用于流体净化装置的螺旋形分离装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于流体净化装置的分离装置以及一种利用该分离装置从固体和气体中分离液体的方法，更具体地涉及一种包括螺旋形通道的分离装置。


背景技术：

2.现有技术中已知有用于流体净化装置的分离或沉淀装置。它们可以用于诸如废水等流体的好氧或厌氧净化。废水包括液体，并且通常还包含固体或固体颗粒形式的溶解和未溶解的有机和/或无机物质。
3.厌氧废水处理是不使用空气或元素氧的废水生物处理。许多应用旨在去除废水、泥浆和污泥中的有机污染物。有机污染物被厌氧微生物转化为含有甲烷和二氧化碳的气体，称为“沼气”。本领域已知的分离装置允许将构成流体(废水)的液体、固体和气体(包括沼气)彼此分离。
4.wo 96/32177中公开了一个例子，该专利通过引用并入本文，并且该专利公开了一种包括沉淀室的分离装置，其中盖子设置成其纵轴相对于水位成一定角度，使得在该分离装置底部供应的包括液体、固体和气体的流体倾斜向上流动，沿着盖子的底部推进。气泡被收集在位于盖子中的凸脊处。在盖子下面，可以实现层流，这促进了流体中所含固体的沉积。
5.wo 2010/036107 a1公开了另一个例子，该专利通过引用并入本文，该专利示出了一种用在诸如厌氧过滤器和/或厌氧塘等不同技术的组合(混合反应器系统)中的分离装置。wo 2010/036107 a1的分离装置包括：沉淀室，用于装入流体；液体排放装置，被构造成从沉淀室排放液体，该液体排放装置被设置成靠近液面装配；流体入口，被构造成将流体供应到沉淀室中；颗粒物质分离装置；以及污泥出口，用于排放含有污泥的流体。流体入口还包括从流体中分离气体的气体分离装置，所述气体分离装置包括通道。
6.虽然本领域的沉淀槽装置(诸如wo 96/32177或wo 2010/036107 a1的沉淀槽装置)实现了一定的分离效率，但存在一些结构上的挑战。它们需要立方体或棱柱结构，如果用在圆形反应器罐体中，该结构会导致流体分布不均匀。沉淀板或沉淀盖需要具有特定的角度，这要求该分离装置具有特定的尺寸。此外，较大的扁平沉淀板或沉淀盖对于过压或欠压可能不够坚固。


技术实现要素：

7.根据本发明，提供了一种分离装置，其解决了至少一些上述问题。
8.根据第一方面，本发明提供了一种用于流体净化装置的分离装置，该分离装置包括：至少三个同心外壳，包括最外面的外壳和最里面的外壳，并且限定了至少两个同心空腔；多个螺旋形通道，形成在至少两个同心空腔的每一个空腔中，使得流体可以流过所述多个螺旋形通道；流体入口，用于接收流体，位于至少两个同心空腔中最外面的空腔的上部段；固体出口，用于排出包含在流体中的固体，位于该分离装置的下部段；以及液体出口，用
于排出包含在流体中的液体，位于至少两个同心空腔中的至少一个内部空腔的上部段。
9.有利的是，本发明提供了一种具有紧凑结构的分离装置，包括多个同心外壳，这些外壳限定了多个空腔，并在这些空腔中形成螺旋形通道，以允许流体流过。与现有技术中采用的矩形/方形倾斜沉淀板相比，每个空腔中形成的螺旋形通道所需的投影面积更小，并提供了更坚固的结构，该结构能够以更有效的方式承受过压和欠压。
10.液体可以流过不同空腔的螺旋形通道，并通过在运行中位于至少一个空腔的上部段中的流体出口离开该分离装置，而固体可以通过在运行中位于该分离装置的下部段中的固体出口离开该分离装置。这里，空腔的上部段可以理解为空腔的上半部分，或者空腔的上面的三分之一部分，或者甚至空腔的顶部开口。
11.同心外壳也可以称为同心结构、同心本体、同心框架等，并且它们可以具有不同的形状，只要它们是同心的，即具有共同的纵轴。同心外壳可以例如具有管状形状(诸如由圆形水平横截面限定的圆柱形状)，并且同心外壳也可以具有由椭圆形水平横截面限定的椭圆-圆柱形形状，或者同心外壳可以具有由例如矩形(例如正方形)、六边形或八边形水平横截面限定的多边形形状或者任何其他合适的形状。
12.同心空腔也可以称为同心腔室或同心空间，螺旋形通道位于其中。在本说明书的全部内容中，同心外壳和同心空腔可以简称为外壳或空腔。
13.根据本发明的螺旋形通道可以将每个同心外壳与下一个同心外壳连接起来，使得流体流动的唯一途径是这些螺旋形通道。
14.在本说明书的全部内容中，螺旋形通道也可以称为通道，并且螺旋形壁也可以称为壁。
15.根据一个实施方案，每个同心空腔中的多个螺旋形通道彼此平行延伸，以便限定单个螺旋形构造。多个螺旋形通道优选地围绕竖直轴线延伸，并且每个同心空腔中的通道优选地平行延伸并相互接触，使得这些通道占据空腔中的总空间并限定单个螺旋形构造。
16.根据一个实施方案，该分离装置的下部段包括位于至少三个同心外壳下方的重定向腔室，该重定向腔室被构造成允许流体从向下流过最外面的空腔的多个螺旋形通道切换到向上流过至少一个内部空腔的多个螺旋形通道。
