CN114315037B - 一种外加电场的倒置a2/o-gdmbr一体化村镇污水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外加电场的倒置A²/O‑GDMBR一体化村镇污水处理装置及方法，它属于村镇污水处理技术领域。它要解决现有村镇污水处理存在的低碳氮比、能耗高、运维量大、净水效果差且不稳定的问题。装置包括倒置A²/O箱体外壳、阴极电极、阳极电极、机械搅拌提升机构、第一曝气组件、可调节角度挡板、倾斜导流板、弧形导流板、GDMBR箱体、膜组件、第二曝气组件、集水箱、空气泵、回流泵和太阳能供电装置。本发明通过新构型研发实现了一气三用即集曝气充氧、硝化液循环和污泥回流三种功能于一体，采用回转式微电极在对微生物提供低电压调控的同时实现气‑液‑固三相速分功能强化脱氮除磷，具有净水效能高、低能耗、操作简便优势。

Description

一种外加电场的倒置A2/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置及 方法

技术领域

本发明属于村镇污水处理技术领域，涉及一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置及方法。

背景技术

随着经济发展，新农村建设的持续推进，农村生活水平得到了极大提高，生活污水产生量也在不断加大，农村生活污水已成为影响地表水环境安全的重要因素。与城市相比，农村地区的污水处理具有显著的地域差异性和水质水量差异性，且污水处理设施建设严重滞后，治理缓慢，大部分地区没有建设污水处理设施，部分已建处理设施也存在设计不合理、运行效能低下、能耗药耗高、缺乏专业运维人员等共性问题。因此，目前农村污水的收集处理率极低，大部分生活污水未经任何处理直接排放，造成河流、水塘大面积污染，对当地生态环境造成巨大影响，给农村居民的生活生产造成不便，严重制约了当地的经济发展和生活品质提升。针对农村污水处理现状、常规集中式处理技术在农村应用过程中存在的问题以及农村的地域和污水水质水量特性，农村污水处理必须从污染源头进行收集和处理，不能像城市那样集中处理-尾端解决。农村污水分布具有点多、量小、高度分散、水质复杂、变化系数大等特点，因此农村污水处理技术必须具有机动、灵活、操作简单、低能耗、低维护、无需专人看管、可实现无人值守条件下长期稳定运行等工艺特点，才能有效解决我国的农村污水处理问题。

现有的膜生物反应器(MBR)是一种将污水生物处理与膜分离相结合的新型的高效污水处理技术，具有污水处理效果好、占地面积小、自动化程度高、污泥产率低等优点，可作为村镇污水处理的优选工艺。然而，传统的单一MBR工艺在同步脱氮除磷方面的处理效果不理想，且膜污染严重，需要频繁的清洗；在运行过程中需要长时间大强度的曝气、频繁进行水力反冲洗和定期的化学清洗，这都会带来较大的能耗、较高的运营成本。因此，有必要设计一种新型的污水处理装置来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置及方法，通过新构型研发实现了一气三用即集曝气充氧、硝化液循环和污泥回流三种功能于一体，采用回转式微电极在对微生物提供低电压调控的同时实现气-液-固三相速分功能强化脱氮除磷，具有净水效能高、低能耗、操作简便优势，是未来解决农村污水处理的一种可靠工艺。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，包括倒置A²/O箱体外壳、阴极电极、阳极电极、机械搅拌提升机构、第一曝气组件、可调节角度挡板、倾斜导流板、弧形导流板、GDMBR箱体、膜组件、第二曝气组件、集水箱、空气泵、回流泵和太阳能供电装置，所述的倒置A²/O箱体外壳密封，所述的GDMBR箱体为上部敞开的箱体，所述的空气泵、回流泵和太阳能供电装置均设置在倒置A²/O箱体外壳的外部，所述的集水箱设置在GDMBR箱体的外部，所述空气泵、阳极电极、阴极电极、机械搅拌提升机构和回流泵均由太阳能供电装置供电；

通过在倒置A²/O箱体外壳内部平行布置的第一隔板和第二隔板将倒置A²/O箱体外壳内部依次分隔成缺氧区、厌氧区和好氧区，所述第一隔板的上端高于第二隔板的上端布置，所述的缺氧区和厌氧区底部连通，所述的厌氧区上部与好氧区连通，所述的缺氧区上部通过进水口与外部进水管道连通，所述的阴极电极设置在缺氧区内，所述的阳极电极设置在阴极电极内，所述的机械搅拌提升机构设置在厌氧区内；

