作為VOCs治理目標中的五大重(chóng)點行業之一,印刷工業一時間麵臨(lín)著前(qián)所未有的環(huán)保(bǎo)壓力。從源頭、過程控製到末端治理,如何開展VOCs治理、如何選擇治理設備,成為印刷企業關注的焦點。
從源頭上減少有(yǒu)機溶劑的使用量和排放量,減排(pái)潛力巨大,從長遠來(lái)講是實現行業VOCs減排的根(gēn)本途徑。但是現階段達不(bú)到完全從(cóng)源頭方麵來治理廢氣,針對以VOCs為原料的(de)生產過程環節和含VOCs產品的使用過程環節,隻(zhī)能采取廢氣收集措施(shī),提高廢氣收集效率,減少廢氣的無組織排放與逸散,這是進行後續治理的前提條(tiáo)件。在含VOCs 產品的生產過程和以VOCs為原料的生產過程中,VOCs排放不可避免,根據*現有法律及(jí)法規標準必須進行末端治理。
VOCs的產生
印刷是(shì)使(shǐ)用印版或其他方式將原稿上的圖文信息轉移到承印物上的工藝技術,按分(fèn)類主要包括出版物(wù)印刷、包裝物印刷和其他印刷品印刷,按承(chéng)載物分為紙及(jí)紙板印刷、金屬印刷、塑料印(yìn)刷等。
印刷(shuā)工(gōng)藝主要有平版印刷、凸版印刷(shuā)(如柔版印刷(shuā))、凹版印刷(shuā)和孔版印刷。不同印刷工藝的(de)VOCs來(lái)源和排放方式基本相同:VOCs來源於所使用的(de)油墨及稀(xī)釋劑(印刷(shuā)不透氣承(chéng)印物需(xū)添加稀釋劑,如金屬印刷、塑料印刷)、複合用膠粘(zhān)劑(僅限於部分存在複合工藝的印刷企業)及設備清洗劑,可能的排放途徑有油墨調配過程溶劑揮(huī)發、印刷過程油墨溶劑揮發、烘幹階段、複合過程及設備清洗過(guò)程等。
印刷(shuā)生產(chǎn)工(gōng)藝流程及主要VOCs產(chǎn)生環節如圖所(suǒ)示。
1. 平版印(yìn)刷工藝及VOCs排放
平版印刷(平印)又稱(chēng)為膠版印刷(膠印),其(qí)特征是印版的圖文著墨部(bù)分和空白部分幾乎在(zài)同一平麵上(shàng)。平版印刷企業所使用的油墨包括溶劑型油墨、植物大豆油墨、UV 固化油墨和水性油墨,其中(zhōng)溶劑型油墨揮發性有機化合物含量較高,是平版印刷(shuā)企業主要的VOCs排放源。此外,平版印刷在生產(chǎn)過程中所使用的有機溶劑型洗車水及潤版(bǎn)液等也是VOCs 排放源之(zhī)一。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排(pái)放
凸版(bǎn)印刷(凸印(yìn))的圖文部分(fèn)處於一個平麵,明顯高於空白部分,印版著墨(mò)時,油墨附著在印版(bǎn)的(de)凸起部分,並在壓力作(zuò)用下(xià)轉移到承印物上。傳統的凸版印刷采用銅鋅版,目前逐(zhú)漸被(bèi)柔版印刷(柔印)代替,采用軟(ruǎn)質的樹脂印版。
柔版(bǎn)印刷通常用於產品包裝印刷,對於色(sè)彩要求(qiú)不高的瓦楞(léng)紙包裝箱產品一般(bān)使用水性油墨(mò),幾(jǐ)乎不存在VOCs 排放(fàng);而(ér)對於色(sè)彩鮮豔(yàn)的薄膜製品則一般使用醇溶性油墨,印刷(shuā)過(guò)程(chéng)產(chǎn)生(shēng)VOCs 汙染。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放(fàng)
