适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法及系统
阅读说明：本技术 适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法及系统 (Landfill treatment and recycling method and system suitable for hydrogen energy development and utilization ) 是由 张搏 张定海 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法及系统,属于氢能及环保的技术领域,以氢能开发利用为核心,以生活垃圾、污泥、餐厨垃圾等固废协同处置为基础,以先进农业综合开发为亮点,以太阳能光伏、氢能等清洁能源输出为盈利点的综合性产业园开发方案,以提高垃圾填埋场的使用年限、增加垃圾填埋场能源自给率,并从整体上将垃圾填埋场由能量输入地变为城市的综合能源输出地,从而彻底消除传统垃圾填埋场自身带有的“临避效应”,提升填埋场土地资源的价值。(The invention discloses a landfill treatment and cyclic utilization method and a landfill treatment and cyclic utilization system suitable for hydrogen energy development and utilization, which belong to the technical field of hydrogen energy and environmental protection, take hydrogen energy development and utilization as a core, take solid waste such as domestic garbage, sludge, kitchen waste and the like to be co-disposed, take advanced agricultural comprehensive development as a bright spot, and take clean energy output such as solar photovoltaic, hydrogen energy and the like as a profit point, so as to improve the service life of a landfill, increase the self-sufficiency of the energy of the landfill, and integrally change the landfill from an energy input place to a city comprehensive energy output place, thereby thoroughly eliminating the 'temporary avoidance effect' carried by the traditional landfill and improving the value of the land resources of the landfill.)
技术领域
本发明属于氢能及环保的技术领域，具体而言，涉及一种适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法及系统。
背景技术
我国垃圾填埋场建设从20世纪80年代起步，开始阶段因为缺技术和资金，所有填埋场都是非卫生填埋的堆场，且主要集中于一些大中型城市。2000年后，我国生活垃圾卫生填埋处理能力持续加大，填埋场建设已从开始阶段的小型填埋场为主逐步过渡到大中型高标准填埋场发展方向。目前，我国垃圾填埋仍然占无害化设施数量比例的70％～80％，城市大部分生活垃圾的处理还是以卫生填埋为主。我国历年堆积的垃圾已超过60亿吨，垃圾肆意堆放和填埋占用土地300多万亩，全国653个设市城市有三分之二被垃圾包围，全国城镇(城市、县城，不含建制镇)近2000座卫生填埋场约有近50％填埋场满负荷运转，这其中又有约一半超100％负荷运转，存量垃圾填埋场的治理需求被逐步识别。由此可见，填埋场作为我国生活垃圾末端处理方式，一直在城乡生活垃圾处置中发挥着不可或缺的重要作用。但着填埋时间的增加，大量的存量老旧填埋场即将封场、退役。此外，由于历史和人为等因素，全国存在着数量巨大的简易填埋场或非正规填埋场，这些垃圾填埋场存在垃圾裸露堆放、产生大量的蚊虫、垃圾渗滤液污染严重和污染气体随意排放等问题，对土壤、地下水等造成严重污染威胁，以及填埋气体不规律聚集导致爆炸隐患等，因此简易或非正规的存量填埋场治理迫在眉睫。
