随着垃圾焚烧污染物排放标准的提高和民众对环境质量高标准的要求, 各地政府在筹划建设垃圾焚烧发电厂时, 已越来越关注污染物处置工艺的选择。越来越多的垃圾焚烧厂都明确规定全部或部分烟气排放指标必须满足标准《欧盟2010标准》 (2010/75/EU) , 排放标准见表1。传统的干法、半干法及组合烟气处理工艺已不能全面满足欧盟标准, 为满足日益严格的环境标准要求, 烟气湿法脱酸工艺逐渐成为国内垃圾焚烧发电项目烟气净化的主流趋势之一。由于该处理方法运行成本高, 并伴随二次污染物, 实际建成运行的案例仍非常少。

　　 烟气湿法脱酸工艺通常设置在袋式除尘器后、SCR脱氮系统前, 能进一步去除烟气中的酸性污染物。湿法脱酸工艺采用洗涤塔形式 (与燃煤发电厂石灰石-石膏法烟气脱硫工艺类似) , 烟气进入洗涤塔后与碱性溶液充分接触反应, 高效脱酸。

　　 洗涤塔由2部分组成, 洗涤塔下部喷淋洗涤, 洗涤塔上部进行的为减湿过程。在洗涤塔中, 喷淋的洗涤液为NaOH溶液, NaOH与烟气中的HCl、SO₂等发生化学反应生成盐, 洗涤液在达到设定盐浓度之前循环使用, 当洗涤液达到一定的盐浓度时, 排放出一部分洗涤液并补充新的NaOH溶液, 以NaCl、Na₂SO₄为主, 含少量的NaOH及其他物质, 此阶段排出的废水称为脱酸洗涤废水。废水的排放量主要依据洗涤液的含盐量作为参照, 设计中通常以3%含盐量作为排放控制指标, 也有将含盐量控制在5%～6%时再进行排放。处理工艺见图1。

　　 烟气在洗涤塔内逆向与喷淋洗涤碱液充分接触, 烟气中的HCl、SO₂、HF等酸性气体与洗涤液中的NaOH反应, 实现脱酸目的。此过程中, 主要存在以下2种化学反应如式 (1) 、式 (2) 所示。

　　 $2\text{S}\text{Ο}{}_2+4\text{Ν}\text{a}\text{Ο}\text{Η}+\text{Ο}{}_2\underset{}{\overset{}{=}}2\text{Ν}\text{a}{}_2\text{S}\text{Ο}{}_4+\text{Η}{}_2\text{Ο}(1)$

　　 $\text{Η}\text{C}\text{l}+\text{Ν}\text{a}\text{Ο}\text{Η}\underset{}{\overset{}{=}}\text{Ν}\text{a}\text{C}\text{l}+\text{Η}{}_2\text{Ο}(2)$

　　 从化学反应中可以看出, 洗涤液中存在的主要盐分为Na₂SO₄、NaCl, 此外烟气中携带的烟尘也会部分溶解在洗涤液中, 此Na₂SO₄、NaCl、烟尘盐构成了洗涤液的主要盐分。在当前工程项目中, 通常参照洗涤液中盐分含量来控制排放水量。我们调研了上海地区3个项目, 其废水排放数据如表2所示。

　　 根据烟气湿法脱酸化学反应原理可知, 洗涤废水中主要污染物有硫酸盐、亚硫酸盐、氯盐、氢氧化钠、烟尘 (包括重金属在内) 等。取上海地区垃圾焚烧发电厂烟气湿法脱酸废水进行了检测, 数据如表3所示。

　　 通过前文分析和水质检测数据, 我们可以发现垃圾焚烧发电厂的湿法脱酸废水具有如下特征:盐分高, 含有少量的重金属元素, 含少量悬浮固体, 有机物含量低。针对脱酸废水水质特征, 脱酸废水处理的重点应以分离盐分、实现回用为主要目的。目前, 在国内高含盐废水处理行业中, 热力法除盐、压力-膜法除盐比较常见, 工艺对比如表4所示。

