本发明涉及水处理，具体涉及水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置及应用。
背景技术：
1、随着全球人口持续增长，用水及排水量剧增，不仅导致水环境污染，也造成水资源短缺，水资源安全和可持续发展面临着一系列挑战。国家多项政策已明确提出更严格的污染物排放管控要求，并指出要加快推动城镇生活污水资源化利用，推进水环境治理环节的碳排放协同控制，实现减污降碳协同增效。作为目前应用最广的污/废水处理技术，活性污泥法已有超过100年研究及工程应用的历史，迄今仍是许多城市生活污水及工业废水处理所采用的最主要的工艺技术。然而，传统活性污泥工艺存在着污染物处理能力低、能耗物耗高、碳排放量大、剩余污泥产量高、占地面积大、工艺流程复杂等共性问题。因此，在水资源短缺及“碳达峰”的双重压力下，急需从源头出发，在净水机理上实现较大的瓶颈突破，开展新一代城市污水处理技术的研发与应用，提升出水水质并实现污水“绿色、经济、高效、低碳化”化处理。
2、近年来，大量研究表明好氧颗粒污泥及陶瓷膜生物反应器在提升出水水质、减少污泥产生、降低能耗物耗、缩短工艺流程、减少占地面积和碳排放方面均有着突出优势，有望取代传统活性污泥法而成为下一代城市生活污水处理技术。好氧颗粒污泥技术因其快速沉降和高固体浓度特性，可将沉淀单元集成于处理单元之内，从而省去占地面积较大的二沉池与耗能显著的回流设施，不仅能同时去除或回收碳、氮、磷等污染物，亦可大幅度减少占地面积，被誉为是未来最具有工程应用前景的新型污水生物处理技术。
3、但目前好氧颗粒污泥基本都是在序批式反应器中培养的，较难集成到既有、需依赖二沉池完成固-液分离的连续流污水处理厂，其稳定性和启动时间也难以在现有连续流污水处理厂中得到控制和解决，推广应用难。相比之下，连续流反应器具有更简单的操作控制系统，安装运行成本低且可匹配大水量处理。
4、因此，对连续流状态下好氧颗粒污泥的研究将更有利于现有连续流污水处理厂的改造升级，具有重要的应用价值。目前，连续流好氧颗粒污泥技术难点主要在于连续流反应器构型的开发、连续流条件下水力条件和成粒驱动力的创造、及连续流条件下好氧颗粒污泥的快速启动和稳定运行。相关研究还处于实验室小试及中试阶段，关于连续流好氧颗粒污泥技术在全规模污水处理厂的实际应用在全球范围内还未有相关报道。
5、膜生物反应器工艺作为新型水处理工艺具有很大的竞争力，其采用膜组件代替传统生物处理二沉池，具有工艺流程短、占地面积小、出水水质稳定、水质好以及剩余污泥量少的特点，是当今世界公认的先进污水处理技术之一。然而，膜污染问题是目前限制膜生物反应器广泛应用的主要瓶颈。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置及应用，该一体化装置通过特殊结构设计，能够实现在连续流条件下形成良好水力条件，创造成粒驱动力，实现好氧颗粒污泥的快速形成及稳定运行；采用好氧颗粒污泥与膜组件过滤相结合，达到提高出水水质、降低膜污染、缩短工艺流程、减少占地面积、减少碳排放及污泥产生的目的。
2、本发明通过下述技术方案实现：
3、水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，包括进水系统、出水系统、反应器外壳体、膜组件和曝气组件；
4、反应器外壳体内设置有第一挡板，第一挡板将反应器外壳体内部空间分隔形成缺氧区和好氧区；第一挡板的顶部和底部分别与反应器外壳体的顶部和底部具有间隙；
5、缺氧区内在竖直方向设置有用于改变泥水混合液流向的多级导流机构；
6、曝气组件设置在好氧区底部，用于使泥水混合液在缺氧区和好氧区之间形成环向运动；
7、膜组件设置好氧区内且置于曝气组件的纳米曝气盘上方；
8、进水系统与缺氧区连通，用于向缺氧区导入待处理水，待处理水为污/废水；
9、出水系统与膜组件连通，用于将膜组件过滤的出水导出反应器外壳体，或用于对膜组件进行反冲洗。
