污水经污水处理厂处理后由浊变轻,但水中的污染物却转而富集、沉淀在剩余污泥中,并未消失殆尽,逐年增加的污泥产量势必成为引爆环境危机的定时炸弹。在污泥处理处置中,资源回收利用是关键,各地方政府在敲定污泥处理处置技术的时候,应优先考虑污泥资源化利用相关技术,延续一次能源的使用寿命。城市污泥作为“城市矿山”的主体,其重金属的资源的开发潜力不容忽视,在未来日渐严格的环境法规的制约下,环保投资必会持续走高,而剩余污泥中重金属元素的有效回收及循环利用将会为高额的污泥处置费用提供潜在的经济补偿。因此,研究具有研究合理处置处理并充分利用污泥的有效途径具有重要的现实意义。针对上述问题,本次实验设计了新型的污泥电动去除、回收装置,用频率和幅值可调的方波电源取代直流供电的方式,利用电极表面双电层结构,结合具有优异Pb²⁺选择吸附性能的自掺杂聚苯胺/碳粉/Nafion混合修饰的可替换自组装碳毡电极,靶向诱导目标铅离子在阴极表面的捕集,一步法去除、回收城市污泥中的Pb,力求实现重金属污染城市污泥无选择的去除,有选择的回收。具体研究内容及结论如下:（1）本实验在传统第四类装置的基础上,自行设计了由电源供电系统、反应装置系统以及pH控制系统组成的新型污泥电动修复装置。传统污泥电动修复装置的电源多为直流稳压电源,本次实验中为输出特定频率、幅值的方波电源,选用函数信号发生器和信号放大器组合构建电源系统,同时配备高精度示波器保证输出电源的准确性。本装置优化了传统第四类装置阴、阳极空间布局,用外壁圈圆筒状阳极替换内部圆柱状阳极,显著增加了污泥与阳极板的有效接触面积,强化了阳极酸化作用,提高了整体的去除效率。更重要的,装置阴阳极位置颠倒后,内部电场方向由原来的发散性变为趋心性,有助于实现目标金属离子的捕集。（2）自组装可替换自掺杂聚苯胺/碳粉/Nafion混合修饰碳毡电极制备及电化学性能研究。用化学氧化共聚法合成了自掺杂聚苯胺Pb²⁺选择性材料。形貌表征可知聚合物呈现为微纳尺寸的无孔空心球和微粒的聚集体,聚合物之间堆积紧密。由于-NH₂、-N=、-N-H、-SO₃H基团的存在,材料与Pb²⁺间拥有更为强烈的络合作用,从而较之于其他重金属离子显现出优异的吸附性能。用滴涂法制备了自掺杂聚苯胺/碳粉/Nafion混合修饰碳毡电极,形貌表征可知混合材料均匀地负载在了碳毡纤维表面,碳毡纤维本身的三维多孔结构和负载层的粗糙多孔结构,更有利于电极表面双电层的形成和电化学活性位点的释放。电化学分析证明了电极对目标Pb²⁺的电化学活性和电极表面ORR的存在;使用0.5%质量浓度的Nafion溶液制备的电极显现出了最强的峰电流信号。（3）装置最佳运行参数的确定。在100-600 Hz频率区间按100 Hz的梯度设置EF1-6,6组电动修复实验,结果显示,电源输出方波频率为600 Hz时,阴极HER最弱,双电层作用最强,捕集Pb²⁺的作用效果最好。控制电源输出方波频率为600 Hz不变,按1 V/cm、1.5 V/cm、2 V/cm电压梯度改变电源输出方波幅值,对应设置EK1-3为4.5 V-0、6.75 V-0V、9 V-0 V 3组电动修复实验（三组平行实取均值）,结果显示,当设置电压梯度为2 V/cm,即输出电源方波幅值为9 V-0 V时,Pb的去除率最高,64.78%,回收量最大,63.89%。电解后阴极碳毡的表征显示,此时纤维表面是由是由许多三维层花状纳米团簇结构紧密堆积而成的,该结构的形成应归功于施加电场的定向生产作用。对应Mapping图显示,碳毡表面除有Pb沉积外,仍有Zn、Cu等沉积,这与自掺杂聚苯胺材料的吸附性能验证实验相符。XRD结果显示阴极沉积的Pb为非晶相。XPS对比表征结果显示说明碳毡电极上沉积的Pb为各种Pb³⁺、Pb²⁺铅氧化物的混合物,这可能是与电极表面ORR有关,这与碳毡电极的循环伏安行为分析结果一致。