近年来,我国城市生活垃圾焚烧量和焚烧比例不断提高。到2013年底,中国共建垃圾焚烧厂166座,焚烧处理量达5785万吨/年,如果垃圾焚烧炉渣产生率以20%计,则该年度炉渣产生量为1157万吨。垃圾焚烧炉渣一般被看作一种可再生利用的资源物质。当前,国内外利用垃圾焚烧炉渣开展再生利用的研究很多,但是炉渣的高碱性,高含量的重金属溶出等问题,使其再生利用过程中存在一定的环境风险,常需对其进行稳定化预处理。此外,随着我国污水处理率的提高,污泥的产生量也迅速增加。到2013年底,全国污水处理厂湿污泥(含水率80%)年产量达3000万吨。城市污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物,一般具有高含水率和高有机质含量的特点。城市污泥的经济高效的稳定化技术一直是环境领域的研究热点之一。本研究提出垃圾焚烧炉渣与污泥协同稳定的处理处置技术。一方面,垃圾焚烧炉渣利用污泥有机质生物降解产生的CO2进行碳酸化反应,使p H降低得以稳定化;另一方面,由于炉渣较为疏松多孔的结构,可以对污泥进行改性,使污泥能够和空气充分接触,在好氧状态下使污泥有机质充分降解,进而使污泥得以同步稳定化,然而,炉渣中一般含有较高含量的重金属,在协同稳定化过程中有可能对周围环境具有潜在的危害。因此需要对协同稳定过程中重金属的环境行为进行研究。本研究旨在探索一种炉渣与污泥的协同稳定处理处置技术,通过以废治废的方式,实现二者的经济、安全、高效的稳定化。主要研究如下:本研究首先考察了垃圾焚烧炉渣和污泥基本理化性质及重金属(Cu、Zn、Mn、Ni、Pb、Cr、Cd)总量、形态分布、毒性浸出等。结果表明焚烧炉渣中Ca O的含量高达37.51%,炉渣p H为12.3,高含钙量是炉渣高碱度的重要原因。污泥有机质含量为40.57%,利用价值较高。除污泥重金属Cr外,炉渣和污泥重金属含量远高于《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级标准。TCLP毒性浸出看出:浸出结果都未超标,相比较而言,污泥重金属以不稳定的可交换态和碳酸盐结合态存在比例较大,是污泥重金属Cu、Mn、Ni浸出浓度和浸出率高于炉渣的主要原因。为探索炉渣与污泥协同稳定的可行性,本研究共设置1#、2#、3#、4#共4个反应柱,反应柱内依次填充混合比例0:10、1:9、2:8、3:7的污泥与炉渣。反应柱中心和底部透气使柱体保持好氧状态,且定期布水保证柱内适宜的含水率。对反应柱内物料定期取样,从矿物学角度分析各反应柱物料随时间碳酸化进程,并通过测定浸出液p H进一步验证其物理稳定化过程。结果表明,随着反应的进行,四个柱子的p H分别由反应初期的12.37、10.44、10.21、9.74下降至10.80、9.67、8.43、8.25。其碳酸化程度由大到小依次为4#>3#>2#>1#;2#、3#、4#反应物料中污泥有机质降解率分别达11.38%、14.99%、35.57%,其DOC降解率分别达22.77%、38.13%、44.94%。污泥有机质和DOC的不断减少表明污泥趋于稳定化。柱体气相监测结果表明,整个反应过程中污泥比例较高的3#、4#反应柱内CO2浓度有明显的先升高后逐步降低的变化规律,说明污泥好氧降解产生了大量的CO2,有利于促进炉渣碳酸化,加速炉渣的稳定化。以上指标说明,污泥与炉渣的混合比例为2:8和3:7时,两者协同稳定化程度较好。在炉渣与污泥共稳定过程中重金属环境行为研究结果表明:污泥的添加使反应物料重金属Cu、Mn、Ni的迁移性增强,但是随着稳定化的进行,污泥添加比例最高的反应柱物料除Zn外,其他6种重金属浸出浓度均呈现不同程度的下降趋势,且重金属的最终浸出浓度均低于标准限值;反应柱初始物料Cu和Mn的可交换态随污泥添加比例的增加而增多,随稳定化进程,其可交换态比例呈下降趋势。反应柱物料Pb、Cr残渣态在整个稳定化过程中均高于50%,其重金属稳定性较强。反应柱物料Ni、Cd可交换态在整个稳定化过程中分别维持在10%、20%左右,但没有明显增加趋势;本研究通过重金属生物可利用性系数综合表征混合物料的环境影响,从计算结果可知,稳定化进程中重金属Zn和Cd生物可利用性系数呈上升趋势,其他重金属的生物可利用性基本没有增加的趋势。综上可知,炉渣和污泥按一定比例混合堆置能够实现好氧协同稳定化,且在稳定化过程中大多数重金属的环境行为较安全,说明该“以废治废”的方法可以作为炉渣和污泥的综合处理处置的一种新途径。在应用该方式进行废物预处理过程中,应对Cu、Zn和Cd的环境行为给予特别关注。