CN111302478A - 污泥及废水处理装置、污泥或废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥及废水处理装置、污泥或废水处理方法。具体的，本发明提出了一种污泥及废水处理装置，包括：壳体，壳体中具有隔板，隔板在壳体中限定出进料空间以及臭氧催化氧化处理空间，隔板的顶部具有第一通孔，隔板的底部具有第二通孔，壳体靠近进料空间的一侧设置有进料口，壳体靠近臭氧催化氧化处理空间的一侧的上部设置有出料口，下部设置有臭氧进气口以及导流口；设置在臭氧催化氧化处理空间的中部的模块化催化床层，模块化催化床层的底面为斜面，模块化催化床层中设置有臭氧催化剂。由此，该装置易于构建，可防止催化床层的堵塞，污泥减量和废水处理效果较好。

Description

污泥及废水处理装置、污泥或废水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体地，涉及一种污泥及废水处理装置、污泥或废水处理方法。

背景技术

随着人口规模的不断扩大和社会经济的持续发展，城市生活污水以及工业污水的排放量也随之增长，污水处理负荷持续加重，这对污水处理水平的要求也越来越高。活性污泥法是应用最为广泛的一种生化污水处理工艺，但是，该工艺会产生大量剩余污泥，产生的污泥如果不能妥善处理会对地下水、土壤等造成污染。因此，污泥的妥善处理与处置成为污水处理中亟待解决的问题。其中，污泥减量化是实现污泥资源化和无害化处理处置的源头控制步骤。在众多污泥减量化技术中，臭氧催化氧化产生的羟基自由基(·OH)具有比臭氧更强的杀伤力且选择性弱，能够有效破坏溶解污泥中的微生物细胞，同时将溶解的有机物氧化为二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，实现污泥的溶解与减量。并且，该污泥减量化技术不产生二次污染，还能减轻污泥臭味，具有良好的环境效益。

然而，目前的污泥及废水处理装置、污泥或废水处理方法仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

发明人发现，现有的用于污泥减量的臭氧催化氧化反应器的种类较少，结构较为单一，并且普遍存在催化床层易堵塞、污泥处理效果差等问题。因此，如果能提出一种新的污泥处理装置(该污泥处理装置不仅能够处理污泥，还可以处理废水)，该污泥处理装置在进行污泥处理时，催化床层不易堵塞、臭氧催化氧化处理效率高、污泥减量处理以及废水处理效果好，并且结构灵活，适用性广泛，还可以和多种污水处理装置耦合等，将能在很大程度上解决上述问题。

有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种污泥及废水处理装置。根据本发明的实施例，该污泥及废水处理装置包括：壳体，所述壳体中具有隔板，所述隔板在所述壳体中限定出进料空间以及臭氧催化氧化处理空间，所述隔板的顶部具有第一通孔，所述隔板的底部具有第二通孔，所述壳体具有进料口和出料口，所述壳体靠近所述臭氧催化氧化处理空间的一侧设置有臭氧进气口以及导流口，且所述导流口设置在所述臭氧进气口的下方；模块化催化床层，所述模块化催化床层设置在所述臭氧催化氧化处理空间的中部，所述模块化催化床层的底面为斜面，所述模块化催化床层中设置有臭氧催化剂。由此，该污泥及废水处理装置中，模块化催化床层的底面为斜面，可以提高污泥和模块化催化床层的接触面积，有利于污泥的堆积，提高污泥处理效率，且过量的污泥可以通过导流口排出，从而有效地防止了催化床层的堵塞；并且通过臭氧进气口可以向臭氧催化氧化处理空间供给臭氧，可以较好地将污泥和臭氧，或者废水和臭氧混合并进入模块化催化床层中，进行臭氧催化氧化分解反应，臭氧催化氧化效率高，污泥处理和废水处理效果好。

根据本发明的实施例，所述模块化催化床层在垂直于第一方向上的截面形状为直角梯形，所述直角梯形的上底和下底沿与所述第一方向和上下方向均垂直的第二方向平行设置，所述直角梯形的上底靠近所述壳体，所述直角梯形的下底靠近所述隔板，所述上底的长度小于所述下底的长度，所述直角梯形的斜边对应所述模块化催化床层的所述底面。由此，具有该结构的模块化催化床层有利于污泥的堆积，并且可以较好地防止催化床层的堵塞，进一步提高了污泥处理效果。

根据本发明的实施例，所述模块化催化床层包括固定床、流化床、膨胀床的至少一种。由此，该模块化催化床层的设计灵活，该模块化催化床层的类型等可以和臭氧催化剂的种类相匹配，从而丰富了该污泥及废水处理装置的结构等，应用范围更加广泛，并且可以进一步提高臭氧催化氧化效率，进一步提高污泥处理效果。

