本发明涉及污水处理，具体涉及一种电絮凝用电极、一种电絮凝系统和一种电絮凝方法。
背景技术：
1、铁阳极电絮凝是应用电解原理，阳极氧化释放絮凝剂的技术。随着废水类型的复杂化和处理废水集成性设备需求量增加，现已广泛用于处理重金属、印染、造纸、制革等行业中的废水以及饮用水除氟、雨水净化等水处理工艺当中。由于铁阳极电絮凝技术存在技术难题，电絮凝技术的规模化应用受到较大的影响。铁阳极电絮凝技术的技术难题主要包括两个方面电流传导性质的阻碍问题：一个是阳极钝化产生的阻碍，阳极钝化是指在电场极化作用下使得金属阳极产生的金属离子大量聚集，并与其他物质反应生成金属氧化物或盐类，附着于阳极极板表面形成致密的钝化膜。钝化膜的出现阻止了金属极板的溶解、电子传递，限制了絮凝剂的产生，极大地阻碍了正常反应的进行；另一个是阴极吸附性钝化产生的阻碍，废水中存在钙镁等相关阳离子，这些阳离子通过电场作用移动至阴极附近，与阴极周围的游离oh-反应生成氢氧化物沉淀。除此之外，废水中的co32-、hco3-，也可与阳离子作用生成碳酸盐沉淀，对阴极与反应液的反应速率产生影响。简言之，实现电絮凝过程中铁阳极电池阴阳极钝化抑制对电絮凝工艺有着十分重要的意义。
2、现有电絮凝工艺经历了一定发展历程。电絮凝工艺中，电极连接方式分单极式、双极式。单极式的特点是最外侧的两块极板直接与外电源相连，中间极板的每个面都与相邻极板电性完全相反，同一极板表现出两种电性。单极式电极板中电流总是从某一阳极流向相邻的阴极，不会绕过中间的极板流向其他阴极。双极式的每一极板都与外电源相连，极板电极的极性与电源极性相同，电流流动情况与单极式相反。电极是电絮凝过程的载体，极板是电絮凝较为常见的电极形状。目前电极形状多样，从极板状逐渐发展为球形、杆状、网状和管状。以及由阴、阳极以及第三维电极构成的三级电极。电絮凝过程中最常用的电源类型是直流电源，但直流电源在运行过程中容易受到电极钝化的影响，因此一些学者尝试用交流电源以及脉冲电源等新型电源来代替传统的直流电源供电方式，有利于反应扩散，降低电极钝化。与直流电凝相比，脉冲电凝在能量方面降低了能耗。交流电絮凝通过电场的周期性变换，使得带电粒子无法定向运动，有利于减缓钝化膜形成。实验表明，采取周期变换能够一定程度上解决电极钝化问题，同时减少一定的能源消耗。
3、现有电絮凝工艺虽然从电极形状及导通方式上进行了技术改进，在延缓电极钝化方面起到了一定的作用，但多数都是基于浓差极化考量的，忽视了静电力场(保守力场)对水电介质产生的极化作用，导致效果不佳。尤其是目前主流的导极方式，虽然能一定程度上延缓阳极电流衰退的时间，但是会使阴极钝化产物在两极上同时存在，不利于后期处理。
4、综上所述，目前仍需要研究能够解决电絮凝过程中铁阳极电池阴阳极钝化问题的技术方案。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供能够解决电絮凝过程中铁阳极电池阴阳极钝化问题的技术方案。
2、为了实现上述目的，本发明提供了如下三方面的技术方案。
3、第一方面，本发明提供了一种电极，其中，该电极包括管状阳极和可拆卸的套设于管状阳极内部的圆柱状阴极，圆柱状阴极的中轴线与管状阳极的中轴线重合；
4、其中，圆柱状阴极采用不与水反应的金属材质，管状阳极采用铁材质，管状阳极的内半径与圆柱状阴极的外半径之比为2-4，管状阳极的内半径与圆柱状阴极的外半径之差为1-2.5cm。
5、本发明提供的电极是一种电絮凝用电极，通过设定铁材管状阳极的内半径与圆柱状阴极的外半径之比为2-4、管状阳极的内半径与圆柱状阴极的外半径之差为1-2.5cm，为实现电极极化适量反偏进而实现用于电絮凝时避免阳极钝化奠定基础，并且增加了阴极对含硬废水的处理能力；另外，可拆卸的套设于管状阳极内部的圆柱状阴极便于拆卸方便进行阴极钝化垢去除，有助于实现控制阴极吸附性钝化。
6、根据第一方面的优选实施方式，圆柱状阴极与管状阳极套设部分的长度为管状阳极的内半径的5-20倍。
7、根据第一方面的优选实施方式，管状阳极的内半径为2-5cm。
8、根据第一方面的优选实施方式，圆柱状阴极采用不锈钢金属材质。
9、第二方面，本发明提供了一种电絮凝系统，其中，该电絮凝系统包括：
10、进水箱、出水箱、a电极组、b电极组、a二极管开关和b二极管开关；
11、a电极组、b电极组均包括一个或两个以上并联或串联的电极；各电极均采用本发明第一方面提供的电极；
12、进水箱分别通过各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道与出水箱连通；实现进水箱、出水箱之间的联通水路并联；
13、三相交流电源三相中的某一相分别与a电极组的阳极接口、b电极组的阴极接口连接，且a二极管开关设置于a电极组的阳极接口与三相交流电源之间的连接线上；a电极组的阴极接口、b电极组的阳极接口均与三相交流电源的中性点连接，且b二极管开关设置于b电极组的阴极接口与三相交流电源之间的连接线上；实现a电极组与b电极组电路电流逆向并联；
