專利名稱：廢水處理設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用厭氧性微生物來處理廢水的一種用于廢水處理的設備(下文中稱作廢水處理設備)。
背景技術：
作為一種借助于厭氧性微生物而對廢水進行高速處理的方法，升流式厭氧污泥床 (Up-flow Anaerobic Sludge Bed，縮寫為UASB)法為人所知。此種方法是采用所謂的厭氧性微生物進行廢水處理的方法，在這種方法中，自行顆粒化的微生物團粒(這種微生物團粒由厭氧性絲狀甲烷菌相互纏繞形成，直徑均為1 5mm且具有良好的沉降性)保持在處理設備內。升流式厭氧污泥床法的特征是將微生物保持為濃縮的微生物團粒狀態，提高處理效率。在像升流式厭氧污泥床法這種升流式的使用厭氧性微生物來處理廢水的方法中， 將微生物自行顆粒化所形成的團粒狀物質以及通過將微生物放置到載體上并將其固定所產生的物質作為微生物團粒保持在處理設備內，以提升廢水處理的效率。微生物團粒大部分被保持在處理設備的下部以形成污泥床。在這種處理法中，在同一設備內進行微生物的增殖、保持以及處理過的水與微生物的分離。廢水經過使用厭氧性微生物的廢水處理，廢水中的有機物和氮氧化物在包括厭氧性微生物的微生物團粒中經受生物降解，由此產生諸如甲烷氣、二氧化碳氣和氮氣等各種氣體。由于污泥床中保持有大量微生物，一旦廢水被注入污泥床，生物降解處理便活躍地進行，使得氣體以氣泡形式從污泥床上升至處理設備的上部。這些氣泡中的一些氣泡是從污泥床單獨上升的，一些則附著在微生物團粒上，而為所述微生物團粒增加了浮力，并與微生物團粒在處理設備內一起上升。為了防止微生物團粒在廢水由該處理設備處理后與處理后的水一同被排出處理設備，在處理設備內設置了將氣泡與微生物團粒分離的氣固分離裝置 (GSS)。氣固分離裝置(GSQ設置在處理設備內的氣液界面下，用以捕捉氣泡附著在其上而與其一起上升的微生物團粒，并通過實際利用氣泡的上升流以及團粒和氣泡的沖突而將氣泡與微生物團粒相分離。在氣固分離裝置(GSQ處，與氣泡分離的微生物團粒再次沉降(或下沉)到污泥床中，與廢水接觸，以有助于進行生物降解處理。在類似于升流式厭氧污泥床法的這種升流式的使用厭氧性微生物進行廢水處理的方法中，從該方法的處理操作的角度來說，氣固分離裝置(GSS)的功能十分重要。從廢水處理的更高負荷、設備的小型化、處理水質提升的需要角度來看，目前已提出了其中具有改進的氣固分離裝置(GSS)的處理設備，其中構成這種處理設備中的氣固分離裝置的分離壁具有特征性組合(參見專利文獻1)。另外，為避免微生物在氣固分離裝置中因所受到的沖擊而遭到破壞，而需要給微生物團粒提供一定的強度，目前已提供了一種方法，在該方法中，為使保持在處理設備內由厭氧性氨的氧化物微生物組成的團粒進行生物降解處理，在處理設備內添加有機凝聚劑以增大微生物之間的附著性，從而產生堅固致密的團粒，其具有優良的沉降性(參見專利文獻2)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本國公開專利公報專利文獻2 日本國公開專利公報
發明內容
發明要解決的問題以下簡要說明的是現有技術的概況，以及現有技術中存在的問題。升流式厭氧污泥床(UASB)法是采用所謂的厭氧性微生物進行廢水處理的方法， 在這種方法中，自行顆粒化的微生物團粒(這種微生物團粒由厭氧性絲狀甲烷菌相互纏繞形成，直徑均為1 5mm且具有良好的沉降性)保持在處理設備內。升流式厭氧污泥床法的有益特征是在處理設備內將微生物以濃縮的微生物團粒狀態來保持，由此提高廢水處理效率。隨著向處理設備引入的廢水負荷的增加，在微生物團粒積聚的污泥床中活躍地進行利用有機物的生物降解廢水處理，伴隨微生物代謝產生的諸如甲烷氣、二氧化碳氣、氮氣等各種氣體的量也增加了。這些氣體的一些氣泡從污泥床單獨上升，一些氣泡則附著在微生物團粒上，而為微生物團粒增加了浮力，從而伴隨著微生物團粒在處理設備內一起上升。 為了防止在由廢水處理設備進行廢水處理后，微生物團粒與處理過的水一同排放到處理設備外，在處理設備內的氣液界面下面的位置處設置了氣固分離裝置，用以捕捉氣泡附著在其上而與氣泡一起上升的微生物團粒，并通過實際利用氣泡上升流以及團粒與氣泡的沖突而將氣泡與微生物團粒相分離。在氣固分離裝置處與氣泡分離的微生物團粒再次沉降到污泥床中，與廢水接觸，以有助于進行生物降解處理。作為微生物團粒的多種物質是已知的，例如由微生物的自行團粒化所產生的類似團粒的物質和/或通過將微生物附著在載體上并固定在其上而成的物質。將微生物團粒保持在處理設備內以進行廢水處理的厭氧性微生物處理法，在進行高負荷連續處理運轉的時候，會發生以下問題。附著氣泡的微生物團粒在氣固分離裝置處與氣泡分離，然后會在處理設備內的水中沉降下去。當處理負荷增高時，生物降解處理變得活躍，氣體發生量由此會增加。因此，與氣泡分離后沉降下去的微生物團粒的量相比，仍舊附著有氣泡而保留在氣固分離裝置中的微生物團粒的量更大，因此，氣固分離裝置中大量微生物團粒滯留，會干擾氣固分離裝置的正常運行。而且，污泥床中微生物團粒保持量減少，這樣會產生廢水處理效率下降的問題。 此外，由于氣泡分離后從氣固分離裝置沉降下去的微生物團粒被迫與污泥床中活躍產生的氣泡及氣泡流發生沖撞，微生物團粒被碎化成更小的團粒而使沉降性惡化。所述更小的團粒的碎片浮上水面，從而混入處理的水中，導致所述碎片從處理設備排出，浮游性物質(SS) 值上升，致使處理后的水質劣化，這是一個問題。此外，在分離氣泡后的微生物團粒從氣固分離裝置下沉的過程中，微生物團粒可能會與上升的氣泡相接觸而使上升的氣泡又附著到該微生物團粒上，使所述微生物團粒可再次作為氣泡附著的微生物團粒上升，降低了微生物團粒的沉降效率，這是另一個問題。