根据本发明的实施例，所述模块化催化床层和所述壳体、所述模块化催化床层和所述隔板之间为可拆卸连接。由此，该模块化催化床层可以自由更换，该污泥及废水处理装置可以灵活快速搭建，便于拆装和维护，进一步提高了该污泥及废水处理装置的使用性能。

根据本发明的实施例，该污泥及废水处理装置进一步包括：曝气管路，所述曝气管路设置在所述模块化催化床层的下方，且所述曝气管路和所述臭氧进气口相连。由此，通过在模块化催化床层的底部设置曝气管路，可以较好地将污泥和臭氧，或者废水和臭氧混合，并壳通过曝气的升流作用令混合物进入模块化催化床层中，进行臭氧催化氧化分解反应，臭氧催化氧化效率高，污泥处理和废水处理效果好。

根据本发明的实施例，所述污泥及废水处理装置进一步包括导流槽，所述导流槽设置所述臭氧催化氧化处理空间中，所述导流槽设置在靠近所述壳体的一侧，所述导流槽和所述导流口、所述出料口的至少之一相连。由此，通过曝气管路曝气可以对沉积的污泥进行冲刷，沉积的污泥可以通过该导流槽从出料口或导流口排出，从而有效地防止了催化床层的堵塞，进一步提高了该污泥及废水处理装置的使用性能。

根据本发明的实施例，所述臭氧催化剂包括金属-非金属复配型双载体催化剂、碳基催化剂、氧化铝基催化剂、氧化硅基催化剂、矿石类催化剂、贵金属、过渡金属及其氧化物基催化剂中的至少一种。由此，该臭氧催化剂的臭氧催化氧化效率高，进一步提高了污泥处理以及废水处理效果。

根据本发明的实施例，所述金属-非金属复配型双载体催化剂的载体包括碳基材料和氧化铝的复合载体。由此，该复合载体兼具碳基材料良好的表面活性和氧化铝材料较好的机械性能，进一步提高了该金属-非金属复配型双载体催化剂的稳定性和催化性能。

根据本发明的实施例，所述金属-非金属复配型双载体催化剂包括第一催化组分和第二催化组分，所述第一催化组分包括金属元素，所述第二催化组分包括非金属元素。由此，金属元素和非金属元素结合形成的催化剂，其催化性能良好，进一步提高了臭氧催化氧化效率，提高了污泥处理以及废水处理效率。

根据本发明的实施例，所述第一催化组分包括铁；所述第二催化组分包括氮。由此，由铁和氮掺杂形成的金属-非金属复配型双载体催化剂的催化性能优良，进一步提高了臭氧催化氧化效率，提高了污泥处理以及废水处理效率。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所述的污泥及废水处理装置进行污泥或废水处理的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将所述污泥或所述废水由进料口供给至进料空间中，并且由隔板底部的第二通孔供给至臭氧催化氧化处理空间中，利用臭氧进气口向所述臭氧催化氧化处理空间供给臭氧，以便所述污泥或所述废水与臭氧混合并进入模块化催化床层中，所述污泥或所述废水中的微生物和有机物在所述臭氧以及所述模块化催化床层中的臭氧催化剂的作用下发生反应，经过臭氧催化氧化处理后的所述污泥或所述废水从出料口排出。由此，该方法具有前面所述的污泥及废水处理装置所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该方法可以较好地防止污泥沉积和催化床层堵塞，臭氧催化氧化效率高，污泥处理和废水处理效果好。

根据本发明的实施例，所述污泥或所述废水由所述隔板底部的所述第二通孔进入所述臭氧催化氧化处理空间之后，所述方法进一步包括：未进入所述模块化催化床层的所述污泥或所述废水从导流口排出。由此，该方法可以较好地防止污泥沉积和催化床层的堵塞，进一步提高了该污泥及废水处理装置的使用性能。

根据本发明的实施例，所述污泥或所述废水中的微生物和有机物在所述臭氧以及所述模块化催化床层中的所述臭氧催化剂的作用下发生反应之后，所述方法进一步包括：经过臭氧催化氧化处理后的所述污泥或所述废水从所述隔板的顶部的第一通孔进入所述进料空间中，并且通过所述隔板底部的所述第二通孔再次进入所述臭氧催化氧化处理空间中。由此，没有处理完全的污泥或废水可以通过第一通孔进入进料空间，并且再次进入臭氧催化氧化处理空间中进行臭氧催化氧化处理，进一步提高了污泥处理效果以及净水效果。

