水进行强制引导，从而能够防止具有高浮游性物质(SS)值的废水流产生沉淀，这样则抑制由如此沉淀可能引起的不希望的反应容器阻塞，从而提升污泥床中的接触/混合效果。而且，无论废水进入反应容器中的引入方式如何，都能够防止不希望的废水的短路径流动。

[0036] 发明的效果

[0037] 正如以上说明所述，本发明在处理设备内部配置了螺旋板，使螺旋板拥有气固分离功能。利用该螺旋板而有效地从气泡附着的微生物团粒上分离气泡。而且，通过将气泡与沉降的微生物团粒的接触降到最低限，这样则能够防止由于微生物团粒的碎化所导致的微生物团粒与处理水的不希望混合，或者至少使此种混合最小化。因此，根据本发明所提供的废水处理设备能够在高负载下运转，并能够在不降低废水处理效率的情况下产生水质稳定的处理水。

[0038] 此外，本发明能够抑制上升的气泡附着在下沉的微生物团粒上而再次形成气泡附着的微生物团粒且形成的该气泡附着的微生物团粒再次上升的不希望的现象，或者使该现象的发生至少最小化。从而能够抑制微生物团粒的破碎，并提高微生物团粒的沉降效率。

附图说明

[0039] 图1为本发明废水处理设备的第1实施例的示意图(侧视图)；

[0040] 图2为本发明废水处理设备的第1实施例中使用的反应容器内部放大视图；

[0041] 图3为本发明废水处理设备的第2实施例的示意图(侧视图)；

[0042] 图4为本发明废水处理设备的第2实施例中使用的反应容器内部的放大视图；

[0043] 图5为本发明废水处理设备的第3实施例的示意图(侧视图)；

[0044] 图6为本发明废水处理设备的第3实施例的示意图(平面图)；

[0045] 图7为本发明废水处理设备的第3实施例的示意图(平面图)；

[0046] 图8为本发明废水处理设备的第4实施例的示意图(侧视图)；

[0047] 图9为本发明废水处理设备的第5实施例的示意图(侧视图)；

[0048] 图10为本发明废水处理设备的第6实施例的示意图(侧视图)。

具体实施方式

[0049] 以下参照图来说明本发明的具体实施方式。

[0050] [第1实施例]

[0051] 图1和图2是本发明废水处理设备的第1实施例的示图。

[0052] 如图1所示，废水处理设备100包括：反应容器1；保持在反应容器1下部的、包括微生物团粒的污泥床9；沿着反应容器1的轴线而在反应容器1的下端和上端之间延伸的支柱2；在反应容器1的壁(或内壁面)与支柱2之间设置的螺旋板3，该螺旋板在反应容器1内的污泥床9上表面9a与反应容器1的气液界面之间以所谓的螺旋形式延伸。螺旋板3的上表面、下表面在反应容器1中向上螺旋延伸，而相对于反应容器1的底壁限定一定角度，例如限定10度到60度的角度。上述角度的确定应允许气泡10、气泡附着的微生物团粒12和微生物团粒11沿螺旋板3运动而不对它们造成妨碍，并确定为避免角度过陡而导致微生物团粒11破碎为更小的团粒。也就是说，通过设计而设定适当的角度。螺旋板3的上表面、下表面在支柱2(即，轴线)一侧以及在反应容器1的壁所在侧处于同一高度。螺旋板3的上翼片部和下翼片部之间的距离如此确定，即：即使气泡附着的微生物团粒12与微生物团粒11相向运动，也能阻止它们相互接触和互相干扰。考虑到这一点，上述距离确定为10mm或更大，其最小值应为微生物团粒11的大小1～5mm中最大值的2倍。也就是说，根据引入反应容器1中的微生物团粒11的大小来确定所述距离，且将该距离确定为使得气泡10和微生物团粒11的运动不互相干扰。如果仅通过反应容器1的壁来实现螺旋板3的固定，上述支柱2可以省略。在省略支柱2的情况下，为了避免气泡10及气泡附着的微生物团粒12偏离螺旋板3下表面而径直上升，优选将螺旋板3的半径确定为大于反应容器
1的半径的值。

[0053] 废水6借助于进水泵5而从反应容器1下部引入反应容器1内并被引导至污泥床9。在反应容器1中处理过的水(处理水)7从反应容器1上部排出到外部。作为处理水
7的排出方式的示例，在一种系统中在气液界面位置处为反应容器1的壁布置浮游性物质(SS)捕集器4，溢流过该浮游性物质捕集器4的处理水7被排出到外部。

