本发明涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及一种垃圾填埋场的低浓度甲烷气资源化利用于处理渗滤液系统。
背景技术：
生活垃圾卫生填埋场垃圾堆体中的有机物质分解会产生填埋气体，其主要组分为ch4，co2。每吨垃圾在填埋场寿命期内大约可产生100～200m3的甲烷气体，其热值一般为7450～22350kj/m3，是一种潜在的清洁能源。我国对于垃圾填埋气体的利用主要是用于发电，通过燃烧作功产生动力，使发动机带动发电机进行发电。
但是利用垃圾填埋气体发电的发电机组，进气的甲烷浓度一般要求大于28%的体积浓度，而国内运行超过10年的垃圾填埋场填埋气体中的甲烷浓度都小于28%体积浓度，达不到发电要求，基本上是无控制排放或者是简单处理后排放，造成了环境污染和能源浪费。
生活垃圾卫生填埋场垃圾堆体中的有机物质分解也会产生大量渗滤液，其中含有大量的氨氮、有机物以及其他有毒有害的杂质，需要经过处理才能安全排放。
近年来，蒸发工艺越来越多的应用于渗滤液处理，蒸发是一个把挥发性组分与非挥发性组分分离的物理过程，由2部分组成：加热渗滤液使水沸腾气化和不断除去气化的水蒸汽。蒸发工艺主要分为常压高温蒸发、负压中温和负压低温蒸发三种，其中常压高温蒸发因能耗较高的问题极少应用于渗滤液处理，负压中温和负压低温蒸发因蒸发温度较低有渗滤液浓缩液产生，不能达到零污染排放。
为了解决上述问题，现有中国专利申请公布号为cn1785825a的专利公开了一种渗滤液雾化蒸发工艺，该专利方法是以填埋气为能源，利用填埋气通过燃烧器燃烧后产生的火焰以及高温烟气直接将雾化的渗滤液中的可燃物焚烧同时将其中的水分蒸发，然后将热混合尾气引入余热锅炉进行余热利用，最后将混合气中的水蒸气冷凝回收，可以达到零污染排放。但该工艺的填埋气是通过燃烧器燃烧，同样只能利用甲烷体积浓度大于28%的填埋气，不能完全资源化利用垃圾填埋场填埋气体。
为此，针对目前存在的问题，有必要研发一种垃圾填埋场的低浓度甲烷气资源化利用于处理渗滤液系统，进一步资源化利用垃圾填埋场低浓度甲烷气，零污染排放处理渗滤液。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种垃圾填埋场的低浓度甲烷气资源化利用于处理渗滤液系统，可资源化利用垃圾填埋场低浓度甲烷气、零污染排放、运行成本低、安全可靠的渗滤液处理系统，使用热氧化反应系统回收利用垃圾填埋场的低浓度甲烷气生产高温烟气蒸发处理渗滤液，不需要额外使用燃料增加整个系统的能耗，从而降低渗滤液处理的成本。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案是：一种垃圾填埋场的低浓度甲烷气资源化利用于处理渗滤液系统，包括至少一堆垃圾堆体，还包括填埋气收集输送系统、填埋气净化处理系统、热氧化反应系统、原液预处理系统、蒸发处理系统、浓缩液热解系统、尾气处理系统。
在上述技术方案的基础上，所述填埋气收集输送系统包括垃圾填埋场堆体覆盖的hdpe膜、气体收集井、气体收集风机、中转气柜、总干管；hdpe膜的厚度至少为1.5mm，膜上至少设置有一个气体收集接口；气体收集井的直径至少为500mm，气体收集井内至少设置有一根吸引管，吸引管的材质为高密度聚乙烯，直径至少为100mm，吸引管上端往下3m处至底端处管道壁上均匀分布有直径10mm~20mm的孔，孔中心间距为100mm~300mm；气体收集风机的压力至少为20kpa，材质为玻璃钢；总干管上至少安装了一个控制阀、一个流量压力监测仪、一个取样孔、一个冷凝液的排放口。