附图说明

图1显示了根据本发明一个实施例的污泥及废水处理装置的结构示意图；

图2显示了根据本发明另一个实施例的污泥及废水处理装置的结构示意图；

图3显示了根据本发明另一个实施例的污泥及废水处理装置的结构示意图；

图4显示了根据本发明一个实施例的污泥或废水处理方法的方法流程图；

图5显示了根据本发明实施例和对比例的污泥及废水处理装置的COD去除率图；

以及

图6显示了根据本发明实施例和对比例的污泥及废水处理装置的草酸去除率图。

附图标记：

1000：污泥及废水处理装置；100：壳体；110：进料口；120：出料口；130：臭氧进气口；140：导流口；150：导流槽；160：导流隔板；170：支架；200：隔板；210：第一通孔；220：第二通孔；300：进料空间；400：臭氧催化氧化处理空间；500：模块化催化床层；510：底面；600：臭氧催化剂；700：曝气管路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种污泥及废水处理装置。根据本发明的实施例，参考图1，该污泥及废水处理装置1000包括：壳体100和模块化催化床层500，其中，壳体100中具有隔板200，隔板200在壳体100中限定出进料空间300以及臭氧催化氧化处理空间400，隔板200的顶部(参考图1中所示出的“顶”方向)具有第一通孔210，隔板200的底部(参考图1中所示出的“底”方向)具有第二通孔220，壳体100上具有进料口110和出料口120，例如靠近进料空间300的一侧设置有进料口110，壳体100靠近臭氧催化氧化处理空间400的一侧的上部(参考图1中所示出的“上”方向)设置有出料口120，壳体100靠近臭氧催化氧化处理空间400的一侧，例如在臭氧催化氧化处理空间400的一侧的下部(参考图1中所示出的“下”方向)设置有臭氧进气口130以及导流口140，且导流口140设置在臭氧进气口130的下方；模块化催化床层500设置在臭氧催化氧化处理空间300的中部，模块化催化床层500的底面510为斜面，模块化催化床层500中设置有臭氧催化剂600。由此，该污泥及废水处理装置1000可防止模块化催化床层500的堵塞，污泥减量处理和废水处理效果较好。

为了方便理解，下面首先对根据本发明实施例的污泥及废水处理装置1000能够实现上述有益效果的原理进行说明：

如前所述，现有的用于污泥减量的臭氧催化氧化反应器的种类较少，结构较为单一，并且普遍存在催化床层易堵塞、污泥处理效果差等问题。而根据本发明实施例的污泥及废水处理装置1000中，一方面，模块化催化床层500的底面510为斜面，可以提高污泥和模块化催化床层500的接触面积，有利于污泥的堆积，可以提高污泥处理效率；并且，通过在壳体100中设置导流口140，过量的污泥可以通过导流口140排出，从而有效地防止了模块化催化床层500的堵塞；另一方面，通过臭氧进气口130可以向臭氧催化氧化处理空间400中供给臭氧，可以较好地将污泥和臭氧，或者废水和臭氧混合并进入模块化催化床层500中，利用设置在模块化催化床层500中的臭氧催化剂600进行臭氧催化氧化分解反应，臭氧催化氧化效率高，污泥处理和废水处理效果好；并且，该污泥及废水处理装置1000的处理成本较低，适用性广泛，该污泥及废水处理装置1000不仅可以用于污泥减量化处理，还可以与其他工艺耦合用于废水的预处理，提高废水可生化性，从而提高生化工艺的废水处理效率，或者，该污泥及废水处理装置可以用于生化出水的深度处理，进一步去除水中难降解的有机物，有助于废水的达标排放或再生回用。

下面，根据本发明的实施例，对该污泥及废水处理装置1000的各个单元及其工作原理、运行方式进行详细说明：

根据本发明的实施例，壳体100的大小不受特别限制，本领域技术人员可以根据污泥或废水处理场地的大小、所处理污泥或废水的水质和处理量等情况灵活选择。根据本发明的实施例，壳体100中设置有隔板200，隔板200在壳体100中限定出进料空间300以及臭氧催化氧化处理空间400，隔板200的顶部具有第一通孔210，隔板200的底部具有第二通孔220，也即是说，进料空间300以及臭氧催化氧化处理空间400的顶部和底部均为连通的。具体的，第一通孔210和第二通孔220处可以均设置有截止阀，由此，便于根据需要开启或关闭第一通孔210和第二通孔220。具体的，壳体100靠近进料空间300的一侧设置有进料口110，更具体的，进料口110可以设置在壳体100靠近进料空间300的一侧的下部，由此，污泥或废水从进料口110进入进料空间300中后，可以通过第二通孔220进入臭氧催化氧化处理空间400中进行处理；并且，经过模块化催化床层500处理后的污泥或废水，也可以通过第一通孔210再次进入进料空间300中，并再次进入臭氧催化氧化处理空间400进行循环处理，由此，可以进一步提升污泥以及废水处理效果。

根据本发明的实施例，可以采用预曝气的方式，即先通过臭氧曝气口130向臭氧催化氧化处理空间400中供给臭氧，将臭氧和废水进行混合形成臭氧水，然后将混合后的臭氧水通入模块化催化床层500中，进行臭氧催化氧化处理。根据本发明的实施例，参考图2，污泥及废水处理装置1000可以进一步包括曝气管路700，曝气管路700设置在模块化催化床层500的下方，且曝气管路700和臭氧进气口130相连。由此，污泥或废水进入臭氧催化氧化处理空间400之后，在曝气管路700的曝气作用下，臭氧和污泥、臭氧和废水的混合物可以升流式进入上方的模块化催化床层500中，并在臭氧催化剂600的作用下，高效地进行臭氧催化氧化处理。