所述第一曝气组件设置在好氧区内，所述的倾斜导流板的上端与第一隔板的上端固定连接，倾斜导流板的下端伸入好氧区与可调节角度挡板的上端连接，所述的弧形导流板的上端固定在外壳顶壁上，下端为自由端，所述倾斜导流板、可调节角度挡板与外壳顶壁及弧形导流板之间形成回流通道；

通过在GDMBR箱体内交错设置的两个隔板将GDMBR箱体内部分隔成调节区和膜滤区，好氧区的上部出水口通过连接管与调节区的上部连通，调节区的底部通过回流管与缺氧区的上部连通，所述第二曝气组件和膜组件均设置在膜滤区内，且第二曝气组件设置在膜组件的下方，膜组件的出水管道连通集水箱，在膜组件的出水管道上设有排气组件和出水阀，所述的第一曝气组件的进气管道和第二曝气组件的进气管道均与空气泵连接，在进气管道上设有空气阀；

第一曝气组件曝气时使好氧区的一部分污泥及液体沿回流通道回流至缺氧区，另一部分混合液经倾斜挡泥板后由连接管进入到调节区，调节区内的沉淀的污泥部分经回流管和回流泵回流到缺氧区的上部，部分定期排出；经调节区预沉后的混合液进入膜滤区，在重力的驱动下，混合液经膜组件过滤，出水进入集水箱，第二曝气组件曝气冲刷膜组件。

进一步的，回流通道连通缺氧区的回流口，回流口与倒置A²/O箱体外壳的进水口正对布置；在缺氧区的顶部设有排气口，排气口高出池顶30-200cm。

进一步的，在缺氧区的底部、厌氧区的底部、好氧区的底部、调节区的底部和膜滤区的底部均设有倾斜挡泥板。

进一步的，所述倾斜导流板的下端与可调节角度挡板的上端铰接，通过调整可调节角度挡板的开合角度控制循环回流比。

进一步的，所述阴极电极和阳极电极之间的距离为0.3-10cm；阴极电极材质采用碳布、碳毡或石墨板碳基材料及不锈钢网、泡沫镍或钛板非贵重金属材料；阳极电极材质采用石墨碳刷、石墨棒、石墨板或碳毡碳基材料；电极采用回转式结构，阴极电极所形成的筒状与阳极电极保持固定的间距。

进一步的，所述太阳能供电装置与控制器电连接，所述控制器与阴极电极和阳极电极电连接，控制外加电压在0.1-5.0V。

进一步的，在厌氧区的机械搅拌提升机构强化推流时打开，在好氧区底部设有第一曝气组件，控制溶解氧在2-4mg/L的同时曝气提供气流推动力；在膜滤区底部设有第二曝气组件，程序性曝气，形成微气泡对膜组件进行充氧和冲刷。

进一步的，在好氧区的底部、调节区的底部和膜滤区的底部分别设有一个穿孔排泥管，在每个穿孔排泥管上均设有一个放空阀；所述穿孔排泥管和放空阀用于排出装置内的沉淀的泥；调节区的部分污泥定期回流至缺氧区。

进一步的，所述GDMBR采用浸没式膜组件，可为平板膜或中空纤维膜，材质采用醋酸纤维素类、醋酸纤维素酯类、聚乙烯类、聚砜类或聚酰胺类；膜组件采用低压重力流驱动，工作压力为5-100KPa，不设置水力清洗和化学清洗装置，连续出水。

一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置的污水处理方法，具体包括以下步骤：

初始时，待处理的原水从进水口进入装置的缺氧区，流经由阴极电极和阳极电极构成的低压电场作用后由第一隔板底部进入厌氧区，然后经机械搅拌提升机构提升将水从第二隔板的上方提升进入好氧区，在好氧区内的第一曝气组件提供的回流动力下，使得一部分污泥和回流液经弧形导流板导流由回流通道回流至缺氧区；另一部分混合液经大角度的倾斜挡泥板后由连接管进入GDMBR箱体内，调节区沉淀的污泥部分经回流管和回流泵回流到缺氧区的上部，另一部分定期排出；经调节区预沉后的混合液进入膜滤区，第二曝气组件对膜组件进行充氧和冲刷，进入膜滤区的水通过膜组件过滤后由出水管道进入到集水箱中；

