焚烧法是垃圾热处理技术之一,它能够大大减少和减小垃圾的重量和体积,节省填埋空间,同时还能够从垃圾中回收热能用于发电和供热,因而在我国得到迅速的发展,根据我国固体废弃物管理政策思路,焚烧在垃圾处理中的比例还将逐年增加。在欧洲,根据欧盟填埋委员会的要求,为减少有机垃圾的填埋,被焚烧的垃圾量在未来的几十年中仍将增长。然而焚烧产生仍会产生大量的固体灰渣,若管理不当,将会造成环境污染问题。 焚烧飞灰由于含有大量的有毒重金属和可溶性盐类,被公认为危险废弃物,因为这两者在与水接触后将从飞灰中浸出,增加了飞灰的处置的难度和费用。目前关于焚烧飞灰处理方面的研究是环境领域中的热点。尽管与飞灰相比,底渣对环境的污染较小,但由于其产量大,若全部采用填埋处理,仍将对日渐缩小的填埋能力造成负担,因而各焚烧厂都迫切地希望能够找到最合适的处置方法,最优化的解决方案就是回收底渣做建材,但在回用过程中,其重金属和盐类的浸出行为不得对环境造成不可接受的影响,因而对底渣的浸出特性的研究也是废弃物管理领域中的热点。 本文就以下几个方面进行了研究：1)飞灰与水或稳定剂溶液的接触过程中Cr的溶出随时间的变化；2)CO2作为稳定剂和辅助稳定剂的处理效果；3)化学稳定化或分离法处理的飞灰在浸出实验前的干燥过程对浸出效果的影响；4)飞灰的水热稳定化工艺参数的确定；5)底渣的浸出特性；6)底渣的人工陈化对其浸出特性的影响。 研究结果表明,处理过程中Cr的溶出随时间的增加而逐渐下降,说明处理过程中含Cr矿物的溶解速度低于Cr(VI)被还原的速度。当飞灰悬浮液中未加入还原剂时,Cr的溶出由其本身具有的单质Al控制；当加入Fe(II)后,Cr的溶出主要由Fe(II)控制。由于Cr(VI)的还原反应与还原剂空气/氧气氧化反应相互竞争,因而厌氧条件的存在有利于Cr(VI)的还原、稳定。 采用CO2处理垃圾焚烧飞灰,对飞灰中的Cd和Pb具有一定的稳定效果,对以阴离子状态存在的铬,具有促进其溶出以利于其它稳定药剂处理的效果。延长CO2对飞灰的作用时间,需要加入碱来调节终止时的pH值,但不再提高稳定效果；而当处理温度升高时CO2对Cr的促进溶出效果降低；但对Cd和Pb的稳定更有利。按照欧盟填埋标准所进行的间歇式和柱式浸出实验结果表明,处理(化学稳定化或水洗)后的飞灰其浸出行为与浸出实验前是否进行干燥有重要联系。这是一个很重要的结论,因为目前没有任何一个标准明确规定,在对处理后飞灰进行浸出实验前是否应该干燥。由于浸出实验的目的是反映填埋的条件,本部分研究结果建议,浸出实验应该针对湿的、未经干燥的材料,尽管其可操作性不如对干燥材料所作的实验。对于Cr,干燥明显降低飞灰的还原能力,从而限制了Cr的还原和稳定,强烈影响其浸出行为,导致10-100倍的Cr浸出的增加。干燥还强烈影响Cd、Cu、Pb和Zn的浸出。对于Cd和Cu,干燥降低了产物的pH值,导致浸出增加。在柱式浸出实验中,干燥还引起很高的初始含盐浓度,使得Cd、Cu和Pb浸出增加。这一效应对Cd的影响尤其严重,Cd从干燥产物中的浸出是未干燥产物的100倍。 利用FeSO4对焚烧飞灰进行化学稳定化时,水热条件有利于Pb,特别是Cr(VI)的稳定。Pb在水热条件下能转化为不溶性氧化物；而Cr(VI)在水热条件下容易被Al还原。水热条件下Fe的产物是非常稳定且比表面积较大的α-FeOOH,有利于绑定重金属。在水热条件下FeSO4的用量只需要5g/kg就能达到常温下至少需要20g/kg才能达到的稳定效果,因而水热条件降低了化学药剂成本。 磷酸盐通过形成极为稳定的羟基磷灰石能够很好的稳定住飞灰中的Cd、Cr和Pb,稳定化效果Pb>Cd>Cr。通过对工艺参数的研究,水热条件下,推荐的工艺参数为磷酸根量用量6 g/kg干飞灰,液固比3 l/kg;常温时,相应分别为10g/kg干飞灰,2 l/kg。水热条件有助于减少磷酸根量,和提高液固比,前者可在保证稳定效果的前提下,降低药剂成本,后者有助于处理后飞灰可溶性盐类的减量化。 根据对多个底渣样品的L/S 2 l/kg间歇式浸出实验结果可知,底渣属于非危险废弃物,且大多数元素的浸出距标准限值较远,且只有部分元素(如As,Cr,Mo等)的浸出浓度超过惰性废弃物的控制限值。 常规柱式浸出实验结果表明,一些元素(如Na,K,Si等)的浸出特性随液固比的变化具有一定的规律,这为以后研究间歇式和柱式浸出实验的相互关系打下基础。流动中断实验证明在L/S 2 l/kg附近,大多数元素的控制矿物质与溶液之间存在平衡,而L/S 10 l/kg后,平衡条件将不再存在(除少部分元素外),因而在对底渣的长期浸出行为进行模拟预测时,必须考虑动力学的影响。 使用饱和空气对底渣进行人工陈化,能够在1个月内将pH值降至10以下,能够加速自然陈化的速度,建议用于底渣的堆场,这对于保证底渣品质,减少底渣在堆场的堆积时间,减少堆场用地,加快底渣的回用有着重要意义；尽管人工陈化使多数碱金属的浸出增加,但对于标准中需要控制的重金属,陈化过程能明显改善它们的浸出特性。