17.流体通过最外面的空腔的上部段进入该分离装置。在最外面的空腔中，流体向下流过螺旋形通道。当流体到达最外面的空腔的底部区域时，即当流体到达重定向腔室(该重定向腔是位于至少三个同心外壳下方的界定空间)时，流体因其自身能量而改变方向，并向上流过至少一个内部空腔的螺旋形通道。在该至少一个内部空腔中，通过与通道的壁接触并向下滑动，固体会因其密度较高而相对于流体流逆向下落。因此，通道的壁起到分离板(诸如本领域已知的平直分离板)的作用。流体向上流动时会变得更干净，并且清洁液体(水)会到达至少一个内部空腔的上部段。
18.根据一个实施方案，该分离装置的下部段包括固体收集腔室，该固体收集腔室位于至少三个同心外壳的下方并且包括重定向腔室，其中固体出口位于固体收集腔室的底部部分。下部段是指位于同心外壳下方的部段。固体收集腔室收集从流体中分离出来并向下滑过空腔的螺旋形通道的固体。固体收集腔室的上端可以连接或固定至最外面的外壳的底部，从而在固体收集腔室的上部形成一个空间，称为重定向腔室，到达最外面的空腔底部的流体可以在该重定向腔室从向下流动变成向上流动，并继续向上流过至少一个内部空腔的
螺旋形通道。
19.根据一个实施方案，流体入口对应于气体出口。在最外面的空腔中，当包含在流体中的液体和固体向下流动时，(大部分)气体颗粒向上移动，并通过气体出口离开该分离装置，该气体出口对应于流体入口(与流体入口相同或部分相同)。因此，在最外面的空腔中，发生气体分离阶段，并且在至少一个内部空腔中，发生固体分离阶段，使得当流体到达至少一个内部空腔的上部段时，流体就已经变成液体(诸如清洁水)，该液体目前还没有或几乎没有任何固体和气体颗粒。
20.根据一个实施方案，最外面的空腔的顶部是敞开的，从而限定了最外面的顶部开口，并且流体入口包括由最外面的顶部开口形成的区域。最外面的空腔的顶端可以是未覆盖的且未封闭的，并且该分离装置优选位于反应器内部，其顶部处于水位或水位以下，使得反应器中的流体可以从所有方向进入该分离装置，而不仅仅是从设置入口的特定位置进入。因此，流体入口可以限定为由最外面的空腔的敞开顶端限定的总区域，也称为最外面的顶部开口。允许流体从所有方向进入该分离装置具有改善流量分布和简化系统设计的优点，因为不必考虑要设置入口的特定位置。
21.根据一个实施方案，该分离装置还包括用于将最外面的顶部开口与至少一个内部顶部开口(也称为至少一个内部空腔的顶部开口)分离的界定结构。该界定结构确保了可以形成流体入口(也可以形成气体出口)的最外面的顶部开口与至少一个内部空腔的开口分离，使得通过流体入口进入的流体和通过液体出口离开的清洁液体不会彼此接触。
22.根据一个实施方案，界定结构包括位于第二最外面的同心外壳上方并与其接触的界定外壳，并且至少一个内部顶部开口受界定外壳和最里面的外壳限制，从而形成液体收集部段。液体收集部段是用于收集(几乎)不含固体和气体的液体(诸如清洁水)的部段。液体收集部段可以设置在同心外壳的上方，由界定外壳和最里面的外壳界定，并且向上流过至少一个内部空腔的螺旋形通道的液体可以跟随其自然流动到达该液体收集部段。
23.根据一个实施方案，最里面的外壳在其上部段包括至少一个收集开口，以允许液体收集部段中的液体进入内部腔室，并且其中该分离装置还包括从最里面的外壳向该分离装置的外部突出的至少一个液体收集管道，以便收集内部腔室中的液体。最里面的外壳可以比其他外壳高，或者附加的外壳可以附接至最里面的外壳的顶部，使得最里面的外壳延伸超过其他同心外壳的高度的部分被认为是上部段。该上部段可以将液体收集部段限制在其中，并且至少一个收集开口优选位于该部段中，使得来自液体收集部段的液体可以进入内部腔室。
24.根据一个实施方案，液体收集部段包括至少一个分隔元件，以便将液体收集部段分隔成至少两个隔室，并且最里面的外壳包括用于至少两个隔室中的每一个隔室的至少一个收集开口。分隔元件可以包括至少一个分隔壁，该分隔壁从最里面的外壳径向地朝界定外壳延伸并与其接触，从而将液体收集部段分隔成至少两个隔室，优选分隔成四个隔室。通过为每个隔室设置至少一个收集开口，水可以通过不同的隔室进入内部腔室。
25.根据一个实施方案，该分离装置包括隔室控制机构，以关闭至少一个收集开口，从而阻止液体离开所述至少一个隔室。该隔室控制机构允许控制清洁水离开该分离装置的速度，因为它允许关闭一个或更多个隔室的收集开口。
26.根据一个实施方案，多个螺旋形通道由螺旋形壁限定，这些螺旋形壁相对于同心
结构的竖直横截面具有内部区域和外部区域，其中这些螺旋形壁从内部区域向外部区域向上弯曲，或者从内部区域向外部区域向下弯曲。
