[发明专利]从来源于城市固体垃圾场等的渗出液中回收腐殖质的方法

说明书

本发明涉及一种从来源于城市固体垃圾场等的渗出液中回收腐殖质的方法以及通过该方法获得的腐殖质。

腐殖质是复杂的有机物质，其具有变化的和仍然没有完全明确的结构(超分子的、大分子的结构)，由主要但非排他的单环和多环(包括杂环)的芳烃的支化链组成，主要具有羧基、酚和羟基官能团，还有醚、酯、氨基等。

如下所示，这些物质根据它们在不同的pH值(酸性pH值0-7，中性pH值7，碱性pH值7-14)的水中的“溶解度”(更准确的，它们形成胶态“溶胶”的能力)来分类：

-腐殖酸(HA)    在酸性pH值不溶和在碱性pH值可溶

-灰黄霉酸(FA)  在酸性pH值和在碱性pH值可溶

-腐黑酸        在酸性pH值和在碱性pH值不溶

这些溶解度特性使得腐殖质能够从碳质矿物例如风化褐煤、褐煤、泥煤中提取，以及最近提出的从以下化合物中提取：该化合物通过在受控的设备中转化和稳定有机废物例如固体城市废物(S.U.R)的有机部分来生产。

在有机物质(特别是木质素)的缓慢分解中形成的风化褐煤是泥煤和褐煤中的植物有机物质的地球化学转化的最近表面氧化的相。它特别富含腐殖质，其在碱性水溶液中用氢氧化钾(pH值9-12)提取。这些溶液(其可以包含以可变量可溶于碱性水中的无机盐)通常根据来源区域而销售，具有不同的腐殖质浓度，特别是作为农业中的土壤改进剂。在这方面，腐殖质通过土壤处理和通过叶面施用(leaf application)而改变了土壤特性和改进了大部分不同农作物的生长和健康。

具体地，腐殖质改进了：

-土壤保水能力；

-土壤结构和肥度；由于腐殖质中存在的官能团的螯合效应，防止了营养物质和微量元素(铁、钙、磷等)被洗掉，并且它们的可利用性随时间而增加，从而有利于植物的生长和健康。

腐殖质实质上是生物不可降解的；它们的组成为中(FA)和高分子量(HA)的大分子，具有疏水部分和亲水官能团(其是部分酸性的)，并且为它们与碱性金属的成盐形式，表现出表面活性剂性能，这使得它们也能够用作泥土和土壤清洗中的表面活性剂，因为通过还在不同的重金属上使用它们的螯合性能而将它们用于去除烃和/或重金属。

已经通过煤的受控氧化而获得了类似于腐殖质，但非天然来源的物质，并且被提出作为土壤改进剂或者用于对富含重金属的工业灰分进行惰性化。

已知根据废物品质和垃圾熟化程度和降雨水平，来自S.U.R.垃圾的渗出液会包含腐殖质量(0.05-5重量％)，其在工业和商业目的中被认为是令人感兴趣的；但是通过已知方法从渗出液中直接回收它们不能以有竞争力的成本获得产物，该产物没有渗出液中存在的各种污染物，特别是涉及到氮化的和含氨的化合物，因此不适于类似于通过前述方法获得的腐殖质的用途。

本发明的目标是提供一种方法，其能够从S.U.R.垃圾和类似废物的渗出液中获得可销售量的腐殖质，同时实现了试剂(酸、添加剂)更少的消耗和使用简单的工艺，其可以整合和使用现有技术，来实现低的投资和运行成本。

为了达到这个目标，必须考虑下面的内容。

渗出液中的腐殖质浓度随着S.U.R.垃圾活性的时间(年龄)而变化；已知连续的生物降解阶段(一经倾倒，即在废物的有机组分上发生)如下：

-初始短期阶段的需氧生物降解，这主要归因于间隙的氧气，在此期间产生很少的渗出液或腐殖质；

-第二长期阶段的厌氧降解，其本身分成下面的连续阶段：

a)生酸阶段，其中通过发酵形成挥发性脂肪酸和二氧化碳，并且随后pH值降低。在酸性pH值(5-6)形成了大量渗出液，其具有高BOD₅、高盐浓度、重金属活动性，但是存在较低的腐殖质；

b)生成乙酸阶段，其中通过发酵形成了挥发性短链酸，它们通过生成乙酸细菌进一步降解成乙酸，产甲烷细菌的基质。产生了甲烷，降低了氢和二氧化碳，和pH值增加。该渗出液具有比前面阶段更低的金属和BOD₅浓度，和增加的腐殖质和氨浓度；

c)生成甲烷阶段，其中通过占优的产甲烷的、亲氢的(hydrogenophilic)和尤其是亲乙酰的(acetophilic)细菌而大量形成甲烷(70％的甲烷由此生成)。这个阶段的特征在于垃圾“熟化”：渗出液具有中性-碱性pH值(7-10)；低的挥发性酸和溶解的固体浓度(低BOD₅)、低的重金属(例如Fe、Zn)活动性、高的氨浓度、最大的腐殖质浓度。