垃圾焚燒廠煙氣濕法脫酸廢水零排放處理技術(shù)

　　1、前言

　　垃圾焚燒廠煙氣處理中通常選用“半干法/干法脫酸+活性炭噴射+袋式除塵器”這一組合工藝，以去除煙氣中煙塵、酸性氣體、重金屬、二?f英等污染物，這套組合工藝不會產(chǎn)生二次廢水。隨著國內(nèi)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和民眾對環(huán)境質(zhì)量要求的日益提高，政府對煙氣處理工藝提出了更高的要求，在傳統(tǒng)煙氣處理工藝中增加了脫硝、濕法脫酸處理工藝，以應(yīng)對日益嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求。濕法脫酸處理工藝采用洗滌塔形式，煙氣進入洗滌塔后與洗滌液(通常為濃度30%~40%的液體氫氧化鈉)充分接觸反應(yīng)，從而達到脫酸目的;洗滌液循環(huán)使用一段時間后，洗滌液中鹽分會增加，脫酸效果會下降，對脫酸設(shè)備的腐蝕性也會加劇，此時需要排放一部分洗滌液(稱之為脫酸廢水)，同時補充一部分新鮮的堿液。脫酸廢水中含有大量的鹽分及其它污染物，需要經(jīng)過處理后才能排放。

　　2、處理現(xiàn)狀

　　在多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠中，脫酸廢水處理工藝通常選用混凝沉淀過濾法，由廢水處理系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)、化學(xué)加藥系統(tǒng)等三大部分組成，該種工藝主要去除廢水中懸浮物、重金屬及少量鹽分，而對大部分的鹽分物質(zhì)(如鈉鹽等)并不能去除，處理后廠內(nèi)回用。

　　2.1 懸浮物的去除

　　通過添加聚合氯化鐵、助凝劑及石灰，使廢水中的膠體、懸浮物通過電中和、吸附橋架等作用，使之凝聚成易沉淀的較大絮凝物。同時在石灰強堿性作用下，氫氧根離子能與廢水中的少部分硫酸鹽、亞硫酸鹽、金屬離子等反應(yīng)，生成微溶于水的化學(xué)沉淀，但與廢水中的氯化鈉不會發(fā)生反應(yīng)。

　　2.2 重金屬的去除

　　在廢水中加入可溶性氫氧化物，控制pH值在9.0~9.5之間，可使Fe3+、Cu2+、Pb2+、Ni+、Cr3+等重金屬離子生成溶解度較小的氫氧化物沉淀。但仍有一定量的重金屬(如Hg2+、Cd2+等)殘留在廢水中，加入Na2S或有機硫(TMT15)，利用金屬的硫化物比其它氫氧化物溶解度更小的原理，更加徹底地去除廢水中的重金屬離子。

　　2.3 固液分離

　　脫酸廢水從反應(yīng)池自流進入澄清池，廢水中的絮狀體在重力沉降的作用下沉積在澄清池底部，污泥等固體雜質(zhì)排往污泥濃縮池再經(jīng)脫水后處理;清水則上升至頂部通過環(huán)形三角溢流堰自流至清水箱，在清水箱內(nèi)加入的HCl反應(yīng)，使出水pH值回調(diào)至6~9，進行回用或排放。

　　采用混凝沉淀過濾法進行脫酸廢水處理的項目有：

　　3、現(xiàn)階段廢水處理后的去向及存在問題

　　在現(xiàn)有的工程項目中，脫酸廢水經(jīng)混凝沉淀過濾處理后通?；赜弥翣t渣冷卻系統(tǒng)、煙氣半干法脫酸系統(tǒng)。由于脫酸廢水中含有大量的鹽分，回用至上述系統(tǒng)可能會帶來以下影響：

　　3.1 脫酸廢水回用至爐渣冷卻水系統(tǒng)帶來的影響

　　由于廢水中含有大量的鹽類物質(zhì)及氯離子，脫酸廢水回用于爐渣冷卻系統(tǒng)時，對撈渣機金屬設(shè)備產(chǎn)生較嚴(yán)重的鹽腐蝕，同時由于撈渣機的金屬部件均為磨損消耗件，因此在廢水對金屬的腐蝕與自身的機械磨損共同作用下，將導(dǎo)致設(shè)備部件磨損速率加快。