27.多个螺旋形通道可以由螺旋形壁限定，这些螺旋形壁包括位于外壳顶部的上端和位于外壳底部的下端，其中流过通道的流体从上端流到下端，或者从下端流到上端。每个壁还包括两个表面，即前表面和后表面，其中前表面是固体颗粒主要接触的表面，并且固体颗粒通过该表面向下滑动。对于竖直横截面(如附图中明确所示)，壁的内部区域延伸靠近且包括壁的内边缘。螺旋形壁可以将一个外壳与下一个同心外壳连接起来。在一个实施方案中，每个壁的水平横截面限定了朝向同心外壳的中心径向延伸的线。在这种构造中，壁可以具有从上端延伸至下端的平坦表面。在另一个更优选的构造中，壁设置成使得每个壁的水平横截面不朝向中心径向延伸，而是相对于所述方向具有特定的倾角。在该构造中，从上端延伸到下端的壁表面不是平坦的，而是从内部区域向外部区域向下弯曲，形成拱形或凹形，或者从内部区域向外部区域向上弯曲，从而形成拱形或凸形。
28.根据一个实施方案，最外面的空腔的多个螺旋形壁从内部区域向外部区域向下弯曲，并且至少一个内部空腔的多个螺旋形壁从内部区域向外部区域向上弯曲。该构造的优点是允许接触壁的固体向下滑动更靠近最外面的空腔中的外部区域，并允许固体向下移动更靠近至少一个内部空腔中的内部区域。
29.根据一个实施方案，每个同心外壳和下一个外壳之间的距离在25毫米和800毫米之间，优选在50毫米和800毫米之间，更优选在50毫米和500毫米之间，更优选在50毫米和200毫米之间。对于较小的分离装置，25毫米和200毫米之间的距离(优选25毫米和100毫米之间的距离)也是优选的。
30.根据一个实施方案，至少三个同心外壳对应于至少三个同心管，并且至少两个同心空腔对应于至少两个同心圆环。在本发明的一个优选实施方案中，外壳具有管状形状(诸如由圆形水平横截面限定的圆柱形)。在该优选实施方案中，由其限定的空腔具有圆环形形状。这允许该分离装置装配在圆形反应器罐体中，并提供均匀的流体分布，这是具有矩形水平横截面的分离装置无法实现的。此外，与螺旋形通道结合的圆柱形状为分离装置提供了更坚硬的结构，并且该圆柱形状允许减小形成通道的壁的厚度，因为壁不再是长而直的。
31.根据一个实施方案，该分离装置包括：至少四个同心外壳，限定至少三个同心空腔。该结构提供了一个流体可以向下流动的最外面的空腔以及流体可以向上流动的至少两个内部空腔。在同心结构中，最外面的外壳具有较大的直径，因此可以具有比内部空腔更多的通道，从而输送更多的流体。通过设置至少两个内部空腔，这些内部空腔的通道可以具有更合适的尺寸，并且系统可以提供更好的性能。
32.根据一个实施方案，固体收集腔室具有中空的倒锥形形状。如果同心外壳具有圆柱形状，固体收集腔室可以具有圆锥形状，使得圆锥的底部是敞开的，并且圆周边缘连接至最外面的圆柱体。
33.根据一个实施方案，该分离装置还包括：曝气装置，位于固体收集腔室下半部分的外部，以便从该分离装置下方供应气体(沼气或空气)。这允许控制该分离装置所在的反应器中产生的气体体积，以便控制该分离装置外部的液体、固体和气体与该分离装置内部的液体和固体之间的密度差，从而实现该分离装置内部液体和固体的所需流量。
34.根据一个实施方案，多个螺旋形通道由具有不规则表面的螺旋形壁限定。壁的表
面(无论是正面还是背面)可以是光滑的，没有褶皱。然而，壁的表面也可以是不规则的、不平坦的或波纹状的。这可以改善气体分离。
35.根据第二个方面，本发明提供了一种分离含有液体、气体和固体的流体的方法，该方法由分离装置执行，该分离装置包括：至少三个同心外壳，包括最外面的外壳和最里面的外壳，并限定了至少两个同心空腔；以及多个螺旋形通道，形成在至少两个同心通道的每一个通道中。该方法包括以下步骤：通过至少两个同心空腔中最外面的空腔的上部段接收流体；允许流体向下流过最外面的空腔的多个螺旋形通道；当流体到达位于最外面的空腔下方的重定向腔室时，允许流体从向下流过最外面的空腔的多个螺旋形通道切换到向上流过至少一个内部空腔的多个螺旋形通道，并且当到达至少一个内部空腔的上部段时转换成液体，允许液体离开分离装置；以及允许固体向下移动通过最外面的空腔的多个螺旋形通道以及至少一个内部空腔的多个螺旋形通道，并通过分离装置的下部段离开分离装置。
36.根据一个实施方案，该方法还包括：当流体向下流过最外面的空腔的多个螺旋形通道时，允许气体向上移动并通过最外面的空腔的上部段离开分离装置。
37.根据一个实施方案，通过最外面的空腔的上部段接收流体包括：通过最外面的顶部开口的总区域接收流体。
38.根据一个实施方案，允许液体通过上部段离开分离装置包括：允许液体到达位于至少三个同心外壳上方的液体收集部段。
39.根据一个实施方案，该方法还包括：允许液体收集部段中的液体通过至少一个收集开口进入最里面的空腔中的内部腔室，并通过连接到最里面的外壳的至少一个液体收集管道离开分离装置。
40.根据一个实施方案，允许固体通过分离装置的下部段离开分离装置包括：允许固体朝向位于至少三个同心外壳下方的固体收集腔室向下移动。
41.根据一个实施方案，该方法还包括：通过位于固体收集腔室下半部外部的曝气装置从分离装置下方供应气体。
