實驗名(ming)稱：功率(lv)放(fang)大器在城市污泥電動遷移研究中的(de)應(ying)用(yong)

　　研究方向(xiang)：資源環(huan)境

　　測試目的：

　　在污泥(ni)處理處置中，資源(yuan)回收利用(yong)是關鍵，各地(di)方政府在敲(qiao)定(ding)污泥(ni)處理處置技術的時候，應優先考慮(lv)污泥(ni)資源(yuan)化利用(yong)相(xiang)關技術，延續一次(ci)能源(yuan)的使用(yong)壽命(ming)。城市污泥(ni)作為“城市礦山”的主體，其重金屬的資源的開發潛力不容忽視，在未來日漸嚴格的環境法規的制約下，環保投資必會持續走高，而剩余污泥中重金屬元素的有效回收及循環利用將會為高額的污泥處置費用提供潛在的經濟補償。因此，研究具有研究合理處置處理并充分利用污泥的有效途徑具有重要的現實意義。

　　針對上述問(wen)題，本次實驗設(she)計(ji)了(le)新型的(de)污泥電(dian)動去除(chu)、回收裝置，用(yong)頻率和幅(fu)值可調(diao)的(de)方波電(dian)源取代直流供電(dian)的(de)方式，利(li)用(yong)電(dian)極表(biao)面雙電(dian)層結構，結合具(ju)有優異Pb²⁺選擇吸附性(xing)能的(de)自摻雜聚苯胺(an)/碳粉/Nafion混合修飾的可替換自組裝碳氈電極，靶向誘導目標鉛離子在陰極表面的捕集，一步法去除、回收城市污泥中的Pb，力求實現重金屬污染城市污泥無選擇的去除，有選擇的回收。

　　測(ce)試設備：ATA-3040功(gong)率放大器(qi)、電(dian)源信(xin)號(hao)發生(sheng)器、示波(bo)器、電(dian)動攪(jiao)拌器、磁力攪(jiao)拌器、恒(heng)溫振蕩(dang)器等。

　　實驗(yan)過程：

圖：反應裝置圖

　　電(dian)動修(xiu)(xiu)復裝(zhuang)置的(de)設(she)計是(shi)提升待(dai)處理污泥中(zhong)重金屬的(de)去除效率并實(shi)(shi)現(xian)資源化利(li)用(yong)的(de)關(guan)鍵之一。結(jie)合現(xian)有污泥電(dian)動修(xiu)(xiu)復典型裝(zhuang)置的(de)優缺(que)點(dian)，為一步法(fa)實(shi)(shi)現(xian)污泥中(zhong)重金屬的(de)遷移、捕(bu)集、釋放，本(ben)次實(shi)(shi)驗中(zhong)自行構(gou)建了如上圖所示(shi)的(de)新型電(dian)動修(xiu)(xiu)復裝(zhuang)置。

　　實(shi)驗(yan)利用圓形裝(zhuang)置中電(dian)(dian)場(chang)的趨心性，在傳統(tong)第(di)四類裝(zhuang)置的基礎上，自行設計了由(you)電(dian)(dian)源(yuan)供電(dian)(dian)系(xi)統(tong)、反應裝(zhuang)置系(xi)統(tong)以及pH控制系統組成的新型污泥電動修復裝置，如上圖a所示。pH控制系統由自動滴定器、磁力攪拌器、蠕動泵組成。電源供電系統由函數信號發生器、功率放大器及高精度示波器組成。傳統電解裝置所用電源大多為直流穩壓電源，本次實驗中，為輸出特定頻率、幅值的方波電源，用函數信號發生器、功率放大器組裝作為電源，同時配備高精度示波器，驗證輸出波形的準確性。反應裝置系統由有機玻璃反應器、陰陽極、磁力攪拌器、電動攪拌器組成。有機玻璃反應器的結構如上圖b所示，裝置從外至內分別為外壁筒、內柱筒。外壁筒為上部開口的中空圓柱筒結構，內柱筒為上部開口，四面鏤空的中空圓柱筒結構，二者通過內柱筒底部凹陷和外壁筒底部突起圓環嵌合固定，可自由拆卸組裝，另外，為防止陰極室內電解液泄露，內柱筒上下加固316不銹鋼鎖扣對陽離子滲透膜進行固定。為防止電解過程中陽極區污泥沉積，維持陰極區電解質溶質的均質，反應裝置系統另配備電動攪拌器和磁力攪拌器對反應過程中陽極區污泥及陰極區電解液分別進行緩慢攪拌。陽極材料選用釕鉑鈦合金，并將其圍成外徑和外壁筒內徑大小相等的圓筒狀緊貼外壁筒內壁放置；將自組裝可替換自摻雜聚苯胺/碳粉/Nafion混合修飾碳氈電極作為陰極，懸于內柱筒中心，通電后，有機玻璃反應器內電場方向如上圖c所示。