根据本发明的实施例，模块化催化床层500的底面510为斜面，更具体的，参考图1，模块化催化床层500在垂直于第一方向(即垂直于纸面方向)的截面形状可以为直角梯形，直角梯形的上底和下底沿与第一方向和上下方向均垂直的第二方向平行设置，直角梯形的上底靠近壳体100，直角梯形的下底靠近隔板200，并且，上底的长度小于下底的长度，直角梯形的斜边对应模块化催化床层500的底面。由此，具有该结构的模块化催化床层500有利于污泥的堆积，并且可以较好地防止模块化催化床层500的堵塞，进一步提高了污泥处理效果。具体的，模块化催化床层500的底面、壳体100和隔板200之间可以形成三角形的防堵塞区域，即污泥或废水进入臭氧催化氧化处理空间400之后，可以先在该三角形防堵塞区域和臭氧进行混合，在曝气管路700的曝气作用下，臭氧和污泥、臭氧和废水的混合物可以升流式进入上方的模块化催化床层500中，并在臭氧催化剂600的作用下，高效地进行臭氧催化氧化处理。

根据本发明的实施例，模块化催化床层500的具体类型不受特别限制，具体的，模块化催化床层500可以包括固定床、流化床、膨胀床中的至少一种。由此，该模块化催化床层500的设计灵活，该模块化催化床层500的类型等可以和臭氧催化剂600的种类相匹配，从而丰富了该污泥及废水处理装置1000的结构等，应用范围更加广泛，并且可以进一步提高臭氧催化氧化效率，进一步提高污泥处理效果。

根据本发明的实施例，模块化催化床层500和壳体100、模块化催化床层500和隔板200之间可以为可拆卸连接。由此，该模块化催化床层500可以自由更换，该污泥及废水处理装置1000可以灵活快速搭建，便于拆装和维护，进一步提高了该污泥及废水处理装置1000的使用性能。

根据本发明的实施例，参考图2以及图3，污泥及废水处理装置1000可以进一步包括导流槽150，导流槽150设置在臭氧催化氧化处理空间400中，导流槽150设置在靠近壳体100的一侧，导流槽150和导流口140、出料口120的至少之一相连。需要说明的是，参考图2，壳体100中可以进一步具有导流隔板160，导流隔板160设置在臭氧催化氧化处理空间400中，导流隔板160和壳体100限定出导流槽150，导流隔板160的上端和壳体100之间、导流隔板160的下端和壳体100之间均具有通孔(图中未标出)。也即是说，导流槽150的顶部可以和出料口120相连通，以便导流槽150中的污泥或废水通过出料口120排出，并且导流隔板160不影响经过模块化催化床层500处理后的水或泥也从出料口120排出；并且，导流槽150的底部也可以和导流口140相连通，以便导流槽150中的污泥或废水通过导流口140排出。具体的，前面所述的导流隔板160的上端和壳体100之间的通孔、导流隔板160的下端和壳体100之间的通孔均可以打开或关闭，以便根据不同需求进行不同的水处理过程，例如上述通孔处可以设置阀门或挡板等，以便控制上述通孔的打开或关闭。例如，具体的，参考图3，导流隔板160的底部可以设置支架170，支架170可以打开或关闭，进而可以控制导流隔板160的底部和壳体100之间的开合。

具体的，当进行正常的水处理过程时，可以关闭支架170(参考图3中所示出的结构)，此时，污泥或废水进入由模块化催化床层500的底面、壳体100和隔板200之间可以形成三角形区域中，并在曝气管路700的曝气作用下，臭氧和废水混合，并进入模块化催化床层500中进行臭氧催化氧化处理，并且处理后产生的净水等可以通过出料口120排出；具体的，当由模块化催化床层500的底面、壳体100和隔板200之间可以形成三角形区域中堆积的污泥的量较多容易造成模块化催化床层堵塞时，可以打开支架170(参考图2中所示出的结构)，过量的污泥可以通过导流隔板160和壳体100的底部之间的通孔从导流口140排出，或者沿着导流槽150从出料口120排出，并且，还可以利用曝气管路700对模块化催化床层500的底面，以及模块化催化床层500和导流隔板160之间的区域进行冲洗，从而有效地防止了模块化催化床层500的堵塞，进一步提高了该污泥及废水处理装置1000的使用性能。根据本发明的实施例，模块化催化床层500中具有臭氧催化剂600，该臭氧催化剂600可以将臭氧催化为氧化性较强的羟基自由基，进而可以氧化污泥或废水中的微生物、有机物等，提高污泥及废水处理效果。根据本发明的实施例，臭氧催化剂600的具体种类不受特别限制，例如臭氧催化剂600可以包括金属-非金属复配型双载体催化剂、碳基催化剂、氧化铝基催化剂中的至少一种。由此，该臭氧催化剂600的臭氧催化氧化效率高，进一步提高了污泥处理以及废水处理效果。