42.根据一个实施方案，多个螺旋形通道分别由多个螺旋形壁限定，其中每个螺旋形壁包括内部区域和外部区域，并且该方法还包括：在最外面的空腔中引导包含在流体中的固体朝向螺旋形壁的外部区域向下流动，并且在至少一个内部空腔中引导包含在流体中的固体朝向螺旋形壁的内部区域向上流动。
43.根据一个实施方案，液体收集部段被分隔成至少两个隔室，并且该方法还包括：控制液体收集部段允许关闭至少一个隔室，从而阻止液体离开所述隔室。
附图说明
44.下面将参考附图更详细地讨论本发明，其中：
45.图1a示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的竖直横截面。
46.图1b示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的水平横截面。
47.图2示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置位于反应器罐体内部时的竖直横截面。
48.图3示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的立体图。
49.图4示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的另一个立体图。
50.图5示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的另一个立体图。
51.图6a示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的竖直横截面。
52.图6b示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的水平横截面。
53.图7示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的特写图。
54.图8示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的另一个立体图。
55.附图仅用于说明目的，并不作为对权利要求书所规定的范围或保护的限制。
具体实施方式
56.采用根据本发明的分离装置的净化工艺的应用包括反应器罐体。实例包括好氧反应器、厌氧反应器或无氧反应器。厌氧颗粒污泥床技术是指用于废水厌氧处理的反应器概念或净化器。
57.优选地，本发明的分离装置的顶部部分(优选为顶部边缘或顶部表面)位于曝气反应器罐体中的水位处，使得该分离装置的其余部分位于水位以下，因为在这种罐体中，该分离装置的外部(曝气)和该分离装置的内部(未曝气)之间的密度差会产生流过该分离装置的流体流，该流体流会使沉淀的固体或固体颗粒从该分离装置返回到流体分离装置内的同一个或另一个反应器罐体。然而，在另一个实施方案中，该分离装置也可以完全位于水位以下，或者甚至位于反应器的底部。
58.根据本发明的反应器(诸如上流式厌氧污泥床(uasb)、膨胀颗粒污泥床(egsb)或者好氧反应器)包括具有发酵室的罐体。在一个实施方案中，废水在适当间隔的入口处被分配到罐体中。废水向上通过(厌氧)污泥床，污泥中的微生物在污泥床与废水基质接触。在一个实施方案中，发酵室中发生的厌氧降解过程负责产生气体(例如含有ch4和co2的沼气)。释放的气泡向上运动引起水力湍流，这实现了反应器混合，而无需任何机械部件。由于气流向上穿过流体到达液面，流体在发酵室中持续运动。
59.优选地，在反应器的顶部，水相在三相分离器(也称为气-液-固分离器)、沉淀装置或分离装置中与污泥固体和气体分离，这是本发明的目的。
60.尽管总体上将基于流体进行描述，但是其优选地应用于废水。然而，对于技术人员来说显而易见的是，可以使用任何其他合适的流体。
61.在对附图进行详细描述之前，应当说明的是，在整个申请中采用了诸如上方、下方、上/下部段、上/下部等术语。尽管没有具体指出，但是这些定义指的是分离装置正在运行或准备运行的位置。
62.同样地，在整个描述中采用了诸如竖直横截面和水平横截面的术语。竖直横截面应当理解为沿着包括纵轴(在至少一些附图中用x表示)的纵向平面形成的横截面，而水平横截面应当理解为沿着包括横轴(在至少一些附图中用y表示)的横向平面形成的横截面。在所有附图中，相同的数字表示相同的特征。
63.图1a示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的竖直横截面。图1b示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的水平横截面。将同时描述这两个附图，因为它们提供了互补信息，并且可以在其中一个附图或另一个附图中更好地理解一些特征。