　　調節裝置(zhi)供(gong)電系統，確定電源輸出方波幅值為-9V-0V（以陰極為例），設置EF-1、EF-2、EF-3、EF-4、EF-5、EF-6六組實驗，對應改變電源輸出方波頻率分別為100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、600Hz，陰極室添加100mLNaNO3（0.01mol/L）溶液作為電解液，調試pH控制系統，控制裝置運行過程中陰極室電解液pH值為5.5左右，組裝有機玻璃反應器各組件，用蠕動泵添加1L待處理污泥于反應器陽極室/污泥室中，啟動電源，連續通電36h，為防止陽極室污泥沉淀，維持陰極室溶質均質，修復過程中分別以40r/min、300r/min的速度常溫下用磁力攪拌器、電動攪拌器緩慢攪拌陽極室污泥和陰極室電解液，修復結束后，取下陰極碳氈，室溫下自然晾干，觀察陰極重金屬離子沉積情況。

　　實(shi)驗結果：

圖：電動處(chu)理后污(wu)泥中重金屬的去除情況

　　如圖表所示，不同電壓梯度(du)下，污泥(ni)中各重金(jin)屬的去(qu)除率不同。隨著電壓梯度(du)的升高而(er)增(zeng)加，當(dang)電壓梯度(du)由1V/cm變為2V/cm，Pb²⁺的去除率由(you)44.67%上升至64.78%，這是因為隨著電壓梯度的增加，陽極的酸化作用相對較明顯，污泥室pH值降低越快，越有利于污泥中重金屬離子的解離析出，轉變為可隨電場作用遷移的離子態，且隨施加電壓梯度的增加，重金屬離子收到的驅動力也逐漸增加，因而表現出更強的去除效率。

圖：電動處理(li)后陰(yin)極重金屬的(de)回(hui)收率

　　如(ru)上面(mian)圖表所示，Pb的回收率最高，污泥室中的Pb去除后，基本全部轉移至陰極表面，這歸功于與活性物質與Pb之間優異的電化學響應，而除Pb之外，銅、和鋅也部分沉積在電極表面，這是由于污泥中原始Zn、Cu對的含量過高，且活性物質本身對Zn、Cu也表現有吸附性的原因。

　　安泰ATA-3040功率放大器：

圖：ATA-3040功率放大器指標參數

　　本文實驗素(su)材由西安(an)(an)安(an)(an)泰電子(zi)整(zheng)理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安(an)(an)安(an)(an)泰電子是專(zhuan)業從事(shi)功率放(fang)大器、高壓放(fang)大器、功率信號(hao)源、前(qian)置微小信(xin)號放大器、高精(jing)度電壓源、高(gao)精度電流源等電子測量儀器(qi)研發、生產(chan)和銷售(shou)的高科(ke)技企業。公司致力于功(gong)率(lv)放(fang)(fang)大器(qi)、功(gong)率(lv)信號源、計量校準(zhun)源等產(chan)品(pin)為(wei)核心的(de)(de)相關行業(ye)測試解(jie)(jie)決方(fang)案的(de)(de)研(yan)究，為(wei)用戶提供具有(you)競爭力的(de)(de)測試方(fang)案，Aigtek已經(jing)成為(wei)在(zai)業(ye)界擁有(you)廣泛產(chan)品(pin)線(xian)，且具有(you)相當規模的(de)(de)儀器(qi)設備(bei)供應商，樣(yang)機都支持免費試用。如想了(le)解(jie)(jie)更多功(gong)率(lv)放(fang)(fang)大器(qi)等產(chan)品(pin)，請持續(xu)關注安泰電子官(guan)網(wang)hkdyw.cn或(huo)撥打029-88865020。

　　本文實驗(yan)案例參考自知網(wang)論文《電驅動遷(qian)移-捕集-釋放一體化方式處理Pb污染城市污泥的性能研究》