[0001] 本发明涉及工业废弃物的资源化利用，尤其涉及一种利用垃圾渗滤液和赤泥制备吸附剂的方法及其产品和应用。

[0002] 垃圾渗滤液又称垃圾填埋场渗滤液，是在垃圾填埋过程中由于垃圾中有机物的分解、雨水的淋洗以及地下水的浸泡等作用渗出的污水。垃圾中的有机物在微生物作用下发生分解，产生大量水分。此外，降雨和地下水也会通过填埋场的覆盖层和垃圾层，与垃圾中的水分混合，形成渗滤液。这些渗滤液通常含有大量的有机物、氨氮、腐殖质以及各类微生物等，具有成分复杂、浓度高的特点。垃圾渗滤液的环境危害性不容忽视，渗滤液中的有机物和营养盐进入水体后，会消耗水中的溶解氧，导致水质恶化，影响水生生物的生存。渗滤液中的污染物一旦进入环境，会通过食物链放大效应对生物体造成长期伤害。垃圾渗滤液若处理不当，还会对土壤和地下水造成污染，改变土壤的结构和性质，影响农作物的生长和品质，污染地下水，威胁人们的饮用水安全。

[0003] 赤泥作为氧化铝生产过程中产生的固体废弃物，其产量巨大且处理难度高，对生态环境和人类健康产生了严重的威胁。随着氧化铝工业的快速发展，赤泥的排放量也逐年增加。赤泥的堆放不仅需要占用大量的土地，还可能导致土地资源的退化。赤泥中的有害物质在堆放过程中容易渗入土壤，导致土壤碱化。赤泥中的有害物质还会通过雨水冲刷、渗透等方式进入水体，造成水体污染。高碱度的赤泥附液进入水体后，会提高水体的pH值，破坏水体的生态平衡。赤泥的碱性也会扰乱植物根系的正常生理活动，影响植物对养分的吸收，导致植物生长受阻甚至死亡。

[0004] 工业废弃物的资源化和高值化利用，是解决资源困境与实现可持续发展的必由之路。然而现有垃圾处理工艺运行成本过高，处理容易产生二次污染，因此，开发高效、经济、环保的垃圾渗滤液处理技术，对于保护生态环境和人类健康具有重要意义。由于赤泥结合的化学碱难以脱除且含量大，又含有氟、铝及其他多种杂质，对于赤泥的无害化利用一直以来难以进行。因此，最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫，一方面可减少其对环境的影响，另一方面，将赤泥变废为宝，对赤泥进行二次利用，综合应用在治理环境中产生更大的价值。

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0021] 原料来源及成分说明

[0022] 垃圾渗滤液：试验用垃圾渗滤液取自诸暨三峰环保能源有限公司。该批次浓缩垃圾渗滤液的COD质量浓度为3639mg/L，总磷的浓度为294mg/L，氨氮的浓度为1062mg/L；

[0023] 赤泥：赤泥由山东淄博某铝业公司提供，主要检测成分包括：40.1％Fe2O3、26.2％Al2O3、13.5％SiO2、11.5％Na2O、6.42％TiO2、0.546％CaO、0.326％SO3及其它成分(不可避免的杂质及烧失量)；

[0024] 粉煤灰：来自华能国际电力股份有限公司太仓电厂，主要包括43.21％SiO2、27.08％Al2O3、15.62％Fe2O3、6.58％CaO、3.42％TiO2、1.43％SO3、1.04％K2O、0.63％Na2O及其它成分(不可避免的杂质及烧失量)。

[0025] 实施例1焙烧温度对吸附剂的吸附性能影响

[0026] 如图1所示，按照液固比0.3:1mL/g混合垃圾渗滤液和赤泥，搅拌均匀，得到有机混掺赤泥。将有机混掺赤泥进行焙烧处置，得到焙烧泥料，其中焙烧时间为0.5小时，焙烧温度分别为325℃、350℃、375℃、400℃、600℃、800℃、850℃、900℃、950℃。按照质量比15:100混合粉煤灰和焙烧泥料，搅拌均匀，研磨成粉，得到焙烧混合粉泥。按照液固比0.25:1mL/g混合垃圾渗滤液和焙烧混合粉泥，搅拌均匀，造粒，静置陈放6小时，得到生料颗粒。将生料颗粒置入水浴锅中进行水热反应，水热液为垃圾渗滤液，水热温度为150℃，水热时间为2小时，固液分离，将水热后所得的颗粒烘干，得到吸附剂。

