CN107915311A - 一种高效传质臭氧催化氧化‑流化床污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效传质臭氧催化氧化‑流化床污水处理系统。具体包括：壳体；陶瓷膜组件，所述陶瓷膜组件垂直设置在所述壳体中，所述陶瓷膜组件包括一个或多个陶瓷膜，所述陶瓷膜组件与所述壳体的侧壁、顶面以及底面之间，均预留有互相连通的水流通道；进水口，所述进水口设置在所述壳体的上部，并被配置为可通过所述陶瓷膜组件与所述壳体的侧壁之间的水流通道，将污水供给至所述陶瓷膜组件壳体中；出水口；以及曝气孔。由此，污水可在所述陶瓷膜组件以及水流通道之间环流流动，从而加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定，并且降低了污水处理成本。

Description

一种高效传质臭氧催化氧化-流化床污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体地，涉及一种高效传质臭氧催化氧化-流化床污水处理系统，更具体地，涉及污水处理装置以及污水处理方法。

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。污水经常规生化处理后，往往残留有难降解污染物，如果直接排入天然水体，容易造成有机物富集，会对环境与生物造成危害，因此需要对此类污水进行深度处理。臭氧催化氧化法利用臭氧分解产生的羟基自由基(·OH)来氧化分解有机物，具有氧化能力强、选择性弱、不产生二次污染等优势，是一种有效的污水深度处理技术。

然而，目前的污水处理系统以及污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，目前的臭氧催化氧化反应器普遍存在催化氧化效率较低、成本较高等问题。发明人经过深入研究发现，这主要是由臭氧、污水和催化剂(即气液固三相)的接触不够充分造成的。例如，传统的臭氧填充床反应器，催化剂为静态放置，臭氧、污水和催化剂的接触方式比较单一，一般气/液相只通过同向流或者异向流的方式与催化剂接触反应，臭氧、污水和催化剂之间接触不够充分，从而限制了臭氧与污水中有机物的传质过程，导致催化氧化效能整体偏低，难以进一步降低污水的COD值，并且造成臭氧利用率低，污水处理成本较高的问题。

有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种污水处理系统。根据本发明的实施例，所述污水处理系统包括：壳体；陶瓷膜组件，所述陶瓷膜组件垂直设置在所述壳体中，所述陶瓷膜组件包括一个或多个陶瓷膜，所述陶瓷膜组件与所述壳体的侧壁、顶面以及底面之间，均预留有互相连通的水流通道；进水口，所述进水口设置在所述壳体的上部，并被配置为可通过所述陶瓷膜组件与所述壳体的侧壁之间的所述水流通道，将污水供给至所述陶瓷膜组件中；出水口，所述出水口设置在所述壳体的上部，且与所述进水口相对设置；以及曝气孔，所述曝气孔设置在所述壳体的底部。由此，污水可在所述陶瓷膜组件以及水流通道之间环流流动，从而加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定，并且降低了污水处理成本。

根据本发明的实施例，所述曝气孔设置在所述壳体中，与所述陶瓷膜组件相对应的区域中。由此，在曝气产生的气升力作用下，污水可从所述陶瓷膜组件的底部上升至陶瓷膜组件的顶部，有助于污水在陶瓷膜组件和水流通道之间形成环流，进一步加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定。

根据本发明的实施例，所述陶瓷膜组件进一步包括膜组件壳体，所述膜组件壳体具有4个侧壁，所述4个侧壁与所述壳体的侧壁之间，均预留有水流通道。由此，所述膜组件壳体可以进一步支撑和固定所述陶瓷膜，并且污水可在所述陶瓷膜壳体与所述水流通道之间四面环流流动，进一步加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率。