运行时，待处理的原水和经调节区沉淀的回流污泥从进水口进入装置的缺氧区与从好氧区通过回流通道回流的污泥和回流液共同经过阴极不锈钢网和阳极碳刷构成的低压电场的作用，经低压电场作用后的混合水再由第一隔板底部进入厌氧区，然后再经机械搅拌提升机构提升将混合水从第二隔板的上方提升进入好氧区，在第一曝气组件提供的回流动力下，使得一部分污泥和回流液再次经回流通道回流至缺氧区重新与新进入装置内的待处理的原水汇合；另一部分污泥和回流液再次经大角度的倾斜挡泥板后由连接管进入GDMBR箱体内，调节区沉淀的污泥再次经回流管和回流泵回流到缺氧区的上部重新与新进入装置内的待处理的原水汇合；经调节区预沉后的混合液通过膜组件过滤后由出水管道进入到集水箱中；如此循环回流最终完成对污水的处理；

在正常运行过程中，待达到排泥周期时，停止第一曝气组件和第二曝气组件曝气一段时间，打开穿孔排泥管进行排泥，排泥完成后所述装置重新运行。

相对于现有技术，本发明所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置具有以下优势：

(1)该装置在缺氧区施加低强度电场(0.1-5.0V)，实现生物能、化学能及电能之间的相互转化，调控微生物的代谢行为、生理机能，细胞的形态及表面特征，从而提高微生物种群的多样性，改变污泥混合液性质，加速了酶的活化反应强度，从宏观方面表现为微生物对有机养分的吸收增强，促进污染物的降解，提高反硝化的效果和强化微生物对污染物的去除。相较于一般的电生物反应器，电能消耗小。

(2)该装置的阴极和阳极可分别多种电极材料，适用范围广，与传统普通电极不同，本装置采用回转式结构电极，使得阳极电极不仅能传递电子且与混合液接触面积大，还可起到气-液-固三相速分功能，快速脱气，降低溶解氧，促进反硝化过程，气体从排气口排出；阴极电极所形成的筒状，与阳极保持固定的较小间距，提高电子传递效率。

(3)该装置在厌氧区可采用机械搅拌提升机构或推流装置，对厌氧区混合液进行混合并且提升，促进厌氧脱氮与释磷。

(4)该装置在好氧区布置曝气设施，产生的微小气泡对好氧区进行充氧，为微生物提供充分的溶解氧约2-4mg/L，促进微生物硝化反应和吸磷；同时曝气也为硝化液和污泥内回流提供动力。

(5)该装置硝化液和污泥回流依靠装置底部曝气，仅仅在厌氧区设置机械搅拌提升机构或推流装置(需要强化回流时打开)，节约能耗，同时通过调整挡板的开合角度来改变流体的流态和流场，从而改变不同的循环回流比，以应对水质、水量、温度的变化对反硝化作用的影响，保持最佳运行状态。

(6)该装置在好氧区上部设置有弧形导流板，实现对水气运动规律的调整，达到一气三用(充氧、污泥回流、消化液循环)的目的，气体从排气口逸出，混合液在气流的推动下顺利回流至缺氧区与原水、回流污泥混合。

(7)该装置在厌氧区中上部设置倾斜导流板，硝化液经内回流通道回流至缺氧区，进水口、外部污泥混合液回流口和装置内回流口正对，利用回流液的流速以及气泡的扰动，使进水快速均匀分布；同时进水中高浓度的有机质可快速消耗掉水中的溶解氧，促进厌氧环境的快速形成。

(8)该装置在好氧区下部设置角度稍大的倾斜挡泥板，大角度可有效阻挡污泥上浮，实现良好沉淀条件，尽量减少污泥随出水进入GDMBR池，保证倒置A²/O池内污泥浓度稳定并且减少后续的膜污染。

(9)该装置在GDMBR设有调节区，将进水先进行预沉调节，减少进入膜滤区的污泥量，以减轻膜污染。

(10)该装置采用浸没式膜组件，可采用平板膜、中空纤维膜等多种类型、醋酸纤维素类、醋酸纤维素酯类、聚乙烯类、聚砜类或聚酰胺类等多种材质的膜，适用范围大，且装置紧凑，体积小；膜的高效截流作用使微生物截流在反应器内实现了水力停留时间 (HRT)6-8h和污泥龄(SRT)5-15d的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；装置内的微生物浓度高，耐冲击负荷能力强。

