一種多級強化催化氧化還原曝氣內電解反應器及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種內電解反應器及其應用，尤其是涉及一種多級強化催化氧化還原曝氣內電解反應器及其應用。
【背景技術】
[0002]微電解是以鐵和碳構成原電池，通過正負極上發生的復雜的氧化還原反應，并利用原電池自身的電富集物理吸附及絮凝等作用提高廢水的可生化性，以達到廢水預處理的目的。
[0003]近幾年國內對內電解法研究越來越多，特別在對電鍍、印染及化工染料等廢水的處理上應用廣泛，并得到了工程化應用，但生產性內電解法反應器多為濾池形式，有的采用鋼襯玻璃鋼設備，有的采用鋼筋混凝土構筑物。查到已有的曝氣內電解反應器(專利號ZL200520098793.1)和強氧化內電解反應器(專利號ZL20032011500.3)，都采用內裝鐵碳材料，池底設有大阻力配水系統。該種形式內電解法反應器實際應用中存在下列問題:
[0004](I)填料更換困難
[0005]內電解反應器中，碳作為陰極不消耗，鐵作為陽極轉化為鐵離子進入水中，因此內電解主要消耗鐵，隨著反應時間的推移，鐵肩不斷被消耗，當鐵肩減少到一定程度后將會影響內電解的處理效果，必須補充鐵肩。如果從池頂直接投加鐵肩，新鐵肩和碳粒不能充分混合均勻，影響內電解的處理效果。如果將填料全部清出，重新裝入混合好的新填料，這一過程在實際過程中工作量非常大，同時需要較大的場地，實施較為困難。
[0006](2)反應柱堵塞
[0007]隨內電解法絮凝床運行時間的增長，填料中會附聚越來越多的懸浮物，加上金屬氫氧化物的濃集和對懸浮物吸附作用，將會堵塞填料孔隙。因此需定期反沖洗，由于鐵肩比重較大，需要非常大的反沖洗強度。因而工程中必須配套較大的設備，增大了投資成本。
[0008](3)鐵肩結塊
[0009]內電解法絮凝床中，最常用的填料為鋼鐵肩和鑄鐵肩，鋼鐵肩含碳量較低，內電解反應較慢，處理效果差;鑄鐵肩含碳量高，處理效果好，但鐵肩強度低，易壓碎，隨著處理時間的增加，鐵肩的粒徑逐漸減小，由于鑄鐵肩強度低，易被壓碎成粉末狀而結塊，使內電解法絮凝床出現溝流，處理效率降低。
[0010](4)污泥處理
[0011]內電解法通常在酸性條件下進行，酸性條件下鐵肩消耗量大，反調pH過程中將產生大量鐵泥，給污泥脫水工序增加一定負擔，污泥中含有大量鐵給污泥的處置帶來一定問題。目前一般將廢渣送至煉鐵廠處置或摻合制作建筑材料，還考慮用鐵泥制作磁性材料，關于鐵泥的處置問題還有待于深入研究和實踐。
[0012](5)工程放大后，處理效果下降
[0013]反應器的構造設計是否合理，直接影響微電解反應效果的好壞。一般，在實驗室所進行的微電解實驗大多在較小的容器內，污水可以和填料充分接觸，反應比較充分;但是，當微電解應用到實際工程中，由于反應器尺寸的放大，反應條件的變化，使得反應過程中容易發生短流、死角、鐵肩板結，造成反應不充分，處理效果明顯下降。
[0014](6)日常維護及運行成本高
[0015]微電解反應器主要分為固定床和攪拌床兩類。固定床就是將鐵肩和碳粉顆粒固定在床體內，使廢水通過床層中的鐵碳填料層發生微電解反應。攪拌床一般采用攪拌機將廢水與鐵肩和碳粒混合。無論是固定床還是攪拌床都存在鐵肩板結問題，影響處理效果，板結問題給設備的日常維護和運行帶來了很大困難，導致維護費用及運行成本增加。
[0016](7)能耗高、處理效率低
[0017]微電解技術之所以得以廣泛應用，就是在于它的能耗低、效率高。然而普通的微電解反應器存在很多不足，導致實際工程反應過程中混合、傳質、擴散效果不佳，致使配套設備能耗增加，藥耗和設備的運行費用增加。
【發明內容】
[0018]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種多級強化催化氧化還原曝氣內電解反應器及其應用。
[0019]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0020]—種多級強化催化氧化還原曝氣內電解反應器，用于處理廢水，所述的反應器從下到上依次設置沉淀層、進水布氣層、多級填料層和出水層，所述的多級填料層內裝填有內置內電解填料的填料球。
[0021 ]所述的填料球以及設置在填料球中的內電解填料滿足:填料球中內電解填料充分反應后，填料球上浮;填料球中內電解填料未充分反應時，填料球下沉。
[0022]所述的填料球的表面分布有用于使待處理廢水與內電解填料充分接觸的微孔，該微孔的孔徑小于內電解填料的粒徑。