根据本发明的实施例，所述陶瓷膜组件进一步包括：设置在多个所述陶瓷膜之间的隔板。由此，所述隔板可在陶瓷膜之间限定出多个流道，进一步加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：臭氧产生装置，所述臭氧产生装置与所述曝气孔相连。由此，所述臭氧产生装置可向所述壳体中提供臭氧，促进污水中有机物的臭氧氧化分解，使出水更加优质。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：催化剂入口，所述催化剂入口设置在所述壳体上。由此，可通过所述催化剂入口向所述壳体内提供催化剂，促进污水中有机物的臭氧催化氧化分解，使出水更加优质。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：双氧水入口，所述双氧水入口设置在所述壳体上。由此，可通过所述双氧水入口向所述壳体内提供双氧水，对污水中的有机物进行臭氧和双氧水的联合氧化，进一步提高了污水中有机物的氧化分解效率，提升了出水水质。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：紫外光照装置，所述紫外光照装置适于向所述陶瓷膜组件照射紫外光。由此，所述紫外光可以促进臭氧产生羟基自由基，进一步提高污水中有机物的臭氧氧化分解效率，提升了出水水质。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统，进一步包括：空气辅助曝气口，所述空气辅助曝气口设置在所述陶瓷膜组件的底部。由此，空气不仅可以通过曝气孔进入壳体内，并且还可以通过所述空气辅助曝气口进入壳体，曝气产生的气水升力有助于陶瓷膜组件中的污水向上流动，进而有助于污水在所述陶瓷膜组件和所述水流通道之间环流，提高了传质速率，并且污水向上流动的过程中还可以及冲刷陶瓷膜表面，减小膜污染。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：溢流口，所述溢流口设置在所述壳体的顶部。由此，可以在所述壳体内液位过高时，对该污水处理系统进行溢流保护，进一步提高所述污水处理系统的使用性能。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：取样口，所述取样口设置在所述壳体的中部。由此，可以简便地对所述壳体内的水质进行实时监测。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：排空口，所述排空口设置在所述壳体的底部。由此，可以简便地根据需要对所述壳体进行排空以及检修。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：尾气收集口，所述尾气收集口设置在所述壳体的顶部。由此，所述壳体内没有发生反应的臭氧以及曝气产生的空气可以从所述尾气收集口排出，并且可用风机统一收集后集中处理。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：进水箱，所述进水箱与所述进水口相连。由此，可以简便地将污水供给至所述壳体中。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：臭氧填充柱，所述臭氧填充柱具有填充柱进水口以及填充柱出水口，所述填充柱进水口与所述进水箱相连，所述填充柱出水口与所述进水口相连。由此，可以进一步对污水进行臭氧氧化处理，进一步提升出水水质。

根据本发明的实施例，所述污水处理系统进一步包括：生物膜处理单元，所述生物膜处理单元具有生物膜处理进水口以及生物膜处理出水口，所述生物膜处理进水口与所述进水箱相连，所述生物膜处理出水口与所述进水口相连。由此，所述污水处理系统不仅可以对污水进行臭氧氧化处理，还可以对污水进行生物膜处理，可进一步提升出水水质。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种污水处理的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将污水从进水口供给至壳体中，以便所述污水在所述壳体中由陶瓷膜组件进行过滤处理，并通过陶瓷膜组件与所述壳体的侧壁、顶面以及底面之间的水流通道形成环流，由出水口排出所述污水处理系统。由此，该方法可简便地对所述污水进行处理，加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定，并且降低了污水处理成本。

根据本发明的实施例，所述污水处理方法进一步包括：由催化剂入口向所述壳体内加入催化剂，从曝气孔曝臭氧以及空气，使污水以及所述催化剂从所述陶瓷膜组件的底部上升，并从所述陶瓷膜组件和所述壳体的顶面之间的水流通道，流至所述陶瓷膜组件和所述壳体的侧壁之间的水流通道并在重力作用下下降，在曝气条件下水流继续从所述陶瓷膜组件底部上升，以便形成所述环流。由此，促进了污水中有机物的臭氧催化氧化分解，提高了反应速率，提升了出水水质。

