n-Al/CaO 分散混合体应用于生活垃圾焚烧飞灰的重金属固定与六氯苯脱氯效果研究

于书尧，杜 兵，阿曼角·巴黑多拉，耿 超，刘建国

（1.清华大学环境学院，北京 100084；2.中国环境保护集团有限公司，北京 100082）

译者： 于书尧；审查： 刘建国；单位： 清华大学环境学院

1 研究亮点

*利用球磨技术开发n-Al/CaO 纳米分散混合体（下称“n-Al/CaO”）并应用于垃圾焚烧飞灰的固化稳定化；

*经处理焚烧飞灰中重金属（铜、锌、铬、镉、镍、铅） 的固定效率可达99.9%，六氯苯的破坏去除效率可达82.43%，实现了飞灰中重金属固定与六氯苯同步降解去除。

2 背景

生活垃圾焚烧飞灰（下称“飞灰”） 因其含有较高浓度重金属与毒性有机物，在我国被列为危险废物。目前飞灰安全处置以固化稳定化后进入卫生填埋场分区填埋为主，依靠水泥固化与螯合剂稳定化，控制重金属向环境迁移释放，但此类方式易出现铅浸出浓度超标问题，且不能实现对有机物总量的削减。因此，本研究以同步实现重金属固定与有机物去除为应用目标，开发反应型固化稳定化药剂n-Al/CaO。

3 研究方法

采用行星式球磨机在氮气保护下制备n-Al/CaO，飞灰取自华东某生活垃圾焚烧厂，额外添加六氯苯用于有机物去除试验；将n-Al/CaO 与飞灰按质量比1∶9 添加混合，翻转混合进行固化稳定化试验；采用XRF、XRD、SEM-EDS 等技术进行元素、矿相、微观形貌分析，采用HJ/T 300—2007 固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法对重金属浸出浓度进行测试，参考US EPA 1313 进行体系酸中和容量测试，采用索氏提取与GC/MS 对体系有机物进行提取测试。

4 主要研究结果

使用行星式球磨机制备n-Al/CaO，能够有效细化、混合原材料颗粒。较高转速（600 r/min） 时颗粒的破碎程度更高，产生大量新生表面；适量添加硬脂酸作为过程控制剂，能够促进颗粒的破碎与混合，减少材料粘壁、结块，元素分布均匀程度显著提升。最优工艺为600 r/min 转速、使用2%质量比的硬脂酸、有效球磨时间60 min，此时材料N600-SA 的平均粒径为164.4 nm，反应活性高。

采用n-Al/CaO 对飞灰进行固化稳定化，对铜、锌、铬、镉、镍、铅的固定效率可达99.9%，在最优工艺条件下浸出浓度均可稳定控制在生活垃圾填埋场入场要求以下。通过酸中和能力曲线测试，发现n-Al/CaO 增加了体系的酸碱缓冲能力，其固定重金属的作用机理明显区别于增强碱性的石灰固定技术。通过对反应前后的物质矿相进行分析，证实反应过程生成水铝钙石等新型矿物。六氯苯总量显著降低，经逐步脱氯转化为五氯苯、四氯苯和三氯苯，无中间产物积累；未检测到氯苯与二氯苯，推断反应中三氯苯易在飞灰等碱性表面开环裂解。最优工艺条件下六氯苯的降解去除率可达82.43%。

5 结论与展望

运用机械化学理论球磨制备n-Al/CaO，作为新型固化稳定化材料施用于飞灰。研究中，水铝钙石的生成有效强化重金属固定，铝水反应促使氯代有机物逐步降解。此种n-Al/CaO 材料在飞灰的同步重金属固定与氯代有机物降解领域有巨大潜力，对其作用机理仍待深入探索。