[0023]所述的多級填料層由從下到上依次設置的第一級填料層、第二級填料層、第三級填料層和第四級填料層組成。
[0024]所述的第一級填料層、第二級填料層、第三級填料層和第四級填料層的高度以及填料球的裝載量滿足:廢水處理過程中，第一級填料層中的PH值不超過3.5，第二級填料層中的PH值不超過4.5，第三級填料層中的pH值不超過5.5，第四級填料層中的pH值不超過
6.5ο
[0025]所述的進水布氣層包括布氣組件和設置在布氣組件上的進水組件，所述的布氣組件由多根連接外部進氣部件的布氣管朝同一圓心間隔排列而成，所述的進水組件由多根連接外部進水部件的進水管朝同一圓心間隔排列而成。
[0026]所述的布氣管的上部表面上設有多組并排設置的布氣孔單元，該布氣孔單元由布氣孔均勻間隔設置而成，相鄰兩組的布氣孔單元上的布氣孔錯位設置；
[0027]所述的進水管的上部表面上設有多組并排設置的進水孔單元，該進水孔單元由進水孔均勻間隔設置而成，相鄰兩組的進水孔單元上的進水孔錯位布置。
[0028]所述的出水層包括平鋪于多級填料層上方的用于消除泡沫的過濾袋，以及設置在過濾袋組件上的用于均勻收集出水的集水堰，集水堰的出水口分別連接泡沫出口和液體出口，所述的過濾袋的形狀與反應器的內截面匹配一致。
[0029]所述的沉淀層在底部設有呈漏斗形的污泥收集組件，該污泥收集組件的排污口處設有用于控制開關的排污螺絲。
[0030]多級強化催化氧化還原曝氣內電解反應器用于處理廢水，處理廢水時，待處理廢水先加酸調節PH值為3，再從進水布氣層進入反應器中。
[0031 ]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0032 ] (I)填料利用充分，填料更換方便:本發明中的多級填料層中的內電解填料是通過設置在填料球中加入的，這樣使得內電解填料以填料球單元的形式參與內電解反應，不僅能夠保證較大的反應參與表面積，還能有效的防止大量的填料在反應過程中的結塊、堵塞等問題，此外，填料球隨著內電解填料在內電解反應消耗，填料球相對密度變小，在水力作用和氣浮作用下而逐漸上浮至每層上部，反應一段時間需要更換填料時，停止進水，通過每層進出口將其排出，然后通過每層進出口根據需要補充部分新填料球。新的填料球和未充分反應的填料球則下沉，這樣通過取出浮在各級填料層的填料球并放入新的填料球就能很好的實現填料的更換。
[0033](2)本發明的多級填料層的設置，使得待處理的工業廢水在向上的處理過程中的反應為分級反應，其中，剛進入反應的廢水加酸調節pH值為3，過程中pH從3升高到4，然后從4升高到5，再從5升高到6左右，根據內電解電化學原理pH=3-4主要發生還原反應;pH=4-5發生氧化反應和還原反應;pH=5-6主要發生氧化反應。分級反應是本反應器主要特點之一，在傳統內電解反應器中，一般是將填料全部堆積于反應器中，填料雜亂堆積在一起，由于反應尺寸放大，反應條件變化，反應過程中容易發生短流、死角、鐵肩板結等，造成反應不充分，處理效果差。另外反應器中進行的反應過程較復雜，不能充分利用PH逐步升高進行的不同反應過程將污染物降解。本反應器設置多級填料層可以將處理過程從時空上嚴格劃分為多級反應過程，污染物在不同條件下發生不同反應得到逐步降解，提高處理效率。另外，設置多級填料和填料球可以增大反應接觸面積，防止填料結塊現象，避免出現短流死角造成的反應不充分，處理效果差。
[0034](3)本發明在反應器底部設有進水組件和布氣組件，能夠實現均勻的布氣和進水，此外，布氣組件的設置不僅能夠提供內電解反應所必需的氧氣，還能有效的實現待處理廢水與填料球的充分攪動，防止出現死角，進而提高內電解反應的充分度。
[0035](4)中部多級填料層的設置，根據進水的pH值設置填料層的級數，能夠充分利用反應器的空間。多級填料層的設置將處理過程分為多個不同過程，由于每級PH不同進行的反應過程也不同，污水從下至上依次經過多級填料層，污水中的污染物在每級填料層不同反應條件下進行不同反應，在時空上將反應過程分為多個層次;設置多級填料和填料球可以增大反應接觸面積，防止填料結塊現象，避免出現短流死角造成的反應不充分，從而可以充分利用反應器空間，提高處理效率。
[0036](5)出水層上緊鄰多級填料層的部分設有內裝吸附材料的過濾袋，能夠有效的消除廢水處理過程產生的泡沫，同時，集水堰還能攔截部分懸浮物，出口采用泡沫出口與液體出口分離的形式，能夠有效的實現處理后