随着社会的发展,各地垃圾焚烧厂的兴建,随之产生的垃圾焚烧飞灰量也越来越多。垃圾焚烧飞灰中含有毒有害重金属及二噁英、吠喃等有机污染物,是焚烧过程产生的典型二次污染物。垃圾焚烧飞灰的处置问题,是一个不得不面对的突出问题。本文旨在研究焚烧所得飞灰中重金属污染特性、热特性及典型重金属的浸出动力学,为飞灰中重金属的稳定化处理及其资源化利用提供了充分的参考依据,是实现垃圾焚烧飞灰的无害化、减容化处理,解决飞灰造成的重金属二次污染问题的理论支撑。1.以广西、重庆两地的生活垃圾焚烧飞灰以及辽宁某医院医疗垃圾焚烧飞灰为研究对象,借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、激光粒度分析、X射线荧光光谱仪(XRF)、能谱仪(EDS)、红外(FT-IR)等多种测试手段,对垃圾焚烧飞灰的典型理化特征进行全面分析。结果表明,三种飞灰样品的比表面积都较小,多孔结构不明显,以球状颗粒状为主。20目筛下物粒径分布都呈正态或偏正态分布规律,其中重庆生活垃圾焚烧飞灰的平均粒径分布最小,D[4.3]=55.72μm,广西生活垃圾焚烧飞灰的平均粒径分布最大,D[4,3]=141.9μm。广西生活垃圾焚烧飞灰中主要组成元素包括C、O、Al、Si、K、Ca、Fe等,重庆生活垃圾焚烧飞灰中主要组成元素包括Ca、Na、O、Cl、K、Fe、Si等,辽宁某医院医疗垃圾焚烧飞灰中主要组成元素包括C、O、Ca、S、Cl、Na、A1等;主要重金属有Cu、Mn、Pb、Zn、Cr等,含量最高的重金属元素都是Zn。三种飞灰含有的晶体种类大体相同,主要成份为SiO2、CaSO4和铝硅酸盐晶体,也存在少量NaCl、KC1等可溶性盐类晶体及一些非晶态物质。2.研究了广西、重庆以及辽宁三地飞灰中重金属的化学形态、不同粒径下飞灰中重金属含量及浸出特性。结果表明,广西生活垃圾焚烧飞灰中含有的5种重金属都是以残渣态为主要存在形态;辽宁某医院医疗垃圾焚烧飞灰中Zn以醋酸可提取态为主要形态;Cr、Mn、Cu和Pb以残渣态为主要存在形态。重庆生活垃圾焚烧飞灰中Cr以残渣态为主要存在形态,Zn、Cu和Cd以醋酸可提取态为主要存在形态,Mn以可还原提取态为主要存在形态,毒性较强的Pb只以醋酸可提取态和可还原提取态两种形态存在。广西、重庆两地飞灰中含量较高的重金属元素(如Zn)都表现出向小颗粒富集趋势;辽宁某医院医疗垃圾焚烧飞灰样品中含量较高的Zn、Pb及含量较少的Cu、Cr都明显表现出向小颗粒富集趋势。随飞灰颗粒粒径的减小,各重金属浸出量基本呈增加趋势。广西生活垃圾焚烧飞灰各粒级的飞灰中各元素浸出量均不超标;重庆生活垃圾焚烧飞灰各粒级的飞灰中Zn、Pb和Cd的浸出量严重超标,属于典型危险废物;辽宁某医院医疗垃圾焚烧飞灰样品各粒级飞灰中Zn的浸出量超标,小粒径的Pb的浸出量超标。3.在不同的加热温度下,研究重庆生活垃圾焚烧飞灰热处理前后重金属挥发量与浸出量的变化规律,结果表明,热处理温度对飞灰中Pb、Cd、Zn、Cu挥发影响较大,Mn、Cr挥发影响较小;随着热处理温度的升高,飞灰中重金属的浸出量减少,原来超过毒性浸出标准的Zn、Pb、Cd分别在热处理温度达到60℃,800℃和1100℃后浸出量不超标。热处理对飞灰中的重金属总体上起到了良好的稳定化效果。4.研究了重金属浸出的主要影响因素及酸性条件下时,飞灰中Pb、Zn的浸出过程,并通过定温法研究了该浸出过程的动力学模型。结果表明,该条件下Pb、Zn的浸出过程都适用于球体内扩散模型,Pb浸出率与时间的关系可描述为1-3(1-X)2/3+2X=0.7137exp(-Ea/RT)t,表观活化能约为6.983kJ/mol;Zn浸出率与时间的关系可描述为1-3(1-X)2/3+2X=18.25exp(-2385.257)/t,表观活化能约为 19.831kJ/mol。扫描电镜观测显示,大部分垃圾焚烧飞灰颗粒虽然表面发生不同程度的溶解,但在反应前后仍然维持球状或类似球状微观形貌,这也为球体内扩散模型提供了微观尺度的证据。