附图说明

图1显示了根据本发明一个实施例的污水处理系统的左视图；

图2显示了根据本发明一个实施例的污水处理系统的俯视图；

图3显示了根据本发明一个实施例的陶瓷膜组件的部分结构俯视图；

图4显示了根据本发明另一个实施例的陶瓷膜组件的部分结构俯视图；

图5显示了根据本发明又一个实施例的污水处理系统的俯视图；

图6显示了根据本发明一个实施例的污水处理系统的结构示意图；

图7显示了根据本发明另一个实施例的污水处理系统的结构示意图；

图8显示了根据本发明又一个实施例的污水处理系统的结构示意图；

图9显示了根据本发明一个实施例的污水处理方法的方法流程图；

图10显示了根据本发明具体实施例2的污水处理系统的结构示意图；

图11显示了根据本发明具体实施例2的臭氧对污水处理系统内COD的去除效果图；

图12显示了根据本发明具体实施例2的臭氧对加入粉末碳基催化剂后陶瓷膜临界通量的影响图；以及

图13显示了根据本发明具体实施例2的臭氧对加入粉末碳基催化剂后陶瓷膜跨膜压差的影响图。

附图标记：

1000：污水处理系统；100：壳体；200：陶瓷膜组件；210：陶瓷膜；220：膜组件壳体；230：隔板；300：水流通道；400：曝气孔；500：臭氧产生装置；510：紫外光照装置；10：进水口；20：出水口；30：催化剂入口；40：双氧水入口；50：空气辅助曝气口；60：尾气收集口；70：取样口；80：排空口；90：溢流口；600：产水箱；610：出水泵；700：进水箱；800：臭氧填充柱；900：生物膜处理单元；1：填充柱进水口；2：填充柱出水口；3：生物膜处理单元进水口；4：生物膜处理单元出水口。

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水处理系统。根据本发明的实施例，参考图1以及图2，污水处理系统1000包括：壳体100以及垂直设置在壳体100中的陶瓷膜组件200，其中，陶瓷膜组件200包括一个或多个陶瓷膜210，陶瓷膜组件200与壳体100的侧壁、顶面以及底面之间，均预留有互相连通的水流通道300(如图1以及图2中所示出的，陶瓷膜组件200与壳体100的侧壁之间的水流通道300A、陶瓷膜组件200与壳体100的顶面之间的水流通道300B以及陶瓷膜组件200与壳体100的底面之间的水流通道300C)，壳体100底部设置有曝气孔300，壳体100的上部设置有进水口10，壳体100的上部与进水口10相对的一侧设置有出水口20，并且通过进水口10，可将污水从陶瓷膜组件200与壳体100的侧壁之间的水流通道300A供给至陶瓷膜组件200中。由此，污水可在陶瓷膜组件200以及水流通道300之间环流流动，从而加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定，并且降低了污水处理成本。

为了方便理解，下面首先对根据本发明实施例的污水处理系统能够实现上述有益效果的原理进行说明：

发明人发现，目前的臭氧催化氧化反应器普遍存在催化氧化效率较低、成本较高等问题。发明人经过深入研究发现，这主要是由臭氧、污水和催化剂(即气液固三相)的接触不够充分造成的。例如，传统的臭氧填充床反应器，催化剂静态放置，臭氧、污水和催化剂的接触方式比较单一，一般只通过同向流或者异向流的方式接触反应，臭氧、污水和催化剂之间接触不够充分，从而限制了臭氧与污水中有机物的传质过程，导致催化氧化效能整体偏低，难以进一步降低污水的COD值，并且造成臭氧利用率低，污水处理成本较高的问题。根据本发明实施例的污水处理系统1000，将陶瓷膜组件200设置在壳体100的中心，即在陶瓷膜组件200与壳体100的侧壁、顶面以及底面之间，均预留由互相连通的水流通道300，由此，污水可从陶瓷膜组件200的底部，在曝气孔300曝气产生的气水升力的作用下，上升至陶瓷膜组件200的顶部，并且通过陶瓷膜组件200与壳体100的顶面之间的水流通道300B向下环流，经过陶瓷膜组件200与壳体100的侧壁之间的水流通道300A以及陶瓷膜组件200与壳体100的底面之间的水流通道300C，重新从底部回流至陶瓷膜组件200中。由此，污水在陶瓷膜组件200与水流通道300之间环流流动，并且污水可以向陶瓷膜组件200四周的各个方向进行环流流动，从而极大地加强了传质，提高了污水处理系统1000内的传质速率，使出水更加优质稳定，并且降低了污水处理成本。