64.根据图1a和图1b的分离装置1包括同心结构，该同心结构包括至少三个同心外壳，其中有最外面的外壳10和最里面的外壳12。至少三个同心外壳限定了至少两个同心空腔，
包括最外面的空腔11和一个或更多个内部空腔13。在图1a和图1b的实施方案中，同心外壳对应于具有圆形水平横截面的同心管(更具体地说，是同心圆柱体)，并且空腔对应于圆环。然而，应当说明的是，这仅仅是一种可能，一个优选实施方案，但是同心外壳可以具有多边形形状，其诸如由矩形(甚至正方形)水平横截面、六边形或八边形水平横截面或任何其他合适的形状来限定。
65.此外，图1a和图1b的实施方案示出了限定三个同心空腔的四个同心外壳。这是一个优选实施方案，其中最外面的空腔11对应于可以发生脱气阶段的脱气部分，并且两个内部空腔13对应于可以发生固体分离的沉淀部分。因此，该沉淀部分被分隔成两个空腔。这种构造是有利的，因为在内部空腔13的情况下，如果仅采用一个内部空腔，则限定螺旋形通道14的圆形部分的长度a可能太小。通过采用至少两个内部空腔13，可以减少每个内部空腔的螺旋形通道14的数量，同时保持足够的长度a。此外，螺旋形通道14相对于竖直平面的角度对于最外面的空腔来说最小，并且朝向内部空腔增加。如果只采用一个内部空腔，该角度在内部空腔会太陡。通过采用至少两个内部空腔，可以减小内部空腔13中的通道14的角度(即螺旋形通道的斜度)。
66.距离b表示同心空腔的宽度，该宽度与通道14的宽度相同或基本相同。根据一个实施方案，距离b的值在25毫米和800毫米之间，优选在50毫米和800毫米之间，更优选在50毫米和500毫米之间，甚至更优选在50毫米和200毫米之间。对于较小的分离装置，25毫米和200毫米之间的距离(优选25毫米和100毫米之间的距离)也是优选的。如图1b所示，最外面的空腔11的距离b小于第二最外面的空腔或中间空腔的距离b，同时该距离小于最里面的空腔的距离b。然而，这只是一个实例，并且可以采用其他长度的b。对于最外面的空腔11中的通道，确定a和b的值，使得它们的比例和通道的尺寸允许气体向上移动并离开该装置。另一方面，内部空腔13的a和b的值被确定为使得它们的比例和通道的尺寸允许固体相对于液体流逆向向下移动，因此这取决于流体特性。
67.为了确保两个内部空腔中的水流速度相等，两个内部空腔13中的压降必须相等。压降定义为流体输送网络的两点之间的总压力差，并且当流体流过管时流动阻力引起的摩擦力作用在流体上时，就会产生压降。压降取决于摩擦系数、水的密度、螺旋形通道14从顶端到底端的长度(流体在通道14中必须穿过的路径长度)、通道14的水力直径以及流体的速度。
68.考虑到这一点，通道的数量、螺旋形通道的斜度和部段的直径可以以使得在两个截面中的速度相等的方式选择。
69.具有限定两个同心空腔的三个同心外壳的实施方案也是可能的，并且包括限定三个以上同心空腔的四个以上同心外壳的实施方案也是可能的。
70.分离装置1还包括流体入口15，该流体入口位于最外面的空腔11的上部段。优选地，所述上部段是上半部分或上面的三分之一部分，并且更优选地，流体入口15形成在最外面的空腔11的顶部，该顶部优选地未被覆盖，从而限定了最外面的顶部开口，使得流体入口15包括由最外面的顶部开口形成的区域。在这种构造中，该分离装置所在的反应器罐体中的流体可以从所有方向进入该分离装置，而不仅仅是从设置入口的特定位置进入。
71.流体入口15也可以作为气体出口。也就是说，当流体向下流过最外面的空腔11的螺旋形通道14时，气体颗粒从流体中分离出来并向上移动，从而通过气体出口(流体入口)
离开该分离装置。包括管道的气体收集系统可以用于收集气体，或者气体可以简单地上升并离开分离装置1。
72.在同心结构的下方，固体收集腔室20可以在运行中位于、连接或固定至最外面的外壳10的底端，并限定腔室(称为重定向腔室)，流体可以在到达最外面的空腔11的螺旋形通道14的底部之后在该腔室内利用流体自身的能量从向下流动变为向上流动。然后，流体可以向上流过至少一个内部空腔13(在本实施方案中是两个内部空腔)的螺旋形通道14。当流体正向下流过最外面的空腔11的通道14并向上流过内部空腔13的通道14时，固体颗粒可能会因其密度较高且与通道14的表面摩擦而从液体中分离出来并下落，从而沉淀在固体收集腔室20的底部，然后通过优选地位于固体收集腔室底部的固体出口22离开固体收集腔室20。
73.固体收集腔室20可以具有几种形状。然而，在图1a和图1b的实施方案中，固体收集腔室20具有圆锥形状，以改善其与同心结构的附接，这可以通过将圆锥底部的圆周边缘附接或接合至最外面外壳10的底部来实现。然而，应当说明的是，只要固体收集腔室20允许固体被收集并从分离装置1排除且存在允许流体离开最外面的空腔11的通道14并进入至少一个内部空腔13的通道14的空间，那么其他形状也是可能的。