10、本发明利用曝气组件提供动力实现泥水混合液在缺氧区和好氧区之间形成环向运动，为多种微生物生长富集提供了适宜生境条件，且通过在缺氧区内设置多级导流机构，形成了良好水力条件，规律性地创造出多个涡旋，增加了泥水混合液的碰撞机会和水流剪切力，促进了絮状污泥颗粒化，即本发明能够实现在连续流条件下形成良好水力条件，创造成粒驱动力，实现好氧颗粒污泥的快速形成及稳定运行。
11、本发明将好氧颗粒污泥与陶瓷膜生物反应器二者相结合，可优势互补，达到提高出水水质、降低膜污染、缩短工艺流程、减少占地面积、减少碳排放及污泥产生的目的。
12、并且，絮状污泥颗粒化后形成好氧颗粒污泥，好氧颗粒污泥具有尺寸大、沉降性好、可溶性胞外聚合物少的特点，能够缓解膜组件污染问题。
13、进一步地，多级导流机构自上而下至少包括两个导流板；导流板倾斜设置，导流板的两侧与反应器外壳体内壁连接，上下两端分别与反应器外壳体的内壁和第一挡板之间具有间隙，且相邻两个导流板的倾斜方向相反，使上一个导流板的低端与下一个导流板的高端位于同侧。
14、导流板的两端具体是指两端的上端(高端)和下端(低端)，导流板的两侧具体是指附图1中的前侧和后侧，导流板的两侧与反应器外壳体内壁连接，实现导流板固定在反应器外壳体内。
15、进一步地，多个导流板分两种方式布置，其中一种布置方式为：导流板的高端与反应器外壳体的内壁靠近，导流板的低端与第一挡板靠近；另一种布置方式为：导流板的高端与第一挡板靠近，导流板的低端与反应器外壳体的内壁靠近，两种布置方式的导流板自上而下交错布置，且位于最顶部的导流板的高端与反应器外壳体的内壁靠近。
16、进一步地，位于最底部的导流板的高端与第一挡板的底部连接。
17、进一步地，导流板的高端与第一挡板或反应器外壳体的内壁之间的间距为导流板的低端与第一挡板或反应器外壳体的内壁之间的间距的1/2。
18、进一步地，相邻两个导流板之间的最小纵向间距为导流板长度的50％～60％。
19、进一步地，导流板的倾斜角度为40°～50°。
20、进一步地，反应器外壳体内还设置有第二挡板；第二挡板与第一挡板平行设置，且第二挡板的顶部和底部分别与反应器外壳体的顶部和底部具有间隙；第一挡板和第二挡板使反应器外壳体内部空间分隔形成缺氧区、好氧区和沉降区，在曝气组件的作用下，泥水混合液在缺氧区和好氧区之间形成环向运动、泥水混合液在好氧区和沉降区之间形成环向运动。
21、进一步地，沉降区内设置有第三挡板，第三挡板的顶部与反应器外壳体的顶部连接，第三挡板的底部与反应器外壳体的底部之间具有间隙，第三挡板使沉降区形成第一沉降区和第二沉降区，其中，第一沉降区设置在第三挡板和第二挡板之间，第二沉降区设置在第三挡板和反应器外壳体之间；反应器外壳体上设置有与第二沉降区连接的排泥口。
22、本发明通过设置第一挡板、第二挡板和第三挡板，实现了多区室交替循环运行，为多种微生物生长富集提供了适宜生境条件。
23、本发明的多区室交替循环运行、多级导流机构的设置，以及形成竖向双沉降区，创造污泥沉降速度选择压，实现污泥筛选，三者共同作用为连续流条件下颗粒污泥的形成创造了良好驱动力。
24、水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置的应用，包括颗粒污泥培养和污/废水处理。
25、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
26、1、本发明通过多级导流机构的巧妙设计，在反应器外壳体内创造出多个涡旋流态，为系统颗粒污泥的形成提供了较好剪切力和水力条件，实现了较好水力驱动；此外，多级导流机构的设置，实现了泥水混合液在缺氧条件下更长的垂直水流路径，延长了缺氧区停留时间，增强了反硝化菌群的富集生长，强化了脱氮。
27、2、本发明基于颗粒污泥与絮体污泥的沉淀速度差异，通过在反应器内增设第三挡板，形成竖向双沉降区，选择沉淀性能好的聚集体，淘汰沉降性能差的絮状污泥，为污泥颗粒化创造良好沉降选择压。
28、3、本发明多级导流机构结合双沉降区的设计，为污泥颗粒化提供了多种驱动力，实现了连续流条件下好氧颗粒污泥的快速培养及稳定运行，解决了目前连续流条件下好氧颗粒污泥难形成的技术问题，对连续流条件下大流量污/废水处理具有推广意义。