具体的，金属-非金属复配型双载体催化剂的载体可以包括碳基材料和氧化铝的复合载体。由此，该复合载体兼具碳基材料良好的表面活性和氧化铝材料较好的机械性能，进一步提高了该金属-非金属复配型双载体催化剂的稳定性和催化性能。具体的，金属-非金属复配型双载体催化剂可以包括第一催化组分和第二催化组分，第一催化组分可以包括金属元素，第二催化组分可以包括非金属元素。由此，金属元素和非金属元素结合形成的催化剂，其催化性能良好，进一步提高了臭氧催化氧化效率，提高了污泥处理以及废水处理效率。根据本发明的具体实施例，第一催化组分可以包括铁，第二催化组分可以包括氮。发明人通过深入研究和大量实验发现，由铁和氮掺杂形成的金属-非金属复配型双载体催化剂的催化性能优良，能进一步提高臭氧催化氧化效率，提高了污泥处理以及废水处理效率。

例如具体地，可使用铁负载的碳基双载体催化剂。发明人发现，相对于Cu、Mn、Ce等其他常用的催化金属，Fe元素负载的碳基双载体催化剂中的Fe既可以催化石墨化，使碳更多的以石墨碳的形式在载体核心上生长。此外，铁作为过渡金属，又可以作为臭氧催化核心，催化臭氧反应过程。因此，铁负载的碳基双载体催化剂具有更佳的催化性能。发明人发现Ni元素也同时具备臭氧催化性能和催化碳元素在载体上石墨化的性能，但Fe元素的性能更加优异：当其他条件相同时，采用Fe负载的碳基双载体催化剂与Ni负载的碳基双载体催化剂相比，30min对草酸的降解率Fe负载的碳基双载体催化剂可较Ni负载的碳基双载体催化剂高5％。

根据本发明的实施例，前面所述的金属-非金属复配型双载体催化剂可以是通过利用金属源和非金属源一步原位掺杂制备的。具体的，可以将活性炭前驱体、金属有机盐、非金属有机盐按合适比例溶解于去离子水中，形成前驱体混合液；然后将洗净烘干的γ-氧化铝浸渍于前驱体混合液中，各种前驱体通过真空诱导至γ-氧化铝孔道内部及表面，烘干后在高温气氛下焙烧，在金属盐的催化下，活性炭前驱体部分石墨化，同时实现金属-非金属一步原位掺杂，形成金属-非金属复配型双载体催化剂。该方法制备的金属-非金属复配型双载体催化剂，金属和非金属作为催化组分有效分散于碳骨架中，二者的协同效应使得双载体催化剂催化效果显著增强，臭氧催化性能取得极大的提升，同时也未改变双载体催化剂机械性能好，催化位点多等优势，进而能进一步提高臭氧催化氧化效率，提高了该污泥及废水处理装置的污泥处理以及废水处理效率。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所述的污泥及废水处理装置进行污泥或废水处理的方法。由此，该方法具有前面所述的污泥及废水处理装置所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该方法可以较好地防止污泥沉积和催化床层堵塞，臭氧催化氧化效率高，污泥处理和废水处理效果好。

根据本发明的实施例，参考图4，该方法包括：

S100：将污泥或废水由进料口供给至进料空间中

在该步骤中，将污泥或废水由进料口供给至进料空间中，并且由隔板底部的第二通孔供给至臭氧催化氧化处理空间中。根据本发明的实施例，如前所述，进料口可以位于壳体的下部，因此，污泥或废水从进料口进入进料空间后，可以直接通过隔板底部的第二通孔进入臭氧催化氧化处理空间中，进行臭氧催化氧化处理。

S200：利用臭氧进气口向臭氧催化氧化处理空间供给臭氧

在该步骤中，利用臭氧进气口向臭氧催化氧化处理空间供给臭氧，具体的，如前所述，可以利用臭氧进气口以及曝气管路对臭氧催化氧化处理空间进行曝气，以便污泥或废水充分地与臭氧混合并进入模块化催化床层中，污泥或废水中的微生物和有机物在臭氧以及模块化催化床层中的臭氧催化剂的作用下发生反应，实现污泥减量以及废水净化的目的。

