垃圾焚烧飞灰是在垃圾焚烧厂的烟气净化系统中收集的残余物,它主要由烟道灰等化学物质组成。由于垃圾焚烧飞灰中含有重金属,二噁英等有害物质,因此国家将其规定为危险废弃物,必须对飞灰进行无害化处理。水泥窑共处置技术具有固化重金属、吸附酸性气体、完全分解二噁英、无废渣等优势得到了人们的广泛关注。但在煅烧过程中飞灰中的氯离子会腐蚀混凝土中的钢筋,并对水泥窑的正常运行产生不利影响,因此在飞灰入窑前,应对飞灰进行水洗脱氯处理。经过水洗后的飞灰可安全投入水泥生产过程。飞灰水洗液中除了氯离子以外还有钠、钾、钙、铅、铬等离子,且钠、钾、氯含量较高,若能回收水洗液中的氯化钾,对缓解我国钾资源匮乏有一定积极意义。本文以北京市某垃圾焚烧厂的飞灰为例,进行飞灰水洗脱氯、飞灰水洗液除杂、浓缩分离回收氯化钠和氯化钾的工艺研究,对垃圾焚烧飞灰资源化利用的工程设计有指导意义。在对水洗温度、搅拌转速、水洗时间、水洗液固比4个因素进行单因素水洗脱氯实验的基础上,通过响应曲面法对垃圾焚烧飞灰水洗脱氯的实验条件进行优化和实验,使用Design-Expert8.0软件对实验数据拟合,建立飞灰水洗脱氯的数学模型,通过方差分析得到4个因素对水洗脱氯影响程度大小为:水洗液固比>水洗时间>水洗温度>搅拌转速。当水洗液固比为10 ml·g-1、水洗时间28 min、水洗温度30℃、搅拌转速450 r·min-1的条件下通过两次循环水洗氯离子的去除率达到了93.3%,满足飞灰进入水泥生产中对氯离子的要求。用碳酸钠、硫化钠分别对飞灰水洗液进行除杂实验,以30ml水洗液计,当碳酸钠的加入量达到0.8g时,水洗液中钙、镁、铝、锌、铅、铬离子的去除率依次达为100%、100%、100%、100%、99.5%、45%;当硫化钠的加入量为0.2g时水洗液中锌、铅、铬离子的去除率为100%、100%、97%。分析得出除杂工艺过程为先加碳酸钠后加硫化钠,达到先除去水洗液中的钙、镁、铝、锌等离子,再除去铅、铬离子的目的。对除杂后的水洗液进行卷式反渗透膜浓缩处理,浓缩液的减量化达到50%左右。通过对同阴离子双盐体系平衡相图进行分析,确定双效顺流蒸发的浓缩分离工艺流程以实现氯化钠、氯化钾的分离结晶,利用化工软件Aspen plus对该工艺过程进行模拟,分析了不同模拟操作工况对生蒸汽用量和换热面积的影响。对不同操作工况下投资和运行成本进行比较,得出在加热蒸汽为200 KPa、末效压力10 KPa的条件下成本最低。