74.图1a和图1b还示出了液体出口，该液体出口包括液体收集部段30和至少一个液体收集管道36。液体收集部段30可以由最里面的外壳12和界定结构封闭或界定，该界定结构将最外面的空腔11的顶部开口与内部空腔13的顶部开口分开。该界定结构优选为界定外壳31，该界定外壳具有与其他同心外壳相似的形状，并且设置成一端附接至第二最外面的外壳的顶部。在图4中也可以清楚地看到该界定外壳，下文将对此进行更详细的描述。
75.最里面的外壳12可以是实心的或(部分)中空的。如果最里面的外壳12是(部分)中空的，则其可以限定有助于收集液体(清洁水)的内部腔室35。最里面的外壳12的高度h1可以大于其他同心外壳的高度，或者相反，附加的外壳可以附接至最里面的外壳的顶部，从而提供限定上部段的更大高度，使得所述上部段(高度h2)可以用作界定液体收集部段30的壁。在最里面的外壳12的上部段中，可以存在至少一个收集开口34(参见图4)，以便液体收集部段30中的液体进入内部腔室35并储存在其中。然后，液体可以通过至少一个液体收集管道36排出，该液体收集管道连接至最里面的外壳12并收集储存在其中的液体。如图4所示，液体收集部段可以被分隔成隔室。
76.螺旋形通道可以由螺旋形壁限定，这些螺旋形壁将每个外壳与下一个外壳连接起来，如图1a和1b的情况。螺旋形通道也可由具有多边形水平横截面(诸如矩形(正方形)或其他类型的多边形、圆形或椭圆形水平横截面)的螺旋形中空构件或中空臂限定，所述中空臂装配在空腔中且彼此附接以及附接至限定空腔的外壳。在一个优选实施方案中，螺旋形通道由将每个外壳与下一个外壳连接起来的壁限定。在另一个优选实施方案中，螺旋形通道由具有正方形或矩形水平横截面的中空臂限定。这些实施方案是优选的，因为它们允许更好地利用空间，因此它们实现了更大的流体容积。
77.在图1a和图1b的实施方案中，多个螺旋形通道14由螺旋形壁19限定，这些螺旋形壁具有上端和下端，并将一个外壳与下一个同心外壳连接起来。这些螺旋形壁19具有流体流过的前表面(或顶表面)(即固体主要接触的表面)以及后表面(或底表面)。螺旋形壁还具有内部区域17和外部区域18，该内部区域相对于竖直横截面沿着壁的整个长度延伸靠近并
包括内边缘，而该外部区域同样延伸靠近并包括外边缘。
78.在图1a和图1b的实施方案中，每个壁19的水平横截面限定了朝向同心外壳的中心径向延伸的线，所述线具有与其所在的同心空腔的宽度(距离b)基本相同的长度。在这种构造中，壁具有从上端延伸至下端的平坦表面。
79.图2示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置位于反应器罐体内部时的竖直横截面。在图2中，分离装置1位于反应器罐体的内部，该反应器罐体可以是好氧或厌氧反应器。
80.图2的实施方案的分离装置1位于反应器2的上部部分(诸如上半部分)中，并且其顶部部分位于流体液面3或位于流体液面3的下方。然而，分离装置1也可以设置在反应器内的其他位置，并且工作原理将是相同的。例如，分离装置1可以位于反应器的底部或其附近。将结合图2描述一种分离流体中的液体、固体和气体的方法。
81.在步骤1中，分离装置1通过位于最外面的空腔11的上部段中的流体入口15接收流体(诸如包含液体、固体和气体的废水)，在这种情况下，该流体入口对应于最外面的空腔11的整个顶部开口。然后，在步骤2中，允许流体向下流过螺旋形通道14，包含在流体中的(大部分)气体从流体中分离，部分原因是流体与限定通道的壁的表面摩擦，该表面可以是光滑的或不规则的，并且气体向上移动，从而通过对应于流体入口15的气体出口离开该分离装置。在步骤3中，在到达最外面的空腔11的底部区域之后，流体到达重定向腔室，该重定向腔室是固体收集腔室20的一部分，并且是界定空间，流体在该界定空间中被允许从向下流动切换到向上流动，并向上流过至少一个内部空腔13的多个螺旋形通道14。当到达至少一个内部空腔13的上部段转化成液体时，液体被允许离开该分离装置。步骤4对应于允许向下移动通过最外面的空腔11的多个螺旋形通道14并且还向下移动通过至少一个内部空腔13的多个螺旋形通道14的固体通过分离装置1的下部段(优选通过位于固体收集腔室20底部的固体出口22)离开该分离装置的步骤。在步骤5中，已经到达上部段的液体(清洁水)可以进入液体收集部段30，液体可以从该液体收集部段经由例如至少一个收集开口34进入最里面的外壳12的内部腔室35。液体收集管道36或任何其他液体排放元件可以连接至最里面的外壳12，并且在步骤6中排除存储在其中的液体。如果内部腔室35不存在，液体收集部段30中的液体可以由至少一个管道直接连接。
82.图3示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的立体图。在图3中，可以看到不同同心空腔中的螺旋形通道14的上部部分。还可以看到限定螺旋形通道14的螺旋形壁19的水平横截面，其径向地向同心外壳的中心延伸。距离b表示同心空腔的宽度，该宽度与在所述空腔中形成的螺旋形通道14的宽度相同或基本相同。参照图1a和图1b如上所示，距离b可以具有不同的值。