[0054] 图2显示了反应容器1中配置的螺旋板3，其以放大图的形式示意性地显示了反应容器1的内部，以显示气泡10、气泡附着的微生物团粒12以及气泡10被分离后的微生物团粒11的运动(即运动方向)。

[0055] 在图2中，附图标记10表示气泡，附图标记11表示微生物团粒，附图标记12表示气泡附着的微生物团粒，附图标记13表示气泡10及气泡附着的微生物团粒12的运动方向，附图标记14表示微生物团粒11的运动方向，附图标记16表示气泡分离后的微生物团粒11的沉降方向。

[0056] 下面通过图1、图2，对具有上述构造的第1实施例的操作进行说明。

[0057] 废水6借助水泵5，从反应容器1下部引入反应容器1内的污泥床9。从反应容器1下部引入污泥床9的废水6被强制与微生物团粒11接触、混合，接受生物降解处理。在污泥床9处通过生物降解处理所产生的气体形成为气泡10并附着在微生物团粒11上，而为所述微生物团粒提供一定的浮力，而使之在反应容器1内上升。从污泥床9上升的气泡
10及气泡附着的微生物团粒12沿着螺旋板3的下表面、顺着显示气泡10及气泡附着的微生物团粒12的运动方向的指示方向13上升。在上升的过程中，由于气泡10的流动、接触以及与螺旋板3的接触冲击，气泡10与微生物团粒11分离。正如显示气泡分离后的微生物团粒的沉降方向的箭头16所示，微生物团粒11降落或下沉到处于上述螺旋板3部分下方的螺旋板3的上表面上。然后，微生物团粒11沿着该螺旋板3上表面滑下，最终返回位于反应容器1下部的污泥床9中，在此处，微生物团粒11与废水6混合接触，发挥生物降解处理功能。在此过程中，微生物团粒11沿着螺旋板3的上表面滑落，避免了与上升的气泡
10的接触，或至少使这种接触最小化，从而抑制微生物团粒11的破碎，或者至少将所述破碎控制在最低限度。而且，从不会发生气泡10附着在微生物团粒11上使之再度上升的现象，从而改进了沉降性。也就是说，正如显示气泡附着的微生物团粒12的运动方向的箭头
13与显示微生物团粒11的运动方向的箭头14所示的那样，气泡10和与气泡分离后的微生物团粒11隔着处于它们之间的螺旋板3被迫进行反向移动，因而二者之间不发生接触。

[0058] 在反应容器1内，从微生物团粒11分离的气泡10被集中在设置于反应容器1上部的空间8a中，作为产生的气体从上部排出。另外，废水6在反应容器1中接受处理而形成处理水7，在通过螺旋板3分离微生物团粒11后，处理水7从反应容器1排出。例如所述的排出是通过浮游性物质(SS)捕集器4执行的。

[0059] 通过沿着上述螺旋板3的轴线而在该螺旋板中设置支柱2，或者使螺旋板3的半径确定为等于或大于反应容器1的半径的值，由此能够抑制不希望的现象即短路径流动现象的发生，在短路径流动中，气泡10及气泡附着的微生物团粒12将会脱离螺旋板3的下表面。

[0060] [第2实施例]

[0061] 图3是显示本发明中废水处理设备的第2实施例的示图。

[0062] 图4除显示了图3中的反应容器1、支柱2和螺旋板31外，还显示了气泡10、气泡分离后的微生物团粒11，以及气泡附着的微生物团粒12。而且，为了说明气泡和微生物团粒的运动，图4还显示了气泡分离后的微生物团粒的沉降方向16。借助于图3，下面将描述第2实施例中螺旋板31的固定方式。

[0063] 第2实施例中，除了螺旋板31的形状外，废水处理设备的结构与第1实施例中相同。上述螺旋板31的上表面和下表面在从螺旋板31的支柱2(即轴线)至反应容器1壁的方向上向上倾斜，倾斜角度例如为30度。该角度确定为允许气泡10、气泡附着的微生物团粒12和微生物团粒11沿螺旋板3运动而不对其产生阻碍，并将其确定为不会将微生物团粒11破碎为更小的团粒(这是由过陡的角度所导致的)。

