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随着焚烧技术的广泛应用，垃圾焚烧飞灰产量不断增加。飞灰因含Cu、Pb和Zn等多种重金属而倍受关注，需要妥善处理。目前，国内外飞灰处理技术尚存在不足，需要不断改进、完善和创新。生物电化学系统(BioelectrochemicalSysem，BES)利用产电微生物将化学能转化为电能，近几年被应用于废水中重金属的去除和有机物的降解，实现了同步产电和污染物去除。应用双室BES反应器已经实现了金属Cu(Ⅱ)和Ag(Ⅰ)等金属离子的还原，但受反应器阴阳两极电位差范围限制，还原的重金属种类有限。传统电沉积技术(Traditional Electro-deposition，TED)利用直流电将重金属离子在电极表面还原而实现去除，由于可控电位差较大，可以将某些重金属离子如Zn(Ⅱ)等还原为单质，实现重金属的去除和回收，但耗能较大。本研究结合二者的优势，将两种技术偶联用于垃圾焚烧飞灰中重金属的去除，实现了多种重金属的分步去除，同时减少了能源消耗。 根据Nernst方程，理论分析了重金属在BES中自发还原的可能性并计算相应的电沉积电位。通过实验对比选择了以冰醋酸溶液为浸取剂的TCLP浸出方法，并优化浸出参数。最终确定最优浸出参数:液固比=14∶1，初始pH=1.0，浸出时间=10h。以最优参数进行浸出实验获得pH为2.0±0.2，Cu(Ⅱ)浓度为50～60 mg/L，Zn(Ⅱ)浓度为180～220 mg/L，Pb(Ⅱ)浓度为80～125 mg/L的浸出液。 应用“BES—TED”偶联体系可有效处理模拟飞灰浸出液中的重金属。BES处理模拟飞灰浸出液16 h，Cu(Ⅱ)的去除率可达98％以上，Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)未被还原。Cu(Ⅱ)被还原为Cu和Cu2O沉积在阴极板表面，实现了铜的回收。TED通过电位调节，基本实现模拟飞灰浸出液中铅和锌的分步电沉积。反应结束后，Zn(Ⅱ)去除率可达98.5％，Pb(Ⅱ)去除率达99.5％，出水浓度均符合国家污水综合排放标准。BES还原Cu(Ⅱ)的过程无需外加电压，在获得Cu还原产物的同时，还可节省16.55 kW·h/[kg Cu(Ⅱ)]的电能，从而降低了偶联体系的总体能耗。 成功应用“BES—TED”偶联体系处理实际飞灰浸出液中重金属。BES处理实际飞灰浸出液36 h，Cu(Ⅱ)的去除效率为97.1％。TED处理收集液过程中，由于飞灰浸出液的复杂性和不稳定性，最终没有实现锌和铅的分步电沉积，但在6V电压下处理10h，Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的总去除率分别为95.4％和98.1％，最终浓度均低于《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)。 实际飞灰浸出液的Cu(Ⅱ)在BES中的反应过程以及Zn(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在电沉积中的去除过程均基本符合一级反应动力学。BES处理浸出液中的铜，可以节省6.37kW·h/[kg Cu(Ⅱ)]的电能，实现金属铜与其他金属的分离。电沉积过程平均每小时还原单位质量的金属需要消耗0.45 kW·h的电能。