本发明属于水处理，具体涉及一种结构简单、填料不板结、反应效率高、节约能耗的防板结铁碳微电解反应器及其方法。
背景技术：
1、铁碳微电解是一种利用铁与碳之间的电势差形成微电池效应，并通过氧化还原反应产生羟基自由基等强氧化剂，以及絮凝吸附、共沉淀、电富集等多种功能处理废水的技术。它可以打破废水中的高分子有机物链，将高分子有机物转化为小分子物质，降解废水中的难降解污染物，从而提高废水的可生化性（bod/cod），为后续生物处理提供更好的条件。由于铁碳微电解技术处理废水不仅效率高、处理成本低，而且具有低二次污染的特点，因此常用于处理难降解cod，同时对于去除重金属、总磷、色度等方面也有良好的效果，被广泛运用于印染、电镀、石油化工、制药、煤气洗涤、印刷电路板生产等工业废水及含砷、含氟废水的处理工程，并收到了良好的经济效益和环保效果。
2、在实际应用中，由于铁碳微电解反应器运行过程中会产生铁离子沉淀，而且废水中的悬浮物、胶体及生物膜等容易在铁碳颗粒表面吸附并积累形成包裹层，以及氧化、还原产物沉积在铁碳颗粒表面，从而使得铁碳颗粒发生粘连、团聚，导致反应床层堵塞、水流通道受阻、传质效率下降，严重影响处理效果和系统稳定性。
3、现有技术中，针对铁碳微电解反应器中铁碳填料易板结的问题，主要从铁碳填料改性及反应器结构改进两个技术方向进行解决。如铁碳填料采用多孔结构及表面涂层等技术，以增强抗板结能力；在废水中投加适量的阻垢剂，以防止无机盐类沉积；还有通过设置反冲洗结构，采用气水联合的反冲洗方式，以去除沉积物和堵塞物；也有在铁碳微电解反应器中通入进水量3～5倍的曝气量，在为铁碳微电解反应提供足够溶氧的同时，通过大量的剩余气体冲刷铁碳填料的表面以减少板结风险。但是，前述的各种方法也存在诸如阻垢剂添加成本较高，而且生成的无机盐对废水后期处理中的微生物有较强抑制作用；而反冲洗结构复杂，反冲洗的耗水量也较大；大量曝气也存在耗气量大，而且还会使溶出的二价铁离子水解和氧化生成氢氧化亚铁及氢氧化铁水合络合物，而络合物吸附在铁碳填料表面容易形成钝化膜。
4、现有技术中，有通过在铁碳微电解反应器中部设置活性炭床，在底部设置海绵铁床层，并在海绵铁床层底部设置曝气系统；首先通过活性炭床对待处理废水中的污染物进行富集吸附，然后通过向海绵铁床层注入高速气体，将海绵铁床层的海绵铁滤料裹挟带入活性炭床，通过与活性炭充分接触而发生铁碳微电解反应，将富集在活性炭上的污染物充分降解，达到通过使铁碳间歇接触以解决铁碳填料容易板结的目的。但是，由于海绵铁滤料进入活性炭床后，是依靠海绵铁滤料的重力逐渐穿过活性炭床并落到多孔折板，随后从多孔折板的孔洞中落下回到海绵铁床层；海绵铁滤料进入活性炭床后由于活性炭的阻挡，依靠重力下落的速度较慢，导致铁碳颗粒仍然容易发生粘连、团聚而产生板结问题，而且反应过程中还需要通入高速气体维持海绵铁滤料与活性炭的接触，因此导致耗气量较大，使得能耗较高。还有在铁碳微电解反应器中部设置可水平旋转的填料床，并在填料床内填充碳铁填料，且在铁碳微电解反应器底部设置曝气装置及布水装置；既能通过高速水流和高速气流同步作用使铁碳微电解填料处于膨胀状态，以避免填料堆积导致的钝化、板结堵塞等问题，又能通过旋转填料床使得铁碳填料进行搅动和摩擦，进一步避免铁碳填料的结块及钝化问题。但是，不仅水平旋转的长期密封性较难保持，而且旋转整个填料床的能耗也较大，并且高速水流和气流也导致能耗较高。此外，也有通过在铁碳微电解反应器内设置竖直的搅拌机构，搅拌机构的电机带动转杆转动，转动的转杆通过两组圆形隔板带动螺纹转板在反应器内旋转，在反应器内形成圆形的刮刀以刮除内壁上的填料板结，防止微电解填料在反应器内壁上板结，转杆上设置的螺纹带可以破碎微电解填料，防止微电解填料在转杆上板结。虽然搅拌机构可避免板结问题，也无需高速水流和高速气体的辅助，但由于反应过程中需要搅动全部的铁碳填料，不仅能耗较高，而且还容易导致铁碳填料破碎，并且上下圆形隔板还导致沉淀物难以沉底脱除，导致沉淀物堵塞上升水流通道，减低了废水处理效率。
技术实现思路