[0064] 接下来，参照图3和图4，对具有上述配置的第2实施例的操作进行说明。

[0065] 与第1实施例的操作不同之处如下。在第2实施例中，螺旋板31以上述的方式配置。利用这种配置能够将两种流在反应容器的径向上进行分离，其中一种为气泡10及气泡附着的微生物团粒12的上升流，另一种为微生物团粒11的下降流。而且，由于气泡10和气泡附着的微生物团粒12在上升之前集中在反应容器1的壁附近，因此，它们比在第1实施例中受到更高的接触冲击，从而能够提高气固分离效果。另外，分离了气泡10的微生物团粒12集中在支柱2附近，然后沿螺旋板31的上表面滑下，它们能更迅速地返回位于反应容器1下部的污泥床9，以发挥生物降解处理作用，从而可期待处理效率的提高。

[0066] [第3实施例]

[0067] 图5和图6是显示本发明中废水处理设备的第3实施例的示图。

[0068] 如图5所示，除了螺旋板32的形状外，废水处理设备100的构造与第1实施例中相同。上述螺旋板32由多个螺旋单元构成。例如，各个螺旋单元为相对于支柱2的轴线具有180度圆弧角度的半圆螺旋板。相邻的两个螺旋单元的端部在圆周方向上相重叠。

[0069] 图6是废水处理设备100的平面图，反应容器1周边的数字(1～12)是为了说明螺旋单元端部之间的位置关系。这些数字对应时钟盘面上布置的数字。

[0070] 假想的整体式螺旋板32由三个螺旋单元(即，下部单元、中间单元和上部单元)构成，三个螺旋单元在轴向上围绕支柱2以相等的间隔布置。各个螺旋单元的端部与和相邻螺旋单元的端部重叠30度的角度。对于具有上述构造的螺旋板32，如果下部螺旋单元的始端(即，弧起始位置)处于数字12的位置，该下部螺旋单元的、与所述始端在逆时针方向上相间隔的尾端(即，弧结束位置)占据数字6所处的位置。在这种情况下，中间螺旋单元的始端(即，弧起始位置)处于数字7的位置并与所述下部螺旋单元的所述尾端(即，弧结束位置)重叠30度的角度。类似地，在逆时针方向上与中间螺旋单元的始端相间隔的该中间螺旋单元的尾端(即，弧结束位置)处于数字1所示的位置，并与上部螺旋单元的始端(即，弧起始位置，其处于数字2所示的位置)重叠30度的角度。该上部螺旋单元的尾端(即，弧结束位置)在逆时针方向上与其始端相间隔开，并处于数字8所指示的位置。就如上面所述的这样，通过将相邻螺旋单元的相应端部设置为在圆周方向上彼此相重叠，能够抑制气泡10和气泡附着的微生物团粒12短距离上升的不希望现象，或者至少将其抑制至最低限度。

[0071] 应注意到：上述多个螺旋单元设置的旋转方向并不仅限于上面所述的旋转方向。也就是说，并不必需所有螺旋单元都构造成具有相同的旋转方向。如果需要的话，也可将一对相邻螺旋单元之一的旋转方向构造为与其配对的那个螺旋单元的旋转方向相反。也就是说，如果下部螺旋单元设置成当其螺旋翼片在顺时针方向上旋转时，所述螺旋翼片看起来好像是进行自下而上的向上运动，上部螺旋单元则可设置成当其螺旋翼片在逆时针方向上转动时，其螺旋翼片看起来好像是进行自下而上的向上运动。

[0072] 图7是废水处理设备的平面图，该废水处理设备包括对于每个螺旋单元来说其转动方向均改变的多个螺旋单元。图7中假想的一体式螺旋板包括三个(下、中、上)螺旋单元，每个螺旋单元均为相对于支柱2具有180度的弧形角度的半螺旋板。也就是说，每个半圆形螺旋板的相对两端之间限定了180度的角度。围绕支柱布置的三个螺旋单元的相应端部在圆周方向上彼此相隔30度角。

[0073] 在具有此种构造的螺旋板32中，如果下部螺旋单元的始端(即，弧起始位置)位于数字12指示位置，该下部螺旋单元在逆时针方向上与所述始端相间隔的尾端(即，弧结束位置)则处于数字6指示的位置。在这种情况下，中间螺旋单元的始端(即，弧起始位置)位于数字5指示位置且与下部螺旋单元的尾端(即，弧结束位置)相隔30度角。类似地，中间螺旋单元的尾端(即，弧结束位置，其在逆时针方向上与中间螺旋单元的始端相间隔)处于数字11指示的位置，且与上部螺旋单元的始端(即，弧起始位置，其处于数字12指示位置)相间隔30度。上螺旋单元的尾端(即，弧结束位置，与该上螺旋单元的始端在逆时针方向上相间隔)处于数字6所指示的位置。