根据本发明的实施例，如前所述，模块化催化床层的底面可以为斜面，更具体的，模块化催化床层的在垂直于第一方向的截面形状可以为直角梯形，具有该结构的模块化催化床层有利于污泥的堆积，并且可以较好地防止模块化催化床层的堵塞，进一步提高了污泥处理效果。具体的，模块化催化床层的具体类型不受特别限制，具体的，模块化催化床层可以包括固定床、流化床、膨胀床中的至少一种。具体的，模块化催化床层和壳体、模块化催化床层和隔板之间可以为可拆卸连接。由此，该模块化催化床层可以自由更换，该污泥及废水处理装置可以灵活快速搭建，便于拆装和维护，进一步提高了该污泥及废水处理装置的使用性能。

根据本发明的实施例，臭氧催化剂的具体种类不受特别限制，例如臭氧催化剂可以包括金属-非金属复配型双载体催化剂、碳基催化剂、氧化铝基催化剂中的至少一种。具体的，金属-非金属复配型双载体催化剂的载体可以包括碳基材料和氧化铝的复合载体。由此，该复合载体兼具碳基材料良好的表面活性和氧化铝材料较好的机械性能，进一步提高了该金属-非金属复配型双载体催化剂的稳定性和催化性能。具体的，金属-非金属复配型双载体催化剂可以包括第一催化组分和第二催化组分，第一催化组分可以包括金属元素，第二催化组分可以包括非金属元素。由此，金属元素和非金属元素结合形成的催化剂，其催化性能良好，进一步提高了臭氧催化氧化效率，提高了污泥处理以及废水处理效率。根据本发明的具体实施例，第一催化组分可以包括铁，第二催化组分可以包括氮。发明人通过深入研究和大量实验发现，由铁和氮掺杂形成的金属-非金属复配型双载体催化剂的催化性能优良，能进一步提高臭氧催化氧化效率，提高了污泥处理以及废水处理效率。

S300：经过臭氧催化氧化处理后的污泥或废水从出料口排出

在该步骤中，经过臭氧催化氧化处理后的污泥或废水从出料口排出。具体的，如前所述，出料口可以设置在壳体的上部，污泥或废水中的微生物和有机物在臭氧以及模块化催化床层中的臭氧催化剂的作用下发生反应，反应后的产物可以从该出料口排出。

根据本发明的实施例，污泥或废水由隔板底部的第二通孔进入臭氧催化氧化处理空间之后，该方法进一步包括：未进入模块化催化床层的污泥或废水从导流口排出。具体的，未进入模块化催化床层的污泥或废水从导流口排出的方法可以和前面描述的相同，在此不再赘述。由此，该方法可以较好地防止污泥沉积和催化床层的堵塞，进一步提高了该污泥及废水处理装置的使用性能。

根据本发明的实施例，污泥或废水中的微生物和有机物在臭氧以及模块化催化床层中的臭氧催化剂的作用下发生反应之后，该方法进一步包括：经过臭氧催化氧化处理后的污泥或废水从隔板的顶部的第一通孔进入进料空间中，并且通过隔板底部的第二通孔再次进入臭氧催化氧化处理空间中。由此，没有处理完全的污泥或废水可以通过第一通孔进入进料空间，并且再次进入臭氧催化氧化处理空间中进行臭氧催化氧化处理，进一步提高了污泥处理效果以及净水效果。

综上可知，该方法可以较好地防止污泥沉积和催化床层堵塞，臭氧催化氧化效率高，污泥处理和废水处理效果好，并且成本低廉，适用范围广。

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1

制备金属-非金属复配型双载体催化剂，以Fe-N共掺杂为例：

(1)称量一定量的的γ-氧化铝载体；

(2)在室温下称取一定量的葡萄糖、柠檬酸铵粉末，加入一定量的去离子水充分搅拌溶解，配成前驱体溶液；

(3)将已称取的γ-氧化铝用前驱体溶液真空浸渍后(其中，γ-氧化铝、葡萄糖、柠檬酸铵之间的质量比为10：1：0.7)，在室温下静置6h，取固体部分置于烘箱中在60℃下静置6h；

(4)将干燥好的固体粉末置于氩气或氮气保护的管式炉内，升温速率为5℃/min，升温到600℃后恒温焙烧4h，然后同样以5℃/min降至室温，得到Fe-N共掺杂双载体催化剂。

实施例2

构建根据本发明实施例的污泥及废水处理装置。

该污泥及废水处理装置的结构参考图2，该污泥及废水处理装置1000包括：壳体100、模块化催化床层500和曝气管路700，其中，壳体100中具有隔板200，隔板200在壳体100中限定出进料空间300以及臭氧催化氧化处理空间400，隔板200的顶部具有第一通孔210，隔板200的底部具有第二通孔220，壳体100靠近进料空间300的一侧设置有进料口110，壳体100靠近臭氧催化氧化处理空间400的一侧的上部设置有出料口120，壳体100靠近臭氧催化氧化处理空间400的一侧的下部设置有臭氧进气口130以及导流口140，且导流口140设置在臭氧进气口130的下方，臭氧催化氧化处理空间400中进一步设有导流槽150，导流槽150和导流口140相连；模块化催化床层500设置在臭氧催化氧化处理空间300的中部，模块化催化床层500的底面510为斜面，模块化催化床层500中设置有臭氧催化剂600；曝气管路700设置在模块化催化床层500的下方，且曝气管路700和臭氧进气口130相连。其中，模块化催化床层500为臭氧流化床，臭氧催化剂600为实施例1制备的Fe-N共掺杂双载体催化剂(Fe-N-CAF/O₃)。