(11)该装置的膜组件采用低压重力流驱动，工作压力为5-100KPa,出水动力消耗费用低，节省能耗，降低设备、管道及附件对进水压力的要求。

(12)该装置采用无水力清洗和化学清洗的过滤模式，相对于传统的MBR工艺需要定期清洗，操作维护复杂的缺点，大幅降低了运营费用和工作量；同时不抑制膜组件表面微生物生长，并利用微生物作用强化污染物的去除效果，改善出水水质，缓解膜污染，提高产水量。

(13)该装置采用程序性曝气的措施来清洗膜组件，可持续、间歇或脉冲式曝气，在有效控制膜污染的同时节约曝气能耗；且采用微气泡曝气装置，以获得更高的横流速度和较低的上升阻力，对膜组件的清洗效果好但又不会损坏膜组件。

(14)该装置采用特制排气装置排除管道内积气，可手动或自动排气，保障出水通畅。该排气装置可以直接观察检测管道内积气情况，排气效果好，较普通排气阀直观，减少排气次数，简化操作流程。

(15)该装置采用太阳能电池一体化供电系统，提供外加电场、曝气装置、机械搅拌提升机构所需电能，绿色环保，同时增设市政供电线路作为应急，避免因阴雨天气太阳能电池供电不足导致设备不能正常运行。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置的结构示意图。

附图标记说明：

A、缺氧区；B、厌氧区；C、好氧区；D、调节区；E、膜滤区；1、止回阀；2、进水阀；3、阴极电极；4、阳极电极；5、第一隔板；6、倾斜挡泥板；7、机械搅拌提升机构； 8、第二隔板；9、第一曝气组件；10、穿孔排泥管；11、可调节角度挡板；12、倾斜导流板；13、回流通道；14、回流口；15、进水口；16、弧形导流板；17、倒置A²/O箱体外壳；18、排气口；19、控制器；20、太阳能供电装置；21、空气泵；22、空气阀；23、气体流量计；24、连接管；25、回流泵；26、回流管；27、膜组件；28、液体流量计； 29、排气组件；30、出水阀；31、集水箱；32、溢流管；33、放空阀；34、GDMBR箱体； 35、第二曝气组件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，装置在污水处理时在装置内加入待处理污水，包括倒置A²/O箱体外壳17、阴极电极3、阳极电极 4、机械搅拌提升机构7、第一曝气组件9、可调节角度挡板11、倾斜导流板12、弧形导流板16、GDMBR箱体34、膜组件27、第二曝气组件35、集水箱31、空气泵21、回流泵 25和太阳能供电装置20，所述的倒置A²/O箱体外壳17为密封箱体外壳，处于微压状态，可强化氧的溶解度和污染物的传质效率，强化污染物去除效能；所述的GDMBR箱体34为上部敞开的箱体，所述的空气泵21、回流泵25和太阳能供电装置20均设置在倒置A²/O 箱体外壳17的外部，所述的集水箱31设置在GDMBR箱体34的外部，所述空气泵21、阳极电极4、阴极电极3、机械搅拌提升机构7和回流泵25均由太阳能供电装置20供电；

通过在倒置A²/O箱体外壳17内部平行布置的第一隔板5和第二隔板8将倒置A²/O箱体外壳17内部依次分隔成缺氧区A、厌氧区B和好氧区C，所述第一隔板5的上端高于第二隔板8的上端布置，所述的缺氧区A和厌氧区B底部连通，所述的厌氧区B上部与好氧区C连通，所述的缺氧区A上部通过进水口15与外部进水管道连通，所述的阴极电极3设置在缺氧区A内，所述的阳极电极4设置在阴极电极3内，所述的机械搅拌提升机构7设置在厌氧区B内；

所述第一曝气组件9设置在好氧区C内，所述的倾斜导流板12与水平方向呈30°夹角布置，所述的倾斜导流板12的上端与第一隔板5的上端固定连接，倾斜导流板12的下端伸入好氧区C与可调节角度挡板11的上端连接，所述的弧形导流板的上端固定在外壳顶壁上，下端为自由端，所述倾斜导流板12、可调节角度挡板11与外壳顶壁及弧形导流板16之间形成回流通道13；