-特開 2001-187394 號 -特開 2003-24988 號
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本發明借鑒上述現有技術而提出，也就是說，本申請人通過近距離觀察氣泡從污泥床的上升現象及微生物團粒從氣固分離裝置的沉降現象，通過對有關解決該題的氣固分離裝置進行深思、研討和測試，得以發明出理想的氣固分離裝置構造。根據本發明，在實際利用微生物團粒的廢水處理方法中提供了一種廢水處理設備，這種廢水處理設備通過有效率地分離氣泡附著的微生物團粒中的氣泡，同時將上升的氣泡與沉降的微生物團粒之間的接觸降到最低限，這樣則可防止微生物團粒不希望地混入處理的水中而流出(這是由微生物團粒的碎化所導致的)，且這種廢水處理設備能夠在高負荷下運轉并產生水質穩定的處理水而不降低廢水處理效率。解決問題的手段在根據本發明第一個方面的廢水處理設備中，設置了一反應容器，微生物團粒沉淀在該反應容器的下層部中，從布置在反應容器下部的入口引入該反應容器中的廢水在存在上述微生物團粒的情況下經受生物降解處理，經由生物降解處理所產生的處理水由處理水出口部排到外部，其特征在于設置有螺旋板，該螺旋板從上述入口所在的一側延伸至所述出口部所在的一側。在根據本發明第一個方面的廢水處理設備中，反應容器下層部保有諸如顆粒等的微生物團粒作為污泥床，污泥床的下部借助于水泵導入廢水，使廢水與污泥床接觸，從而對廢水中含有的有機物、氮化合物進行生物降解處理。由于對廢水進行生物降解處理，污泥床中會產生諸如甲烷氣、二氧化碳氣、氮氣等各種氣體。在所產生的這些氣體的氣泡附著在微生物團粒上時，氣泡為微生物團粒提供浮力，使之在反應容器內上升。從污泥床產生的氣泡及氣泡附著的微生物團粒沿著螺旋板的下表面上升。在上升的過程中，由于接觸沖擊作用，例如氣泡附著的微生物團粒與氣泡以及與螺旋板下表面的接觸沖擊作用，氣泡從氣泡附著的微生物團粒上分離，微生物團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團粒沿著該螺旋板的上表面向下滑動，最終到達位于反應容器下部中的污泥床，在此與廢水接觸，從而有助于生物降解處理。在上述下滑過程中，微生物團粒避免了與從螺旋板下表面上升的氣泡的接觸，因而微生物團粒的不希望的破碎得到抑制。而且，下降的微生物團粒捕捉到上升的氣泡而與氣泡一起在反應容器中再度上升的問題不再發生，從而提高了微生物團粒的沉降性。在廢水的連續處理中，微生物團粒的上述運動反復進行。因此，污泥床中的微生物團粒有條件自由進行浮游。處理過的水從配置在反應容器上部的處理水出口部排出到外部。而由螺旋板分離出的氣泡則聚集于在反應容器上部設置的空間中，并隨后被排出反應容器外。如果需要，只要螺旋板安裝得在其附近沒有空隙，則螺旋板可以是一體式的，也可以是分離式的。在根據本發明第二個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一個方面中的特征化配置外，本設備的另外的特征為螺旋板具有貫穿該螺旋板設置的支柱，該支柱沿著反應容器的軸線延伸。在根據本發明第二個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一個方面中所述的操作之外，還可進行如下操作。也就是說，由于貫穿所述螺旋板布置了支柱，氣泡及氣泡附著的微生物團粒不會急速上升，而是沿著螺旋板的下表面呈螺旋狀上升，從而使它們在反應容器中的滯留時間延長，從而增加了帶有氣泡的微生物團粒與氣泡及螺旋板下表面的沖擊的機會，從而實現了氣固分離效率的提升。在根據本發明第三個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一和第二方面中的特征配置外，本設備的另外的特征在于螺旋板的上表面、下表面沿從該螺旋板的軸部朝反應容器壁方向向上傾斜。在根據本發明第三個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一個方面和第二個方面中所述的操作之外，由于螺旋板的上表面、下表面沿從螺旋板的軸部朝著反應容器壁的方向向上傾斜，這樣就能夠帶來如下有優勢的操作。也就是說，能夠將兩種流在徑向上進行分離，所述兩種流中的一種流為氣泡和氣泡附著的微生物團粒的上升流，另一種流為微生物團粒的下降流。利用這種流的分離，則得以抑制向下流動的微生物團粒的不期望的破碎， 或者至少使這種破碎降低至最低限。而且，由于氣泡及氣泡附著的微生物團粒趨向于聚集在反應容器壁一側，則使得上升的氣泡與氣泡附著的微生物團粒的沖突緊密地進行，這樣不僅提高了氣固分離效率，而且還會帶來如下有優勢的操作。