垃圾焚烧飞灰为固体废弃物经焚烧处理后产生的副产物,因含有大量的重金属而被归类为危险固体废弃物,目前处理方式主要为化学药剂稳定化与水泥固化后填埋处理。随着土地资源的稀缺化,未来继续采用填埋处理的成本势必提高,只有实现垃圾焚烧飞灰资源化利用才可切实解决垃圾焚烧飞灰处置的问题。碱活化技术是目前国际上用以替代传统土木工程材料的一种技术,碱活化浆体除了具备水泥浆体胶结后所产生的坚固、耐用、可塑性外,更具有优异的抗化学侵蚀、抗冻融、抗中性化等特性,碱活化浆体可用于固化及稳定化危废中的有害重金属。不同于水泥制备过程中需要天然原料的消耗、高温的锻烧及空气污染物的排放,碱活化技术所使用的材料主要为矿渣粉及粉煤灰等工业副产物,除了减少碳排放及空气污染问题,还可一并处理工业所产生的固废问题。基于此,本文研究了目前国内两种主流垃圾焚烧炉所产生垃圾焚烧飞灰的理化特性,进而考查了在水洗与非水洗预处理条件下,炉排炉及流化床焚烧炉的垃圾焚烧飞灰添加比例,经碱活化制备砖材的抗压强度,最后还开展了垃圾焚烧飞灰绿色砖材浸出行为模式的环境风险评估。该研究成果可为垃圾焚烧飞灰制备绿色砖材、实现其资源化提供理论与技术参考。对目前国内垃圾焚烧炉的两种主流炉形,炉排炉及流化床焚烧炉所产生飞灰的元素组成分析表明,炉排炉焚烧飞灰中Ca O:Si O2:Al2O3的平均占比为32.83%:3.90%:1.06%,并且含有高达23.08%的可溶性氯盐;流化床焚烧飞灰中Ca O:Si O2:Al2O3的平均占比为29.62%:14.38%:5.00%,含5.42%的可溶性氯盐,不同组成的飞灰原料可能影响后续碱活化材料的工程性质。另一方面,为了解不同区域垃圾焚烧飞灰的性质是否存在差异,本研究也搜集了不同区域的炉排炉及流化床焚烧飞灰,通过地理信息系统分析焚烧飞灰在元素组成及重金属浸出行为间的规律,结果表明焚烧飞灰的性质差异主要来源于炉床形式的固体废弃物,相比之下与区域的相关性较小。考查水洗预处理和非水洗预处理条件下炉排炉及流化床焚烧炉的垃圾焚烧飞灰不同添加比例经碱活化制备砖材的抗压强度,并与矿渣粉、粉煤灰及碱活化药剂调配后所产制的碱活化砖材进行比较,结果表明:在未经过水洗预处理条件下,当焚烧飞灰添加量分别为20%、30%和40%时,由流化床焚烧飞灰碱活化制备砖材的28d抗压强度分别为36.67MPa、33.11MPa和28.69MPa,而由炉排炉焚烧飞灰碱活化制备砖材的28d抗压强度分别为20.19MPa、15.16MPa和11.34MPa;在经过水洗预处理的条件下,当焚烧飞灰添加量为20%、30%和40%时,由流化床焚烧飞灰碱活化制备砖材的28d强度分别为38.25MPa、35.27MPa和32.76MPa,而由炉排炉焚烧飞灰碱活化制备砖材的28d强度分别为25.05MPa、20.46MPa和16.25MPa。通过分析所制备砖材的微观结构及晶相组成,发现影响其工程性质的主要原因是焚烧飞灰中的元素组成及氯盐含量差异。后续的浸出试验结果显示,砖材中重金属浸出值均未超出规范限值,表明重金属在碱活化砖材中处于一种稳定状态。整体而言,流化床焚烧飞灰适宜作为碱活化工程材料,而炉排炉焚烧飞灰则需适当的前处理手段再采用碱活化技术进行资源化。为了评估焚烧飞灰碱活化砖材的环境兼容性,采用欧盟的CEN/TS 14429 p H值相关联性测试对焚烧飞灰及添加焚烧飞灰的碱活化砖材进行实验,考查不同p H值环境条件下的重金属浸出情况。结果表明,两种焚烧飞灰在被产制为碱活化砖材后,液体中重金属浸出的种类及浓度皆有减少,且在酸中和能力上有趋向一致的倾向。经长时间浸泡的砖材,其碱度持续释放至环境当中,超过累积时间36d后有下降并稳定的趋势,最终炉排炉飞灰所制砖材的p H值稳定于11.84,流化床飞灰所制砖材的p H值稳定于11.24。重金属累积浸出结果表明,除重金属Ba、Cr以外,其它重金属均低于定量极限,初步推断钡为浸出物质耗尽的浸出行为模式,而铬由于为两性元素的原因而释放至浸出液当中,该元素累积浸出量属于微量,故在环境使用上评估无明显危害性。对垃圾焚烧飞灰三种处理方案的效益综合评价结果表明,其显著性排序依次为垃圾飞灰碱活化制绿色砖材、直接烧结制砖、简单固化填埋,这主要是由于垃圾飞灰碱活化产制绿色砖材具有较高的经济、环境和社会效益,可产出具有价值的产品、具备改善环境的作用、低耗能制程、使用大量废弃物、副产物及飞灰利用率较高等优点。鉴于垃圾飞灰碱活化制备绿色砖材具有较好的经济效益、环境效益和社会效益,建议将该技术做进一步推广应用。