通过在GDMBR箱体34内交错设置的两个隔板将GDMBR箱体34内部分隔成调节区D和膜滤区E，好氧区C的上部出水口通过连接管24与调节区D的上部连通，调节区D的底部通过回流管与缺氧区A的上部连通，所述第二曝气组件35和膜组件27均设置在膜滤区E内，且第二曝气组件35设置在膜组件27的下方，膜组件27的出水管道连通集水箱31，在膜组件27的出水管道上设有排气组件29和出水阀30，所述的第一曝气组件9 的进气管道和第二曝气组件35的进气管道均与空气泵21连接，在进气管道上设有空气阀22；膜组件27即GDMBR采用浸没式膜组件，为平板膜或中空纤维膜，材质可采用：醋酸纤维素类、醋酸纤维素酯类、聚乙烯类、聚砜类或聚酰胺工作压力由水的重力水头提供，约5-100kPa，膜组件27不设置水力清洗和化学清洗装置，连续出水(亦可间歇运行)；排气组件29可以是手动排气阀或定时排气的排气阀，定期手动(每8-12h一次) 或自动打开排气阀排除管道积气，保障出水通畅；

第一曝气组件9曝气时使好氧区C的一部分污泥及液体沿回流通道13回流至缺氧区 A，另一部分混合液经倾斜挡泥板后由连接管24进入到调节区D，调节区D内的沉淀的污泥部分经回流管26和回流泵25回流到缺氧区A的上部，部分定期排出；经调节区D预沉后的混合液进入膜滤区E，在重力的驱动下，混合液经膜组件27过滤，出水进入集水箱31，第二曝气组件35曝气冲刷膜组件27。

倒置A²/O箱体外壳17密封，在厌氧区B的机械搅拌提升机构强化推流时打开，在好氧区C底部设有第一曝气组件，控制溶解氧在2-4mg/L的同时曝气提供气流推动力；在膜滤区E底部设有第二曝气组件，程序性曝气(即持续、间歇或脉冲式曝气)，形成微气泡对膜组件进行充氧和冲刷。

本申请采用倒置A²/O耦合GDMBR工艺，通过新构型研发实现了一气三用即集曝气充氧、硝化液循环和污泥回流三种功能于一体，节约能耗；构建外源弱电场介导，阴阳两极均以回转式结构建立，外筒为阴极，阳极置于阴极中心，筒式放置提高了微生物和电极的接触面积，使电子的利用效率增大，从而促进反硝化速度、提高脱氮效率；微生物处于低压电场中代谢行为、生理机能，细胞的形态及表面特征发生变化，微生物群落的多样性提高，改变污泥混合液性质，从而降低膜污染；采用重力流式膜过滤系统(Gravity DrivenMembrane system，GDM)，过滤水头远小于传统膜滤设备所需过滤水头，仅由水的重力提供压力，不需要泵进行抽吸，故运行过程中能耗低；不需要水力反冲洗和化学清洗，故操作简单，运维管理方便。

回流通道13连通缺氧区A的回流口14，回流口14与倒置A²/O箱体外壳17的进水口15正对布置，利用回流液的流速以及气泡的扰动，使进水快速均匀分布；同时进水中高浓度的有机质可快速消耗掉水中的溶解氧，促进厌氧环境的快速形成。

在缺氧区A的底部、厌氧区B的底部、好氧区C的底部、调节区D的底部和膜滤区E 的底部均设有倾斜挡泥板。具体为：在缺氧区A的底部和厌氧区B的底部分别设有一个倾斜挡泥板6，两个区内的倾斜挡泥板正对布置；在好氧区C的底部设有两个正对布置的倾斜挡泥板，且好氧区C底部的挡泥板与缺氧区A内的挡泥板空间垂直布置，在好氧区C 的侧壁上设有一个大倾斜角度的挡泥板，用于水流向GDMBR箱体34，在调节区D的底部对称布置两个倾斜挡泥板，在膜滤区E的底部对称布置两个倾斜挡泥板；调节区D和膜滤区E内的挡泥板空间垂直布置；如此设置防止在装置的死角处积压泥，装置在运行时，倾斜挡泥板上的泥由斜板滑落，掉入厌氧区B或好氧区C、调节区D、膜滤区E，慢慢沉淀堆积，最终由穿孔排泥管收集后排除。

所述倾斜导流板12的下端与可调节角度挡板11的上端铰接，通过调整可调节角度挡板11的开合角度控制循环回流比；通过调整挡板的开合角度来改变流体的流态和流场，从而改变不同的循环回流比，一般回流比控制在循环回流比为0.5:1-3:1；以应对水质、水量、温度的变化对反硝化作用的影响，保持最佳运行状态。