实施例3

该实施例中构建的污泥及废水处理装置的结构和实施例2相同，所不同的是，该实施例中使用的臭氧催化剂为单独的Fe催化剂(Fe-CAF/O₃)，并且该单独的Fe催化剂的其他制备方法与实施例1相同，所不同的是仅仅用Fe掺杂。

实施例4

该实施例中构建的污泥及废水处理装置的结构和实施例2相同，所不同的是，该实施例中使用的臭氧催化剂为单独的N催化剂(N-CAF/O₃)并且该单独的N催化剂的其他制备方法与实施例1相同，所不同的是仅仅用N掺杂。

对比例1

该对比例中构建的污泥及废水处理装置的结构和实施例2相同，所不同的是，该对比例中不使用臭氧催化剂，用单独的臭氧进行氧化。

性能测试：

污泥减量处理测试：

利用实施例2中构建的污泥及废水处理装置进行污泥减量处理。参考图1，污泥从进料口110进入进料空间200，通过隔板200底部的第二通孔220进入臭氧催化氧化处理空间400，曝气管路700与臭氧进气口130以及臭氧发生器连通，污泥与臭氧在三角形防堵塞区域(即模块化催化床层500、壳体100和隔板200之间限定出的区域)充分接触，升流式进入装有金属-非金属复配型双载体催化剂的模块化催化床层500，臭氧在催化剂的作用下生成强氧化性的羟基自由基(·OH)，使得污泥中微生物细胞的分解和溶解性有机物的矿化，实现污泥减量。处理后的污泥在臭氧催化氧化处理空间400的上部的出料120流出。过量的污泥沿三角形防堵塞区域的斜边流入导流槽150，并由导流口140排出，防止污泥在臭氧催化氧化处理空间的底部沉积，并防止曝气管路700或模块化催化床层500的堵塞。

通过本发明的污泥及废水处理装置，在臭氧催化氧化流化床中，污泥可减量10％-50％，相比于常规的用于污泥减量的臭氧催化氧化反应器，减量相同量的污泥时，消耗的臭氧可节省50％-80％，且可防止堵塞。经处理后废水的的生化性也极大提高，废水作为碳源回流至生化池中，不产生二次污染，具有良好经济和环境效益。

废水净化处理测试：

利用实施例2中构建的污泥及废水处理装置进行废水净化处理。参考图1，废水从进料口110进入进料空间200，通过隔板200底部的第二通孔220进入臭氧催化氧化处理空间400，曝气管路700与臭氧进气口130以及臭氧发生器连通，污泥与臭氧在三角形防堵塞区域(即模块化催化床层500、壳体100和隔板200之间限定出的区域)充分接触，升流式进入装有金属-非金属复配型双载体催化剂的模块化催化床层500，臭氧在催化剂的作用下生成强氧化性的羟基自由基(·OH)，使得废水中微生物细胞的分解和溶解性有机物的矿化，实现废水净化。处理后的净水在臭氧催化氧化处理空间400的上部的出料120流出。

需要说明的是，该污泥及废水处理装置可其他废水处理工艺耦合，可作为预处理手段，提高废水生化性，从而提高生化工艺处理效率，还可作为深度处理手段，进一步处理生化出水中难降解的有机物，有助于废水达标排放或再生回用。

污泥减量处理成本计算：

反应器体积为3m³，水力停留时间为0.5h，进泥量为144m³/d，混合液悬浮固体浓度为5g/L，产生的干物质为720kg/d。若污泥减量10％，则削减干物质72kg/d，对应湿污泥量为360kg/d，按照每吨处理费用500元，则可节省180元。

臭氧催化剂的催化性能测试：

利用实施例2-4以及对比例1中的污泥及废水处理装置进行废水处理，并且对实施例2中的Fe-N共掺杂双载体催化剂(Fe-N-CAF/O₃)、实施例3中的单独的Fe催化剂(Fe-CAF/O₃)、实施例4中的单独的N催化剂(N-CAF/O₃)以及对比例1中的单独的臭氧(O₃)的去除废水COD的效果进行测试和比较：

首先以煤制气实际废水作为进水进行测试，测试结果参考图5，图5为2.5min后COD的去除效率。进水为煤制气实际废水，催化剂投加量4g/L，氧气流量1L/min，臭氧浓度10mg/L。如图5所示，Fe-N共掺杂的双载体催化剂可以大幅提高臭氧催化降解性能，2.5min后，Fe-N-CAF/O₃体系即可降解废水中31％的COD，是单独O₃体系的8.15倍。由图5的测试结果可知，实施例1中制备的Fe-N共掺杂双载体催化剂(Fe-N-CAF/O₃)的臭氧催化氧化效果较好。