即為，由于剝離氣泡后的微生物團粒趨向于集中在螺旋板的軸部附近并向下滑落，與微生物團粒從由于軸部和反應容器壁的一側兩者等高而形成的螺旋板的無傾斜上表面隨意滑落的情形相比，微生物團粒的移動距離被縮短。因此，在本發明中，微生物團粒能更迅速地返回反應容器下部的污泥床，與新近引入的廢水接觸，以發揮生物降解處理功能，處理的效率得以提高。在根據本發明第四個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一、第二和第三個方面中所述的特征配置之外，該廢水處理設備的再一個特征為螺旋板包括多個螺旋單元，相鄰的兩個螺旋單元的相鄰端部在圓周方向上相互重疊。在根據本發明第四個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一、第二和第三個方面中所述的操作之外，螺旋板的包括多個螺旋單元的構造帶來如下的操作優點。也就是說， 在螺旋板梯級處，上升中的、氣泡附著的微生物團粒激烈地沖撞螺旋板下表面，因而附著在微生物團粒上的氣泡更易于從所述微生物團粒分離。微生物團粒能夠更迅速地返回反應容器下部的污泥床，這樣使得污泥床得以保持足量的微生物團粒，從而提高廢水處理效率。在根據本發明第五個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一、第二和第三個方面中所述的特征配置之外，該廢水處理設備的再一個特征為螺旋板包括多個螺旋單元，其中，至少有一對相鄰的兩螺旋單元旋轉方向相反，該對相鄰的兩螺旋單元的相鄰端部在圓周方向上以給定的角度相互間隔。在根據本發明第五個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一、第二和第三個方面中所述的操作之外，還能夠實現下述有優勢的操作。也就是說，由氣泡及氣泡附著的微生物團粒組成的上升流在螺旋單元的末端處(此處螺旋方向改變)被迫改變其轉動方向，這樣該上升流在該端處被擾動。結果，與上升流沿著其螺旋方向在給定的共同方向上延伸的螺旋單元進行流動相比，主要由所述上升流方向改變所導致的該上升流的紊流產生了氣泡及微生物團粒被從氣泡附著的微生物團粒上抖落的現象，這樣，氣泡容易從氣泡附著的微生物團粒上分離，得以更進一步提高氣固分離效率。此外，氣泡分離后的微生物團粒從螺旋單元的端部沉降到下方的螺旋單元之后，沉降點并不在下方螺旋單元的上表面上處于上方螺旋單元的所述端部正下方的位置附近，而是位于該處于正下方的螺旋單元的端部更向下的位置處。下降到上述沉降點的微生物團粒沿著螺旋單元的上表面滑落，這一滑落動作重復進行，并最終返回污泥床。在相鄰的螺旋單元端部處于圓周方向上不同的位置上時，永不會發生微生物團粒經過所有的螺旋單元上表面的整個路徑滑落的問題，這樣就縮短了團粒的移動距離。結果，與使用這樣的螺旋板(其中相鄰螺旋單元的端部在圓周方向上沒有處于不同的位置)的情況相比，分離氣泡后的微生物團粒能夠更迅速地返回污泥床，這樣，位于反應容器下層部的污泥床中能保持更多的微生物團粒以進行生物降解處理，從而提高廢水處理效率。在根據本發明第六個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一至第五個方面中所述的特征配置之外，該廢水處理設備的再一個特征為螺旋板的下表面上設置有阻礙和阻止氣泡及氣泡附著的微生物團粒上升流的擋板。在根據本發明第六個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一至第五個方面中所述的操作之外，還能夠實現下述有優勢的操作。由于在螺旋板的下表面設置了擋板，以阻礙氣泡及氣泡附著的微生物團粒的上升(即向上運動)。當給定量的氣泡及氣泡附著的微生物團粒聚集時，它們就會從擋板迅速上升并沿螺旋板的下表面行進，產生急劇的上升流。優選的情況為由形成上升流的氣泡團在沿著螺旋板下表面上升的同時，逐步捕捉位于該螺旋板上側處的氣泡團。因此，上升的氣泡與氣泡附著的微生物團粒發生激烈沖撞，使得微生物團粒上附著的氣泡容易被分離。結果，微生物團粒得以迅速返回處于反應容器下部的污泥床，從而提高廢水處理效率。所述擋板阻礙氣泡及附著氣泡的微生物團粒沿螺旋板下表面上升。但是，各個擋板的高度不應過度妨礙所述上升流，且各個擋板自由端可具有線性平坦形狀，或為鋸齒狀。在根據本發明第七個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一至第六個方面中所述的特征配置之外，該廢水處理設備的再一個特征為螺旋板具有埋置在污泥床中的部分， 所述污泥床由沉積在反應容器下層部中的微生物團粒構成。在根據本發明第七個方面的廢水處理設備中，除了本發明第一至第六個方面中所述的操作之外，還能夠實現下述有優勢的操作。由于螺旋板的一部分埋置在污泥床中，引入反應容器的廢水被迫沿著螺旋板在污泥床中運動，從而防止了如下不希望的現象的發生 (即，廢水短路徑流動，亦即污泥床中的廢水在短時間內穿過污泥床的現象)，這樣能夠延長廢水在污泥床中與微生物團粒的接觸時間，提高接觸/混合的效果。此外，由于由螺旋板對廢水進行強制引導，從而能夠防止具有高浮游性物質(SQ值的廢水流產生沉淀，這樣則抑制由如此沉淀可能引起的不希望的反應容器阻塞，從而提升污泥床中的接觸/混合效果。