[发明专利]三相多级分离装置

说明书

本发明涉及一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置，一种包括这种三相分离装置的反应器以及一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的方法。

在众多技术领域中已应用过用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置，例如用于生物净化废水或工艺用水。在生物净化废水或工艺用水时，待净化的废水或工艺用水与好氧或厌氧性微生物接触，好氧微生物主要将废水中的有机污物分解为二氧化碳和水，厌氧性微生物主要将废水中的有机污物分解为二氧化碳和甲烷。在此，一般通过在反应器下方区域中的入口不断地将待净化的废水或工艺用水输送给相应的、进行生物净化的反应器，并且导引该待净化的废水或工艺用水经过位于入口上面的沉积座，该沉积座根据废水的特性和方法包含微生物粒子(Mikroorganismenpellet)或微生物絮凝(Mikroorganismenflocke)。在此，在好氧性废水或工艺用水净化中必须将微生物生长所需要的、通常为空气形式的氧气输送给反应器，其中，在反应器工作时所述空气以气泡的形式至少部分地积聚到微生物团块上。与之相区别，厌氧性废水或工艺用水的净化在没有氧气的情况下进行，然而厌氧性微生物在分解待净化的废水或工艺用水中所含的有机化合物时尤其产生含有甲烷和二氧化碳的气体，这也称作生物气体，其部分地以小泡的形式积聚到微生物粒子上，并且部分地以自由小气泡的形式在反应器中上升。由于积聚的小气泡，微生物粒子或絮凝的比重下降，因此，至少一部分粒子或絮凝在反应器中上升。所以，既在厌氧也在好氧废水或工艺用水的净化中，在反应器中形成含水、微生物粒子和气体(泡)的三相混合物，在反应器上方区域内必须从该三相混合物中分离出气体和固体，以便净化的水例如可以通过一个或多个溢流口从反应器中输出。

为了从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体，US5,855,785提出一种三相分离装置，其包括气体罩，在该气体罩的下方区域内设有一个或多个倾斜布置的薄片，从而引起围绕该薄片的液体流，这应保证在薄片的上部进行良好的气体/液体分离。在这种三相分离装置工作时，从垂直线方向看，在至少一个薄片上从上向下导引含有液体、气体和固体的三相混合物，其中，在薄片的上端将气体从三相混合物中分离出，并且通过薄片下端的固体沉积到反应器底部实现从混合物中分离出固体，而已经净化的水在反应器中上升。

然而这种三相分离装置的缺点在于，通过微生物粒子的下沉，固体材料的分离从反应器中薄片的下端部向下进行。因此，反应器中足够小的流速是有效分离固体的先决条件，因为否则粒子会被液体流向上带走。因此，应用前述三相分离装置的方法局限于较低的液体流速上，所以，通过该方法，相对于反应器体积，只能在单位时间和单位反应器体积内净化少量的水，并且限制了方法应用上的灵活性。前述三相分离装置的另一缺点在于，三相分离装置只不充分地分离了在三相混合物中含有的气体和其中含有的固体，所以从反应器中导出的水仅具有较小的纯度。

由WO 96/32177公开了一种三相分离装置，其包括大量分别相互平行、相对垂直线倾斜向上布置的、带V形横截面的罩，其中，在罩的上部区域内设有水平布置的、水平地延伸经过罩边缘的气体盖。在该装置工作时，三相混合物通过入口区域引入三相分离装置，以便随后从下向上导引经过设置在各罩之间的流动通道。混合物中含有的较重的固体在这种导引中从下向上沉积，而在混合物中含有的较轻的固体和气体在气体盖中被截住，并且从该处导出分离装置。

已述分离装置的缺点在于，主要在气体盖中并且因此同时进行包含在三相混合物中的固体和气体的分离。然而通过设置在各罩之间的流动通道的流速越大，从混合物中分离出气体和固体的程度越不充分，因为随着流度的增加，一部分固体以及积聚在其上的小气泡从气体壳的旁边导引经过，并因此留在液体中。因此，应用上述三相分离装置的方法限制在低液流速度上，所以，通过该方法，相对于反应器体积，在单位时间和单位反应器体积内仅可以净化少量的水，并且严重限制了方法使用的灵活性。此外，通过已述的分离装置仅能实现从三相混合物中不充足地分离出气体和固体。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的三相分离装置，该三相分离装置能以较高的液体流速工作，从而可以在单位时间和单位反应器体积内净化大量的三相混合物，并且实现将气体和固体完全地或至少近乎完全地从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出，以及提供一种相应的用于从含有液体、气体和固体的三相混合物中分离出气体和固体的方法。