[0027] 吸附试验：按照固液比1:1g/L将上述制备的吸附剂和模拟液混合，120rpm下搅拌半个小时，5000rpm下离心5分钟，得到上清液和分离浆，其中，模拟液中镉初始浓度为500mg/L，汞初始浓度为500mg/L，模拟液是通过将500mg硝酸镉及500mg硝酸汞溶解到1L去离子水中获得。

[0028] 重金属离子浓度的测定：上清液中镉、汞两种污染物浓度按照《水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》(HJ 776)测定。

[0029] 本实施例试验结果见表1。

[0030] 表1焙烧温度对吸附剂的吸附性能影响

[0031]

[0032] 由表1可看出，当焙烧温度小于400℃时(如表1中，焙烧温度＝375℃、350℃、325℃时以及表1中未列举的更低值)，焙烧温度较低，有机混掺赤泥反应不充分，导致所制备吸附剂对镉、汞吸附容量均随着焙烧温度减小而显著降低。当焙烧温度等于400～800℃时(如表1中，焙烧温度＝400℃、600℃、800℃)，将有机混掺赤泥进行焙烧，高温环境下垃圾渗滤液中的有机污染物受热分解，产生水汽、小分子有机酸、二氧化碳等物质。所产生的水汽和小分子有机酸可进一步促进赤泥中铁、镁及硅铝酸盐溶解。同时，在高温环境下，氨氮受热分解，通过电荷平衡方式促进垃圾渗滤液中的氯离子与赤泥中的铁、铝、镁等元素结合，形成可溶性氯化物；垃圾渗滤液中的磷污染受热分解转化成无机磷酸盐并结合铁、镁、铝等元素形成混合磷酸盐矿物。最终，所制备吸附剂对镉吸附容量均高于174mg/g，对汞吸附容量均高于221mg/g。当焙烧温度高于800℃时(如表1中，焙烧温度＝850℃、900℃、950℃时以及表
1中未列举的更高值)，焙烧温度过高，物料过烧结焦，导致所制备吸附剂对镉、汞吸附容量均随着焙烧温度进一步增加而显著降低。

[0033] 因此，综合而言，结合效益与成本，当焙烧温度等于400～800℃时，最有利于提高所制备吸附剂的吸附性能。另外，需要特别说明的是，当焙烧温度等于325～950℃时，所制备的吸附剂就已经能够实现对镉、汞较高的吸附，即可实现本发明目的，只是当焙烧温度选择400～800℃时，吸附容量更大，具有更优的技术效果，因此，400～800℃焙烧温度是更优的温度范围，并非指只能选择该最优焙烧温度范围。

[0034] 实施例2粉煤灰和焙烧泥料质量比对吸附剂的吸附性能影响

[0035] 按照液固比0.45:1mL/g混合垃圾渗滤液和赤泥，搅拌均匀，得到有机混掺赤泥。将有机混掺赤泥进行焙烧处置，得到焙烧泥料，其中焙烧时间为3小时，焙烧温度为800℃。按照质量比分别为7.5:100、10:100、12.5:100、15:100、30:100、45:100、50:100、55:100、60:100混合粉煤灰和焙烧泥料，搅拌均匀，研磨成粉，得到焙烧混合粉泥。按照液固比0.35:
1mL/g混合垃圾渗滤液和焙烧混合粉泥，搅拌均匀，造粒，静置陈放15小时，得到生料颗粒。
将生料颗粒置入水浴锅中进行水热反应，水热液为垃圾渗滤液，水热温度为200℃，水热时间为4小时，固液分离，将水热后所得得颗粒烘干，得到吸附剂。

[0036] 吸附试验及重金属离子浓度的测定同实施例1，本实施例试验结果见表2。

[0037] 表2粉煤灰和焙烧泥料质量比对吸附剂的吸附性能影响

[0038]