而且，無論廢水進入反應容器中的引入方式如何，都能夠防止不希望的廢水的短路徑流動。發明的效果正如以上說明所述，本發明在處理設備內部配置了螺旋板，使螺旋板擁有氣固分離功能。利用該螺旋板而有效地從氣泡附著的微生物團粒上分離氣泡。而且，通過將氣泡與沉降的微生物團粒的接觸降到最低限，這樣則能夠防止由于微生物團粒的碎化所導致的微生物團粒與處理水的不希望混合，或者至少使此種混合最小化。因此，根據本發明所提供的廢水處理設備能夠在高負載下運轉，并能夠在不降低廢水處理效率的情況下產生水質穩定的處理水。此外，本發明能夠抑制上升的氣泡附著在下沉的微生物團粒上而再次形成氣泡附著的微生物團粒且形成的該氣泡附著的微生物團粒再次上升的不希望的現象，或者使該現象的發生至少最小化。從而能夠抑制微生物團粒的破碎，并提高微生物團粒的沉降效率。
圖1為本發明廢水處理設備的第1實施例的示意圖(側視圖)；圖2為本發明廢水處理設備的第1實施例中使用的反應容器內部放大視圖；圖3為本發明廢水處理設備的第2實施例的示意圖(側視圖)；圖4為本發明廢水處理設備的第2實施例中使用的反應容器內部的放大視圖；圖5為本發明廢水處理設備的第3實施例的示意圖(側視圖)；圖6為本發明廢水處理設備的第3實施例的示意圖(平面圖)；圖7為本發明廢水處理設備的第3實施例的示意圖(平面圖)；圖8為本發明廢水處理設備的第4實施例的示意圖(側視圖)；圖9為本發明廢水處理設備的第5實施例的示意圖(側視圖)；圖10為本發明廢水處理設備的第6實施例的示意圖(側視圖)。
具體實施例方式以下參照圖來說明本發明的具體實施方式
。[第1實施例]圖1和圖2是本發明廢水處理設備的第1實施例的示圖。如圖1所示，廢水處理設備100包括反應容器1 ；保持在反應容器1下部的、包括微生物團粒的污泥床9 ；沿著反應容器1的軸線而在反應容器1的下端和上端之間延伸的支柱2 ；在反應容器1的壁(或內壁面)與支柱2之間設置的螺旋板3，該螺旋板在反應容器1內的污泥床9上表面9a與反應容器1的氣液界面之間以所謂的螺旋形式延伸。螺旋板3的上表面、下表面在反應容器1中向上螺旋延伸，而相對于反應容器1的底壁限定一定角度，例如限定10度到60度的角度。上述角度的確定應允許氣泡10、氣泡附著的微生物團粒12和微生物團粒11沿螺旋板3運動而不對它們造成妨礙，并確定為避免角度過陡而導致微生物團粒11破碎為更小的團粒。也就是說，通過設計而設定適當的角度。螺旋板3的上表面、下表面在支柱2(即，軸線)一側以及在反應容器1的壁所在側處于同一高度。螺旋板3的上翼片部和下翼片部之間的距離如此確定，即即使氣泡附著的微生物團粒12與微生物團粒11相向運動，也能阻止它們相互接觸和互相干擾。考慮到這一點，上述距離確定為IOmm或更大，其最小值應為微生物團粒11的大小1 5mm中最大值的2倍。也就是說，根據引入反應容器1中的微生物團粒11的大小來確定所述距離，且將該距離確定為使得氣泡10和微生物團粒11的運動不互相干擾。如果僅通過反應容器1的壁來實現螺旋板 3的固定，上述支柱2可以省略。在省略支柱2的情況下，為了避免氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12偏離螺旋板3下表面而徑直上升，優選將螺旋板3的半徑確定為大于反應容器 1的半徑的值。廢水6借助于進水泵5而從反應容器1下部引入反應容器1內并被引導至污泥床 9。在反應容器1中處理過的水(處理水)7從反應容器1上部排出到外部。作為處理水 7的排出方式的示例，在一種系統中在氣液界面位置處為反應容器1的壁布置浮游性物質(SS)捕集器4，溢流過該浮游性物質捕集器4的處理水7被排出到外部。圖2顯示了反應容器1中配置的螺旋板3，其以放大圖的形式示意性地顯示了反應容器1的內部，以顯示氣泡10、氣泡附著的微生物團粒12以及氣泡10被分離后的微生物團粒11的運動(即運動方向)。在圖2中，附圖標記10表示氣泡，附圖標記11表示微生物團粒，附圖標記12表示氣泡附著的微生物團粒，附圖標記13表示氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的運動方向，附圖標記14表示微生物團粒11的運動方向，附圖標記16表示氣泡分離后的微生物團粒11的沉降方向。下面通過圖1、圖2，對具有上述構造的第1實施例的操作進行說明。廢水6借助水泵5，從反應容器1下部引入反應容器1內的污泥床9。從反應容器 1下部引入污泥床9的廢水6被強制與微生物團粒11接觸、混合，接受生物降解處理。在污泥床9處通過生物降解處理所產生的氣體形成為氣泡10并附著在微生物團粒11上，而為所述微生物團粒提供一定的浮力，而使之在反應容器1內上升。從污泥床9上升的氣泡 10及氣泡附著的微生物團粒12沿著螺旋板3的下表面、順著顯示氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的運動方向的指示方向13上升。在上升的過程中，由于氣泡10的流動、接觸以及與螺旋板3的接觸沖擊，氣泡10與微生物團粒11分離。正如顯示氣泡分離后的微生物團粒的沉降方向的箭頭16所示，微生物團粒11降落或下沉到處于上述螺旋板3部分下方的螺旋板3的上表面上。