随着城市化进程的加快,生活垃圾的日益增加使得垃圾焚烧技术在我国快速的发展与应用,随之而来的是大量产生的危害性极大的二次污染物焚烧飞灰的处理处置问题。本文旨在研究垃圾焚烧飞灰中的主要重金属(Pb、Zn、Mn、Cu、Cd、Cr)的浸出行为与机理,探究在不同条件和不同时间尺度下焚烧飞灰重金属的浸出动力学,并结合环境磁学的方法,通过线性回归和逐步回归建立单一重金属含量及污染评价指数的数学诊断模型。为预防、控制焚烧飞灰造成的环境污染,全面科学地评价和管理焚烧飞灰处置与利用过程中的环境风险问题,垃圾焚烧厂周边环境污染来源解析等提供理论支持。(1)对比研究来自重庆、海南、广西和辽宁四个地区的垃圾焚烧飞灰,前两者垃圾来源为纯生活垃圾,后两者分别为生活混合农业垃圾、医疗垃圾。通过场发射环境扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、BET比表面积与孔径测试仪、X射线荧光光谱仪、X射线粉末衍射仪等对各飞灰样品的基本理化特性进行了全面的分析。结果表明,四种飞灰样品多数共同表现为表面粗糙不平的不规则的球体颗粒,其粒径分布在2～500μm范围内,体积平均粒径D[4,3]分别为55.72、55.01、141.90和75.80μm。从飞灰颗粒大小上来看,来自海南的样品的可吸入危害性最大;不同飞灰样品元素大致相同,含量有所不同,各样品物相组成较复杂,所含物质极为丰富,但晶体种类大致相同,常见为难溶的氧化物、硫化物、硅化物、铝硅酸盐和可溶性的氯化物;来自重庆、海南、广西的样品浸出液呈碱性,而来自辽宁的医疗垃圾焚烧飞灰样品则呈酸性,其中重庆样品的浸出液pH值为13.15,达到腐蚀性物质标准。(2)借助原子吸收光谱仪、紫外可见光分光光度计等手段对飞灰样品的主要成分及主要重金属含量等进行分析。结果表明,飞灰样品含有的重金属元素主要是Pb、Zn、Mn、Cu、Cd、Cr,各样品的Pb、Zn、Mn含量均超过典型土壤含量值和土壤环境三级标准值,其中Zn是几种重金属中含量最高的;来自重庆的样品Pb、Cu、Cd主要以弱酸提取态的形式存在,危害性较大,Zn的本身含量极高弱酸提取态又在40%以上,其危害性也较大;来自海南的样品中重金属以弱酸提取态或可还原性提取态为主要存在形式且残渣态的占比均较低,说明各元素都有一定的危害性,其中Cd的弱酸提取态达到80%以上;来自广西的样品重金属除了 Mn,其他都以残渣态为主要形式存在,Mn弱酸提取态在50%左右,有一定的危险性;来自辽宁的样品,含量最大的Zn弱酸提取态在70%左右,危害性极大,Pb、Mn、Cu、Cr虽主要以残渣态的形式存在,但弱酸提取态占比不可忽视,因此有一定风险性。(3)研究不同条件、不同时间尺度下飞灰主要重金属的浸出动力学。结果表明,改变液固比、pH值重金属的浸出受到不同程度的影响,六种重金属在酸性条件下浸出量更大,Pb、Zn、Mn、Cd、Cr的浸出均表现为吸热反应。浸出过程表现出较明显的分段式特征,浸出初期重金属迅速溶解和扩散,早期的溶解物主要包括颗粒表面的易溶性盐类如金属氯化物等,主要为弱酸提取态的重金属的洗出和溶解,随着时间的推移,浸出出现高峰期后,重金属浸出逐渐变得平缓,甚至可能出现二次沉淀等反应;针对浸出早期阶段,通过拟合浸出动力学模型结合Arrhenius方程求出表观活化能,并对比样品浸出前后形貌、孔容孔径等特征,同时参考改变振荡速度、飞灰颗粒的浸出实验,推测飞灰重金属的浸出行为可以用界面-扩散控制模型来描述。(4)结合分析了飞灰中主要重金属元素含量及典型磁学参数特征。结果表明,不同属性的飞灰样品具有不同的磁学特性,来自重庆和海南的样品则表现出相似的磁学性质;以典型生活垃圾为来源的重庆地区样品作为主要研究对象,发现重金属元素(Pb、Cu、Cd、Cr)的含量及污染评价指数(污染负荷指数、内梅罗指数)分别与部分磁学参数(磁化率、非磁滞剩磁磁化率、饱和等温剩磁、软等温剩磁等)呈现显著的相关性,进一步通过线性回归和逐步回归建立了单一重金属含量及污染评价指数的磁学诊断模型。磁学诊断模型表现出与样品背景组成的密切相关性,因此所得模型仅适用于垃圾来源同为典型生活垃圾的海南地区飞灰样品,不适用于来自广西和辽宁的样品。