[0074] 如上所述，相邻螺旋单元设置成使其相应的端部在圆周方向上彼此相隔一定的角度，这样则能够抑制气泡10和气泡附着的微生物团粒12短距离上升的不希望现象，或者将该现象至少限制在最低限度。在上述示例中，将相邻的端部之间的角距离设为30度。当气泡10和气泡附着的微生物团粒12从位于下方的螺旋单元向位于上方的螺旋单元上升时，会与气液混合物的上升流一同产生剧烈的搅动。因此，为了确实抑制气泡10和气泡附着的微生物团粒12在反应容器内的自由、快速上升，应当将相邻螺旋单元的调节端部之间限定的角距离设为等于30度或大于30度，优选地，该角距离应为90度左右。

[0075] 在图6和图7中的示例描述了具有特定构造的螺旋板32。但是，螺旋单元的数目、各个螺旋单元的始端和尾端之间限定的角度、相邻螺旋单元的端部之间在圆周方向上相重叠的角度、螺旋单元的旋转方向、相邻螺旋单元的端部之间的角距离均可根据反应容器1的尺寸等进行适宜的设计。而且，各螺旋单元端部间的间隙大小应等于或大于微生物团粒11的大小，也就是说，应将其设计为不会致使微生物团粒11破碎。

[0076] 接下来，对具有上述构造的第3实施例的操作进行说明。

[0077] 与第1实施例的操作差别叙述如下。在第3实施例中，螺旋板32的构造如上所述。利用这种构造，在各个螺旋单元端部间隙处上升的气泡附着的微生物团粒12由于所述团粒与螺旋板32的碰撞而导致的冲击作用，而使气泡10更容易被分离。因此，微生物团粒11能迅速返回反应容器1下部的污泥床9，发挥生物降解处理作用，以提高废水处理效率。

[0078] 在上述的螺旋板32中，如果至少有一对相邻的两个螺旋单元设置成旋转方向相反，则包括有气泡10及气泡附着的微生物团粒12的上升流则在旋转方向改变的端部处被迫改变其运行方向并发生剧烈的搅动。结果，与由具有相同的旋转方向的成对螺旋单元所产生的一致的上升流相比，由于相反旋转方向所导致的上升流的猛烈搅动作用，这样则产生了气泡10及微生物团粒11被从气泡附着的微生物团粒12上抖落的现象，这样气泡10易于从气泡附着的微生物团粒12上分离，从而实现气固分离效率的进一步提高。

[0079] 如上所述，如果螺旋板32设置成使得相邻螺旋单元的端部在圆周方向上彼此相隔给定的角度，气泡10分离后的微生物团粒12在从螺旋单元端部朝下方的螺旋单元沉降时，沉降点并不在下方螺旋单元上侧上、处于在上的螺旋单元所述端部正下方的位置附近，而是处于该下方螺旋单元的更向下的位置处。(沉降点的位置依据下述因素而变化，即螺旋单元(螺旋翼片)的始端和尾端所限定的角度；以及由螺旋单元的尾端与在圆周方向上与该螺旋单元相间隔的相邻螺旋单元的始端所限定的角度。例如，当一个螺旋单元(或上螺旋单元)的始端和尾端之间限定的角度为360度，且在该螺旋单元的尾端与相邻螺旋单元(下部螺旋单元)的始端之间限定的角度为30度时，沉降点位于所述相邻螺旋单元的下侧。而在一个螺旋单元的始端和尾端之间限定的角度为270度，且在该螺旋单元的尾端与相邻螺旋单元的始端之间限定的角度为90度时，沉降点不处在所述相邻螺旋单元上，而是处于所述相邻螺旋单元下面的另一个螺旋单元上)。降落在沉降点的所述微生物团粒12沿着螺旋单元的上表面滑落，这一滑落动作持续进行而最终返回污泥床9。