在上述技术方案的基础上，所述填埋气净化处理系统包括脱硫净化系统、粗过滤器、气液分离器、罗茨风机、精过滤器、储气罐；填埋气体经过脱硫净化系统处理后，硫化氢的含量至少小于50mg/kg；填埋气体经过粗过滤器处理后，气体中的粉尘粒径减小到至少30μm以下；填埋气体经过气液分离器处理后，气体的含水率至少小于80%；罗茨风机的压力至少为1kpa；填埋气体经过精过滤器处理后，气体中的粉尘粒径减小到至少3μm以下；储气罐的材质为玻璃钢。
在上述技术方案的基础上，所述热氧化反应系统包括泵站、掺混器、在线分析仪表、热氧化反应器；泵站至少设置有一台空气压缩机，空气压缩机的压力至少为10kpa；掺混器至少设置有一个填埋气进口和一个空气进口，掺混器至少设置有一个混合气体出口；在线分析仪表为在线甲烷浓度测量仪表；进入热氧化反应器的混合气体中的甲烷浓度要求至少在1.5%以下。
在上述技术方案的基础上，所述原液预处理系统包括调节池、渗滤液输送装置；调节池的作用起到储存、调节原液的作用，包括过滤装置、ph调节处理、沉淀处理；过滤装置为细格栅、ph调节处理为调节渗滤液ph值为4～5，沉淀处理时间为3～7天；渗滤液输送装置为提升泵，提升泵将渗滤液均匀输送至蒸发处理系统，提升泵出口与间壁热交换器渗滤液进口相连。
在上述技术方案的基础上，所述蒸发处理系统包括换热装置、蒸发装置、浓缩液输送装置；换热装置为间壁热换热器，间壁热交换器至少设置有一个渗滤液进口和一个渗滤液出口，进一步的，间壁换热器为管壳式换热器；蒸发装置包括壳体、浓缩液外排装置、渗滤液雾化装置；壳体至少设置有一个渗滤液进口、一个热烟气进口和一个尾气出口；壳体的底部设置有浓缩液外排装置，浓缩液外排装置为螺旋输送机；渗滤液雾化装置包括雾化喷头、循环水泵、输送管道，循环水泵能抽起壳体底部的渗滤液并通过雾化喷头将渗滤液雾化，增大渗滤液与热烟气的接触面积；浓缩液输送装置为螺杆泵；间壁热交换器的渗滤液出口与壳体渗滤液进口相连。
在上述技术方案的基础上，所述浓缩液热解系统包括热解反应器、控制系统；热解反应器包括进料口、回转滚筒、加热夹套、出料口、引风机、卸料器，加热夹套上部固定有至少3根温度检测仪表，实时检测夹套内部温度，温度检测仪表为热电偶。
在上述技术方案的基础上，所述尾气处理系统括尾气处理装置，尾气处理装置包括预洗涤部分、臭气吸附部分，都为玻璃钢箱体结构；预洗涤部分的填料层高度为900mm~1300mm，吸附部分的滤料层高度为1000mm~1500mm；预洗涤部分与臭气洗涤部分的面积比例为1:5~1:8。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的系统采取膜下采气与竖井收集相结合的工艺对填埋气进行收集，最大限度收集填埋场生产的填埋气体，收集效率可达80%。
2、本发明的系统通过回收填埋场中无法通过燃烧利用的体积浓度低于28%的甲烷填埋气，将其和空气混合进行热氧化反应生产高温烟气蒸发渗滤液，降低了渗滤液处理的运行成本。
3、本发明的系统资源化利用垃圾填埋场的低浓度甲烷气体用于处理垃圾填埋场污染废水渗滤液，形成了垃圾填埋场资源化利用的循环体系。
4、本发明的系统利用浓缩液热解后的尾气来蒸发处理渗滤液，一方面可以充分回收烟气的余热，另一方面，便于将尾气集中处理达标排放，具有较高的工艺优越性。
5、本发明的系统在处理过程中生产尾气、炭渣、冷凝液均可达标直接排放，实现零污染排放。
6、本发明的系统可以根据当前运行数据预测模拟一段时间后的工况，以便及时调整工况参数，优化工艺，并可以预知故障，将问题消灭于发生之前，减少工艺投资成本，提高经济效益。
附图说明
图1为低浓度甲烷气资源化利用于处理渗滤液系统的总体示意图；
图2为气体收集输送系统示意图；
图3为气体净化处理系统示意图；
图4为热氧化反应系统示意图。
附图标记：
