由于垃圾焚烧技术具有减容减量和回收热量等优点,促使我国垃圾焚烧产业迅速发展。2015垃圾焚烧量达到6175.5万吨,占垃圾无害化量的34.3%,同时发电量达到了252亿kWh。但垃圾焚烧产生的飞灰富集重金属、二噁英等污染物,对环境存在危害性,飞灰的安全处置和综合利用已成为城市可持续化发展的新挑战。飞灰的高效脱毒无害化处置和高值化利用日渐受到重视。本文以“水热法耦合化学添加剂技术实现重金属的深度稳定化”为核心,重点针对飞灰重金属的稳定化处置,设计正交实验研究各参数对重金属浸出毒性的影响,并尝试在水热条件下合成聚合物来固化飞灰中重金属。其次,本文将土壤重金属安全评估方法运用于飞灰处理中,评估稳定化后的飞灰的环境威胁性,分析水热法处理飞灰的可行性。最后,阐述飞灰的几种高值化利用途径,为后期飞灰综合利用提供数据支持。本文工作的主要内容及结论如下:(1)选取六种典型飞灰,研究其元素组成、粒度、微观结构等物化特性和重金属含量、腐蚀性等危害特性及浸出毒性来分析典型飞灰特性。结果表明:焚烧厂类型、地区、焚烧炉型都会影响飞灰特性及毒性;飞灰粒径普遍集中在0.1~100μm,PM10至少占70%,如果无序管理将对环境和居民健康造成危害;醋酸浸提法浸出毒性更大,卫生填埋标准相对更为严格;飞灰中Pb含量较易超标,需重点开展稳定化处理。(2)以正交实验为核心开展垃圾焚烧飞灰水热条件下的重金属稳定实验研究,探索水热温度、维持时间、添加剂种类和水热气氛等对重金属固化效果的影响,提出优化的工况参数;分析水热实验前后飞灰物化特性、重金属形态等变化,研究其固化机理;创新性的利用水热合成地聚物固化飞灰,比较分析浸出毒性改善效果。结果表明:在液固比(L/S)=10:1,添加飞灰量10%的Na2CO3,在300℃水热中保持1 h,重金属固化效果最优。水热法同时实现了脱氯,反应后重金属交换态比例大幅下降,利于降低飞灰的迁移性,增加惰性来实现重金属的稳定,降低风险,并以一种稳定的、难以离子交换的形式存在。还发现水热合成地聚合物固化效果更佳,各重金属离子参与地聚物结构的形成,能更有效地固定体系中的重金属。(3)开展了飞灰作为废水处理吸附剂的吸附性能实验并研究吸附动力学规律,阐述飞灰的几种高值化利用新途径,为飞灰综合利用提供基础数据支持。结果表明:飞灰吸附亚甲基蓝与比表面积、灰种类有关,其吸附值主要用来表征中大孔孔容积,吸附过程中吸附速率呈先快后慢的趋势。飞灰对亚甲基蓝的室温吸附更接近Langmuir吸附模型,拟二级动力学模型能准确描述此吸附机理。水热后合成了类沸石矿物质,吸附方式不再局限于表面的单层吸附,过程中有部分微、中孔向大孔转变,改善孔隙结构,有更大的利用价值。利用飞灰水热脱除废水重金属效果明显,且反应后固相重金属更加稳定,同时,可溶性钾盐、钠盐的溶解实现K、Na的定向提取,有着极大的潜力。水热法是一种具有良好应用前景的飞灰无害化处理途径,反应后重金属浸出浓度大幅降低,且水热改性飞灰在吸附、资源化等方面具有更高的利用价值,能够实现垃圾焚烧飞灰的无害化处理和高值化利用。