根据本发明的实施例，曝气孔400设置在壳体100的底部，并且设置在与陶瓷膜组件200相对应的区域中。由此，在曝气孔400曝气产生的气水升力的作用下，污水可从陶瓷膜组件200的底部上升至陶瓷膜组件200的顶部，有助于污水在陶瓷膜组件200和水流通道300之间形成环流，进一步加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定。

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水处理场地的大小、所处理污水的水质和处理量等情况灵活选择。

根据本发明的实施例，陶瓷膜组件200的大小不受特别限制，只要能使陶瓷膜组件200位于壳体100的中心，即陶瓷膜组件200与壳体100的侧壁、顶面以及底面之间均预留有互相连通的水流通道300即可。具体的，陶瓷膜组件200的大小可以根据壳体100的大小来进行设置。根据本发明的实施例，陶瓷膜组件200可以包括一个或多个陶瓷膜210，陶瓷膜组件200内只有一个陶瓷膜210时，污水可以在陶瓷膜组件200以及水流通道300之间两面环流流动。陶瓷膜组件200内有多个陶瓷膜210时，污水可以在陶瓷膜组件200以及水流通道300之间四面环流流动。根据本发明的实施例，陶瓷膜210的具体材料不受特别限制，可以为常规的陶瓷膜，只要能过滤污水、截留粒径较小的催化剂即可。具体的，陶瓷膜210的孔道中还可以包括具有催化作用的金属，例如二氧化锰颗粒，从而陶瓷膜210可以在过滤出水的同时，在其孔道中催化臭氧氧化反应。由此，一方面进一步氧化降解污水中的有机物，提升出水水质；另一方面，通过陶瓷膜孔道内的臭氧氧化反应，可以有效地减小膜污染，降低出水压力和能耗。根据本发明的实施例，陶瓷膜210的数目以及设置方式不受特别限制，只要能限定出污水在陶瓷膜组件200内向上流动的流道即可。根据本发明的实施例，参考图3以及图4，陶瓷膜组件200可以进一步包括设置在陶瓷膜210之间的隔板230，由此，隔板230可在陶瓷膜210之间限定出更多水流向上流动的流道，从而进一步加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定。根据本发明的实施例，隔板230的数目以及设置方式不受特别限制，只要能分割出多个水流向上流动的流道即可。例如，参考图3，隔板230可以平行于陶瓷膜210设置；参考图4，隔板230也可以垂直于陶瓷膜210设置。根据本发明的实施例，参考图5，陶瓷膜组件200可以进一步包括膜组件壳体220，膜组件壳体220环绕多个陶瓷膜210设置，即膜组件壳体220可以具有4个侧壁，4个侧壁与壳体100的侧壁之间，均预留有水流通道300。由此，膜组件壳体220可以进一步支撑和固定多个陶瓷膜210，并且污水可在陶瓷膜壳体220与水流通道300之间四面环流流动，进一步加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，参考图6，污水处理系统1000可以进一步包括臭氧产生装置500，臭氧产生装置500与曝气孔400相连。由此，臭氧产生装置500可向壳体100中提供臭氧，促进污水中有机物的臭氧氧化分解，使出水更加优质。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括设置在壳体100上的催化剂入口30。由此，可通过催化剂入口30向壳体100内提供催化剂，臭氧、污水以及催化剂可在陶瓷膜组件200以及水流通道300之间环流流动。在该过程中，臭氧、污水以及催化剂可以充分接触和反应，能更加充分地降解污水中的有机物，从而提升了有机物的臭氧催化氧化处理效率，提高了臭氧的利用率，降低了污水处理成本。根据本发明的实施例，催化剂的具体类型不受特别限制，只要能催化臭氧产生羟基自由基并氧化污水中的有机物即可。例如可以为颗粒状催化剂，也可以为粉末催化剂。具体的，可以为粉末活性炭、分子筛等。根据本发明的实施例，催化剂的加入方式不受特别限制，可以直接将催化剂从催化剂入口30加入，在曝气孔400曝气产生的气水升力的作用下，催化剂可以在壳体100内处于流化状态，充分地与臭氧以及污水接触反应。根据本发明的另一些实施例，催化剂也可以涂覆在陶瓷膜210的表面，臭氧和污水在陶瓷膜组件200内环流流动时，也可以充分地与陶瓷膜210上的催化剂接触反应。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括设置在壳体100上的双氧水入口40。由此，可通过双氧水入口40向壳体100内提供双氧水，臭氧、双氧水、污水以及催化剂可在陶瓷膜组件200以及水流通道300之间环流流动。在该过程中，臭氧、双氧水、污水以及催化剂可以充分接触和反应。并且在该过程中，臭氧和双氧水的协同作用更有助于产生具有极强的氧化作用的羟基自由基，进而可以对污水中的有机物进行充分的氧化降解，进一步提高了污水中有机物的氧化分解效率，提升了出水水质。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括设置在壳体100内的紫外光照装置510，紫外光照装置510适于向陶瓷膜组件200照射紫外光。由此，壳体100中的臭氧可在紫外光的作用下产生羟基自由基，进一步提高污水中有机物的臭氧氧化分解效率，提升出水水质。根据本发明的实施例，紫外光照装置510也可以与催化剂和/或双氧水同时作用，由此，进一步提高了臭氧产生羟基自由基的速率，提高了污水中有机物的臭氧氧化分解效率，进一步提升出水水质。根据本发明的实施例，利用臭氧氧化污水中有机物的过程中，臭氧分解产生·OH的具体方式不受特别限制，例如可以通过催化剂入口30向壳体100内加入催化剂，臭氧在催化剂的催化作用下可以产生·OH，并催化氧化污水中的有机物。根据本发明的另一些实施例，也可以通过紫外光照装置510对臭氧进行紫外光照射，促进臭氧分解产生·OH，并氧化污水中的有机物。