随着经济的持续发展和人们生活水平的不断提高,垃圾产量逐年攀升,中国许多城市长期饱受“垃圾围城”之苦。焚烧是主要的垃圾无害化和减量化处置手段。焚烧过程中,Cr、Pb、Hg、Cd、Cu、Zn和Ba等重金属元素经过挥发和冷凝富集在垃圾焚烧飞灰中。垃圾焚烧飞灰因富含重金属和二噁英等有害物质被国家列为危险废弃物,目前国内主要的飞灰处置方式是水泥窑协同处置。传统水泥生产过程伴随大量温室气体排放,不符合国家低碳环保的发展理念。本文提出将微生物矿化技术应用于垃圾焚烧飞灰的固结和重金属的稳定化,以达到回收利用垃圾焚烧飞灰和制备微生物飞灰砖的目的。本文针对垃圾焚烧飞灰基本物化性质,飞灰和微生物间相互作用关系,垃圾焚烧飞灰水化特性,微生物飞灰砖性能研究和优化进行试验研究,主要工作和结论如下:（1）微生物飞灰砖的制备及其基本力学性能研究开展微生物飞灰砖的制备和抗压强度优化研究,分析飞灰掺量,菌液浓度和营养液中钙离子浓度对微生物飞灰砖抗压强度的影响规律。研究表明:随着飞灰掺量（30%-50%）,菌液在波长为600 nm处的光密度值(OD600)（0-1.20）和营养液中钙离子浓度（0 mol/L-1.10 mol/L）的提高,微生物飞灰砖的抗压强度均呈先增后减的变化趋势。研究发现,粉体材料中飞灰和熟石灰的比例可能会影响水化产物的形成;生物有机质对飞灰的包裹作用具有两面性,低浓度菌液有利于抗压强度的提升,高浓度菌液不利于飞灰水化产物的形成;高浓度钙离子会抑制细菌活性。当飞灰掺量为固体质量的40%,菌液OD600值为0.60,钙离子浓度为0.30 mol/L时,各单因素试验组微生物飞灰砖样品的抗压强度分别达到峰值。制备得到尺寸为100 mm×100 mm×50 mm的微生物飞灰砖,测得其抗压强度为33.90 MPa,密度为1937.40 kg/m~3,重金属浸出浓度低于规范限值（GB 16889-2008）。（2）微生物与垃圾焚烧飞灰间耦合关系和飞灰水化产物研究研究垃圾焚烧飞灰基本物化性质,飞灰和微生物间相互作用关系,垃圾焚烧飞灰水化产物的化学成分和矿物组成。研究表明:CaO、Al2O3和SiO2是飞灰的主要化学成分和飞灰火山灰性的物质基础,飞灰中含有大量内源钙,可以为微生物诱导碳酸钙沉积提供充足的钙源;具有高碱性和重金属毒性的飞灰环境不利于微生物维持其活性;与菌水悬液和尿素水溶液混合后,飞灰醋酸浸出液中各重金属离子浓度均得到降低,且生物方解石沉积的EDS光谱中捕捉到Pb、Cu和Zn等重金属元素的痕迹,矿化菌具有将重金属离子转化为重金属碳酸盐的能力;飞灰水化产物有水钙铝石（Ca4Al2O6Cl2·10H2O）、水合铝酸钙（Ca3Al2O6·x H2O）和斜方钙沸石（CaAl2Si2O8·4H2O）等。（3）微生物飞灰砖物理力学性能优化研究研究菌水悬液OD600,尿素水溶液浓度,碳化和外掺熟石灰剂量对微生物飞灰砖性能的影响规律。研究表明:随着菌水悬液OD600值（0-1.2）和尿素水溶液浓度（0.3 mol/L-1.1mol/L）的提高,微生物飞灰砖的抗折和抗压强度均呈先增后减的变化趋势;碳化可大幅度提高飞灰砖的抗折（103%）和抗压强度（54%）;随着熟石灰掺量（0%-20%）的增加,飞灰砖的抗折和抗压强度均不断提高。研究发现,细菌对飞灰的包裹作用会抑制飞灰水化产物的形成,阻碍飞灰作为钙源的利用,抑制方解石的形成,这种双重抑制作用随着菌水悬液OD600值和尿素水溶液浓度的提升而增强;矿化产物方解石对砖体强度的贡献大于飞灰水化产物;颗粒状凝胶态碳化产物碳酸钙可以部分填充4000 nm-25000 nm的孔隙,弥补矿化产物方解石颗粒较小的不足,因而经过碳化养护飞灰砖的抗折抗压强度得到进一步提升;水固化飞灰砖体通过飞灰水化产物的物理封装作用,以及水铝钙石的配合作用和层间取代作用实现部分重金属的固化稳定化,微生物矿化技术和碳化技术的应用进一步降低飞灰砖的重金属离子浸出浓度,微生物飞灰砖的重金属浸出浓度低于GB 18598-2019和GB 16889-2008中规定的限值;外掺熟石灰并未完全反应,未参加反应的熟石灰随水化飞灰共同硬化形成固结砖体,硬化熟石灰为飞灰砖提供新的强度来源。