本发明涉及废气处理技术，旨在提供一种垃圾焚烧飞灰高效碳酸化及无害化处置的方法。包括：将垃圾焚烧飞灰与水混合均匀，将含有二氧化碳的烟气送入颗粒过滤器，随后将过滤后的气体送入微气泡发生器；将含有二氧化碳的微气泡送入反应器，在搅拌和超声条件下进行飞灰碳酸化反应，得到碳酸化后的湿飞灰；静置后进行干燥处理，得到块状的碳酸化飞灰。本发明所述方法处置成本低，无需添加任何添加剂；操作简单方便，维护成本低，运行安全，避免高温高压；本发明在捕集二氧化碳的同时，对垃圾焚烧飞灰进行了无害化处置，既固化了重金属，又降低了飞灰的碱度，反应后的水溶液pH趋于中性，重金属浓度达到地下水排放标准。