而且，催化剂催化以及紫外光照射的方法也可以联合使用，并且还可以耦合双氧水，进一步提高了臭氧产生羟基自由基的速率，提高污水中有机物的臭氧氧化分解效率，进一步提升出水水质。具体的，可以采用臭氧-UV-粉末催化剂-陶瓷膜的方式对污水中的有机物进行臭氧氧化处理，也可以采用臭氧-UV-陶瓷膜，或者臭氧--UV-双氧水-陶瓷膜的方式对污水中的有机物进行臭氧氧化处理。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括设置在陶瓷膜组件200底部的空气辅助曝气口50，由此，空气不仅可以通过曝气孔400进入壳体100内，并且还可以通过空气辅助曝气口50进入壳体100，曝气产生的气水升力有助于陶瓷膜组件200中的污水向上流动，进而有助于污水在陶瓷膜组件200和水流通道300之间环流，提高了传质速率，并且污水向上流动的过程中还可以及冲刷陶瓷膜210表面，减小膜污染。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括设置在壳体100顶部的尾气收集口60，由此，壳体100内没有发生反应的臭氧以及底部曝气孔400和空气辅助曝气口50曝气产生的空气可以从尾气回收口排出，并且可对排出的臭氧进行收集和重复利用。由此，可以提高臭氧的利用率，降低污水处理成本。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括设置在壳体100中部的取样口70。由此，可以简便地对壳体100内的水质进行实时监测。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括设置在壳体100底部的排空口80。由此，可以简便地根据需要对壳体100进行排空以及检修。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括设置在壳体100顶部的溢流口90。由此，可以在壳体100内液位过高时，对该污水处理系统1000进行溢流保护，进一步提高该污水处理系统的使用性能。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括液位控制单元(图中未示出)，用于调控壳体100内的污水量。具体的，液位控制单元可以包括液位传感器和进水泵(图中未示出)，液位传感器可以监测壳体100内的水位并且能控制进水泵的启停，由此，可以简便地调节壳体100内的污水量。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，参考图7，污水处理系统1000可以进一步包括产水箱600，产水箱600与出水口20相连，可用于储存经陶瓷膜组件200过滤产出的净水。具体的，污水处理系统1000可以进一步包括出水泵610，出水泵610分别与出水口20以及产水箱600相连。由此，可以简便地将经过陶瓷膜组件200过滤产生的净水抽吸到产水箱600中。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括反冲洗单元(图中未示出)，用于对陶瓷膜组件200进行反冲洗。反冲洗单元的具体结构以及反冲洗的过程不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。例如，可以采用该污水处理系统产出的经过处理的水，进行反冲洗，或单独设置反冲洗水箱进行反冲洗，从而可进一步减轻膜污染。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，参考图8，污水处理系统1000可以进一步包括与进水口10相连的进水箱700，由此，可以简便地将污水供给至壳体100中。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，参考图8，污水处理系统1000可以进一步包括臭氧填充柱800和/或生物膜处理单元900。根据本发明的实施例，臭氧填充柱800具有填充柱进水口1以及填充柱出水口2，填充柱进水口1可以与进水箱700相连，填充柱出水口2可以与进水口10相连。由此，污水处理系统1000可以进一步对污水中的有机物进行臭氧氧化处理，可进一步提升出水水质。具体的，填充柱进水口1以及填充柱出水口2的具体设置位置不受特别限制，具体的，填充柱进水口1可以设置在臭氧填充柱800的上部，填充柱出水口2可以设置在臭氧填充柱800的下部，污水可以从臭氧填充柱800的上部流入，并从其下部流出，从而污水可在臭氧填充柱800中逆向流流动，从而有利于臭氧和污水中的有机物充分接触反应。根据本发明的实施例，生物膜处理单元900具有生物膜处理进水口3以及生物膜处理出水口4，生物膜处理进水口3可以与进水箱700相连，生物膜处理出水口4可以与进水口10相连。由此，污水处理系统1000不仅可以对污水进行臭氧氧化处理，还可以对污水进行生物处理，可进一步提升出水水质。并且，如图8中所示出的，污水处理系统1000可以同时包括臭氧填充柱800和生物膜处理单元900，进水箱700可以与填充柱进水口1以及生物膜处理进水口3相连，填充柱出水口2可以与生物膜处理进水口3相连，生物膜处理出水口4可以与进水口10相连。即：污水可以依次经过臭氧填充柱以及生物膜处理单元处理后，进入臭氧流化床进行处理，获得净水；或者，也可只经过生物膜处理单元处理后，进入臭氧流化床处理。需要说明的是，臭氧填充柱800以及生物膜处理单元900的类型、数目以及设置的前后顺序等均不受特别限制，本领域技术人员可以根据需要进行设计和组合。例如，污水处理系统1000可以包括两个设置在进水箱700和进水口10之间的、并联或串联的臭氧填充柱800，还可以包括设置在进水箱700和进水口10之间的生物膜反应器900或者膜生物反应器(MBR)900。