　　 烟气湿法脱酸工艺在国内生活垃圾焚烧发电厂应用不多, 只有少数几个项目采用了烟气湿法脱酸工艺, 并配套建设了脱酸废水处理系统。根据调研情况, 目前国内脱酸废水处理有2种派别:一种是脱酸废水处理后达到地方污水排放标准后排入市政污水管网, 处理工艺为混凝沉淀过滤, 使用案例有上海老港、上海松江、上海奉贤、上海嘉定;另一种是脱酸废水处理后厂内回用, 不能外排, 处理工艺有混凝沉淀过滤+膜法处理、混凝沉淀过滤+蒸发结晶, 使用案例有宁波鄞州、广州增城、深圳东部, 具体如表5所示。

　　 根据调研资料, 上海老港、天马、奉贤烟气湿法脱酸废水处理系统都是采用的两级混凝沉淀+两级过滤组合工艺, 如图2所示。

　　 以上海老港为例, 该项目脱酸废水处理系统运行参数如下:产生污泥10～20 kg/m³ (含水率99%) , 污泥脱水后作为危废处理;电耗3～4 kW·h/m³;药剂消耗见表6;处理后的水达到《上海市地方污水综合排放标准》 (DB 31/199-2009) 后排入市政污水管网。

　　 根据调研, 宁波鄞州、广州增城、深圳东部因脱酸废水处理后不能外排, 脱酸废水经过混凝沉淀过滤预处理后, 都增加了工艺对脱酸废水进行深度处理, 不同的是宁波鄞州、广州增城选用膜处理工艺, 深圳东部选用蒸发结晶工艺, 具体工艺流程如图3、图4所示。膜处理工艺必然要产生膜浓缩液, 膜浓缩液处理是一个难题;相比之下, 深圳东部选用蒸发结晶技术作为深度处理工艺, 可以实现脱酸废水盐分与水的分离, 蒸汽冷凝水可以达到《城市污水再生利用 工业用水水质》 (GB/T 19923-2005) 循环水补充水水质的要求, 蒸发产生的氯化钠满足《工业氯化钠》 (GB/T 5462-2015) 中的日晒工业盐二级标准, 无水硫酸钠满足《工业无水硫酸钠》 (GB/T 6009-2014) 中的二类合格品标准, 实现脱酸废水资源化无害化处理, 避免膜法处理产生的浓缩液处理难题。

　　 (1) 垃圾焚烧发电厂烟气湿法脱酸废水具有盐分高、含有重金属、含有机物等特征。

　　 (2) 根据脱酸废水水质特征, 可以选择化学沉淀法、膜分离法、蒸发结晶法等技术来处理脱酸废水。各个垃圾焚烧发电厂项目应结合各自实际情况 (如环评批复要求、水平衡等) , 选择适合自己的脱酸废水处理工艺组合。

　　 (3) 从脱酸废水处理实际工程看, 因脱酸废水含盐量高, 化学沉淀法只能简单去除废水中部分重金属离子、悬浮物, 对盐分去除效果不明显, 脱酸废水经化学沉淀处理后也无法回用, 基本只能外排污水管网, 随着国家环保标准提高, 今后废水中盐分也必然要考虑处理;膜分离法处理脱酸废水, 可以实现部分回用, 但面临浓缩液处理的难题, 在垃圾焚烧发电厂内, 膜浓缩液因含大量的盐分, 厂内消化处理难度很大, 实际上都稀释处理用于烟气处理系统石灰制浆过程或者炉渣冷却中, 但也带来设备盐腐蚀问题, 乃至影响生产系统的稳定性;蒸发结晶法虽然投资大, 运行能耗较高, 但是蒸发结晶可以彻底实现废水中盐分与水的分离, 蒸发产生的蒸汽冷凝水可以达到《城市污水再生利用 工业用水水质》中敞开式循环冷却水系统补充水要求, 蒸发结晶出的盐经过脱水、干燥后可以达到工业盐标准, 可以用于印染、造纸、炼钢等行业, 实现盐的资源化利用。

　　 (4) 在环保标准日趋严格的情况下, 蒸发结晶技术因其可以实现废水中盐分与水的彻底分离, 除盐后的水循环利用, 分离出来的盐资源化利用, 在垃圾焚烧发电厂烟气脱酸废水处理中有着很好的应用前景。