29、4、本发明结合了好氧颗粒污泥和膜过滤的二者优点，通过装置的特殊构造，实现了两种具有潜力的工艺在水力上的连续性，该系统可实现颗粒污泥的快速形成和系统的高效稳定运行，达到提高出水水质、降低膜污染、缩短工艺流程、减少污泥产生、减少占地面积的目，为污水提供了“绿色低碳”处理解决方案。
1.水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，包括进水系统、出水系统、反应器外壳体(4)、膜组件(15)和曝气组件；
2.根据权利要求1所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，所述多级导流机构自上而下至少包括两个导流板；所述导流板倾斜设置，所述导流板的两侧与反应器外壳体(4)的内壁连接，上下两端分别与所述反应器外壳体(4)的内壁和所述第一挡板(9)之间具有间隙，且相邻两个所述导流板的倾斜方向相反，使上一个所述导流板的低端与下一个所述导流板的高端位于同侧。
3.根据权利要求2所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，多个所述导流板分两种方式布置，其中一种布置方式为：所述导流板的高端与所述反应器外壳体(4)的内壁靠近，所述导流板的低端与所述第一挡板(9)靠近；另一种布置方式为：所述导流板的高端与所述第一挡板(9)靠近，所述导流板的低端与所述反应器外壳体(4)的内壁靠近，两种布置方式的所述导流板自上而下交错布置，且位于最顶部的所述导流板的高端与所述反应器外壳体(4)的内壁靠近。
4.根据权利要求3所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，位于最底部的所述导流板的高端与所述第一挡板(9)的底部连接。
5.根据权利要求3所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，所述导流板的高端与所述第一挡板(9)或所述反应器外壳体(4)的内壁之间的间距为所述导流板的低端与所述第一挡板(9)或所述反应器外壳体(4)的内壁之间的间距的1/2。
6.根据权利要求2所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，相邻两个所述导流板之间的最小纵向间距为导流板长度的50％～60％。
7.根据权利要求2所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，所述导流板的倾斜角度为40°～50°。
8.根据权利要求1所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，所述反应器外壳体(4)内还设置有第二挡板(16)；所述第二挡板(16)与所述第一挡板(9)平行设置，且所述第二挡板(16)的顶部和底部分别与所述反应器外壳体(4)的顶部和底部具有间隙；所述第一挡板(9)和所述第二挡板(16)使所述反应器外壳体(4)内部空间分隔形成缺氧区、好氧区和沉降区，在所述曝气组件的作用下，所述泥水混合液在所述缺氧区和所述好氧区之间形成环向运动、所述泥水混合液在所述好氧区和所述沉降区之间形成环向运动。
9.根据权利要求8所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置，其特征在于，所述沉降区内设置有第三挡板(25)，所述第三挡板(25)的顶部与所述反应器外壳体(4)的顶部连接，所述第三挡板(25)的底部与所述反应器外壳体(4)的底部之间具有间隙，所述第三挡板(25)使所述沉降区形成第一沉降区和第二沉降区，其中，第一沉降区设置在所述第三挡板(25)和所述第二挡板(16)之间，所述第二沉降区设置在所述第三挡板(25)和所述反应器外壳体(4)之间；所述反应器外壳体(4)上设置有与所述第二沉降区连接的排泥口(26)。
10.如权利要求1-9任一项所述的水力驱动连续流好氧颗粒污泥-膜过滤一体化装置的应用，其特征在于，包括颗粒污泥培养和污/废水处理。