在外部进水管道上、在连接管24上和在回流管26上分别设有一个进水阀2和一个止回阀1，在膜组件27的出水管道上还设有液体流量计28。在曝气组件的进气管道上还设有气体流量计23。在缺氧区A的顶部设有排气口18，排气口高出池顶30-200cm；在 GDMBR箱体34上部连通有溢流管32。在好氧区C的底部、调节区D的底部和膜滤区E的底部分别设有一个穿孔排泥管10，在每个穿孔排泥管10上均设有一个放空阀33；所述穿孔排泥管10和放空阀33用于排出装置内的沉淀的泥。

所述太阳能供电装置20与控制器19电连接，所述控制器19与阴极电极3和阳极电极4电连接；电能由太阳能供电装置提供，电极体积尽量占满厌氧区空间，阴极电极材质采用碳布、碳毡或石墨板碳基材料及不锈钢网、泡沫镍或钛板非贵重金属材料；阳极电极材质采用石墨碳刷、石墨棒、石墨板或碳毡碳基材料；电极采用回转式结构，阴极电极所形成的筒状，与阳极电极保持固定的间距；且不锈钢网阴极和石墨碳刷阳极之间的距离为0.3-10cm。

一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置的污水处理方法，具体包括以下步骤：

初始时，调节好可调节角度挡板11的角度，在缺氧区给阴极不锈钢网和阳极碳刷施加0.1-5.0V的低压，待处理的原水从进水口15进入装置的缺氧区A，流经由阴极电极3 和阳极电极4构成的低压电场作用后由第一隔板5底部进入厌氧区B，阳极电极还起到了气-液-固三相速分功能，快速脱气，降低溶解氧，促进反硝化过程，气体从排气口排出；然后经机械搅拌提升机构7提升将水从第二隔板10的上方提升进入好氧区C，第一曝气组件9产生的微小气泡对好氧区进行充氧，为微生物提供充分的溶解氧浓度为2-4mg/L，促进微生物硝化反应和吸磷，同时也为硝化液和污泥内回流提供动力；气体经弧形导流板迅速由排气口排出，为硝化液内回流提供有力水力条件，在好氧区C内的第一曝气组件9提供的回流动力下，使得一部分污泥和回流液经弧形导流板16导流由回流通道13 回流至缺氧区A，；另一部分混合液经大角度的倾斜挡泥板6后由连接管24进入GDMBR 箱体34内，设置大角度的倾斜挡泥板(与水平线夹角为70°)可有效阻挡污泥上浮，实现良好沉淀条件，尽量减少污泥随出水进入GDMBR池，保证倒置A²/O池内污泥浓度稳定并且减少后续的膜污染；调节区D沉淀的部分污泥经回流管26和回流泵25回流到缺氧区A的上部，另一部分定期排出；经调节区D预沉后的混合液进入膜滤区E，第二曝气组件35对膜组件27进行充氧和冲刷，进入膜滤区E的水通过膜组件27过滤后由出水管道进入到集水箱31中；调节区D平常运行时进行污泥回流，回流至倒置A²/O池的缺氧区A；当达到排泥周期(5-15d)时，关闭回流，打开排空管，进行排泥；膜滤区E内的工作压力由水的重力水头提供，为5-100kPa，膜组件不设置水力清洗和化学清洗装置，连续出水(亦可间歇运行)；

运行时，待处理的原水和经调节区D沉淀的回流污泥从进水口15进入装置的缺氧区 A与从好氧区C通过回流通道13回流的污泥和回流液共同经过阴极电极3和阳极电极4构成的低压电场的作用，经低压电场作用后的混合水再由第一隔板5底部进入厌氧区B，然后再经机械搅拌提升机构7提升将混合水从第二隔板8的上方提升进入好氧区C，在第一曝气组件9提供的回流动力下，使得一部分污泥和回流液再次经回流通道13回流至缺氧区A重新与新进入装置内的待处理的原水汇合；另一部分混合液再次经大角度的倾斜挡泥板6后由连接管24进入GDMBR箱体34内，调节区D沉淀的部分污泥再次经回流管 26和回流泵25回流到缺氧区A的上部重新与新进入装置内的待处理的原水汇合；经调节区D预沉后的混合液通过膜组件27过滤后由出水管道进入到集水箱31中；如此循环回流最终完成对污水的处理；定期手动(每8-12h一次，可以为10小时)或自动打开排气阀排除管道积气，保持管道出水顺畅；

在正常运行过程中，待达到排泥周期(每5-15d一次，可以为10天一次)时，停止第一曝气组件9和第二曝气组件35曝气5-60min，打开穿孔排泥管10进行排泥，排泥完成后所述装置重新运行。