2-气体收集输送系统，21-hdpe膜，22-收集井，23-吸引管，24-膜上气体收集接口，25-中转气柜，26-气体收集风机，27-总干管，28-竖井气体收集接口；
3-气体净化处理系统系统，31-脱硫净化系统，32-粗过滤器，33-气液分离器，34-罗茨风机，35-精过滤器，36-储气罐；
4-热氧化反应系统，41-泵站，42-掺混器，43-热氧化反应器，44-在线分析仪表；
6-调节池，61-细格栅，62-调节池出口，63-渗滤液输送装置，64-进料泵；
7-蒸发装置，71-间壁热交换器，72-渗滤液进口，73-热烟气进口，74-循环水泵，75-雾化喷头，76-蒸发尾气出口，77-螺旋输送机；
8-热解反应器，81-进料螺旋，82-加热夹套，83-高温烟气进口，84-高温烟气出口，85-炭渣出口，86-卸料器，87-热电偶c，88-热电偶b，89-热电偶a，810-引风机；
9-尾气处理装置，91-预洗涤部分，92-臭气吸附部分，93-臭气风机。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种垃圾填埋场的低浓度甲烷气资源化利用于处理渗滤液系统，包括至少一堆垃圾堆体1和渗滤液5，还包括填埋气收集输送系统2、填埋气净化处理系统3、热氧化反应系统4、原液预处理系统6、蒸发处理系统7、浓缩液热解系统8、尾气处理系统9；
所述的填埋气体收集输送系统2用于收集新鲜垃圾堆体1产生的填埋气，并输送至填埋气净化处理系统3；
所述填埋气净化处理系统3用于将填埋气进行脱硫净化处理，脱硫净化处理后，并将处理后的填埋气输送至热氧化反应系统4；
所述热氧化反应系统4用于将填埋气中的甲烷和氧气发生反应，释放出化学反应热，并将热能输送至浓缩液热解系统8；
所述原液预处理系统6用于渗滤液5，并对渗滤液原液进行预处理，然后将处理后的渗滤液输送至蒸发处理系统7；
所述蒸发处理系统7用于将渗滤液蒸发处理，然后将处理后的渗滤浓缩液输送至浓缩液热解系统8；
所述浓缩液热解系统8用于将浓缩液中有机质热解为小分子可燃气体和炭，然后将可烯气体输送至热氧化反应系统4作为能源使用；
所述尾气处理系统9用于净化蒸发处理系统7产生的尾气。
上述知系统通过管道或者皮带机相连。
参见图2所示，填埋气收集输送系统2包括总干管27和覆盖在垃圾堆体1上的hdpe膜21；
总干管27至少与一个中转气柜25连接，而每台中转气柜25通过气体收集风机26至少与一个膜下收集装置和/或一个竖井收集装置相连；
膜下收集装置包括设置在hdpe膜21与垃圾堆体1外表面之间的膜上气体收集接口24，该膜上气体收集接口24与对应的气体收集风机26相连；
竖井收集装置包括设置在垃圾堆体1内的收集井22，该收集井22内至少设置有一根吸引管23，吸引管23的下端开设有若干进气口，吸引管23的上端设置有竖井气体收集接口28，该竖井气体收集接口28与对应的气体收集风机26相连。
每隔20～30m设置一个收集接口，每3～5个气体收集接口共用一个中转气柜。
本实施例中，的hdpe膜的厚度至少为1.5mm，膜上设置有一个气体收集接口；气体收集井的直径至少为500mm；气体收集风机的压力至少为20kpa，材质为玻璃钢；总干管上至少安装了一个控制阀、一个流量压力监测仪、一个取样孔、一个冷凝液的排放口。
吸引管的材质为高密度聚乙烯，直径至少为100mm，吸引管上端往下3m处至底端处管道壁上均匀分布有直径10mm~20mm的孔，孔中心间距为100mm~300mm。
参见图3所示，填埋气净化处理系统3包括依次相连的脱硫净化系统31、粗过滤器32、气液分离器33、罗茨风机34、精过滤器35和储气罐36。