其次以草酸溶液作为进水进行测试，测试结果参考图6，图6为20s后的草酸去除效率。催化剂投加量4g/L，氧气流量1L/min，臭氧浓度10mg/L。由图6可以看出，Fe或N掺杂双载体催化剂可以大幅提高臭氧对草酸的催化降解性能，20s后，Fe-N-CAF/O₃体系即可降解46％的草酸，是单独O₃体系的23倍。由图6的测试结果可知，实施例1中制备的Fe-N共掺杂双载体催化剂(Fe-N-CAF/O₃)的臭氧催化氧化效果较好，将该催化剂结合实施例2中的污泥及废水处理装置，臭氧催化氧化处理效率高，具有良好的污泥减量及废水处理效果。

以上详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种污泥及废水处理装置，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体中具有隔板，所述隔板在所述壳体中限定出进料空间以及臭氧催化氧化处理空间，所述隔板的顶部具有第一通孔，所述隔板的底部具有第二通孔，所述壳体具有进料口和出料口，所述壳体靠近所述臭氧催化氧化处理空间的一侧设置有臭氧进气口以及导流口，且所述导流口设置在所述臭氧进气口的下方；

模块化催化床层，所述模块化催化床层设置在所述臭氧催化氧化处理空间的中部，所述模块化催化床层的底面为斜面，所述模块化催化床层中设置有臭氧催化剂。

2.根据权利要求1所述的污泥及废水处理装置，其特征在于，所述模块化催化床层在垂直于第一方向上的截面形状为直角梯形，所述直角梯形的上底和下底沿与所述第一方向和上下方向均垂直的第二方向平行设置，所述直角梯形的上底靠近所述壳体，所述直角梯形的下底靠近所述隔板，所述上底的长度小于所述下底的长度，所述直角梯形的斜边对应所述模块化催化床层的所述底面。

3.根据权利要求1所述的污泥及废水处理装置，其特征在于，所述模块化催化床层包括固定床、流化床、膨胀床的至少一种。

4.根据权利要求1所述的污泥及废水处理装置，其特征在于，所述模块化催化床层和所述壳体、所述模块化催化床层和所述隔板之间为可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的污泥及废水处理装置，其特征在于，进一步包括：

曝气管路，所述曝气管路设置在所述模块化催化床层的下方，且所述曝气管路和所述臭氧进气口相连。

6.根据权利要求1所述的污泥及废水处理装置，其特征在于，所述污泥及废水处理装置进一步包括导流槽，所述导流槽设置在所述臭氧催化氧化处理空间中，所述导流槽设置在靠近所述壳体的一侧，所述导流槽和所述导流口、所述出料口的至少之一相连。

7.根据权利要求1所述的污泥及废水处理装置，其特征在于，所述臭氧催化剂包括金属-非金属复配型双载体催化剂、碳基催化剂、氧化铝基催化剂、氧化硅基催化剂、矿石类催化剂、贵金属、过渡金属及其氧化物基催化剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的污泥及废水处理装置，其特征在于，所述金属-非金属复配型双载体催化剂的载体包括碳基材料和氧化铝的复合载体；

任选地，所述金属-非金属复配型双载体催化剂包括第一催化组分和第二催化组分，所述第一催化组分包括金属元素，所述第二催化组分包括非金属元素；

任选地，所述第一催化组分包括铁；所述第二催化组分包括氮。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的污泥及废水处理装置进行污泥或废水处理的方法，其特征在于，包括：

将所述污泥或所述废水由进料口供给至进料空间中，并且由隔板底部的第二通孔供给至臭氧催化氧化处理空间中，利用臭氧进气口向所述臭氧催化氧化处理空间供给臭氧，以便所述污泥或所述废水与臭氧混合并进入模块化催化床层中，所述污泥或所述废水中的微生物和有机物在所述臭氧以及所述模块化催化床层中的臭氧催化剂的作用下发生反应，经过臭氧催化氧化处理后的所述污泥或所述废水从出料口排出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述污泥或所述废水由所述隔板底部的所述第二通孔进入所述臭氧催化氧化处理空间之后，所述方法进一步包括：

未进入所述模块化催化床层的所述污泥或所述废水从导流口排出。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述污泥或所述废水中的微生物和有机物在所述臭氧以及所述模块化催化床层中的所述臭氧催化剂的作用下发生反应之后，所述方法进一步包括：

经过臭氧催化氧化处理后的所述污泥或所述废水从所述隔板的顶部的第一通孔进入所述进料空间中，并且通过所述隔板底部的所述第二通孔再次进入所述臭氧催化氧化处理空间中。

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