[0039] 由表2可看出，当粉煤灰和焙烧泥料质量比小于15:100时(如表2中，粉煤灰和焙烧泥料质量比＝12.5:100、10:100、7.5:100时以及表2中未列举的更低比值)，粉煤灰添加较少，硅铝酸盐掺入量减少，水化和地聚合反应效率降低，导致所制备吸附剂对镉、汞吸附容量均随着粉煤灰和焙烧泥料质量比减小而显著降低。当粉煤灰和焙烧泥料质量比等于15～45:100时(如表2中，粉煤灰和焙烧泥料质量比＝15:100、30:100、45:100)，混合垃圾渗滤液和焙烧混合粉泥，搅拌及造粒过程中垃圾渗滤液中的有机污染物、氨氮及磷污染物可通过减水作用、弱酸激发和水化强化作用促进粉煤灰和焙烧泥料发生水化和地聚合反应，形成吸附剂硅铝酸盐矿物结构，有机污染物、氨氮及磷污染物及其它铁、铝、镁、钙等可溶盐吸附在水化和地聚合反应产物中。最终，所制备吸附剂对镉吸附容量均高于180mg/g，汞吸附容量均高于230mg/g。当粉煤灰和焙烧泥料质量比高于45:100时(如表2中，粉煤灰和焙烧泥料质量比＝50:100、55:100、60:100时以及表2中未列举的更高比值)，粉煤灰添加过量，硅铝酸盐掺入过多，硅铝酸盐蛭石结构形成过快，导致所制备吸附剂对镉、汞吸附容量均随着粉煤灰和焙烧泥料质量比进一步增加而显著降低。

[0040] 因此，综合而言，结合效益与成本，当粉煤灰和焙烧泥料质量比等于15～45:100时，最有利于提高所制备吸附剂的吸附性能。另外，需要特别说明的是，当粉煤灰和焙烧泥料质量比等于7.5～60:100时，所制备的吸附剂就已经能够实现对镉、汞较高的吸附，即可实现本发明目的，只是当质量比选择15～45:100时，吸附容量更大，具有更优的技术效果，因此，15～45:100是更优的质量比范围，并非指只能选择该最优质量比范围。

[0041] 实施例3水热温度对吸附剂的吸附性能影响

[0042] 按照液固比0.6:1mL/g混合垃圾渗滤液和赤泥，搅拌均匀，得到有机混掺赤泥。将有机混掺赤泥进行焙烧处置，得到焙烧泥料，其中焙烧时间为5.5小时，焙烧温度为800℃。按照质量比45:100混合粉煤灰和焙烧泥料，搅拌均匀，研磨成粉，得到焙烧混合粉泥。按照液固比0.45:1mL/g混合垃圾渗滤液和焙烧混合粉泥，搅拌均匀，造粒，静置陈放24小时，得到生料颗粒。将生料颗粒置入水浴锅中进行水热反应，水热液为垃圾渗滤液，水热温度分别为135℃、140℃、145℃、150℃、200℃、250℃、260℃、270℃、275℃，水热时间为6小时，固液分离，将水热后所得的颗粒烘干，得到吸附剂。

[0043] 吸附试验及重金属离子浓度的测定同实施例1，本实施例试验结果见表3。

[0044] 表3水热温度对吸附剂的吸附性能影响

[0045]

