隨著生活垃圾焚燒技術(shù)蓬勃發(fā)展，生活垃圾焚燒飛灰（下稱“飛灰”）產(chǎn)量與日劇增，因其含有較高濃度重金屬與毒性有機物，是我國危險廢物管理的重點和難點之一。目前，飛灰的最終處置以固化穩(wěn)定化后進入生活垃圾衛(wèi)生填埋場分區(qū)填埋為主，采用水泥固化與螯合劑穩(wěn)定化兩類工藝路線，控制飛灰中重金屬的浸出釋放。從工程實際來看，兩種固化穩(wěn)定化處理方式對于各類重金屬有較好的固化效果，但對鉛固定效果較弱，實際應(yīng)用易出現(xiàn)鉛浸出濃度超標問題。此外，飛灰中還富集了二噁英類等毒性有機物，傳統(tǒng)的固化穩(wěn)定化工藝對二噁英類等毒性有機物沒有降解去除效果。

本研究以同步實現(xiàn)重金屬強化固定與六氯苯（替代二噁英類毒性有機物）降解去除為應(yīng)用目標，通過機械化學法開發(fā)反應(yīng)型固化穩(wěn)定化藥劑n-Al/CaO分散混合體材料（下稱“n-Al/CaO”），將其應(yīng)用于生活垃圾焚燒飛灰的固化穩(wěn)定化過程中，對重金屬浸出釋放行為與毒性有機物的降解去除進行分析。

n-Al/CaO的制備過程采用行星式球磨機在氮氣保護下進行，以硬脂酸作為球磨過程的控制劑。制得的n-Al/CaO與飛灰按質(zhì)量比1：9充分混合，在潮濕條件下攪拌混合48h進行固化穩(wěn)定化實驗。真實飛灰取自我國華東地區(qū)某生活垃圾機械爐排焚燒發(fā)電廠，煙氣凈化基本工藝流程為：SNCR+半干法（石灰漿）+干法（石灰粉）+活性炭噴射+布袋除塵。在本研究中以六氯苯作為二噁英替代物，外加六氯苯進行有機物去除效果研究。

采用XRF、XRD、SEM-EDS等技術(shù)進行元素、礦相、微觀形貌分析，采用HJ/T300-2007對重金屬浸出濃度及進行測試，參考US EPA 1313進行體系酸中和容量測試，采用索氏提取與GC/MS對體系有機物進行提取測試。

對使用n-Al/CaO固化穩(wěn)定化后的樣品，采用HJ300-2007醋酸緩沖溶液法進行浸出實驗，結(jié)果如圖所示。經(jīng)過固化穩(wěn)定化后各種重金屬的浸出濃度都顯著下降，n-Al/CaO材料效果明顯優(yōu)于未經(jīng)固化及氧化鈣固化。對銅、鋅、鉻、鎘、鎳、鉛六種重金屬元素的固定效率可達99.9%，在最優(yōu)工藝條件下浸出濃度均可穩(wěn)定控制在生活垃圾填埋場入場要求以下。其中，使用N600SA的實驗組各項結(jié)果均為最優(yōu)。

由于飛灰中本就含有煙氣凈化環(huán)節(jié)過量使用的石灰粉/石灰漿，因而飛灰中氧化鈣、氫氧化鈣含量較高，堿性強。對實驗組飛灰的酸中和能力進行測試，使用氧化鈣進行固化穩(wěn)定化的實際是通過增強飛灰體系的堿性，從而實現(xiàn)對重金屬遷移的控制。而使用n-Al/CaO的實驗組變化趨勢與此顯著不同，體系酸堿度隨酸使用量的變化變緩，未出現(xiàn)突變過程，可見體系的緩沖能力增強。在此基礎(chǔ)上對反應(yīng)后的飛灰礦相進行分析，確認其中生成水鋁鈣石類新礦物。水鋁鈣石作為具有層狀結(jié)構(gòu)的礦物，已被證實具有鈍化重金屬、促進重金屬從可交換態(tài)向碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化的性能。

對實驗組的六氯苯及其他氯苯的總量進行測試分析，結(jié)果如圖5所示，可見n-Al/CaO對于氯代有機物的去除有較為顯著的效果。相比于未經(jīng)處理的飛灰樣品和使用CaO進行處理的對照組，實驗組的六氯苯及氯苯類物質(zhì)總量均有顯著的下降，在最佳實驗組N600SA中超過82.43%的六氯苯被降解去除。

在這一過程中，五氯苯、四氯苯、三氯苯各級產(chǎn)物均可測得，且未出現(xiàn)中間產(chǎn)物的濃度積累，可見整體去除過程是逐步進行的脫氯反應(yīng)。在產(chǎn)物測試過程中未測的一氯苯、二氯苯，考慮到飛灰體系中較強的堿性環(huán)境，推測三氯苯在此類表面經(jīng)開環(huán)裂解脫除。

在本研究中，通過高能球磨成功制備n-Al/CaO反應(yīng)型固化穩(wěn)定化藥劑，球磨過程中少量添加硬脂酸能夠有效減少顆粒結(jié)塊，促進材料的破碎與活化，提升均勻程度。在600rpm轉(zhuǎn)速下添加2%硬脂酸效果最佳，材料破碎充分，混合均勻，平均粒徑可達164.4nm。

將n-Al/CaO材料應(yīng)用于生活垃圾焚燒飛灰的固化穩(wěn)定化過程中，以10%質(zhì)量比的添加量即可獲得較好的處理效果。在實驗條件下，重金屬的浸出濃度均可低于填埋場入場標準，固定率達到99.9%，以N600SA實驗組為最佳。在此過程中反應(yīng)體系中新生成水鋁鈣石類礦物，強化重金屬固定。經(jīng)n-Al/CaO固化穩(wěn)定化后氯苯類物質(zhì)的總含量顯著降低，82.43%的六氯苯得到降解去除，未產(chǎn)生其他氯苯類物質(zhì)的積累。

綜上，此種n-Al/CaO反應(yīng)型固化穩(wěn)定化材料在飛灰的重金屬強化固定與二噁英類毒性有機物同步去除領(lǐng)域有巨大潛力，對其作用機理仍待進一步深入探索。