1、根据现有技术中的不足，本发明提出一种结构简单、填料不板结、反应效率高、节约能耗的防板结铁碳微电解反应器，还提供了一种防板结铁碳微电解反应方法。
2、本发明的防板结铁碳微电解反应器是这样实现的：包括微电解反应罐，所述微电解反应罐下部的侧壁上分别设置有进水口及进气口，所述微电解反应罐内的上部设置有溢流堰，所述微电解反应罐上部的侧壁上设置有连通溢流堰下部的出水口；
3、所述微电解反应罐内的进水口及进气口上方设置有填料支撑斗，所述填料支撑斗为下凹的板状结构且边沿与微电解反应罐的内壁贴合，所述填料支撑斗上分布有若干通孔，所述微电解反应罐内在填料支撑斗上设置有填料区，所述微电解反应罐内在填料支撑斗的上方中部竖直设置有螺旋输送机，所述螺旋输送机的输送管下端延伸至靠近填料支撑斗的斗底，所述输送管上端向上贯穿填料区并延伸至靠近溢流堰顶端，所述螺旋输送机的电动机固定设置于微电解反应罐的顶端，所述电动机的驱动轴贯穿微电解反应罐的顶壁并与伸出输送管的输送轴连接。
4、进一步地，所述输送管的顶端固定设置有出料罩，所述出料罩为梯形或开口向下的半球形上凸结构，所述输送管的顶端出口低于溢流堰的顶端且高于出料罩的最高点。
5、进一步地，所述输送管的底端固定设置有向下开口的倒“v”形或半球形进料罩，所述进料罩的底端与填料支撑斗的斗底间距大于填料的粒径。
6、进一步地，所述输送管的外壁上间隔固定设置有多根与微电解反应罐内壁固定连接的支撑杆。
7、进一步地，所述填料支撑斗为网板或穿孔板，所述填料支撑斗上的通孔孔径小于填料的粒径，所述填料支撑斗的底端固定设置有支架，所述支架与微电解反应罐的内壁或底壁固定连接。
8、进一步地，所述微电解反应罐内在填料支撑斗的下方固定设置有布水管，所述布水管与进水口连通，所述布水管上间隔设置有若干布水孔；所述微电解反应罐内在填料支撑斗与布水管之间固定设置有曝气管，所述曝气管与进气口连通，所述曝气管上间隔设置有若干曝气器。
9、进一步地，所述微电解反应罐的底部还设置有泥斗，所述泥斗的底端设置有排泥口。
10、进一步地，所述填料区中的填料为球形填料或椭球形填料，所述微电解反应罐的罐顶和/或侧壁上设置有检修口。
11、本发明的防板结铁碳微电解反应方法是这样实现的：基于前述防板结铁碳微电解反应器，包括铁碳微电解、填料输送、曝气搅拌步骤，各步骤具体内容如下：
12、a、铁碳微电解：分别打开进水口连接的进水阀及出水口连接的出水阀，待处理废水流进微电解反应罐后自下而上的流经填料区，废水中的污染物与填料区内的铁碳填料发生铁碳微电解，经降解的废水经出水口流出；
13、b、填料输送：废水在微电解反应罐内铁碳微电解过程中，螺旋输送机将填料支撑斗斗底的铁碳填料向上输送至填料区的上方，使铁碳填料经螺旋输送机在填料区内实现上下循环移动；
14、c、曝气搅拌：废水在微电解反应罐内铁碳微电解过程中或铁碳微电解一段时间后，打开进气口连接的进气阀，空气通过进气口进入微电解反应罐内进行曝气搅拌。
15、进一步地，所述b步骤中，废水在微电解反应罐内上升穿过填料区并进行铁碳微电解时，螺旋输送机连续或断续的将铁碳填料支撑斗斗底的填料向上输送至填料区的上方。
16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17、1、本发明通过在铁碳微电解反应器内的进水口及进气口上方设置填料支撑斗，并在填料支撑斗上设置填料区，然后创新在填料支撑斗的上方中部竖直设置下端延伸至靠近斗底、上端延伸至靠近溢流堰顶端的螺旋输送机，从而在铁碳微电解反应时能将填料支撑斗的斗底铁碳填料强制提升至填料区的上方，使得填料区的铁碳填料形成强制性的上下循环流动，既能抖落铁碳填料表面的沉积物，又能通过强制提升及自动下降使铁碳填料发生相互碰撞和摩擦，可破除铁碳填料表面的包裹层及已粘连、团聚的铁碳填料，最终有效解决了填料板结问题。