为了进一步提高污水处理系统的污水处理性能，根据本发明的实施例，污水处理系统1000可以进一步包括：混凝沉淀池，保安过滤器等污水处理单元，混凝沉淀池以及保安过滤器可以为本领域常规使用的，只要能对污水进行净化处理即可。也即是说，根据本发明实施例的污水处理系统，除了具有壳体100内限定出的生物反应空间300以及膜过滤空间400，还可以耦合臭氧氧化处理单元等各种污水处理单元，由此，可以进一步提升污水处理系统1000的污水处理效果。

发明人发现，根据本发明实施例的污水处理系统，通过臭氧、污水以及催化剂在陶瓷膜组件200和水流通道300之间的环流流动，加强了传质，提升了传质速率，臭氧、污水以及催化剂可以充分地接触和反应，污水中的有机物可以得到充分地氧化降解，污水处理效果良好，尤其在处理含难降解有机物较多的煤化工污水时，该污水处理系统也能获得较佳的污水处理效果。

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水处理系统进行污水处理的方法。由此，该污水处理方法可以具有前面所述的污水处理系统所具有的全部特征以及优点。根据本发明的实施例，参考图9，该方法包括：

S100：将污水从进水口供给至陶瓷膜组件中

在该步骤中，将待处理的污水从进水口供给至壳体，并通过壳体的侧壁与陶瓷膜组件之间的水流通道，供给至陶瓷膜组件中。

S200：污水在陶瓷膜组件以及水流通道之间形成环流

在该步骤中，污水在陶瓷膜组件以及水流通道之间环流流动。污水可从陶瓷膜组件的底部，在曝气孔曝气产生的气水升力的作用下，上升至陶瓷膜组件的顶部，并且通过陶瓷膜组件与壳体的顶面之间的水流通道向下环流，经过陶瓷膜组件与壳体的侧壁之间的水流通道以及陶瓷膜组件与壳体的底面之间的水流通道，重新从底部回流至陶瓷膜组件中。由此，污水可在陶瓷膜组件与水流通道之间环流流动，并且污水可以向陶瓷膜组件四周的各个方向进行环流流动，从而极大地加强了传质，提高了污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定，并且降低了污水处理成本。

