含镉发酵残留物的水泥固化技术研究(2)
固化/稳定化技术是目前国际上处置固体废物和污泥的主要手段之一，其原理是将污泥中的绝大部分污染组分转化成为性质相对稳定的物质或被包裹起来，来达到处理和使用的目的。现有的固化/稳定化处置方法主要有水泥固化法、高温处理法和化学药剂稳定化法等。根据我国的《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别》，被固化/稳定化后的污泥等，若满足浸出毒性标准，则能够进入普通生活垃圾填埋场填埋处制或是用作建材和铺路。其中高温处理法是将污泥的固体和玻璃质加热到1000℃以上玻璃化，形成致密的网状结构从而有效的控制重金属的渗出[6]。因为其所具备的减容率高、熔渣性质稳定、无重金属溶出等长处，被认为是目前的一种最稳定、最安全的方法之一[7-8]，而且玻璃化后的污泥等废弃物可以用作建筑或铺路材料。然而该技术需要耗费大量能源，设备价格高昂很难大众化，而且在过程中很难控制镉、铅、锌等易挥发重金属污染物与氯化氢气体的二次污染[10]。药剂稳定化是应用化学试剂将有毒有害的重金属等通过化学反应的方式转化为低迁移性、低毒性及难溶解物质的过程[9]。但是高分子螯合剂等药剂价格很高，导致稳定化成本的提升，并且由于各类污泥组分差异大，很难找到一种价钱适中、效果好、普遍的稳定化药剂，这也是该技术研究多但难以进入规模化使用的缘由之一。固定法主要是经过固化剂和污染物混合形成固化体，从而达到减少重金属渗出的指标。依据不同固化剂的差异可分为水泥固化、自胶结固化、石灰固化、塑性材料固化、沥青固化、大型包胶技术等，其中水泥固化是目前最常用的固化稳定化工艺，其他固化工艺由于操作相对困难和价格高昂的原因，很少应用[10]。本实验采取水泥固化的方法处理污泥，并对固化后污染物的渗出作安全性评价。
尽管水泥固化技术具有操作简易、流程较为成熟、处置成本较低等优点[11]，但在酸雨等恶劣环境作用下，固化后的水泥中大部分重金属和无机盐可能会被逐渐浸出[12]。雨水酸化的主要原因工业和汽车交通排放的SO2和NOx较多，使雨水中含有SO42-和NO3-，其比例一般不低于5：1，而江苏省的酸雨pH约为4.8左右。通过进行模拟酸雨实验可以有效地观察水泥固化的效果。本研究通过水泥固化技术，以含Cd沼气发酵残留物为材料，研究水泥对含Cd发酵残留物的固化效果，以期为探索合理处置与利用含镉沼渣的方式。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 沼渣的获取
Cd污染土壤修复植物龙葵经厌氧发酵后，收集发酵后的残留物，取一部分残留物于通风阴凉处晾干得到沼渣。发酵残留物及晾干并粉碎（4目）后的沼渣放在4℃冰箱储存备用。
1.1.2 沼渣灰化
取过4目筛的沼渣放于坩埚中，85℃烘至衡重。烘干的沼渣放入马弗炉，550℃灼烧3h。经灼烧后的沼渣放于牛皮纸袋中备用。
1.2 发酵残留物及沼渣中Cd分布
1.2.1 发酵残留物中Cd分布
发酵后的残留物搅拌均匀，取50毫升，5000rpm离心15分钟，离心后小心分离上清液及沉淀物。取4毫升上清液，加入2滴浓硝酸（GR），AAS检测上清液中Cd含量。沉淀物置于40℃烘干，粉碎后过100目筛，取0.2500±0.0010g粉碎后的样品置于消煮管中，加入8毫升混酸（HNO3：HClO4=4：1，V/V），在电热消解仪上消解至样品完全变色，蒸干混酸，冷却后加入2.5%HNO3定容至10毫升。取上清液，AAS检测Cd含量。
1.2.2 沼渣中Cd形态分析[13]
称取1.000g沼渣样品，置于50毫升离心管中，按照以下方法分级提取待测沼渣不同形态的Cd含量:
a 可交换态:样品加入8毫升 1mol/L MgCl2溶液(pH=7.0)，在室温(25℃)下以200次/分钟的速度振荡1h，然后用离心机以5000转/分钟离心10分钟；用移液枪吸取上清液4毫升放于5毫升离心管中，加入1滴浓硝酸（优级纯）。沉淀留在原离心管中，加入dH2O 8毫升，并手摇震荡2分钟，离心，弃掉上清液。