　　爐渣冷卻后一般是填埋或者資源化利用，如果是填埋，爐渣會攜帶一部分冷卻水至填埋場中，攜帶走的冷卻水中含有較高的鹽分，這部分鹽分會在填埋場內(nèi)以滲濾液的形式流出，進入滲濾液處理系統(tǒng)，鹽分對以生化處理工藝、膜處理工藝都有較為嚴(yán)重的影響;如果是資源化利用，比如爐渣制磚，爐渣制磚前都需要對爐渣進行淘洗，以洗去爐渣中的鹽分，因鹽分過高會影響磚的粘合，鹽分又轉(zhuǎn)移到洗渣水中，洗渣水仍舊要處理。

　　3.2 脫酸廢水回用至半干法脫酸系統(tǒng)帶來的影響

　　半干法脫酸工藝由生石灰儲存系統(tǒng)、石灰漿液制備系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)霧化脫酸反應(yīng)塔系統(tǒng)組成。脫酸廢水經(jīng)過處理后回用至石灰漿液制備系統(tǒng)(部分代替自來水)配置石灰漿液，帶來的影響主要有2點：

　　3.2.1 對旋轉(zhuǎn)霧化器的鹽腐蝕影響

　　旋轉(zhuǎn)霧化器是半干法脫酸工藝的關(guān)鍵設(shè)備，是盤式結(jié)構(gòu)的高速轉(zhuǎn)盤(轉(zhuǎn)速達13500rpm)，石灰漿液通過霧化器噴嘴高壓霧化噴出，形成粒徑50微米左右的微小霧滴。因脫酸廢水中含有大量的鹽分，在高溫?zé)煔獾淖饔孟?200℃左右)，石灰漿液攜帶的鹽分極易在霧化器噴嘴處析出晶體，導(dǎo)致噴嘴堵塞、腐蝕。

　　3.2.2 鹽分對脫酸反應(yīng)效率的影響

　　半干式反應(yīng)塔中石灰漿霧滴與煙氣中的HCl、SO2等酸性氣體進行接觸反應(yīng)，其反應(yīng)傳質(zhì)過程依次為：酸性氣體向霧滴表面的水膜遷移、水膜對酸性氣體的溶解形成液態(tài)酸、液態(tài)酸與霧滴中心的鈣質(zhì)反應(yīng)、生成CaCl等鹽類晶體。在整個反應(yīng)過程中決定反應(yīng)效率的眾多因素中包括：霧滴表面水膜對酸性氣體的溶解度(即遷移量)和霧滴的干燥時長，當(dāng)半干式反應(yīng)塔降溫水采用高濃度含鹽廢水時，石灰漿霧粒表面的水膜中含有較高的含鹽量，一方面增大了煙氣中酸性氣體向水膜遷移的阻力，同時降低了水膜對酸性氣體的溶解度，在同樣的煙氣停留時間及漿液當(dāng)量條件下，降低了脫酸效率。另一方面霧滴表面水膜含有高濃度鹽分時，在霧滴飛行干燥過程中，水膜中本身含有的鹽分隨水膜汽化而析出結(jié)晶，晶體會包裹附著于霧粒中心的鈣質(zhì)，從而阻礙或隔斷鈣質(zhì)與液態(tài)酸的反應(yīng)，最終使煙氣脫酸效率降低。

　　4、蒸發(fā)濃縮結(jié)晶技術(shù)在脫酸廢水零排放處理中的工程應(yīng)用

　　由于脫酸廢水中含有大量的鹽分，鹽分含量可以達到30000~50000mg/L，如果不對鹽分進行處理，將極大影響脫酸廢水的二次使用或者排放。混凝沉淀技術(shù)不能解決鹽分問題;膜分離技術(shù)只能實現(xiàn)部分水回用，同時會產(chǎn)生膜濃縮液，鹽分問題同樣得不到解決;只有蒸發(fā)濃縮結(jié)晶技術(shù)可以實現(xiàn)廢水中鹽分與水的分離，實現(xiàn)廢水零排放。