[0080] 因此，当一个螺旋单元的尾端与相邻螺旋单元的始端于圆周方向上相隔给定的角度时，微生物团粒12并不在全部螺旋单元的上表面上滑落，这样就缩短了微生物团粒12至污泥床9的运行路径。结果，与螺旋板32中上螺旋单元的尾端与下螺旋单元的始端在圆周方向上彼此并不相间隔的情况相比，气泡10分离后的微生物团粒12能够更迅速地返回污泥床9，从而使反应容器1下部的污泥床9能够保持更多的微生物团粒12以进行生物降解处理，这样则可进一步提高废水处理效率。

[0081] [第4实施例]

[0082] 图8是显示本发明中废水处理设备的第4实施例的示图。

[0083] 除了在螺旋板3的下表面安装了用于阻碍或阻挡气泡10及气泡附着的微生物团粒12的上升流的挡板15外，第4实施例中废水处理设备100的构造与第1实施例中相同。螺旋板3设置成以螺旋的方式围绕支柱2，挡板15固定在螺旋板3的下表面上以阻碍或阻挡气泡10及气泡附着的微生物团粒12的上升流。上述挡板15之间的跨度根据反应容器
1的尺寸以及微生物团粒11的大小而适当确定，例如，以螺旋板3的始端为起点围绕支柱2以60度的间隔设置所述挡板。但是挡板15之间的跨度也可以根据设计适当确定，即：所述跨度可依据其位置而逐渐增大或减小。

[0084] 由挡板15所保持的气泡10及气泡附着的微生物团粒12的量超过预定的限制范围时，气泡10及气泡附着的微生物团粒12将被迫沿着螺旋板3的下侧上升。在这种情况下，为了使气泡附着的微生物团粒12进行气固分离，挡板15需贮留气泡10及气泡附着的微生物团粒12而导致所需的上升速度。为此目的，各个挡板15的高度依据废水、气体(气泡)的特性及表面张力而适当确定。此外，各个挡板15的高度应确定为在气泡10及气泡附着的微生物团粒12溢流过挡板15而迅速上升时，不会致使气泡附着的微生物团粒12破碎。

[0085] 各个挡板15的宽度与螺旋板3的宽度相同。挡板15在支柱2与反应容器1壁之间无间隙地延伸。各个挡板15的外端可具有锯齿形状。在这种情况下，由挡板15保持的气泡10及气泡附着的微生物团粒12能一点点地逐渐溢流过挡板15，这样能够抑制微生物团粒11的不希望的破碎，或至少使所述破碎最小化。上述现象(气泡10及气泡附着的微生物团粒12溢流过挡板15的现象)最好能够连续发生，通过调整由挡板15所贮留的气泡10以及气泡附着的微生物团粒12的量则可实现所述的连续溢流。

[0086] 接下来，对具有此种构造的第4实施例的操作进行说明。

[0087] 与第1实施例的差别如下。在第4实施例中，螺旋板3上设置了挡板15，气泡10及气泡附着的微生物团粒12的上升流受到阻碍，从而使得气泡10及气泡附着的微生物团粒12由所述挡板15暂时贮留。一旦气泡10及气泡附着的微生物团粒12的量超过了由挡板15所确定的保持界限，气泡10及气泡附着的微生物团粒12就溢流过挡板15，沿着螺旋板3的下表面立即上升。当气泡10及气泡附着的微生物团粒12溢流过挡板15时，则产生了迅速的上升流，该上升流促使气泡10从气泡附着的微生物团粒12上分离。

[0088] 也就是说，气泡10与气泡附着的微生物团粒12一同被挡板15暂时保持并成长为更大的气泡，这样气泡10能够快速上升，对于微生物团粒11的接触冲击也更强，提升了气固分离效果。

[0089] 当气泡10及气泡附着的微生物团粒12溢流过位于下方的挡板15时，气泡10沿着螺旋板3的下表面上升而以猛烈的上升流到达位于上方的挡板15。优选的情况为：由于所述猛烈的上升流所产生的冲击，贮留在上方的挡板15处的气泡10及气泡附着的微生物团粒12也急速溢流过该位于上方的挡板15。如果这种现象在位于上方的多个挡板15处连续发生，气泡10则非常有效地与气泡附着的微生物团粒12分离，能够实现气固分离效率的更进一步提高。

[0090] [第5实施例]