14、进水箱设置有ph调节装置，用以实现调节进水箱的水的ph值至4-5。
15、发明提供的电絮凝系统借助特殊电极设置实现极化适量偏转，再配合酸性辅助溶解为有效解决阳极钝化问题奠定了基础；同时，借助适量的极化偏转增加了阴极对含硬废水的处理能力，通过阴极的插拔式设计使阴极容易清理钝化膜，从而有效解决了阴极钝化问题。
16、根据第二方面的优选实施方式，a电极组、b电极组相同。
17、根据第二方面的优选实施方式，各电极相同。
18、根据第二方面的优选实施方式，进水箱、出水箱设置有多个套筒用以实现各电极的圆柱状阴极与管状阳极固定；
19、更优选地，进水箱上设置有贯穿进水箱相对的两个面的多个阴极固定用套筒，出水箱上设置有贯穿出水箱相对的两个面的多个阴极固定用套筒，各阴极固定用套筒的中轴线方向与电极的圆柱状阴极的中轴线方向平行，且进水箱上的阴极固定用套筒与出水箱上的阴极固定用套筒相对设置，每个电极的圆柱状阴极均分别穿设于进水箱的一个阴极固定用套筒和出水箱的一个阴极固定用套筒实现圆柱状阴极的固定，且圆柱状阴极的至少一端从阴极固定用套筒中伸出以便于圆柱状阴极的插拔；进水箱的和出水箱至少之一设置有多个阳极固定用套筒，用以实现各电极的管状阳极固定。
20、根据第二方面的优选实施方式，进水箱分别通过各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道与出水箱连通通过下述方式实现：
21、进水箱、各电极、出水箱由下到上进行设置；
22、进水箱顶面设置有多个与各电极的管状阳极尺寸匹配的流体通道口且流体通道口设置有阳极固定用套筒，进水箱设置有多个贯穿进水箱顶面和底面的与各电极的管状阳极尺寸匹配的阴极固定用套筒且阴极固定用套筒固定于进水箱的底面上；
23、出水箱底面设置有多个与各电极的管状阳极尺寸匹配的流体通道口且流体通道口设置有阳极固定用套筒，出水箱设置有多个贯穿出水箱顶面和底面的与各电极的管状阳极尺寸匹配的阴极固定用套筒且阴极固定用套筒固定于出水箱的顶面上；
24、每个电极的管状阳极通过进水箱的一个阳极固定用套筒和出水箱的一个阳极固定用套筒固定于进水箱和出水箱之间，且通过进水箱的阳极固定用套筒和出水箱的阳极固定用套筒能够实现各电极的管状阳极与进水箱、出水箱之间接口处的密封避免水从接口处溢出；
25、每个电极的圆柱状阴极均分别穿入进水箱的一个阴极固定用套筒和出水箱的一个阴极固定用套筒实现圆柱状阴极的固定，且圆柱状阴极的至少一端从套筒中伸出便于圆柱状阴极的插拔；
26、进水箱中的水通过进水箱顶面的各流体通道口流至各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道中，进而通过出水箱底面的各流体通道口流入出水箱中。
27、根据第二方面的优选实施方式，进水箱、出水箱选用绝缘水箱。
28、根据第二方面的优选实施方式，阳极固定用套筒、阴极固定用套筒均选用绝缘套筒。
29、根据第二方面的优选实施方式，出水箱的出口位置设置有ph调节装置，用以实现通过加入碱性物质使出水箱排出的水的ph值维持在8-9。
30、根据第二方面的优选实施方式，各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道的入口处(即靠近进水箱一端的入口)设置扰流叶轮。扰流叶轮的设置有助于减弱浓差极化的影响，具体而言：扰流叶片使水流布置更加均匀，并形成横向剪切力，减少了悬浮类污染物对铁阳极的结垢粘连，增加了絮凝效率。
31、第三方面，本发明提供了一种电絮凝方法，其中，该方法使用本发明第二方面提供的电絮凝系统进行，该方法包括：
32、将待处理污水输入至进水箱并进行ph值调节至4-5，得到待絮凝污水；
33、使用交流电对进入各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道中的待絮凝污水进行电絮凝，得到絮凝处理后的水；在电絮凝过程中，管状阳极的有效电流密度(指电极导通周期内阳极的电流密度)不超过2.0ma/cm2；
34、絮凝处理后的水进入出水箱中。
35、根据第三方面的优选实施方式，通过加入硫酸将待处理污水进行ph值调节至4-5。
36、根据第三方面的优选实施方式，该方法还包括：絮凝处理后的水进入出水箱中之后进行ph值调节至8-9后外排进行混凝澄清；将絮凝处理后的水的ph值调节至8-9能够实现将fe2+转化为fe(oh)2进一步强化絮凝；
37、更优选地，通过加入氢氧化钠和/或氢氧化钾对絮凝处理后的水进行ph值调节至8-9。
38、根据第三方面的优选实施方式，进行电絮凝过程中，电极的管状阳极的有效电流密(指电极导通周期内阳极的电流密度)度为1-2ma/cm2。
39、根据第三方面的优选实施方式，该方法还包括：监测待絮凝污水进入各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道中使用交流电进行电絮凝过程中的有效电流，待有效电流衰退量达到电流衰退阈值后，对各电极的圆柱状阴极进行清垢处理；