　　4.1 項目概況

　　深圳某電廠垃圾焚燒規(guī)模設(shè)計6*850噸/日，煙氣濕法脫酸廢水處理系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模為480m3/d，處理后的廢水達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB19923-2005)中敞開式循環(huán)水系統(tǒng)補水要求，回用至電廠循環(huán)水系統(tǒng)，結(jié)晶鹽：氯化鈉品質(zhì)達到《GB/T5462-2015工業(yè)氯化鈉》中的精制工業(yè)鹽中工業(yè)鹽二級標(biāo)準(zhǔn);硫酸鈉滿足《GB/T6009-2014工業(yè)無水硫酸鈉》中的二類合格品標(biāo)準(zhǔn)，資源化利用。

　　4.2 設(shè)計方案

　　該工藝可以分為預(yù)處理階段、蒸發(fā)濃縮分鹽階段，工藝流程如圖所示。

　　4.2.1 預(yù)處理階段

　　采用“兩級絮凝沉淀+石英砂過濾+活性炭過濾+離子交換+氧化”組合工藝，配套污泥處理系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)。

　　(1)煙氣脫酸廢水先進入脫酸廢水調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置曝氣裝置，用于氧化還原性物質(zhì)及水體攪動。

　　(2)調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水通過一級提升泵送入一級反應(yīng)器，一級反應(yīng)器內(nèi)加入氫氧化鈉、鎂劑、絮凝劑，與脫酸廢水中的鈣、鎂、硅酸鹽等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物，然后在一級澄清器進行沉淀分離，沉淀物排入污泥儲存池，上清液進入二級反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)進行處理。

　　(3)二級反應(yīng)器內(nèi)加入碳酸鈉、重金屬捕捉劑、絮凝劑，與脫酸廢水中的重金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成螯合物，然后在二級澄清器進行沉淀分離，沉淀物排入污泥儲存池，上清液加鹽酸調(diào)節(jié)pH后進入中間水池。

　　(4)脫酸廢水經(jīng)過兩級絮凝沉淀后，再依次進入石英砂過濾器、活性炭過濾器進行深度處理以保證出水水質(zhì)，最后進入清水池。

　　(5)一級澄清器、二級澄清器產(chǎn)生的污泥排入污泥儲存池，通過污泥輸送泵輸送至污泥處理車間進行處理，因此產(chǎn)生的清液返回脫酸廢水調(diào)節(jié)池。

　　(6)清水池的水通過泵提升進入離子交換樹脂系統(tǒng)，充分利用樹脂的吸附能力，將水中的鈣、鎂等結(jié)垢成分去除，降低水中硬度。

　　(7)離子交換樹脂系統(tǒng)出水設(shè)置氧化裝置，通過加入氧化劑去除水中的有機物，降低廢水色度。

　　4.2.2 蒸發(fā)濃縮結(jié)晶分鹽階段

　　根據(jù)NaCl和Na2SO4在水中不同溫度下的的溶解度的差異，控制析硝罐處于高溫段，并控制其中NaCl濃度不超過設(shè)定濃度，此時隨著蒸發(fā)進行Na2SO4將大量析出，結(jié)晶鹽分離后干燥包裝，為成品Na2SO4;析硝罐排出液送到低溫的析鹽罐，此時Na2SO4溶解度上升處于不飽和狀態(tài)，NaCl過飽和而析出，結(jié)晶鹽分離后干燥包裝，為成品NaCl;析鹽罐排出液再送回析硝罐升溫蒸發(fā)，此時Na2SO4又過飽和析出，而NaCl處于不飽和狀態(tài)，析出結(jié)晶鹽為Na2SO4。如此循環(huán)往復(fù)，使NaCl和Na2SO4得以分離。