目前，对垃圾填埋场进行治理的主要方案是垃圾资源化，如专利CN10404922A、CN107116083A提出将垃圾进行筛选，分出其中的金属、玻璃以及可燃物分别加以利用；如专利CN110330996A则将垃圾物料通过热解炉进行裂解后再加以利用；如专利CN104976622A在对原生进行进行分选后，利用先进的等离子体熔融技术处理垃圾中的高热值部分，使其转化为合成气；如专利CN109821852A则在垃圾分选、利用的基础提出垃圾填埋场分区使用的办法降低垃圾填埋场的环境风险，提高填埋场的使用效率；如专利CN107497825A则在上述专利中提到的固体垃圾资源化利用的前面增加垃圾填埋气的收集、利用过程，以此来降低填埋场垃圾的处理周期。
但是这些专利技术方案都没有将垃圾填埋场的各种资源作为一个整体来开发利用，尤其是缺乏对填埋场土地资源本身的有效利用。填埋场及周边土地价值低、人口稀少。这为加氢站的建设提供了便利条件。此外，垃圾清运、中转、转运过程占整个垃圾处置成本的30％左右，未来随着环卫服务产业的升级和垃圾转运用新能源环卫车辆价格的降低，在垃圾填埋场建设加氢站供给新能源环卫车辆既解决了氢的出路问题还可带动地方氢能产业链的升级。利用填埋场的闲置土地资源建设光伏发电系统可提高土地利用率、技术成熟，是国内外资源再生利用的一个主要趋势。上海老港垃圾填埋场、北京六里屯垃圾填埋场、沈阳大辛垃圾填埋场均建设了光伏能源站，但光伏发电电力输出不稳、并网利用条件差，利用填埋场光伏电站的电力制取氢气不仅可以消纳产生的电力，还可以对垃圾渗滤液处理车间产生的尾水以及填埋库区地表径流水进行消纳。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法及系统以达到改变填埋场土地资源的“临避”效应为“临利”效应，从而提高填埋场土地资源价值的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法，该方法包括：
在填埋场分别建设垃圾处理站和加氢站；
垃圾处理站根据其处理的垃圾种类不同适配对应的处理工艺以制备氢气和/或辅助产品，将氢气供应至加氢站内并对辅助产品有效利用。
进一步地，所述垃圾处理站选用陈腐垃圾处理站、生活垃圾处理站和有机垃圾处理站中的一种或多种的组合。
进一步地，所述垃圾处理站为陈腐垃圾处理站和生活垃圾处理站；
陈腐垃圾处理站经垃圾填埋处理工艺产生陈腐垃圾和填埋气，并将填埋气存储至沼气柜中；
生活垃圾处理站内的垃圾和陈腐垃圾经过垃圾干化、垃圾分选后产出垃圾衍生燃料，垃圾衍生燃料通过等离子体气化工艺产出氢气或直接售卖。
进一步地，所述垃圾处理站为有机垃圾处理站，有机垃圾处理站经料仓分选出液相垃圾和固相垃圾；
其中，液相垃圾经三相分离分别产出油相产物、固相产物和液相产物，并将油相产物作为废弃油脂外售；
固相垃圾、固相产物和液相产物均经过厌氧消化工艺分别产出沼气和沼渣，并将沼气存储至沼气柜中。
进一步地，该方法还包括：
在填埋场建设农业大棚且农业大棚内的农业种植由沼渣辅助施肥，并通过农业种植产出农产品。
进一步地，该方法还包括：
在填埋场建设太阳能光伏电站且通过太阳能光伏电站为农业种植供电，且富余的电能供应至电解水制氢工艺，电解水制氢工艺产生的氢气供应至加氢站。
进一步地，该方法还包括：
在填埋场建设渗滤液处理站且渗滤液处理站经污水处理工艺产生无杂质水供应至电解水制氢工艺，且污水处理工艺产生的沼气供应至沼气柜。
进一步地，所述沼气柜的沼气经沼气净化工艺净化后，通过甲烷制氢工艺制备氢气并供应至加氢站，或者通过沼气发电实现热电联产。
在本发明中还提供了适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用系统，该系统包括：陈腐垃圾处理站、生活垃圾处理站、有机垃圾处理站、加氢站和沼气柜；
所述陈腐垃圾处理站通过填埋气输送管连接至沼气柜；
所述生活垃圾处理站依次连接有垃圾干化设备和垃圾分选设备，且垃圾干化设备与陈腐垃圾处理站之间通过陈腐垃圾传输设备连接；
所述有机垃圾处理站连接有料仓，料仓分别连接有三相分离设备和厌氧消化设备，三相分离设备与厌氧消化设备连接，且厌氧消化设备连通至沼气柜；
所述沼气柜连接有沼气净化装置且沼气净化装置连接至加氢站。
进一步地，该系统还包括：农业大棚、太阳能光伏电站和渗滤液处理站，所述农业大棚通过沼渣运输设备连接至厌氧消化设备且通过电力输送电路连接至太阳能光伏电站；