根据本发明的实施例，该污水处理方法进一步包括：由催化剂入口向壳体内加入催化剂，从曝气孔曝臭氧气体以及空气，使污水以及催化剂从陶瓷膜组件的底部上升，并从陶瓷膜组件和壳体的顶面之间的水流通道，流至陶瓷膜组件和壳体的侧壁之间的水流通道并下降，在曝气条件下上升，以便形成所述环流。由此，臭氧、污水以及催化剂可以在该环流过程中，充分接触和反应，促进了污水中有机物的臭氧催化氧化分解，提升了出水水质。

根据本发明的实施例，该污水处理方法可以进一步包括：由双氧水入口向壳体中加入双氧水，臭氧、双氧水、污水以及催化剂在陶瓷膜组件以及水流通道之间环流流动。在该过程中，臭氧、双氧水、污水以及催化剂可以充分接触和反应。并且在该过程中，臭氧和双氧水的协同作用更有助于产生具有极强的氧化作用的羟基自由基，进而可以对污水中的有机物进行充分的氧化降解，进一步提高了污水中有机物的氧化分解效率，提升了出水水质。

根据本发明的实施例，该污水处理方法可以进一步包括：由设置在壳体内的紫外光照装置向陶瓷膜组件照射紫外光。由此，壳体中的臭氧可在紫外光的作用下产生羟基自由基，进一步提高污水中有机物的臭氧氧化分解效率，提升出水水质。根据本发明的实施例，也可以将紫外光照装置与催化剂和/或双氧水同时使用，由此，进一步提高了臭氧产生羟基自由基的速率，提高了污水中有机物的臭氧氧化分解效率，进一步提升出水水质。

S300：污水经陶瓷膜组件过滤处理后，从出水口排出

在该步骤中，污水经陶瓷膜组件过滤处理后，从出水口排出。根据本发明的实施例，可以通过出水泵，将经陶瓷膜组件过滤处理后的净水抽吸至产水箱中。根据本发明的实施例，该污水处理方法进一步包括：可以采用该污水处理系统产出的经过处理的水，或单独设置反冲洗水箱对陶瓷膜组件进行反冲洗，从而进一步减轻膜污染。

综上可知，该方法可简便地对所述污水进行处理，加强了传质，提高了该污水处理系统内的传质速率，使出水更加优质稳定，并且降低了污水处理成本。

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

(1)通过液位传感器控制进水泵的启停，若壳体100内液位低于设定液位(陶瓷膜组件200顶部10-15cm处)，则液位传感器控制进水泵启动，将污水打至进水口10，直至液位达到设置上限(溢流口90下方10cm处)，则停止进水。

(2)臭氧产生装置500提供臭氧，经曝气孔400进入陶瓷膜组件200内，罗茨风机输出的空气可通过曝气孔400向陶瓷膜组件200内曝气，臭氧与空气可经由壳体100顶部的尾气收集口60排出，并被回收利用。曝气所产生的臭氧与空气，与附近污水混合产生气提升力，流入所述陶瓷膜组件200内，同时冲刷陶瓷膜210表面，并带动流化态粉末催化剂至陶瓷膜组件200顶部，通过设置在陶瓷膜组件200余壳体100的顶面、侧壁以及底面之间的水流通道300，在陶瓷膜组件200外围降流，形成四面环流内循环流态。

(3)出水泵610与反冲洗泵620采用交替运行方式，出水9.5min至产水箱600，之后反冲洗45s。排空口80位于壳体100最底部，用于污水处理系统的排空检修。溢流口90防止壳体100内液位过高，进行强制溢流保护。可定期对陶瓷膜210进行清洗，此时关闭出水泵610，启动反冲洗泵620与罗茨风机，进行曝气反冲洗。