18、2、本发明通过设置带有若干通孔的填料支撑斗以支撑填料区，结合螺旋输送机形成铁碳填料的强制性上下循环流动，能够通过通孔使沉淀物、破碎的细小铁碳填料落下到铁碳微电解反应器的底部，从而能够有效滤除填料区内的沉淀物及细小铁碳填料，避免了沉淀物及细小铁碳填料堵塞上升水流通道，保证了废水的处理效率；而且由于螺旋输送机在提升过程中通过搅拌铁碳填料，能够增强铁碳填料与废水中污染物的传质面积，从而提高了废水的处理效率，而输送管外的填料区由于不存在死区且铁碳填料逐渐下降并相互错位，能够保证废水中的污染物与铁碳填料能够充分接触，使得废水处理效率较高。
19、3、本发明通过设置于填料支撑斗上方中部的螺旋输送机，将斗底的铁碳填料强制提升至填料区的上方，然后自由下落形成循环流动，由于本发明的螺旋输送机是通过输送管提升，单位时间仅需少量提升就能实现循环流动，因此相较铁碳填料整体旋转及铁碳微电解反应器内整体搅动的技术方案，能够有效节约能耗；而且本发明解决板结问题由于无需大气量的冲刷，因此在铁碳微电解反应时无需或仅需少量曝气，降低了曝气的能耗。
20、4、本发明的螺旋输送机通过输送管及其内部的绞龙提升铁碳填料，通过在输送管的底端设置进料罩对铁碳填料进行引导，可有效减少乃至避免铁碳填料在进料口处发生挤压而破碎，而且通过规整且光滑的输送管提升铁碳填料，可减少向上提升的铁碳填料与下降的铁碳填料相互摩擦，也能减少提升过程中铁碳填料相互摩擦和挤压，从而能够避免铁碳填料的破损，延长了铁碳填料的使用寿命；而通过在输送管的顶端设置出料罩，能够确保铁碳填料出料后分布均匀，从而能够避免铁碳填料移动短路，保证了填料区的铁碳填料都能够循环移动而不板结。
21、综上所述，本发明具有结构简单、填料不板结、反应效率高、节约能耗的特点。
1.一种防板结铁碳微电解反应器，包括微电解反应罐（1），所述微电解反应罐（1）下部的侧壁上分别设置有进水口（11）及进气口（12），所述微电解反应罐（1）内的上部设置有溢流堰（2），所述微电解反应罐（1）上部的侧壁上设置有连通溢流堰（2）下部的出水口（13）；
2.根据权利要求1所述防板结铁碳微电解反应器，其特征在于，所述输送管（41）的顶端固定设置有出料罩（44），所述出料罩（44）为梯形或开口向下的半球形上凸结构，所述输送管（41）的顶端出口低于溢流堰（2）的顶端且高于出料罩（44）的最高点。
3.根据权利要求2所述防板结铁碳微电解反应器，其特征在于，所述输送管（41）的底端固定设置有向下开口的倒“v”形或半球形进料罩（45），所述进料罩（45）的底端与填料支撑斗（3）的斗底间距大于填料的粒径。
4.根据权利要求2所述防板结铁碳微电解反应器，其特征在于，所述输送管（41）的外壁上间隔固定设置有多根与微电解反应罐（1）内壁固定连接的支撑杆（46）。
5.根据权利要求2所述防板结铁碳微电解反应器，其特征在于，所述填料支撑斗（3）为网板或穿孔板，所述填料支撑斗（3）上的通孔孔径小于填料的粒径，所述填料支撑斗（3）的底端固定设置有支架（6），所述支架（6）与微电解反应罐（1）的内壁或底壁固定连接。
6.根据权利要求1至5任意一项所述防板结铁碳微电解反应器，其特征在于，所述微电解反应罐（1）内在填料支撑斗（3）的下方固定设置有布水管（7），所述布水管（7）与进水口（11）连通，所述布水管（7）上间隔设置有若干布水孔；所述微电解反应罐（1）内在填料支撑斗（3）与布水管（7）之间固定设置有曝气管（8），所述曝气管（8）与进气口（12）连通，所述曝气管（8）上间隔设置有若干曝气器。
7.根据权利要求6所述防板结铁碳微电解反应器，其特征在于，所述微电解反应罐（1）的底部还设置有泥斗（9），所述泥斗（9）的底端设置有排泥口（14）。
8.根据权利要求6所述防板结铁碳微电解反应器，其特征在于，所述填料区（5）中的填料为球形填料或椭球形填料，所述微电解反应罐（1）的罐顶和/或侧壁上设置有检修口。
9.一种防板结铁碳微电解反应方法，其特征在于，基于权利要求1至8任意一项所述防板结铁碳微电解反应器，包括铁碳微电解、填料输送、曝气搅拌步骤，各步骤具体内容如下：
10.根据权利要求9所述防板结铁碳微电解反应方法，其特征在于，所述b步骤中，废水在微电解反应罐（1）内上升穿过填料区（5）并进行铁碳微电解时，螺旋输送机（4）连续或断续的将填料支撑斗（3）斗底的铁碳填料向上输送至填料区（5）的上方。
