近年来,随着垃圾焚烧技术的推广,我国垃圾焚烧飞灰的产生量逐年升高,已跃居世界第一。因此,选择合适的方法处理这些危险废物迫在眉睫。焚烧飞灰具有高盐量和高有毒重金属溶出量等特点,影响其进一步的处理处置。螯合稳定化法具有工艺简单、成本低、不增容等优点,是当前我国处理焚烧飞灰的主要方法之一。然而,由于螯合稳定化法在我国发展时间较短,准确评估其对焚烧飞灰螯合效果,识别螯合飞灰环境稳定性,进而开发高性能螯合剂,是进一步推广使用该技术的关键。本文首先以南方某焚烧厂飞灰为研究对象,统计分析了飞灰重金属含量和浸出浓度的较长时间变化规律,明确了螯合过程需首要关注的重金属;其次,深入分析了传统化学连续提取法(针对土壤和沉积物开发的)对强碱性飞灰中重金属环境风险评价的不确定性,并因此建立了基于螯合物定量提取的飞灰螯合效果的评价方法,讨论了影响螯合飞灰环境稳定性的主要因素;最后,基于以上研究结果,有针对性地开发了两种新型高分子螯合剂,探讨了原料分子量变化等因素对螯合剂螯合性能和环境稳定性的影响,比较了高分子螯合剂和商品螯合剂对飞灰的稳定化效果,并探索了水洗预处理对飞灰螯合工艺的影响。主要结论如下:基于高精度X射线荧光光谱(HDXRF)对焚烧厂飞灰连续6个月快速检测结果,发现飞灰重金属月均含量较稳定(变异系数CV<0.14)但日均含量波动较大(CV>2.54)。飞灰重金属浸出浓度受浸出液终点p H值影响显著。其中,Pb超出《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中规定限值(0.25mg/L)的概率最高(68.9%)。通过对比不同酸洗条件下飞灰重金属形态分级结果,发现传统化学连续提取法中的弱酸提取态的操作条件(一次酸洗)仅能去除部分可溶氯盐,不能破坏并提取飞灰中以氢氧化物或碳酸盐等形式存在的重金属。通过开发的基于螯合定量提取的飞灰螯合效果评价方法发现,随着商品螯合剂二硫代氨基甲酸钠添加量增加,飞灰中重金属螯合率增加。尽管在3%的螯合剂添加量条件下,螯合飞灰满足GB16889-2008中的浸出浓度限值,但重金属螯合率不高(如Pb仅为9.7%)。无论是在黑暗密闭或光照空气暴露条件下,螯合飞灰中重金属(Pb、Cd、Zn)浸出浓度在300 d的实验周期内均逐渐升高且超出GB16889-2008中规定的限值(分别为0.25、0.15和100 mg/L)。结合螯合物定量提取和矿物分析发现,重金属螯合物的分解和再分配,以及未被螯合剂捕捉的重金属在环境改变条件下的逐步释放等共同影响螯合飞灰的环境稳定性。通过一系列配水实验和酸碱稳定性实验,以及扫描电镜、红外分析、X射线光电子能谱分析等手段,对合成的新型高分子聚乙烯亚胺螯合剂和可溶改性木质素螯合剂的性质进行了表征。结果发现,合成原料差异在一定程度上影响高分子螯合剂重金属螯合性能及其螯合物环境稳定性。原料分子量增加在降低二硫代羧基中硫原子电负性的同时,可能增强空间位阻效应。其中,以分子量为600的聚乙烯亚胺合成的聚乙烯亚胺螯合剂和以二乙烯三胺为原料合成的可溶改性木质素螯合剂均较商品螯合剂具有更好的选择性去除溶液中Pb2+的能力。基于水洗条件优化及不同螯合剂对飞灰水洗前后螯合稳定化效果对比结果,发现在液固比为1:1,连续水洗4次的条件下,水洗预处理可以基本去除飞灰颗粒外层包裹的可溶氯盐,并实现飞灰减量化(35%以上)。对于飞灰原灰,合成的高分子螯合剂可以在较低用量下(1%)使其满足GB16889-2008中规定的限值。然而,对于水洗飞灰,商品螯合剂或新型高分子螯合剂的添加量至少达5%才可使其满足GB16889-2008中规定的限值。根据重金属螯合物定量提取和矿物形态分析,发现水洗后飞灰中重金属的富集浓缩,以及飞灰颗粒表面的微溶硫酸钙是导致水洗飞灰重金属螯合率降低的主要原因。