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飞灰（FA）是一种城市垃圾焚烧（MSWI）产物,由于其重金属含量较高,被列为危险废物。目前,飞灰的处理方法主要是填埋,而这种处置方式会对环境和人类健康造成潜在危害。本文的研究旨在为城市垃圾焚烧飞灰存储的pH值条件选择、预处理条件控制以及资源化利用提供一定的科学依据和技术支撑。本文开展的研究内容包括:（1）评估在不同pH环境下,武汉星火垃圾焚烧发电厂飞灰中的重金属（Cu、Pb、Zn、Cr、Cd、As和Mn）的固化/稳定化能力;（2）研究水洗预处理对飞灰中氯化物和重金属的影响;（3）利用水泥,将水洗飞灰制备成为砖块,实现其固化/稳定及资源化利用;（4）利用水泥和沙子,将水洗飞灰制备成为砖块,实现其固化/稳定及资源化利用;（5）通过地质聚合过程,将水洗飞灰制备成为地质聚合物,实现其固化/稳定及资源化利用。基于上述五个方面的研究,本文获得的主要研究结论如下:（1）环境pH值对飞灰中重金属固化/稳定化能力的影响研究。在所有实验中,无论是使用不同pH浸出实验或是美国环境保护局（USEPA）毒性浸出表征方法（TCLP）,浸出液中重金属的浓度都与固化/稳定化的程度成反比。研究结果表明,在不同pH浸出实验中,未经处理的飞灰原样中重金属含量较大,并且大于可接受的限度。与极端碱性条件相比,极端酸性条件有利于重金属浸出。在强酸性条件下（pH≤4）,重金属的固化/稳定化程度很低,但是会随着pH值的增加而增加。在所有pH范围下均能检测到Zn;而除Zn以外的其他重金属元素在pH为5-11之间时都能被固化/稳定化。通过研究pH值对飞灰中重金属的固化/稳定化的影响,可以得出以下结论:改变填埋条件会影响其pH环境,当pH≤4时会增加重金属的浸出率。最初被列为无害的废物在填埋后期可能会对人类和环境造成危害。因此,飞灰废物的预处理以及资源化利用中,应将其pH值调控在5-11。（2）水洗预处理对飞灰中重金属的影响研究。本项研究评估了水洗预处理对飞灰样品的影响。对飞灰样品的初步分析表明,其重金属含量不符合2011年美国环保局颁布的TCLP毒性限制,因此,对飞灰原样进行了两级水洗来降低重金属毒性。经过预处理洗涤直至飞灰样品中的杂质含量达标,有利于飞灰的资源化利用。洗涤过程中的浸出液也能满足中国国家标准和美国EPA-1311的监管标准。结果表明,水洗预处理过程成功去除了98%以上重金属,具体而言,可以去除99.99%的镉98.12%的镍、98.61%的铬、99.95%的锌、99.96%的钴。（3）利用水泥,将水洗飞灰制备成为砖块,实现其固化/稳定及资源化利用的研究。随着砖块样品中水洗预处理过的飞灰的含量增加,所得样品的28天抗压强度降低。此外,使用预处理飞灰制备的样品中所有重金属含量均符合2011年USEPA-1311 TCLP毒性的资源化利用及安全处置的限制。重金属浸出率和抗压强度测试表明,原料配比会影响水泥基固化物的性能。样品中预处理飞灰的含量为55%（FAC55）时其28天的抗压强度最大,继续增加飞灰含量到70%也能取得了良好的结果,并且超过了1989年美国环保局的推荐值0.34 MPa（50 psi）和2011年USEPA-1311 TCLP标准。（4）利用水泥和海砂,将水洗飞灰制备成砖块,实现其固化/稳定及资源化利用的研究。所得砖块样品的密度和抗压强度均随着飞灰含量的降低而增加。而在室温条件下固化28天后,随着飞灰的增加,样品中的重金属的浓度有所增加。当飞灰掺量为55%时,固化28天的样品抗压强度达到最大的2.08 MPa;而当飞灰掺量为100%时,抗压强度最低,只有0.65 MPa。所有样品均符合2011年USEPA-1311 TCLP标准。在所有的样品中均未检测到重金属铬（Cr）,因此该工艺对于铬的固化作用十分优异。样品的密度和抗压强度之间具有更强的相关性。所有样品的28天抗压强度均超过了1989年美国环保局的推荐值0.34 MPa（50 psi）,因此,该样品适用于工业化生产应用。（5）通过碱激发聚合反应,将水洗预处理飞灰制备成地质聚合物,实现其固化/稳定及资源化利用。实验表明,预处理洗涤过程可以有效减少原料飞灰中的氯化物和重金属,从而增加了胶凝混合物中飞灰的可掺加量。当飞灰的掺加量为100%时（FAG100）,通过碱激发反应制备的地质聚合物样品的28天抗压强度为4.67MPa,几乎与掺加偏高岭土的最佳样品FAG75的28天抗压强度（4.68 MPa）相当。其他飞灰掺量（55~70%）的样品经过28天养护后,其强度也超过了1989年USEPA推荐值（0.34 MPa（50 psi））和2011年USEPA TCLP标准。另外,与其他样品相比,FAG100具有很强的重金属元素固化/稳定化能力。从FAG样品的物理性质分析结果中可以看出,随着飞灰含量的增加,样品的密度降低,抗压强度增加。由于偏高岭土替代部分飞灰后会导致样品的抗压强度下降,表明偏高岭土的掺加对抗压强度有阻碍作用。与（3）和（4）中的结果对比,地质聚合物样品的抗压强度随飞灰的增加而增加。本研究全面揭示了城市生活垃圾焚烧飞灰在不同pH条件下的浸出毒性,为合理设计飞灰的填埋工艺和后期维护管理制度以及资源化利用途径提供了理论依据。同时,本研究初步探讨了飞灰的三种资源化途径,对探索有效的飞灰资源化技术方案奠定了一定的研究基础。