本实施例中，的填埋气体经过脱硫净化系统处理后，硫化氢的含量至少小于50mg/kg；填埋气体经过粗过滤器处理后，气体中的粉尘粒径减小到至少30μm以下；填埋气体经过气液分离器处理后，气体的含水率至少小于80%；罗茨风机的压力至少为1kpa；填埋气体经过精过滤器处理后，气体中的粉尘粒径减小到至少3μm以下；储气罐的材质为玻璃钢。
参见图4所示，热氧化反应系统4包括泵站41、掺混器42、在线分析仪表44和热氧化反应器43；掺混器42具有填埋气进口、空气进口和混合气体出口；
泵站41与掺混器42的填埋气进口相连；热氧化反应器43与掺混器42的混合气体出口相连；在线分析仪表44与掺混器42相连，用于检测掺混器42内的甲烷浓度。
根据进口在线分析仪表组成的浓度在线测量系统检测，精确在线分析填埋气中甲烷的体积浓度。并通过甲烷的不同进气体积浓度，掺混空气直至达到热氧化反应器要求的体积浓度为1.5%甲烷浓度。同时使用电加热将热氧化反应器加热到1000℃以上，经过掺混器的常温填埋气引入到热氧化反应器内，经过预热的热氧化反应器将填埋气加热到甲烷自燃温度（在1000℃左右），使其中的甲烷和氧气发生反应，释放出化学反应热。一部分反应热加热氧化反应器，多余的热能生产热风向反应器外输出。
本实施例中，泵站至少设置有一台空气压缩机，空气压缩机的压力至少为10kpa；在线分析仪表为在线甲烷浓度测量仪表；热氧化反应器的进气要求为甲烷体积浓度至少在1.5%以下。
原液预处理系统6包括细格栅61、调节池出口62、渗滤液输送装置63、进料泵64，且细格栅61、调节池出口62、渗滤液输送装置63、进料泵64相连。
本实施例中，原液预处理系统中添加硝酸调节ph值至4～5，沉淀3～7天；调节池渗滤液出口处设置有细格栅，过滤去除渗滤液中的不溶固体。
蒸发系统7包括间壁热交换器71、渗滤液进口72、热烟气进口73、循环水泵74、雾化喷头75、蒸发尾气出口76、螺旋输送机77，且间壁热交换器71、渗滤液进口72、热烟气进口73、循环水泵74、雾化喷头75、蒸发尾气出口76、螺旋输送机77相连。
本实施例中，热解尾气通过蒸发装置的热烟气进口进入蒸发装置，直接释放到渗滤液水中，通过95%以上的传热效率将渗滤液快速蒸发。同时没有被热烟气蒸发的渗滤液通过循环水泵抽至雾化喷头，被雾化的渗滤液在蒸发装置中与继续上升的尾气进行换热，在换热过程中继续被汽化蒸发。渗滤液在蒸发处理时，水从渗滤液中沸出，所有重金属和无机物以及有机物的挥发性均比水弱，会保留在浓缩液中。渗滤液浓缩至原液体积2%～10%后，通过蒸发装置下部的螺旋输送机外排。
浓缩液热解系统（8）包括进料螺旋（81）、加热夹套（82）、高温烟气进口（83）、高温烟气出口（84）、炭渣出口（85）、卸料器（86）、热电偶c（87）、热电偶b（88）、热电偶a（89）、引风机（810），且进料螺旋（81）、加热夹套（82）、高温烟气进口（83）、高温烟气出口（84）、炭渣出口（85）、卸料器（86）、热电偶c（87）、热电偶b（88）、热电偶a（89）、引风机（810）相连。
本实施例中，随着浓缩液热解系统的转动向炭渣出口方向移动。浓缩液热解系统输出的高温热烟气从加热夹套的烟气进口进入，烟气从加热夹套的烟气出口流出，可以通过控制渗浓缩液的进料量以及浓缩液热解系统的转速来控制加热夹套内部不同段的温度，温度控制为热电偶a6-9为400～500°c，热电偶b6-8为300～400°c，热电偶c6-7为200～300°c。浓缩液在移动过程中有机质被热解为小分子可燃气体和炭，炭和灰渣在热解反应器6的炭渣出口6-5被排出，可燃气体输送至热氧化反应器3-3作为能源使用。
尾气处理系统（9）包括预洗涤部分（91）、臭气吸附部分（92）、臭气风机（93），且预洗涤部分（91）、臭气吸附部分（92）、臭气风机（93）相连。