然后，微生物團粒11沿著該螺旋板3上表面滑下，最終返回位于反應容器1下部的污泥床9中，在此處，微生物團粒11與廢水6混合接觸，發揮生物降解處理功能。在此過程中，微生物團粒11沿著螺旋板3的上表面滑落，避免了與上升的氣泡 10的接觸，或至少使這種接觸最小化，從而抑制微生物團粒11的破碎，或者至少將所述破碎控制在最低限度。而且，從不會發生氣泡10附著在微生物團粒11上使之再度上升的現象，從而改進了沉降性。也就是說，正如顯示氣泡附著的微生物團粒12的運動方向的箭頭 13與顯示微生物團粒11的運動方向的箭頭14所示的那樣，氣泡10和與氣泡分離后的微生物團粒11隔著處于它們之間的螺旋板3被迫進行反向移動，因而二者之間不發生接觸。在反應容器1內，從微生物團粒11分離的氣泡10被集中在設置于反應容器1上部的空間8a中，作為產生的氣體從上部排出。另外，廢水6在反應容器1中接受處理而形成處理水7，在通過螺旋板3分離微生物團粒11后，處理水7從反應容器1排出。例如所述的排出是通過浮游性物質(SQ捕集器4執行的。通過沿著上述螺旋板3的軸線而在該螺旋板中設置支柱2，或者使螺旋板3的半徑確定為等于或大于反應容器1的半徑的值，由此能夠抑制不希望的現象即短路徑流動現象的發生，在短路徑流動中，氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12將會脫離螺旋板3的下表[第2實施例]圖3是顯示本發明中廢水處理設備的第2實施例的示圖。圖4除顯示了圖3中的反應容器1、支柱2和螺旋板31外，還顯示了氣泡10、氣泡分離后的微生物團粒11，以及氣泡附著的微生物團粒12。而且，為了說明氣泡和微生物團粒的運動，圖4還顯示了氣泡分離后的微生物團粒的沉降方向16。借助于圖3，下面將描述第2實施例中螺旋板31的固定方式。
第2實施例中，除了螺旋板31的形狀外，廢水處理設備的結構與第1實施例中相同。上述螺旋板31的上表面和下表面在從螺旋板31的支柱2 (即軸線)至反應容器1壁的方向上向上傾斜，傾斜角度例如為30度。該角度確定為允許氣泡10、氣泡附著的微生物團粒12和微生物團粒11沿螺旋板3運動而不對其產生阻礙，并將其確定為不會將微生物團粒11破碎為更小的團粒(這是由過陡的角度所導致的)。接下來，參照圖3和圖4，對具有上述配置的第2實施例的操作進行說明。與第1實施例的操作不同之處如下。在第2實施例中，螺旋板31以上述的方式配置。利用這種配置能夠將兩種流在反應容器的徑向上進行分離，其中一種為氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的上升流，另一種為微生物團粒11的下降流。而且，由于氣泡10和氣泡附著的微生物團粒12在上升之前集中在反應容器1的壁附近，因此，它們比在第1實施例中受到更高的接觸沖擊，從而能夠提高氣固分離效果。另外，分離了氣泡10的微生物團粒12集中在支柱2附近，然后沿螺旋板31的上表面滑下，它們能更迅速地返回位于反應容器1下部的污泥床9，以發揮生物降解處理作用，從而可期待處理效率的提高。[第3實施例]圖5和圖6是顯示本發明中廢水處理設備的第3實施例的示圖。如圖5所示，除了螺旋板32的形狀外，廢水處理設備100的構造與第1實施例中相同。上述螺旋板32由多個螺旋單元構成。例如，各個螺旋單元為相對于支柱2的軸線具有180度圓弧角度的半圓螺旋板。相鄰的兩個螺旋單元的端部在圓周方向上相重疊。圖6是廢水處理設備100的平面圖，反應容器1周邊的數字(1 12)是為了說明螺旋單元端部之間的位置關系。這些數字對應時鐘盤面上布置的數字。假想的整體式螺旋板32由三個螺旋單元(即，下部單元、中間單元和上部單元) 構成，三個螺旋單元在軸向上圍繞支柱2以相等的間隔布置。各個螺旋單元的端部與和相鄰螺旋單元的端部重疊30度的角度。對于具有上述構造的螺旋板32，如果下部螺旋單元的始端(即，弧起始位置)處于數字12的位置，該下部螺旋單元的、與所述始端在逆時針方向上相間隔的尾端(即，弧結束位置)占據數字6所處的位置。在這種情況下，中間螺旋單元的始端(即，弧起始位置)處于數字7的位置并與所述下部螺旋單元的所述尾端(即，弧結束位置)重疊30度的角度。類似地，在逆時針方向上與中間螺旋單元的始端相間隔的該中間螺旋單元的尾端(即，弧結束位置)處于數字1所示的位置，并與上部螺旋單元的始端 (即，弧起始位置，其處于數字2所示的位置)重疊30度的角度。該上部螺旋單元的尾端 (即，弧結束位置)在逆時針方向上與其始端相間隔開，并處于數字8所指示的位置。就如上面所述的這樣，通過將相鄰螺旋單元的相應端部設置為在圓周方向上彼此相重疊，能夠抑制氣泡10和氣泡附著的微生物團粒12短距離上升的不希望現象，或者至少將其抑制至最低限度。應注意到上述多個螺旋單元設置的旋轉方向并不僅限于上面所述的旋轉方向。 也就是說，并不必需所有螺旋單元都構造成具有相同的旋轉方向。如果需要的話，也可將一對相鄰螺旋單元之一的旋轉方向構造為與其配對的那個螺旋單元的旋轉方向相反。也就是說，如果下部螺旋單元設置成當其螺旋翼片在順時針方向上旋轉時，所述螺旋翼片看起來好像是進行自下而上的向上運動，上部螺旋單元則可設置成當其螺旋翼片在逆時針方向上轉動時，其螺旋翼片看起來好像是進行自下而上的向上運動。