所述太阳能光伏电站连接有电解水制氢设备，且电解水制氢设备连通至加氢站；
所述渗滤液处理站连接有污水处理设备，且污水处理设备通过出水管路连接至电解水制氢设备，污水处理设备通过沼气管路连接至沼气柜。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法及系统，其以氢能开发利用为核心，以生活垃圾、污泥、餐厨垃圾等固废协同处置为基础，以先进农业综合开发为亮点，以太阳能光伏、氢能等清洁能源输出为盈利点的综合性产业园开发方案，可以改变传统垃圾填埋场由能量、物质流输入变成能源、物质流的输出。
2.采用本发明所提供的适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法及系统，利用垃圾填埋场的优势资源生产氢气，并向外输出氢能和有机农产品，以提高垃圾填埋场的使用年限、增加垃圾填埋场能源自给率，并从整体上将垃圾填埋场由能量输入地变为城市的综合能源输出地，从而彻底消除传统垃圾填埋场自身带有的“临避效应”，提升填埋场土地资源的价值。
附图说明
图1是本发明提供的适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
随着我国生活垃圾量的急剧增加，特别是城市居民对于自身周边环境要求的日益提高，使得我国卫生填埋场的选址成为生活垃圾发展的重要掣肘。因此，具有集约、高效用地特征的生活垃圾综合处理园区成为解决垃圾填埋场选址用地难的重要利器。
城市综合能源生态产业园区按照生态经济和知识经济规律组织起来的基于垃圾填埋场这种特殊场地建立的依靠氢能、太阳能、垃圾的高效利用，实现资源循环综合利用、可持续发展的生态产业园区，由于城市综合能源生态产业园区建设内容多，可借此获得规模效应和协同效应。
在“邻避效应”等因素影响下，垃圾填埋场在加氢、制氢、生活垃圾处理、餐厨垃圾处理、污泥处理等项目的选址上具有历史及天然的选址优势。依托填埋场已有的区位交通条件及垃圾收运渠道，形成资源利用最大化。辅以生态农业种植实现环境代价最小化、核心产业最优化、景观空间生态化。
基于上述理念，在本实施例中具体提供一种适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法，该方法通过资源综合利用和生态农业开发的有机结合，将填埋场打造成一个城市的综合能源工厂。
该方法从整体上讲，其是以氢能开发利用为核心的垃圾填埋场综合能源产业园，如图1所示，主要包括：
在填埋场分别建设的垃圾处理站、农业大棚、太阳能光伏电站、渗滤液处理站和加氢站。其中，根据应用场景所处情况，对于垃圾处理站的选用，其为陈腐垃圾处理站、生活垃圾处理站和有机垃圾处理站中的一种或多种的组合，在本实施例中，则以陈腐垃圾处理站、生活垃圾处理站和有机垃圾处理站均存在的情况进行阐述。
垃圾处理站根据其处理的垃圾种类不同适配对应的处理工艺以制备氢气和/或辅助产品，并氢气供应至加氢站内。在实际应用时，具体为：
①陈腐垃圾处理站经垃圾填埋处理工艺产生陈腐垃圾和填埋气，并将填埋气存储至沼气柜中，陈腐垃圾开挖后供应至生活垃圾处理站的处理工艺中。
原生及陈腐垃圾处理是指对进入填埋场的垃圾先进行生物干化，降低垃圾含水率，然后对垃圾进行分选，其中的高热值垃圾外售至附近的电厂或通高温等离子气化的方法热解制氢。相较于老旧填埋场需要将这些填埋气直接排入大气，不仅造成巨大的能源浪费，其中的CH4、NH3、H2S等物质会导致严重的环境问题。
②生活垃圾处理站内的生活垃圾和陈腐垃圾经过垃圾干化处理工艺，垃圾干化处理工艺产出的产物进行垃圾分选后产出垃圾衍生燃料，垃圾衍生燃料的热值约4000大卡，对于垃圾衍生燃料的后续处置方式，一是通过等离子体气化工艺产出氢气并将氢气供应至加氢站；二是将垃圾衍生燃料直接售卖至电厂，以作为燃料燃烧发电。
③有机垃圾处理站经料仓分选出液相垃圾和固相垃圾；其中，液相垃圾经三相分离分别产出油相产物、固相产物和液相产物，并将油相产物作为废弃油脂外售；
而分选出的固相垃圾、分离出的固相产物和液相产物均经过厌氧消化工艺分别产出沼气和沼渣，一方面将沼气存储至沼气柜中；另一方面，将沼渣供应至农业种植中，以作为辅助施肥。
有机垃圾处理是指处理餐厨垃圾、厨余垃圾以及污泥一类不可燃烧的固体废弃物，填埋场可利用土地资源较多，利用填埋场处理易腐垃圾不仅可以增加填埋场的收益还可以将厌氧处理后产生的沼渣、沼液用于农业生产。有机(易腐)垃圾通过厌氧发酵的工艺生成沼气、沼渣。其中，沼气进入沼气净化单元后制氢或者燃烧发电；餐厨垃圾分离出的废弃油脂则外售给生物柴油厂用作化工原料；而沼液、沼渣则用于农业大棚中的肥料。