[0091] 图9是显示本发明中废水处理设备的第5实施例的示图。

[0092] 在本实施例的废水处理设备100中，螺旋板3延伸到污泥床9中。

[0093] 接下来，对具有此种构造的第5实施例的操作进行说明

[0094] 与第1实施例的操作差别如下。在第5实施例中，由于螺旋板3一直延伸到污泥床9中这种配置，被引入反应容器1中的废水6沿着螺旋板3被引入污泥床9中。与第1实施例中的情况相比，废水6在污泥床9中与微生物团粒11的接触时间延长，从而能够防止废水6被迫从污泥床9直接向上流动而在短时间内从污泥床9排出的不希望的短距离流动。
也就是说，在该实施例中提高了微生物团粒12与废水6的接触混合效果。存在多种将废水
6引入污泥床9中的方法，一种方法为：在反应容器1下部形成多个开口，废水6通过所述开口引入反应容器1中并被向上引导。另一种方法为：在反应容器1下部形成开口，废水6通过该开口而水平地被引入污泥床9中。但是，与废水6的引入方式无关，由于废水6是被强制地利用螺旋板3导入污泥床9中，这样能使得高浮游性物质(SS)废水流没有沉淀，这样就能抑制由此种沉淀可能引起的反应容器1阻塞，从而提高污泥床的接触混合效果。在上面的示例中，螺旋板3延伸到污泥床9中。不过，如果需要的话，埋入污泥床9中的螺旋部分也可以是独立设置的。

[0095] [第6实施例]

[0096] 图10是显示本发明中废水处理设备的第6实施例的示图。

[0097] 在废水处理设备100的第六实施例中，在污泥床9中设置了半圆形的螺旋板32。每个螺旋板32与第3实施例中的螺旋板32相同。

[0098] 与第1实施例的操作差别如下。在第6实施例中，螺旋板32设置在污泥床9中。由于螺旋板32设置在污泥床9中，引入反应容器1中的废水6沿着螺旋板32被导入污泥床9。也就是说，与第1实施例的操作相比，废水6在污泥床9中与微生物团粒11的接触时间延长，从而能够防止废水6从污泥床9中不希望地短距离流出，这样就提高了废水6与微生物团粒11的接触混合效果。而且，由于螺旋板32由多个螺旋单元构成，废水6被强制地由螺旋板32引导，能防止高浮游性物质废水具有沉淀部分，从而抑制由该沉淀部分引起的反应容器1的不希望的阻塞，提高了污泥床中的接触混合效果。此外，由于实际利用了多个螺旋单元的端部之间的间隙，气泡10更易于从气泡附着的微生物团粒12中分离，能够抑制污泥床9中因微生物团粒11的溢出或上升而造成的微生物团粒11的不希望减少，从而提高生物降解处理效率。

[0099] 在上面的内容中只对所记的具体例子做了详细说明，但在本发明限定的技术范围内，本领域技术人员能够对所述实施例进行多种变更。也就是说，所作的变更当然属于权利要求所限定的范围。

[0100] 在上述描述中，反应容器1为圆柱体的密闭构造，但反应容器并不限于圆柱体。也就是说，反应容器1可以为截面为多边形的棱柱形状。而且，如果不需要进行气体回收，反应容器也可以采取开放式结构。

[0101] 另外，反应容器1、支柱2、螺旋板3、31、32的材质，可以使用诸如混凝土、金属或塑料等耐腐蚀性材料。

[0102] 而且，在上述第3实施例中，所述的螺旋板32的始端和尾端之间限定了180度的角度，但所述始端和尾端之间的角度可以根据设计适当确定。

[0103] 在第1～6的实施例中，仅详细说明了单螺旋板，但是，如果需要的话，即根据反应容器1的大小和/或废水处理设备的负荷，也可以使用双层或以上的螺旋板，形成多重螺旋构造。也就是说，通过错开螺旋板的始端，能够在反应容器中设置双螺旋板、三螺旋板或更多螺旋板。在这种情况下，可将反应容器1中的内部分割成两个或更多个空间。由此而提高气固分离效果，增大废水处理设备的功能。

[0104] 附图标记说明

[0105] 1反应容器

[0106] 2支柱

[0107] 3，31，32螺旋板

[0108] 4浮游性物质捕集器

[0109] 5水泵

[0110] 6废水

[0111] 7处理水

[0112] 8产生的气体

[0113] 8a反应容器上部设置的空间

[0114] 9污泥床

[0115] 9a污泥床上表面

[0116] 10气泡

[0117] 11微生物团粒

[0118] 12气泡附着的微生物团粒

[0119] 13气泡及气泡附着的微生物团粒的运动方向

[0120] 14微生物团粒的运动方向

[0121] 15挡板

[0122] 16气泡分离后的微生物团粒的沉降方向