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圖7是廢水處理設備的平面圖，該廢水處理設備包括對于每個螺旋單元來說其轉動方向均改變的多個螺旋單元。圖7中假想的一體式螺旋板包括三個(下、中、上)螺旋單元，每個螺旋單元均為相對于支柱2具有180度的弧形角度的半螺旋板。也就是說，每個半圓形螺旋板的相對兩端之間限定了 180度的角度。圍繞支柱布置的三個螺旋單元的相應端部在圓周方向上彼此相隔30度角。在具有此種構造的螺旋板32中，如果下部螺旋單元的始端(即，弧起始位置)位于數字12指示位置，該下部螺旋單元在逆時針方向上與所述始端相間隔的尾端(即，弧結束位置)則處于數字6指示的位置。在這種情況下，中間螺旋單元的始端(S卩，弧起始位置) 位于數字5指示位置且與下部螺旋單元的尾端(即，弧結束位置)相隔30度角。類似地， 中間螺旋單元的尾端(即，弧結束位置，其在逆時針方向上與中間螺旋單元的始端相間隔) 處于數字11指示的位置，且與上部螺旋單元的始端(即，弧起始位置，其處于數字12指示位置)相間隔30度。上螺旋單元的尾端(即，弧結束位置，與該上螺旋單元的始端在逆時針方向上相間隔)處于數字6所指示的位置。如上所述，相鄰螺旋單元設置成使其相應的端部在圓周方向上彼此相隔一定的角度，這樣則能夠抑制氣泡10和氣泡附著的微生物團粒12短距離上升的不希望現象，或者將該現象至少限制在最低限度。在上述示例中，將相鄰的端部之間的角距離設為30度。當氣泡10和氣泡附著的微生物團粒12從位于下方的螺旋單元向位于上方的螺旋單元上升時， 會與氣液混合物的上升流一同產生劇烈的攪動。因此，為了確實抑制氣泡10和氣泡附著的微生物團粒12在反應容器內的自由、快速上升，應當將相鄰螺旋單元的調節端部之間限定的角距離設為等于30度或大于30度，優選地，該角距離應為90度左右。在圖6和圖7中的示例描述了具有特定構造的螺旋板32。但是，螺旋單元的數目、 各個螺旋單元的始端和尾端之間限定的角度、相鄰螺旋單元的端部之間在圓周方向上相重疊的角度、螺旋單元的旋轉方向、相鄰螺旋單元的端部之間的角距離均可根據反應容器1 的尺寸等進行適宜的設計。而且，各螺旋單元端部間的間隙大小應等于或大于微生物團粒 11的大小，也就是說，應將其設計為不會致使微生物團粒11破碎。接下來，對具有上述構造的第3實施例的操作進行說明。與第1實施例的操作差別敘述如下。在第3實施例中，螺旋板32的構造如上所述。利用這種構造，在各個螺旋單元端部間隙處上升的氣泡附著的微生物團粒12由于所述團粒與螺旋板32的碰撞而導致的沖擊作用，而使氣泡10更容易被分離。因此，微生物團粒 11能迅速返回反應容器1下部的污泥床9，發揮生物降解處理作用，以提高廢水處理效率。在上述的螺旋板32中，如果至少有一對相鄰的兩個螺旋單元設置成旋轉方向相反，則包括有氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的上升流則在旋轉方向改變的端部處被迫改變其運行方向并發生劇烈的攪動。結果，與由具有相同的旋轉方向的成對螺旋單元所產生的一致的上升流相比，由于相反旋轉方向所導致的上升流的猛烈攪動作用，這樣則產生了氣泡10及微生物團粒11被從氣泡附著的微生物團粒12上抖落的現象，這樣氣泡10 易于從氣泡附著的微生物團粒12上分離，從而實現氣固分離效率的進一步提高。如上所述，如果螺旋板32設置成使得相鄰螺旋單元的端部在圓周方向上彼此相隔給定的角度，氣泡10分離后的微生物團粒12在從螺旋單元端部朝下方的螺旋單元沉降時，沉降點并不在下方螺旋單元上側上、處于在上的螺旋單元所述端部正下方的位置附近，而是處于該下方螺旋單元的更向下的位置處。(沉降點的位置依據下述因素而變化，即螺旋單元(螺旋翼片)的始端和尾端所限定的角度；以及由螺旋單元的尾端與在圓周方向上與該螺旋單元相間隔的相鄰螺旋單元的始端所限定的角度。例如，當一個螺旋單元(或上螺旋單元)的始端和尾端之間限定的角度為360度，且在該螺旋單元的尾端與相鄰螺旋單元(下部螺旋單元)的始端之間限定的角度為30度時，沉降點位于所述相鄰螺旋單元的下側。而在一個螺旋單元的始端和尾端之間限定的角度為270度，且在該螺旋單元的尾端與相鄰螺旋單元的始端之間限定的角度為90度時，沉降點不處在所述相鄰螺旋單元上，而是處于所述相鄰螺旋單元下面的另一個螺旋單元上)。降落在沉降點的所述微生物團粒12沿著螺旋單元的上表面滑落，這一滑落動作持續進行而最終返回污泥床9。因此，當一個螺旋單元的尾端與相鄰螺旋單元的始端于圓周方向上相隔給定的角度時，微生物團粒12并不在全部螺旋單元的上表面上滑落，這樣就縮短了微生物團粒12至污泥床9的運行路徑。結果，與螺旋板32中上螺旋單元的尾端與下螺旋單元的始端在圓周方向上彼此并不相間隔的情況相比，氣泡10分離后的微生物團粒12能夠更迅速地返回污泥床9，從而使反應容器1下部的污泥床9能夠保持更多的微生物團粒12以進行生物降解處理，這樣則可進一步提高廢水處理效率。[第4實施例]圖8是顯示本發明中廢水處理設備的第4實施例的示圖。除了在螺旋板3的下表面安裝了用于阻礙或阻擋氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的上升流的擋板15外，第4實施例中廢水處理設備100的構造與第1實施例中相同。 