处理原水水质为：COD：200mg/L；氨氮：30±5mg/L；TP：4±0.5mg/L；pH 7.0-7.5。

采用本申请的污水处理装置处理后的出水水质为：COD：20.02±3.95mg/L；氨氮：4.3±0.5mg/L；TP：0.32±0.05mg/L；本申请的装置去除有机物、脱氮除磷的效果好，出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A的标准，同时能够去除致病细菌，具有很好的抗冲击负荷能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：包括倒置A²/O箱体外壳（17）、阴极电极（3）、阳极电极（4）、机械搅拌提升机构（7）、第一曝气组件（9）、可调节角度挡板（11）、倾斜导流板（12）、弧形导流板（16）、GDMBR箱体（34）、膜组件（27）、第二曝气组件（35）、集水箱（31）、空气泵（21）、回流泵（25）和太阳能供电装置（20），所述的倒置A²/O箱体外壳（17）密封，所述的GDMBR箱体（34）为上部敞开的箱体，所述的空气泵（21）、回流泵（25）和太阳能供电装置（20）均设置在倒置A²/O箱体外壳（17）的外部，所述的集水箱（31）设置在GDMBR箱体（34）的外部，所述空气泵（21）、阳极电极（4）、阴极电极（3）、机械搅拌提升机构（7）和回流泵（25）均由太阳能供电装置（20）供电；

通过在倒置A²/O箱体外壳（17）内部平行布置的第一隔板（5）和第二隔板（8）将倒置A²/O箱体外壳（17）内部依次分隔成缺氧区（A）、厌氧区（B）和好氧区（C），所述第一隔板（5）的上端高于第二隔板（8）的上端布置，所述的缺氧区（A）和厌氧区（B）底部连通，所述的厌氧区（B）上部与好氧区（C）连通，所述的缺氧区（A）上部通过进水口（15）与外部进水管道连通，所述的阴极电极（3）设置在缺氧区（A）内，所述的阳极电极（4）设置在阴极电极（3）内，所述的机械搅拌提升机构（7）设置在厌氧区（B）内；

所述第一曝气组件（9）设置在好氧区（C）内，所述的倾斜导流板（12）的上端与第一隔板（5）的上端固定连接，倾斜导流板（12）的下端伸入好氧区（C）与可调节角度挡板（11）的上端连接，所述的弧形导流板的上端固定在外壳顶壁上，下端为自由端，所述倾斜导流板（12）、可调节角度挡板（11）与外壳顶壁及弧形导流板（16）之间形成回流通道（13）；

通过在GDMBR箱体（34）内交错设置的两个隔板将GDMBR箱体（34）内部分隔成调节区（D）和膜滤区（E），好氧区（C）的上部出水口通过连接管（24）与调节区（D）的上部连通，调节区（D）的底部通过回流管与缺氧区（A）的上部连通，所述第二曝气组件（35）和膜组件（27）均设置在膜滤区（E）内，且第二曝气组件（35）设置在膜组件（27）的下方，膜组件（27）的出水管道连通集水箱（31），在膜组件（27）的出水管道上设有排气组件（29）和出水阀（30），所述的第一曝气组件（9）的进气管道和第二曝气组件（35）的进气管道均与空气泵（21）连接，在进气管道上设有空气阀（22）；

第一曝气组件（9）曝气时使好氧区（C）的一部分污泥及液体沿回流通道（13）回流至缺氧区（A），另一部分混合液经倾斜挡泥板后由连接管（24）进入到调节区（D），调节区（D）内的沉淀的污泥部分经回流管（26）和回流泵（25）回流到缺氧区（A）的上部，部分定期排出；经调节区（D）预沉后的混合液进入膜滤区（E），在重力的驱动下，混合液经膜组件（27）过滤，出水进入集水箱（31），第二曝气组件（35）曝气冲刷膜组件（27）。

2.根据权利要求1所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：回流通道（13）连通缺氧区（A）的回流口（14），回流口（14）与倒置A²/O箱体外壳（17）的进水口（15）正对布置；在缺氧区（A）的顶部设有排气口（18），排气口高出池顶30-200cm。

3.根据权利要求1所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：在缺氧区（A）的底部、厌氧区（B）的底部、好氧区（C）的底部、调节区（D）的底部和膜滤区（E）的底部均设有倾斜挡泥板。