83.图4示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的另一个立体图。图4聚焦于位于同心外壳上方的液体收集部段30。该液体收集部段30可以具有与图4中所示的元件不同的元件，因为图4中所示的构造仅仅是一个实例，并且其他构造也是可能的。图4的实施方案示出了界定外壳31，该界定外壳固定在第二最外面的外壳顶部，并且该界定外壳的高度可以基本上与最里面的外壳12的附加高度h2(见图1a)相同。界定外壳31的高度也可以大于高度h2，以确保液体收集部段30或内部腔室35里没有液体溢出并离开该分离装置。
84.如图4的实施方案所示，最里面的外壳12包括在其上部段(高度h2的部分，其延伸
超过其他同心外壳的高度，该部分可以是最里面的外壳的一部分或附加到最里面的外壳顶部的附加外壳)中的至少一个收集开口34，以允许液体收集部段30中的液体进入内部腔室35。至少一个液体收集管道36或其他液体排放装置可以从最里面的外壳12向分离装置1的外部突出，以便从内部腔室35收集液体。
85.图4示出了四个界定元件32，这些界定元件将液体收集部段30分隔成四个隔室33。然而，应当说明的是，尽管这是优选实施方案，但是可以有不同数量的界定元件和隔室。图4的实施方案的界定元件32包括分隔壁，这些分隔壁从最里面的外壳12径向地延伸到界定外壳31中的位置，从而将液体收集部段30分隔成多个隔室33。
86.设置几个隔室的优点是可以关闭这些隔室中的一个或更多个隔室。该机构允许控制该分离装置中流体的速度。最里面的外壳12可以包括多个收集开口34，使得至少一个收集开口34将每个隔室与内部腔室35连接起来。该分离装置可以包括隔室控制机构，以基于该分离装置中液体的所需速度来关闭或打开至少一个收集开口34。隔室控制机构可以包括关闭至少一个收集开口34的盖子或密封结构。控制机构可以手动控制，或者可以通过传感器系统自动控制。
87.在图4的实施方案中，界定元件32沿着螺旋形壁的径向分布径向地延伸(如图1b中明确所示)。然而，界定元件32可以具有不同的形状，以适应螺旋形壁的分布。如参照图6至图8所示，当螺旋形壁不径向延伸时，界定元件32具有适应壁的水平横截面的形状，以便有效界定液体收集部段30的隔室。
88.图5示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的另一个立体图。具体而言，图5示出了固体收集腔室20的特写图，并且是所述固体收集腔室20的实例，该固体收集腔室具有倒圆锥形形状，其底部敞开，并且底部的边缘区域与最外面的外壳10的底端接触。固体出口22位于固体收集腔室20的底部。此外，固体收集腔室20可以包括位于固体出口22下方的阻挡件24，该阻挡件构造成防止空气进入固体收集腔室20，同时允许固体通过固体出口22离开。在一个优选实施方案中，阻挡件24具有圆锥形状，但是本发明不限于此。
89.根据一个实施方案，该分离装置还包括位于固体收集腔室下半部分外部的曝气装置，以便从该分离装置下方供应气体(沼气或空气)。流过该分离装置的液体和固体由该分离装置外部的液体、固体和气体的密度差驱动，并且该分离装置内部只有液体和固体。该密度差取决于气体(例如，沼气)的产量或者向该分离装置所在的曝气反应器供氧所需的曝气手段。然而，所产生的气体量未必是使水和污泥高效流过该分离装置的正确气体量。这可以通过设置用于从分离器下面提供空气或沼气的专用曝气装置来避免。优选地，在固体收集腔室20的外侧，曝气装置位于固体收集腔室20的下半部分，接近或接触固体收集腔室20的外表面，并且在固体出口22的上方。曝气装置可以包括具有至少一个管道的管道系统，该管道包括至少一个开口(优选为多个开口)，使得气体可以通过所述开口供应到反应器，从而控制产生的气体量，这控制了该分离装置外部和该分离装置内部之间的密度差，并允许液体和固体高效流过该分离装置。
90.图6a示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的竖直横截面。图6b示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的水平横截面。图6a和图6b的实施方案类似于图1a和图1b的实施方案，并且类似的特征将不再描述。
91.然而，图6a和图6b的实施方案的螺旋形通道14具有与图1a和图1b的螺旋形通道不
同的形状。图6a和图6b的多个螺旋形通道14由不平坦的螺旋形壁19限定，并且它们的水平横截面没有朝向同心结构的中心径向地延伸。相反，螺旋形壁19被设置成使得每个壁19的水平横截面相对于所述方向倾斜，以形成特定角度α，如图6b所示，下文将对此进行详细的解释。
