全球每年产生的城市固体废物（MSW）已超过20亿吨[1]。焚烧因其能有效减少废物体积并实现能源回收而得到广泛应用[2]。然而，这一过程会产生含有重金属、二噁英和可溶性盐分的危险副产品——城市固体废物焚烧灰（MSWIFA），这对环境和公共健康构成严重威胁[3]。2024年，中国MSWIFA的产量超过了1000万吨，带来了巨大的处置挑战。传统的处理方法通常包括固化/稳定化后填埋[4]，[5]，但由于填埋场容量有限、长期浸出风险以及政策向循环经济和“零废物”目标的转变[6]，[7]，[8]，这些方法越来越不可持续。因此，MSWIFA的资源化利用成为实现可持续废物管理的关键途径。
在各种处置方法中，水洗被认为是一种有效的预处理方法，可以去除MSWIFA中的可溶性氯化物和某些重金属，从而减少其在下游应用中的不良影响[9]。水洗后的MSWIFA（WFA）可用作水泥窑的二次原料，或通过热处理转化为增值产品，如玻璃-陶瓷和轻质骨料[10]。然而，水泥窑对氯化物含量的限制（通常<3%）限制了WFA的掺入量[11]，且热处理过程能耗高且碳排放量大[9]，[12]。在这种背景下，开发低碳替代品变得越来越重要。由于碱性钙化合物（如Ca(OH)₂）丰富且铝硅酸盐含量较低，WFA作为一种有前景的原料，可以部分替代水泥[13]，[14]。然而，过量的WFA会显著降低基于水泥的材料的强度。例如，在50%的WFA替代水平下，水泥基材料的28天抗压强度仅为20.16 MPa[15]。此外，WFA可以与工业副产品和富含铝硅酸盐的材料混合，制备成碱活化材料（WFA-AAMs）[16]。这一过程可以在常温条件下进行，从而降低碳排放，并具有显著的可持续资源回收潜力[17]，[18]。最近的研究表明，将20%的WFA与高炉矿渣、煤灰和脱硫石膏混合制备的WFA-AAMs，其28天抗压强度达到了28.1–32.5 MPa，显示出良好的应用潜力[19]，[20]。
尽管WFA-AAMs具有技术优势和低碳潜力，但由于对其环境安全性的持续担忧，其在建筑领域的应用仍然有限[9]，[21]。重金属因其高浓度和难以去除的特性，被认为是环境危害的主要来源[22]。在大多数现有研究中，学者们使用标准短期程序（<24小时）如HJ 557-2010、HJ/T 299-2007和TCLP[19]，[20]，[23]，[24]，[25]来评估WFA和WFA-AAMs中重金属的浸出行为；然而，长期环境暴露下的系统研究仍然有限。此外，当WFA-AAMs暴露在降雨或接触地表水的环境中时，微量污染物可能会渗入水生生态系统，可能影响水生生物[26]，[27]。仅依赖化学浸出数据不足以进行全面的环境风险评估；结合生态风险评估和生态毒性评估对于捕捉生物对浸出液的反应和进行代表性的风险表征至关重要。然而，据我们所知，尚未有基于SSD的生态风险评估或多营养级生态毒性评估应用于WFA或WFA-AAMs浸出液，这留下了关于其对水生生态系统实际生物影响的关键知识空白。因此，迫切需要开发一个综合评估框架，整合长期浸出特性、生态风险评估和生态毒性测试，以提供对WFA-AAMs环境安全水平的相对完整和生态相关的理解。
鉴于上述考虑，我们采用了一种常用的三步洗涤工艺对原始MSWIFA进行预处理。WFA作为主要前体（按重量计50%），与煤灰和硅灰结合使用，硅酸钠作为碱活化剂，制备出高性能的WFA-AAMs。通过短期、长期静态和长期半动态浸出试验量化了WFA和WFA-AAMs中潜在有毒元素（PTEs）的环境影响，包括重金属（Pb、Zn、Cr、Cd、Cu和Mn）和类金属（As和Se），并应用了四种动力学模型（Elovich、Freundlich、二阶动力学和抛物线扩散）来模拟20年期间的浸出行为。进一步使用来自物种敏感性分布（SSD）模型的危害商来评估生态风险，为评估水生生物的风险提供了生态相关的框架。此外，浸出液经过了涵盖四个营养级的综合生态毒性评估：发光细菌Photobacterium phosphoreum（分解者）、微藻Chlorella vulgaris（初级生产者）、甲壳类动物Daphnia magna（初级消费者）和斑马鱼Danio rerio（次级消费者）。这项研究是从生态风险和生态毒理学角度对WFA和WFA-AAMs的安全水平进行了首次全面分析，为未来这些材料的开发和可持续应用提供了宝贵的指导。