40、更优选地，电流衰退阈值为电极正常工作时有效电流的10％-15％。
41、根据第三方面的优选实施方式，进行电絮凝过程中，电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道内的水流速不超过0.1米/秒；
42、更优选地，进行电絮凝过程中，电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道内的水流速为0.02-0.1米/秒。
43、根据第三方面的优选实施方式，交流电的频率为30-100hz。
44、与现有技术相比，本发明提供的技术方案具备如下有益效果：
45、1、通过特殊电极设置配合合适的阳极电流密度实现适量极化偏转，再配合酸性辅助溶解有效解决了阳极钝化问题，解决了阳极钝化形成的能量耗损问题。
46、2、通过特殊电极设置配合合适的阳极电流密度实现适量极化偏转，适量极化偏转增加了阴极对含硬废水的处理能力，并且圆柱型插拔式阴极易于处理，有效控制了阴极吸附性钝化，解决了阴极钝化形成的能量耗损问题。
47、3、不需要化学清洗，显著增加了运行周期，避免由于进行化学清洗而引起的铁阳极局部腐蚀破损问题。
48、4、电絮凝过程中不进行导极，避免了由于导极导致的阴极钝化产物在两极同时存在的问题。
49、5、对废水指标没有严格要求，应用范围广。
1.一种电极，其特征在于，该电极包括管状阳极和可拆卸的套设于管状阳极内部的圆柱状阴极，圆柱状阴极的中轴线与管状阳极的中轴线重合；
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，圆柱状阴极与管状阳极套设部分的长度为管状阳极的内半径的5-20倍。
3.根据权利要求1或2所述的电极，其特征在于，管状阳极的内半径为2-5cm。
4.一种电絮凝系统，其特征在于，该电絮凝系统包括：
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，a电极组、b电极组相同。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，进水箱分别通过各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道与出水箱连通通过下述方式实现：
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，出水箱的出口位置设置有ph调节装置，用以实现通过加入碱性物质使出水箱排出的水的ph值维持在8-9。
10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道的入口处设置扰流叶轮。
11.一种电絮凝方法，其特征在于，该方法使用权利要求4-10任一项所述的电絮凝系统进行，该方法包括：
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过加入硫酸将待处理污水进行ph值调节至4-5。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括：絮凝处理后的水进入出水箱中之后进行ph值调节至8-9后外排进行混凝澄清。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过加入氢氧化钠和/或氢氧化钾对絮凝处理后的水进行ph值调节至8-9。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进行电絮凝过程中，电极的管状阳极的有效电流密度为1-2ma/cm2。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，该方法还包括：监测待絮凝污水进入各电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道中使用交流电进行电絮凝过程中的有效电流，待有效电流衰退量达到电流衰退阈值后，对各电极的圆柱状阴极进行清垢处理。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，电流衰退阈值为电极正常工作时有效电流的10％-15％。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，进行电絮凝过程中，电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道内的水流速不超过0.1米/秒。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进行电絮凝过程中，电极的管状阳极与圆柱状阴极之间形成的通道内的水流速为0.02-0.1米/秒。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，交流电的频率为30-100hz。