4.根据权利要求1所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：所述倾斜导流板（12）的下端与可调节角度挡板（11）的上端铰接，通过调整可调节角度挡板（11）的开合角度控制循环回流比。

5.根据权利要求1所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：所述阴极电极（3）和阳极电极（4）之间的距离为0.3-10cm；阴极电极材质采用碳布、碳毡、石墨板碳基材料、不锈钢网、泡沫镍或钛板非贵重金属材料；阳极电极材质采用石墨碳刷、石墨棒、石墨板或碳毡碳基材料；电极采用回转式结构，阴极电极所形成的筒状与阳极电极保持固定的间距。

6.根据权利要求1所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：所述太阳能供电装置（20）与控制器（19）电连接，所述控制器（19）与阴极电极（3）和阳极电极（4）电连接，控制外加电压在0.1-5.0V。

7.根据权利要求1所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：在厌氧区（B）的机械搅拌提升机构强化推流时打开，在好氧区（C）底部设有第一曝气组件，控制溶解氧在2-4mg/L的同时曝气提供气流推动力；在膜滤区（E）底部设有第二曝气组件，程序性曝气，形成微气泡对膜组件进行充氧和冲刷。

8.根据权利要求1所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：在好氧区（C）的底部、调节区（D）的底部和膜滤区（E）的底部分别设有一个穿孔排泥管（10），在每个穿孔排泥管（10）上均设有一个放空阀（33）；所述穿孔排泥管（10）和放空阀（33）用于排出一体化村镇污水处理装置内的沉淀的泥；调节区（D）的部分污泥定期回流至缺氧区（A）。

9.根据权利要求1所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置，其特征在于：GDMBR采用浸没式膜组件，为平板膜或中空纤维膜；材质采用：醋酸纤维素类、醋酸纤维素酯类、聚乙烯类、聚砜类或聚酰胺类；膜组件采用低压重力流驱动，工作压力为5-100KPa，不设置水力清洗和化学清洗装置，连续出水。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种外加电场的倒置A²/O-GDMBR一体化村镇污水处理装置的污水处理方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

初始时，待处理的原水从进水口（15）进入一体化村镇污水处理装置的缺氧区（A），流经由阴极电极（3）和阳极电极（4）构成的低压电场作用后由第一隔板（5）底部进入厌氧区（B），然后经机械搅拌提升机构（7）提升将水从第二隔板（8）的上方提升进入好氧区（C），在好氧区（C）内的第一曝气组件（9）提供的回流动力下，使得一部分污泥和回流液经弧形导流板（16）导流由回流通道（13）回流至缺氧区（A）；另一部分混合液经大角度的倾斜挡泥板（6）后由连接管（24）进入GDMBR箱体（34）内，调节区（D）沉淀的污泥部分经回流管（26）和回流泵（25）回流到缺氧区（A）的上部，另一部分定期排出；经调节区（D）预沉后的混合液进入膜滤区（E），第二曝气组件（35）对膜组件（27）进行充氧和冲刷，进入膜滤区（E）的水通过膜组件（27）过滤后由出水管道进入到集水箱（31）中；

运行时，待处理的原水和经调节区（D）沉淀的回流污泥从进水口（15）进入一体化村镇污水处理装置的缺氧区（A）与从好氧区（C）通过回流通道（13）回流的污泥和回流液共同经过阴极电极（3）和阳极电极（4）构成的低压电场的作用，经低压电场作用后的混合水再由第一隔板（5）底部进入厌氧区（B），然后再经机械搅拌提升机构（7）提升将混合水从第二隔板（8）的上方提升进入好氧区（C），在第一曝气组件（9）提供的回流动力下，使得一部分污泥和回流液再次经回流通道（13）回流至缺氧区（A）重新与新进入一体化村镇污水处理装置内的待处理的原水汇合；另一部分污泥和回流液再次经大角度的倾斜挡泥板（6）后由连接管（24）进入GDMBR箱体（34）内，调节区（D）沉淀的污泥再次经回流管（26）和回流泵（25）回流到缺氧区（A）的上部重新与新进入一体化村镇污水处理装置内的待处理的原水汇合；经调节区（D）预沉后的混合液通过膜组件（27）过滤后由出水管道进入到集水箱（31）中；如此循环回流最终完成对污水的处理；

在正常运行过程中，待达到排泥周期时，停止第一曝气组件（9）和第二曝气组件（35）曝气一段时间，打开穿孔排泥管（10）进行排泥，排泥完成后所述一体化村镇污水处理装置重新运行。

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