中国城市生活垃圾产量逐年增加,焚烧处置在城市生活垃圾处理构成中所占的比重也越来越大,已经成为垃圾处置重要手段,因此作为焚烧产物的飞灰的处置问题也引起了社会的广泛关注。中国的飞灰处置技术是相对落后的,主要为水泥固化和化学药剂稳定法。水热法则相对来说,是一种更有潜力的处置技术,它同时具有经济性、处置效果突出等特点。针对这些问题,本文将微波引入到常规的水热法中,用微波加热替代传统加热方式,并依托国家重点基础研究发展计划(项目编号2011CB201500)的资助,开展了微波水热法无害化处置城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属和二噁英的实验和理论研究。首先,进行了城市生活垃圾焚烧飞灰特性分析,为后续的无害化处置提供原始参考数据。研究结果表明,和粉煤灰相比,垃圾焚烧飞灰中的Si、Al含量相对较低,主要的重金属元素为Zn,Cu,Pb和Ba。选择三种流化床垃圾焚烧飞灰和三种炉排炉垃圾焚烧飞灰,开展了微波水热法对垃圾焚烧飞灰中重金属稳定化的研究,并进一步得到主要影响因素和稳定化机理。结果表明,微波水热法稳定飞灰中重金属具有很强的普适性,在一定工况下,6种飞灰样品经微波水热处置后,其重金属浸出浓度均可以达到我国的填埋标准。为了进一步研究微波水热法稳定前后飞灰中重金属的形态变化,对处置前后飞灰分别进行改进的BCR连续提取以及不同pH下的重金属浸出实验和Visual MINTEQ模拟研究。结果发现,处置后飞灰中的酸可溶解态以及可氧化态所占的比例下降,同时可还原态和残渣态的比例升高,微波水热处置使得飞灰中的重金属由酸可溶解态和可氧化态向可还原态和残渣态转变,进而降低飞灰中重金属的浸出性。基于微波水热法稳定垃圾焚烧飞灰中重金属的研究,开展了微波水热法降解飞灰中二噁英的主要影响因素和降解路径的分析研究。结果表明,微波水热法降解飞灰中二噁英,主要通过脱氯反应和碳环分解的方式。在微波的作用下,使得二噁英降解反应高效快速,且存在异常的加氯反应。水洗预处理以及添加剂的共同作用下,可以大幅提高反应的二噁英降解率,促使二噁英脱氯、降解。为了探究将微波水热处置后飞灰作为吸附剂进行资源化利用提供初步的实验基础,对微波水热反应前后的飞灰的吸附特性进行对比研究。结果表明,微波水热处置后飞灰的阳离子交换量约为0.5 meq/g,相对于原始飞灰,提高了21倍。综上所述,微波水热法可以同时实现对垃圾焚烧飞灰中重金属和二噁英的无害化处置,极大地提高处置效率,降低处置成本,具有很强的工业化应用前景。