本实施例中，将渗滤液温度提升至70～80°c。蒸发尾气通过间壁热交换器后温度降低至50°c以下，尾气中的水蒸气被冷凝成冷凝液达标排放，其他不可冷凝的尾气输送至尾气处理系统处理后达标排放。
本发明一种垃圾填埋场的低浓度甲烷气资源化利用于处理渗滤液系统的工作原理为：
首先，对填埋场垃圾堆体采用厚度为1.5mm的hdpe重新进行覆盖，膜上设置有气体收集接口。膜下收集方式和竖井收集方式一样，每隔20～30m设置一个收集接口，每3～5个气体收集接口设置一个中转气柜，组成一组气体收集输送系统，每个中转气柜设有独立的管道接至总干管。
收集到的填埋气进入脱硫净化系统，除去气体中的硫化氢，经脱硫的气体中硫化氢的含量小于50mg/kg。脱硫净化后的气体通过气体净化处理系统的粗过滤，将气体中最大粉尘粒径减小到30μm以下，再经过气液分离器和精过滤，最后得到最大粉尘粒径小于3μm、含水率小于80%的气体，经储气罐输送到热氧化反应系统进行热能利用。
经过净化处理的填埋气输送至泵站，进入掺混器中。根据进口在线分析仪表组成的浓度在线测量系统检测，精确在线分析填埋气中甲烷的体积浓度。并通过甲烷的不同进气体积浓度，掺混空气直至达到热氧化反应器要求的体积浓度为1.5%甲烷浓度。同时使用电加热将氧化反应器加热到1000℃以上，经过掺混器的常温填埋气引入到热氧化反应器内，经过预热的热氧化反应器将填埋气加热到甲烷自燃温度（在1000℃左右），使其中的甲烷和氧气发生反应，释放出化学反应热。一部分反应热加热氧化反应器，多余的热能生产热风向反应器外输出。
渗滤液原液通过进料泵输送至调节池，在调节池中添加硝酸调节ph值至4～5，沉淀3～7天后，通过渗滤液输送装置输送至蒸发处理系统，调节池渗滤液出口处设置有细格栅，过滤去除渗滤液中的不溶固体。
经过预处理的渗滤液输送至间壁热交换器，在间壁热交换器内部和蒸发尾气进行热交换，将渗滤液温度提升至70～80°c。蒸发尾气通过间壁热交换器后温度降低至50°c以下，尾气中的水蒸气被冷凝成冷凝液达标排放，其他不可冷凝的尾气输送至尾气处理系统处理后达标排放。
经过预热的渗滤液输送至渗滤液蒸发装置。热解尾气通过蒸发装置的热烟气进口进入蒸发装置，直接释放到渗滤液水中，通过95%以上的传热效率将渗滤液快速蒸发。同时没有被热烟气蒸发的渗滤液通过循环水泵抽至雾化喷头，被雾化的渗滤液在蒸发装置中与继续上升的尾气进行换热，在换热过程中继续被汽化蒸发。渗滤液在蒸发处理时，水从渗滤液中沸出，所有重金属和无机物以及有机物的挥发性均比水弱，会保留在浓缩液中。渗滤液浓缩至原液体积2%～10%后，通过蒸发装置壳体下部的螺旋输送机外排，外排的渗滤液浓缩液通过进料螺旋输送至热解反应器。
渗滤液浓缩液通过进料螺旋输送至热解反应器内部，随着热解反应器的转动向出料口方向移动。热氧化反应器输出的高温热烟气从加热夹套进入，烟气流向为热解反应器的进料口方向至出料口方向，可以通过控制渗浓缩液的进料量以及热解反应器的转速来控制加热夹套内部不同段的温度，温度控制为热电偶c为400～500°c，热电偶b为300～400°c，热电偶a为200～300°c。浓缩液在移动过程中有机质被热解为小分子可燃气体和炭，炭和灰渣在热解反应器出料口被排出，可燃气体输送至热氧化反应器作为能源使用。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“优选地”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点，包含于本发明的至少一个实施例或示例中，在本说明书中对于上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或者示例中以合适方式结合。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。