螺旋板3設置成以螺旋的方式圍繞支柱2，擋板15固定在螺旋板3的下表面上以阻礙或阻擋氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的上升流。上述擋板15之間的跨度根據反應容器 1的尺寸以及微生物團粒11的大小而適當確定，例如，以螺旋板3的始端為起點圍繞支柱2 以60度的間隔設置所述擋板。但是擋板15之間的跨度也可以根據設計適當確定，S卩所述跨度可依據其位置而逐漸增大或減小。由擋板15所保持的氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的量超過預定的限制范圍時，氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12將被迫沿著螺旋板3的下側上升。在這種情況下，為了使氣泡附著的微生物團粒12進行氣固分離，擋板15需貯留氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12而導致所需的上升速度。為此目的，各個擋板15的高度依據廢水、氣體(氣泡)的特性及表面張力而適當確定。此外，各個擋板15的高度應確定為在氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12溢流過擋板15而迅速上升時，不會致使氣泡附著的微生物團粒12破碎。各個擋板15的寬度與螺旋板3的寬度相同。擋板15在支柱2與反應容器1壁之間無間隙地延伸。各個擋板15的外端可具有鋸齒形狀。在這種情況下，由擋板15保持的氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12能一點點地逐漸溢流過擋板15，這樣能夠抑制微生物團粒11的不希望的破碎，或至少使所述破碎最小化。上述現象(氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12溢流過擋板15的現象)最好能夠連續發生，通過調整由擋板15所貯留的氣泡 10以及氣泡附著的微生物團粒12的量則可實現所述的連續溢流。接下來，對具有此種構造的第4實施例的操作進行說明。與第1實施例的差別如下。在第4實施例中，螺旋板3上設置了擋板15，氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的上升流受到阻礙，從而使得氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12由所述擋板15暫時貯留。一旦氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12的量超過了由擋板15所確定的保持界限，氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12就溢流過擋板15，沿著螺旋板3的下表面立即上升。當氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12溢流過擋板15時，則產生了迅速的上升流，該上升流促使氣泡10從氣泡附著的微生物團粒12上分離。也就是說，氣泡10與氣泡附著的微生物團粒12 —同被擋板15暫時保持并成長為更大的氣泡，這樣氣泡10能夠快速上升，對于微生物團粒11的接觸沖擊也更強，提升了氣固分離效果。當氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12溢流過位于下方的擋板15時，氣泡10沿著螺旋板3的下表面上升而以猛烈的上升流到達位于上方的擋板15。優選的情況為由于所述猛烈的上升流所產生的沖擊，貯留在上方的擋板15處的氣泡10及氣泡附著的微生物團粒12也急速溢流過該位于上方的擋板15。如果這種現象在位于上方的多個擋板15處連續發生，氣泡10則非常有效地與氣泡附著的微生物團粒12分離，能夠實現氣固分離效率的更進一步提高。[第5實施例]圖9是顯示本發明中廢水處理設備的第5實施例的示圖。在本實施例的廢水處理設備100中，螺旋板3延伸到污泥床9中。接下來，對具有此種構造的第5實施例的操作進行說明與第1實施例的操作差別如下。在第5實施例中，由于螺旋板3 —直延伸到污泥床 9中這種配置，被引入反應容器1中的廢水6沿著螺旋板3被引入污泥床9中。與第1實施例中的情況相比，廢水6在污泥床9中與微生物團粒11的接觸時間延長，從而能夠防止廢水6被迫從污泥床9直接向上流動而在短時間內從污泥床9排出的不希望的短距離流動。 也就是說，在該實施例中提高了微生物團粒12與廢水6的接觸混合效果。存在多種將廢水 6引入污泥床9中的方法，一種方法為在反應容器1下部形成多個開口，廢水6通過所述開口引入反應容器1中并被向上引導。另一種方法為在反應容器1下部形成開口，廢水6 通過該開口而水平地被引入污泥床9中。但是，與廢水6的引入方式無關，由于廢水6是被強制地利用螺旋板3導入污泥床9中，這樣能使得高浮游性物質(SQ廢水流沒有沉淀，這樣就能抑制由此種沉淀可能引起的反應容器1阻塞，從而提高污泥床的接觸混合效果。在上面的示例中，螺旋板3延伸到污泥床9中。