　　4.2.2.1 廢水流程

　　經(jīng)過預(yù)處理、深度處理后的廢水泵入蒸發(fā)結(jié)晶裝置，流經(jīng)三級預(yù)熱器加熱后，依次流經(jīng)降膜蒸發(fā)器、硫酸鈉析鹽罐，蒸發(fā)、濃縮，在硫酸鈉析鹽罐內(nèi)硫酸鈉結(jié)晶析出，結(jié)晶體排出，同時廢水繼續(xù)流入后續(xù)工藝段(閃發(fā)罐、氯化鈉析鹽罐)，在氯化鈉析鹽罐內(nèi)，氯化鈉結(jié)晶析出，結(jié)晶體排出。

　　4.2.2.2 蒸汽系統(tǒng)

　　廠區(qū)蒸汽管網(wǎng)來的蒸汽，在蒸發(fā)系統(tǒng)啟動時一部分需要作為降膜蒸發(fā)器、強制循環(huán)蒸發(fā)器加熱室的熱源，另外一部分作為干燥器干燥鹽的熱源。正常運行后，降膜蒸發(fā)器、硫酸鈉析鹽罐可以通過產(chǎn)生的二次蒸汽利用壓縮機壓縮升溫后后重新返回蒸發(fā)器加熱室，滿足蒸發(fā)需要熱量的要求，不再需要管網(wǎng)供給蒸汽。降膜蒸發(fā)器、硫酸鈉析鹽罐蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的二次蒸汽，通過壓縮機壓縮后，進入其加熱室，與廢水換熱后冷凝，冷凝水流入冷凝水桶1，冷凝水桶出來的冷凝水一部分作為壓縮機蒸汽出口的減溫水，另外一部分再作為廢水預(yù)熱器的熱源與廢水換熱后進入流入至冷凝水桶2。

　　4.2.2.3 固體鹽系統(tǒng)

　　從硫酸鈉析鹽罐、氯化鈉析鹽罐排出的含水結(jié)晶鹽，依次經(jīng)過離心機脫水(濕鹽，含水約3%)、干燥進一步去除水分得到固體鹽產(chǎn)品(干鹽，含水<0.3%)。離心機甩后液分別返回至硫酸鈉析鹽罐、氯化鈉析鹽罐繼續(xù)蒸發(fā)濃縮，干燥后的鹽經(jīng)過裝袋、打包后，資源化利用。結(jié)晶鹽產(chǎn)量：硫酸鈉587kg/h，氯化鈉162kg/h。

　　4.2.3 主要設(shè)計參數(shù)

　　5、應(yīng)用前景

　　在解決城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來的“垃圾圍城”問題中，垃圾焚燒處理在我國垃圾無害化處理領(lǐng)域占據(jù)越來越重要的地位。伴隨著國家環(huán)保督察和監(jiān)管不斷升級，污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，國內(nèi)現(xiàn)代化的垃圾焚燒發(fā)電廠也將會要求做到潔凈排放。目前國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠脫酸廢水主要采用混凝沉淀處理后回用，因廢水中的鹽分未做去除，廠內(nèi)回用難度大，回用帶來的潛在隱患風(fēng)險也很大。

　　蒸發(fā)濃縮結(jié)晶分鹽技術(shù)能夠?qū)U水中的鹽分離出來，蒸發(fā)冷凝水達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB19923-2005)中敞開式循環(huán)水系統(tǒng)補水要求，分離出來的結(jié)晶鹽：氯化鈉品質(zhì)達到《GB/T5462-2015工業(yè)氯化鈉》中的精制工業(yè)鹽中工業(yè)鹽二級標(biāo)準(zhǔn);硫酸鈉滿足《GB/T6009-2014工業(yè)無水硫酸鈉》中的二類合格品標(biāo)準(zhǔn)，資源化利用，徹底解決脫酸廢水回用難度大、避免回用潛在隱患，使垃圾焚燒發(fā)電廠真正實現(xiàn)潔凈排放，對建設(shè)更加清潔、環(huán)保的生活垃圾焚燒發(fā)電廠提供了重要的技術(shù)支持，環(huán)境效益十分顯著。(來源：深圳能源資源綜合開發(fā)有限公司，中國城市建設(shè)研究院有限公司)