[0046] 由表3可看出，当水热温度小于150℃时(如表3中，水热温度＝145℃、140℃、135℃时以及表3中未列举的更低值)，水热温度较低，粉煤灰、焙烧泥料及垃圾渗滤液间反应不充分，导致所制备吸附剂对镉、汞吸附容量均随着水热温度减小而显著降低。当水热温度等于150～250℃时(如表3中，水热温度＝150℃、200℃、250℃)，在水热反应过程，硅铝酸盐矿物经历化学反应和结构重排，通过缩聚作用形成新的硅铝酸盐蛭石结构。形成的硅铝酸盐混掺着磷酸盐矿物，同时结构层间吸附有机污染物、氨氮及磷污染物及其它铁、铝、镁、钙等可溶盐，从而改变层间的电荷平衡和结合力，强化吸附材料的吸附性能。同时，在水热反应过程中，部分有机污染物发生碳链断裂，形成小分子有机酸根吸附在硅铝酸盐蛭石结构中，部分铁、铝、镁元素发生水解聚合反应，生成聚合氯化铝铁镁混凝剂。形成的聚合氯化铝铁镁混凝剂混掺在水化产物、地聚产物及硅铝酸盐蛭石结构，形成具有高吸附性能的吸附材料。
最终，所制备吸附剂对镉吸附容量均高于185mg/g，汞吸附容量均高于235mg/g。当水热温度高于250℃时(如表3中，水热温度＝260℃、270℃、275℃时以及表3中未列举的更高值)，水热温度过高，硅铝酸盐蛭石结构形成过快，有机物快速矿化分解，导致所制备吸附剂对镉、汞吸附容量均随着水热温度进一步增加而显著降低。

[0047] 因此，综合而言，结合效益与成本，当水热温度等于150～250℃时，最有利于提高所制备吸附剂的吸附性能。另外，需要特别说明的是，当水热温度等于135～275℃时，所制备的吸附剂就已经能够实现对镉、汞较高的吸附，即可实现本发明目的，只是当水热温度选择150～250℃时，吸附容量更大，具有更优的技术效果，因此，150～250℃是更优的水热温度范围，并非指只能选择该最优水热温度范围。

[0048] 对比例不同工艺对所制备吸附剂的吸附性能影响

[0049] 本发明工艺：按照液固比0.6:1mL/g混合垃圾渗滤液和赤泥，搅拌均匀，得到有机混掺赤泥。将有机混掺赤泥进行焙烧处置，得到焙烧泥料，其中焙烧时间为5.5小时，焙烧温度为800℃。按照质量比45:100混合粉煤灰和焙烧泥料，搅拌均匀，研磨成粉，得到焙烧混合粉泥。按照液固比0.45:1mL/g混合垃圾渗滤液和焙烧混合粉泥，搅拌均匀，造粒，静置陈放24小时，得到生料颗粒。将生料颗粒置入水浴锅中进行水热反应，水热液为垃圾渗滤液，水热温度为250℃，水热时间为6小时，固液分离，将水热后所得的颗粒烘干，得到吸附剂。

[0050] 对比工艺1(省去混合垃圾渗滤液和赤泥步骤)：将赤泥进行焙烧处置，得到焙烧泥料，其中焙烧时间为5.5小时，焙烧温度为800℃。按照质量比45:100混合粉煤灰和焙烧泥料，搅拌均匀，研磨成粉，得到焙烧混合粉泥。按照液固比0.45:1mL/g混合垃圾渗滤液和焙烧混合粉泥，搅拌均匀，造粒，静置陈放24小时，得到生料颗粒。将生料颗粒置入水浴锅中进行水热反应，水热液为垃圾渗滤液，水热温度为250℃，水热时间为6小时，固液分离，将水热后所得的颗粒烘干，得到吸附剂。

[0051] 对比工艺2(水热液为纯水)：按照液固比0.6:1mL/g混合垃圾渗滤液和赤泥，搅拌均匀，得到有机混掺赤泥。将有机混掺赤泥进行焙烧处置，得到焙烧泥料，其中焙烧时间为5.5小时，焙烧温度为800℃。按照质量比45:100混合粉煤灰和焙烧泥料，搅拌均匀，研磨成粉，得到焙烧混合粉泥。按照液固比0.45:1mL/g混合垃圾渗滤液和焙烧混合粉泥，搅拌均匀，造粒，静置陈放24小时，得到生料颗粒。将生料颗粒置入水浴锅中进行水热反应，水热液为纯水，水热温度为250℃，水热时间为6小时，固液分离，将水热后所得的颗粒烘干，得到吸附剂。

[0052] 吸附试验及重金属离子浓度的测定同实施例1，本实施例试验结果见表4。

[0053] 表4不同工艺对所制备吸附剂的吸附性能影响

[0054]

[0055] 由表4可知，本发明工艺所制备的吸附剂镉、汞吸附容量均显著大于对比工艺1和对比工艺2所制备的吸附剂，且高于两者之和。