稳定化飞灰与生活垃圾混合填埋重金属溶出特性与机理研究

The ratio of municipal solid waste incineration (MSWI) is increasing, which will result in large quantities of MSWI fly ashes. It is regulated that MSWI fly ash can be disposed in different zone of MSW sanitary landfill in China. But due to the difficulties of site selection, time sequence and schedule of construction and other reasons, part of solidification/stabilization fly ashes were co-disposed with MSW, which may bring about risk of mass leaching of heavy metals from stabilized fly ash. Experimental landfill devices which simulated stabilized fly ash co-disposal with MSW will be used in the project. The dynamic variation characteristic and main influencing factor of the leaching of heavy metals (Pb, Zn, Cu, Cr, Cd, Ni) from stabilized fly ash will be studied. Factor Design, Response Surface Method and Mixture Design Technique will be used to design single-factor and multi-factor influencing tests. Linear (or Non-Linear) regression and multivariate statistical analysis (PCA, PLS) will be used to ascertain the influencing factors and laws of the leaching of heavy metals. Combined with the analysis of the phase and chemical composition of stabilized fly ash, by means of Visual MINTEQ model, the leaching mechanism of heavy metals in stabilized fly ash will be revealed. The research results can provide scientific basis and theoretical reference for the development of the stabilization technology of fly ash and the landfill technology of stabilized fly ash.

生活垃圾焚烧处理比例的逐年增加导致焚烧飞灰大量产生。我国规定飞灰可以在生活垃圾卫生填埋场分区填埋，但因填埋场选址困难和建设时序与进度等原因，出现固化/稳定化飞灰与生活垃圾混合填埋问题。混合填埋后，存在稳定化飞灰中重金属大量溶出的风险。本研究拟采用稳定化飞灰与生活垃圾混合填埋模拟实验装置，研究混合填埋过程中重金属（Pb、Zn、Cu、Cr、Cd、Ni）溶出的动态变化规律和主要影响因素；采用因素设计、响应面法和混合设计方法，设计单因素及多因素间交互影响实验，通过相关性分析、（非）线性回归及多元统计分析（PCA、PLS），研究重金属溶出的影响因素及影响规律；通过Visual MINTEQ模型等手段，结合稳定化飞灰的物相、化学组成变化以及影响规律分析，初步揭示稳定化飞灰中重金属的溶出机理。项目研究成果将为飞灰稳定化技术和稳定化飞灰填埋技术的发展提供科学依据和理论参考。

我国因垃圾焚烧飞灰产生量剧增、安全填埋库容不足及填埋时序管理不规范等原因，存在稳定化飞灰与生活垃圾混合填埋问题，混合填埋环境稳定化飞灰中重金属存在溶出增加潜在环境风险。针对这一问题，本项目模拟研究了稳定化飞灰-生活垃圾混合填埋过程中重金属的溶出行为、影响因素/机制及环境风险。. 研究表明，准好氧/（模拟降雨）厌氧混合填埋环境中Pb（超标率较高）/Cd/Zn存在溶出超标现象，磷酸稳定化飞灰重金属溶出浓度普遍高于螯合剂稳定化飞灰，重金属溶出行为易受pH/ORP/VFA/有机物等环境因素影响；混合填埋后期微生物多样性高于中期和前期，且多以嗜盐耐碱菌为主。早期渗滤液浸沥环境重金属溶出量高于晚期渗滤液，随着液固比的增加，Cd/Cu/Zn/Pb浸出浓度先上升后下降，Cr/Ni变化较小，Cd/Cu和Pb/Zn浸出浓度分别在液固比20:1和150:1时达最大；Cd/Pb/Zn/Cr/Ni和Cu的浸出分别主要源于铁锰氧化态和有机结合态；DOM影响飞灰-浸出液体系中重金属的终点浓度分布，Cd/Cu和Pb/Zn的浸出行为分别受富里酸和胡敏酸浓度变化影响。多元化处置环境中初期渗滤液/饱和CO2水淋溶、酸雨侵蚀及过度碳酸化均是促成重金属溶出风险增加的不利条件；pH是影响多数重金属浸出的主要因素，终点pH越低，浸出浓度越高，自然pH范围优先溶出飞灰基质赋存重金属的可交换态组分，但部分重金属的易浸出形态比例会因增加的酸性侵蚀作用呈再次增加趋势。渗滤液淋溶体系同时存在重金属溶出、络合和吸附-解吸途径；饱和CO2水淋溶体系重金属溶出主要受赋存重金属碳酸盐矿物成核-溶解反应平衡影响；模拟酸雨淋溶体系重金属溶出主要受碳酸盐矿物溶解作用、H+侵蚀/置换作用和SO42-/NO3-/Cl-反离子效应的影响。. 因此，现实稳定化飞灰填埋处置中，应充分考虑其可能面临的不利环境因素影响，并有效评估其重金属潜在环境风险的演化趋势，尤其混合填埋环境，应注意防范因多元化酸性侵蚀因素（如酸性渗滤液浸沥，酸雨侵蚀及过度碳酸化）导致重金属短期浸出环境风险增加的可能。