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生活垃圾焚烧过程产生的飞灰因其富含氯盐、二噁英和多种易浸出的重金属等污染物而被包括我国在内的多个国家明确归类为危险废弃物。我国生活垃圾焚烧发电技术发展迅速,垃圾焚烧处理量逐年增加,焚烧飞灰产量巨大。2017年以后,我国飞灰年产量超过500万吨,缺乏合理的飞灰处置技术严重制约了我国垃圾焚烧发电技术的发展。本文以我国典型的生活垃圾焚烧飞灰（流化床和炉排炉）为研究对象,以操作简单易实施的机械化学法（Mechanochemistry,MC）为核心方法,系统地开展了飞灰基本物化特性和污染物特性研究、飞灰水洗工艺研究、飞灰二噁英MC降解机理研究、飞灰重金属MC稳定化机理研究和飞灰在水泥基材料中的资源化利用研究等,并形成了一条完整的飞灰机械化学法脱毒和资源化预处理技术路线。本文研究的主要内容和结论如下:（1）对我国主流城市的五种流化床飞灰和四种炉排炉飞灰进行了基本物化特性和污染物特性研究,并对水洗工艺进行了优化。结果表明:垃圾焚烧炉型对飞灰组分有很大影响,炉排炉飞灰中氯化物含量远高于流化床飞灰,而后者则有高含量的Al、Si、Mg和Fe的氧化物。流化床飞灰中多种重金属浸出浓度较高,而炉排飞灰中除Pb外的其它重金属浸出浓度均较低;两类飞灰中二噁英含量差异较大。水洗主要去除了飞灰中Cl、Na、K等元素。两级逆流水洗工艺,在保证水洗脱氯效果的前提下,可大幅减少水洗用水量。（2）为了获得经济高效且实用性强的二噁英MC降解添加剂,筛选出了五种粉磨性良好的添加剂,并基于CaO-Al的作用机理,开发出了新型添加剂SiO2-Al。结果表明:CaO-Al在MC降解过程中,CaO以氧原子为载体转移电子攻击C-Cl键使其断裂,同时,Al作为CaO的电子供体促进电子的释放,从而加快降解反应速率。添加剂SiO2-Al相比CaO-Al,其实用性显著提升,且表现出了与后者相当的二噁英降解效率（10 wt.%的添加量,处理14 h后,飞灰中二噁英总浓度和毒性当量浓度分别从442.9 ng/g和6.75 ng I-TEQ/g下降到40.8 ng/g和0.64 ng I-TEQ/g,降解效率分别为90.8%和90.5%）。（3）建立了水平式球磨机的磨球能量传递模型,并与行星式球磨机进行了详细的定量比较,开展了水平式球磨机中二噁英降解实验研究。结果表明:水平式球磨机的能量利用效率和单批处理量远高于行星式球磨机;两种球磨机中磨球的单次撞击能量相当,而行星式球磨机的高转速使其具有更高的有效碰撞功率。在同等能量输入和添加剂比例条件下,水平式球磨机的降解效率低于行星式球磨机,为了保证其降解效率,需要注意以下两点:1)选用大滚筒半径的球磨机,缩短反应时间,尽量避免铝粉失活;2)保证滚筒获得适当的填充率,确保有效的能量传递。（4）系统探究了MC处置对二噁英指纹特征的影响,以揭示二噁英的详细降解路径和添加剂的作用机理。结果表明:MC处置过程中,飞灰中二噁英同系物信号强度的演化遵循相似规律,且不受飞灰种类和添加剂种类的影响。所探究六种添加剂在MC过程中的作用机理相似,即添加剂释放电子攻击C-Cl键,使其断裂脱氯。基于氯酚路径同系物的演化规律,分别提出了一条PCDDs脱氯路径和一条PCDFs脱氯路径。MC对β位（2,3,7,8位）上氯的脱除效果较差,二噁英分子中,氧桥对邻位碳原子上氯的MC脱除有负面影响。（5）对飞灰中重金属的MC协同稳定化机理进行探究,根据作用机理对重金属稳定化添加剂进行筛选,并对处置飞灰中的重金属形态进行分析,评估其环境风险。在不使用添加剂的条件下,MC处置使飞灰内部晶体的反应活性和溶解度增加,飞灰酸缓冲能力增强,渗滤液pH值升高导致重金属Cr、Cu和Pb浸出浓度降低;飞灰中多种重金属的MC稳定化机理为:添加剂和飞灰中易溶或不稳定的重金属化合物,在机械力的作用下发生化学反应,生成难溶或稳定的重金属化合物。五种重金属稳定化添加剂中,Ca3（PO4）2展现出最好的稳定效果。在酸性环境中的相同pH条件下,处置后的飞灰,除Ni以外重金属的浸出浓度均显著降低,飞灰中重金属的综合污染指数从9.45（重度污染）降为0.72（略微超过安全线0.7）,延长处置时间或增加添加剂用量可以进一步提升稳定化效果至满足安全线。（6）对飞灰在水泥胶砂中的表现进行了探究,并通过机械化学改性,显著提升了流化床飞灰的资源化利用品质。结果表明:湿式MC处置可以有效促进流化床飞灰中氯的溶出,实现飞灰深度脱氯,飞灰中晶体的无定形化是Cl溶出浓度增加的主要原因。在养护期间,流化床飞灰中的痕量金属铝在强碱性环境中被氧化腐蚀,产生氢气,使胶砂块发生明显的体积膨胀,造成内部结构疏松,抗压抗折强度显著降低。飞灰的湿式MC处置有效解决了这一问题,显著提升了胶砂块抗压抗折强度。炉排炉飞灰中Si、Al等元素含量低,导致其在水泥胶砂中的表现明显差于流化床飞灰。结合二级逆流水洗和湿式机械化学法,提出了流化床飞灰资源化预处理的新型处置工艺（MC水洗工艺）和生活垃圾焚烧飞灰机械化学法脱毒及资源化预处理工艺。