由于在填埋场建设了农业大棚且农业大棚内的农业种植由沼渣辅助施肥，并通过农业种植产出农产品，实现与生态农业开发的有机结合。其中，农业大棚建设是指在已经稳定化的非填埋区域建设钢结构的农业科技大棚，大棚的屋顶面兼做光伏组件，该光伏组件应用于太阳能光伏电站，打造光伏+种养的“农业互补”产业模式。
由于在填埋场建设了太阳能光伏电站且通过太阳能光伏电站利用太阳光能转化为电能并为农业种植供电，且富余的电能供应至电解水制氢工艺，经电解水制氢工艺产生的氢气供应至加氢站。太阳能光伏电站的建设是在已经稳定化的非填埋区域和农业大棚的屋顶安装光伏组件，产生的电力用于是电解水制氢和为农作物生长提供生长环境。电解水制氢工艺的生产原料使用垃圾渗滤液处理站的出水和地表径流雨水，以利用光伏电力消解填埋场的渗滤液，电解槽阴极产生的可燃气体以氢为主。
由于在填埋场建设了渗滤液处理站且渗滤液处理站经污水处理工艺产生无杂质水供应至电解水制氢工艺，以确保电解水制氢工艺的顺利进行，同时能够会，经污水处理工艺产生的沼气也供应至沼气柜进行存储。在实际应用时，渗滤液处理在污水处理站中完成，首先，采用厌氧工艺对渗滤液中的污染物进行降解，厌氧发酵过程产生的沼气输送至沼气柜内收集，经净化后制氢或燃烧发电，污水处理工艺的出水则根据具体情况可采用A/O+纳滤+反渗透工艺或非膜法的高级氧化技术使出水达到电解水的水质标准。
在上述中，在沼气柜内存储的沼气经沼气净化工艺净化后得到净化沼气，净化沼气通过甲烷制氢工艺制备出氢气并供应至加氢站，或者直接通过沼气发电实现热电联产。
实施例2
由于垃圾填埋场的土地资源“临避效应”十分显著，且利用率低下。为了维持填埋场的正常运营，还需要不断的向填埋场输送能量。比如：单独建立垃圾资源化工厂虽然能在一定程度上提高垃圾填埋场土地和垃圾资源的利用率，但其产品需要另外的运输单位消耗能源对外输出，因此，从整体来看仍然是一个能量消耗单位，经济性有限。类似地，利用填埋气发电装置产生的电力填埋场自身无法消纳，需要额外投资变电设施，才能并入电网。
基于上述，在本实施例中还提供了适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用系统，该系统的设计原理是基于上述实施例1中所述的适于氢能开发利用的填埋场治理和循环利用方法，该系统包括：陈腐垃圾处理站、生活垃圾处理站、有机垃圾处理站、加氢站、沼气柜、农业大棚、太阳能光伏电站和渗滤液处理站，具体的设计如下：
将陈腐垃圾处理站通过填埋气输送管连接至沼气柜，以将陈腐垃圾处理站在垃圾处理过程中产生的填埋气存储至沼气柜；
将生活垃圾处理站通过垃圾输送设备连接至垃圾干化设备，生活垃圾经垃圾干化设备进行脱水干燥处理后，经垃圾输送设备连接至垃圾分选设备，经垃圾分选设备筛选出垃圾衍生燃料，垃圾衍生燃料的热值约4000大卡，对于垃圾衍生燃料的后续处置方式，一是通过等离子体气化工艺产出氢气并将氢气供应至加氢站；二是将垃圾衍生燃料直接售卖至电厂，以作为燃料燃烧发电。同时，垃圾干化设备与陈腐垃圾处理站之间通过陈腐垃圾传输设备连接，以将陈腐垃圾处理站产生的陈腐垃圾也投入至垃圾干化设备中进行脱水干燥。
将有机垃圾处理站通过垃圾输送设备连接至料仓，料仓分别连接有三相分离设备和厌氧消化设备。其中，三相分离设备将液相有机垃圾分离成油相产物、固相产物和液相产物，且三相分离设备与厌氧消化设备连接，以将固相产物和液相产物输送至厌氧消化设备。厌氧消化设备对固相有机垃圾、固相产物和液相产物进行厌氧消化反应后，产生沼气和沼渣(沼液)，将厌氧消化设备通过沼气管道连通至沼气柜，以对沼气进行存储，而沼渣(沼液)则供应至农业大棚作为农业种植的辅助肥料。
将沼气柜通过沼气管道连接至沼气净化装置，沼气净化装置连接至甲烷制氢装置且甲烷制氢装置连接至加氢站，以为加氢站供应氢气；沼气净化装置产出沼气还可直接用作燃料以进行沼气发电，以实现热电联产。
将农业大棚通过沼渣运输设备连接至厌氧消化设备，厌氧消化设备产出的沼渣(沼液)作为肥料辅助农业种植，且通过电力输送电路连接至太阳能光伏电站，一方面，在农业大棚的屋顶布置有若干个光伏板，各个光伏板与太阳能光伏电站之间电连接；另一方面，太阳能光伏电站所产生的也为农业种植的用电所需。
太阳能光伏电站通过电力输送电路连接有电解水制氢设备，且电解水制氢设备的氢气出口通过氢气管道连通至加氢站，以为加氢站供应氢气。
渗滤液处理站通过渗滤液管道连接至污水处理设备，且污水处理设备通过出水管路连接至电解水制氢设备，以满足电解水制氢设备的耗水所需，污水处理设备通过沼气管路连接至沼气柜，以对沼气进行存储。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。