实施例2

可参考如图10所示出的污水处理系统以及污水处理过程。

以煤化工煤制气废水，经二级生化处理后的尾水为原水，进水COD为125-143mg/L，水力停留时间30min。选用陶瓷膜组件200中仅包含单片陶瓷膜210，陶瓷膜210的尺寸为250mm×高150mm×厚6mm。碳基粉末催化剂投加量2g/L。结果表明，该污水处理系统可在膜通量为50LMH下连续稳定运行，出水COD可降至50mg/L(如图所示出11)；同时臭氧的通入，使跨膜压差降低35％-40％(如图12以及图13所示出)，有效缓解了膜污染，使陶瓷膜膜组件200运行稳定性得到增强。

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”、“前”、“后”、“顶”、“底”“内”、“外”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 (16)

1.一种污水处理系统，其特征在于，包括：

壳体；

陶瓷膜组件，所述陶瓷膜组件垂直设置在所述壳体中，所述陶瓷膜组件包括一个或多个陶瓷膜，所述陶瓷膜组件与所述壳体的侧壁、顶面以及底面之间，均预留有互相连通的水流通道；

进水口，所述进水口设置在所述壳体的上部，并被配置为可通过所述陶瓷膜组件与所述壳体的侧壁之间的所述水流通道，将污水供给至所述陶瓷膜组件中；

出水口，所述出水口设置在所述壳体的上部，且与所述进水口相对设置；以及

曝气孔，所述曝气孔设置在所述壳体的底部。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述曝气孔设置在所述壳体中，与所述陶瓷膜组件相对应的区域中。

3.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述陶瓷膜组件进一步包括膜组件壳体，所述膜组件壳体具有4个侧壁，所述4个侧壁与所述壳体的侧壁之间，均预留有水流通道。

4.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述陶瓷膜组件进一步包括：

设置在多个所述陶瓷膜之间的隔板。

5.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：臭氧产生装置，所述臭氧产生装置与所述曝气孔相连。

6.根据权利要求5所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：催化剂入口，所述催化剂入口设置在所述壳体上。

7.根据权利要求5所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：双氧水入口，所述双氧水入口设置在所述壳体上。

8.根据权利要求5所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：紫外光照装置，所述紫外光照装置适于向所述陶瓷膜组件照射紫外光。

9.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：

空气辅助曝气口，所述空气辅助曝气口设置在所述陶瓷膜组件的底部。

10.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：

溢流口，所述溢流口设置在所述壳体的顶部；

任选地，取样口，所述取样口设置在所述壳体的中部；

任选地，排空口，所述排空口设置在所述壳体的底部。

11.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：

尾气收集口，所述尾气收集口设置在所述壳体的顶部。

12.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：

进水箱，所述进水箱与所述进水口相连。

13.根据权利要求12所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：

臭氧填充柱，所述臭氧填充柱具有填充柱进水口以及填充柱出水口，所述填充柱进水口与所述进水箱相连，所述填充柱出水口与所述进水口相连。

14.根据权利要求12所述的污水处理系统，其特征在于，进一步包括：

生物膜处理单元，所述生物膜处理单元具有生物膜处理进水口以及生物膜处理出水口，所述生物膜处理进水口与所述进水箱相连，所述生物膜处理出水口与所述进水口相连。

15.一种利用权利要求1-14任一项所述的污水处理系统进行污水处理的方法，其特征在于，包括：

将污水从进水口供给至壳体中，以便所述污水在所述壳体中经陶瓷膜组件进行过滤处理，并通过陶瓷膜组件与所述壳体的侧壁、顶面以及底面之间的水流通道形成环流，由出水口排出所述污水处理系统。

16.根据权利要求15所述的污水处理方法，其特征在于，进一步包括：

由催化剂入口向所述壳体内加入催化剂，从曝气孔曝臭氧以及空气，使污水以及所述催化剂从所述陶瓷膜组件的底部上升，并从所述陶瓷膜组件和所述壳体的顶面之间的水流通道，流至所述陶瓷膜组件和所述壳体的侧壁之间的水流通道并在重力作用下下降，在曝气条件下水流继续从所述陶瓷膜组件底部上升，以便形成所述环流。