92.由于它们的形状，因此螺旋形壁19不是平坦的，并且相对于如图6b所示的竖直横截面具有朝着外部区域18向下弯曲的内部区域17，以形成凹形，或者具有朝着外部区域向上弯曲的内部区域17，以形成凸形。该实施方式的优点在于，当流体正向下或向上流动时，包含在流体中的固体会趋于朝向壁19的一个区域或另一个区域移动，从而将固体导向该分离装置中的所需位置。在一个优选实施方案中，最外面的空腔11的多个螺旋形壁19具有朝向外部区域18向下弯曲的内部区域17，以便允许固体向下移动更靠近外边缘，即更靠近最外面的同心外壳10。这允许固体到达固体分离腔室20并更靠近锥形壁，因此固体能够以更快的方式在固体分离腔室20的底部滑动和沉淀。在一个优选实施方案中，至少一个内部空腔13的多个螺旋形壁19具有朝向外部区域18向上弯曲的内部区域17，以便允许固体向下移动更靠近内边缘，即更靠近最里面的同心外壳12。在液体正向上移动通过螺旋形通道14的内部空腔13中，限定通道14的壁19的形状使得固体趋于朝向内边缘和中心移动，从而通过最短路径几乎直接落到固体收集腔室20的底部。
93.角度α的值决定了螺旋形壁19从内部区域17到外部区域18限定的曲线的半径。如上所述，越大的角度α意味着越深的凹形或凸形。α越小，壁的横截面就越接近同心外壳的半径，且壁的表面就越平坦。此外，如果α为正值(如在图6b的内部空腔中)，这将确定内部区域17朝向外部区域18向上弯曲(如图6a的内部空腔中所示)，并且如果α为负值(如在图6b的最外面的空腔中)，这将确定内部区域朝向外部区域向下弯曲(如图6a的最外面的空腔中所示)。
94.图7示出了根据本发明一个实施方案的分离装置的一部分的特写图(在图6a中标记为vii)，具体为示出了附图右端的同心外壳的中心的部分竖直横截面。在图7中，可以更清楚地看到，在一个实施方案中，最外面的空腔11的多个螺旋形壁19相对于竖直横截面是如何具有朝向外部区域18向下弯曲的内部区域17的，并且在附图中用黑色圆圈表示的固体趋于向下移动更靠近最外面的同心外壳，而在附图中用白色圆圈表示的气体趋于以相反的方向向上移动。还可以看出，至少一个内部空腔13(在该实施方案中为两个内部空腔13)的多个螺旋形壁19是如何使内部区域朝向外部区域向上弯曲的，以便允许固体向下移动更靠近最里面的同心外壳。
95.图8示出了根据本发明的一个实施方案的分离装置的一部分的另一个立体图。图8的描绘非常类似于图3的描绘。然而，从图8可以看出，限定螺旋形通道14的壁19的水平横截面相对于半径方向限定了角度α，因此不像图3的实施方案那样遵循径向方向。
96.附图仅用于说明目的，并不作为对权利要求书所规定的范围或保护的限制。
97.尽管已经参照示例性实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变，并且等同物可以替代其元件。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以进行许多修改，以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不旨在限于所公开的特定实施方案，而是本发明将包括属于所附权利要求书的范围内的所有实施方案。
98.尤其，可以对本发明的各个方面的特定特征进行组合。本发明的一个方面可以通过添加结合本发明的另一个方面描述的特征来进一步有利地增强。
99.应当理解的是，本发明仅由所附权利要求书及其技术等同物来限制。在本文件及其权利要求书中，动词“包括”及其变形是以其非限制性的意义采用的，以表示包括该词汇后面的项目，而不排除未具体提及的项目。此外，通过不定冠词“一个”对元件的引用并不排除存在一个以上元件的可能性，除非上下文明确要求存在一个且只有一个元件。因此，不定冠词“一个”通常指的是“至少一个”。
100.参考符号列表
101.在本说明书中用于指示相似元件的相似参考标号(但是仅在百位上不同)已经从下面的列表中省略掉了，但是应该被认为隐含地包括在内。
102.1 分离装置
103.2 反应器罐体
104.3 流体液面
105.10 最外面的外壳
106.11 最外面的空腔
107.12 最里面的外壳
108.13 内部空腔
109.14 螺旋形通道
110.15 流体入口＝气体出口
111.17 相对于竖直横截面的螺旋形壁的内部区域
112.18 相对于竖直横截面的螺旋形壁的外部区域
113.19 螺旋形壁
114.20 固体收集腔室
115.22 固体出口
116.24 阻挡件
117.30 液体收集部段
118.31 界定外壳
119.32 分隔元件
120.33 隔室
121.34 收集开口
122.35 内部腔室
123.36 液体收集管道。