不過，如果需要的話，埋入污泥床9中的螺旋部分也可以是獨立設置的。[第6實施例]圖10是顯示本發明中廢水處理設備的第6實施例的示圖。在廢水處理設備100的第六實施例中，在污泥床9中設置了半圓形的螺旋板32。 每個螺旋板32與第3實施例中的螺旋板32相同。與第1實施例的操作差別如下。在第6實施例中，螺旋板32設置在污泥床9中。 由于螺旋板32設置在污泥床9中，引入反應容器1中的廢水6沿著螺旋板32被導入污泥床9。也就是說，與第1實施例的操作相比，廢水6在污泥床9中與微生物團粒11的接觸時間延長，從而能夠防止廢水6從污泥床9中不希望地短距離流出，這樣就提高了廢水6與微生物團粒11的接觸混合效果。而且，由于螺旋板32由多個螺旋單元構成，廢水6被強制地由螺旋板32引導，能防止高浮游性物質廢水具有沉淀部分，從而抑制由該沉淀部分引起的反應容器1的不希望的阻塞，提高了污泥床中的接觸混合效果。此外，由于實際利用了多個螺旋單元的端部之間的間隙，氣泡10更易于從氣泡附著的微生物團粒12中分離，能夠抑制污泥床9中因微生物團粒11的溢出或上升而造成的微生物團粒11的不希望減少，從而提高生物降解處理效率。在上面的內容中只對所記的具體例子做了詳細說明，但在本發明限定的技術范圍內，本領域技術人員能夠對所述實施例進行多種變更。也就是說，所作的變更當然屬于權利要求所限定的范圍。在上述描述中，反應容器1為圓柱體的密閉構造，但反應容器并不限于圓柱體。也就是說，反應容器1可以為截面為多邊形的棱柱形狀。而且，如果不需要進行氣體回收，反應容器也可以采取開放式結構。另外，反應容器1、支柱2、螺旋板3、31、32的材質，可以使用諸如混凝土、金屬或塑料等耐腐蝕性材料。而且，在上述第3實施例中，所述的螺旋板32的始端和尾端之間限定了 180度的角度，但所述始端和尾端之間的角度可以根據設計適當確定。在第1 6的實施例中，僅詳細說明了單螺旋板，但是，如果需要的話，即根據反應容器1的大小和/或廢水處理設備的負荷，也可以使用雙層或以上的螺旋板，形成多重螺旋構造。也就是說，通過錯開螺旋板的始端，能夠在反應容器中設置雙螺旋板、三螺旋板或更多螺旋板。在這種情況下，可將反應容器1中的內部分割成兩個或更多個空間。由此而提高氣固分離效果，增大廢水處理設備的功能。附圖標記說明1 反應容器2 支柱3，31，32 螺旋板4 浮游性物質捕集器5 水泵6 廢水7 處理水8 產生的氣體8a 反應容器上部設置的空間9 污泥床9a 污泥床上表面10 氣泡11微生物團粒12氣泡附著的微生物團粒13氣泡及氣泡附著的微生物團粒的運動方向14微生物團粒的運動方向15 擋板16氣泡分離后的微生物團粒的沉降方向
1權利要求
1.一種廢水處理設備，包括反應容器，該反應容器具有沉積在其下層部中的微生物團粒，從而使得微生物團粒對通過形成在所述反應容器下部中的入口導入至所述微生物團粒的廢水進行生物降解處理，由生物降解處理所產生的處理水由處理水出口部排出，其特征在于，該設備布置有從所述入口所在的一側朝處理水出口部所在的一側延伸的螺旋板。
2.根據權利要求1中所述的廢水處理設備，其特征在于，所述螺旋板具有貫穿該螺旋板布置的支柱，所述支柱沿著反應容器的軸線延伸。
3.根據權利要求1或2所述的廢水處理設備，其特征在于，螺旋板的上表面和下表面沿著從所述螺旋板的軸部朝著所述反應容器的壁的方向向上傾斜。
4.根據權利要求1、2或3所述的廢水處理設備，其特征在于，所述螺旋板由多個螺旋單元構成，其中相鄰的兩螺旋單元的相鄰端部在圓周方向上相互重疊給定的角度。
5.根據權利要求1、2或3所述的廢水處理設備，其特征在于，所述螺旋板包括多個螺旋單元，至少一對相鄰的兩個螺旋單元形成為具有相反的旋轉方向，該對相鄰的兩個螺旋單元的相鄰端部在圓周方向上以給定的角度相互間隔。
6.根據權利要求1至5之一所述的廢水處理設備，其特征在于，在所述螺旋板的下表面上設置了阻礙和阻隔氣泡及氣泡附著的微生物團粒上升流的擋板。
7.根據權利要求1至6之一所述的廢水處理設備，其特征在于，所述螺旋板具有埋入污泥床中的部分，所述污泥床是由沉積在所述反應容器下層部中的微生物團粒組成的。
全文摘要
本發明通過利用微生物團粒的廢水處理法提供一種廢水處理設備，其通過從氣泡附著的微生物團粒中有效地分離氣泡，同時將氣泡與微生物團粒的接觸降到最低限，而防止由微生物團粒碎化所導致的團粒混入處理水流出，該設備在高負荷工作并產生質量穩定的處理水且不降低廢水處理效率。在反應容器(1)內設置螺旋板(3)。從污泥床(9)上升的氣泡(10)及氣泡附著的微生物團粒(12)被強制沿著螺旋板(3)的下表面上升。在上升過程中，由于氣泡(10)的流動、沖突以及與螺旋板(3)的接觸沖擊，氣泡(10)與微生物團粒(11)分離，微生物團粒(11)沿著比該螺旋板(3)下表面位置更下方的螺旋板(3)的上表面滑下，并返回反應容器(1)下部的污泥床(9)中，且在污泥床(9)中微生物團粒(11)再度與廢水(6)混合接觸，發揮生物降解處理功能。
文檔編號C02F3/28GK102239123SQ20098014846
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月2日 優先權日2008年12月3日
發明者福崎康博 申請人:株式會社明電舍