凹版印刷(凹印)的印版滾筒(tǒng)上空白(bái)部分高於印刷圖文部分,並且高低懸殊,空白部分處於同一平麵或同一(yī)曲麵上。印版上凹陷的圖文部分形成網穴容納油墨,通過滾筒壓印(yìn),使印版滾筒上的圖文印跡轉移到承印物表麵。
凹版印刷廣泛應用於包裝和特殊產(chǎn)品印刷(shuā)領域,適用於薄膜、複合材料及紙張等介質,通常使用低粘度、高VOCs 含量的油墨,印(yìn)製過程產生大量的VOCs,且成分複雜。
4. 孔版(bǎn)印刷工藝及VOCs排放
孔(kǒng)版印刷(也稱絲網(wǎng)印刷、絲印)是將真(zhēn)絲(sī)、尼龍或金屬絲編織成網,將其緊繃於(yú)網框上(shàng),采用手(shǒu)工刻膜或光化學製版(bǎn)的方法製成網版,網版上非圖文(wén)部分被塗布的感光塗層封住,隻(zhī)留下圖文部分的網孔可以透過油墨。印刷時,先在網版上塗墨,再用橡皮刮板在網版(bǎn)上輕刮,油墨透過網版,轉移(yí)到放置在網版(bǎn)下的承印材料上。
孔版印刷VOCs主要來源(yuán)於油墨及清洗劑(jì),使用溶劑(jì)型油墨時VOCs 排放濃度相(xiàng)對較高(gāo)。
5. 複合工藝及VOCs排放
複合工藝是指使用膠粘劑將不同的基材通過壓貼粘合形成二種(zhǒng)或多種材料(liào)的組合的一種印後加工方式,包含幹(gàn)式複合、濕式複合、擠出複合、熱熔複合等工藝,其中幹式複合工藝需(xū)要使用大量的膠粘劑和稀釋劑,VOCs 排放量較大,且成分單一。印刷工藝(yì)與含VOCs 原輔材(cái)料及VOCs 排放(fàng)特征(zhēng)見表所示。
VOCs的治理
由於VOCs廢氣成分及性質的複(fù)雜性和單一治理技術的局限性,在大多數情(qíng)況下,采用單一技術往往難以達到治理要求。利用不同治理技術的優勢,采用兩種或(huò)多種單一淨化(huà)技術的組合工藝受到了極大的重視,采用組合治理工藝不僅(jǐn)可以滿足排(pái)放要求,同時可以降低(dī)淨化設備的運行費用。
結合行業特點及對原輔材料的分析,我(wǒ)們發現,印刷工(gōng)業VOCs廢氣含有甲苯、乙酸乙酯(zhǐ)、甲乙酮、異丙醇( 乙醇), 排放強度高,而(ér)一般紙張印(yìn)刷排放強(qiáng)度低,但成分更為複雜。結合當下*常見的VOCs治理技術,以及(jí)地方政府要求涉氣企業在選擇治(zhì)理技術工藝是不能選(xuǎn)擇單一工藝等要求,基本都要(yào)求企業對(duì)於末端治(zhì)理效率(lǜ)需要達到80% 以上,傳統的治理工藝根本達不到(dào)此要(yào)求,隻能采取燃燒(shāo)法進行治理。但是直接燃燒法治理(lǐ)廢氣過程中,存在能耗大等問題,且廢氣濃(nóng)度不高的(de)情況(kuàng)下基本上無法燃燒,需要(yào)通過前期技術對廢氣濃度進行更改,通過物理的方式使廢氣濃度增加。
經過對印(yìn)刷企(qǐ)業(yè)的(de)調研以及結合印刷企業VOCs汙染實(shí)際情況(kuàng),在此(cǐ)重點介紹一下活性炭(tàn)濃縮催化燃燒技(jì)術。
活性炭吸附的實(shí)質是利用活性(xìng)炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中的有機(jī)溶劑吸(xī)附到活性炭中(zhōng)並濃縮(suō),經活性炭吸附淨化後的氣體直接排(pái)空,其實質是一個吸附濃縮的過程,並沒有把有機溶劑(jì)處理掉(diào)。這是一個物理過程(chéng)。
催(cuī)化燃燒(shāo)脫附(fù)的實質是利用催化燃燒的熱空(kōng)氣加熱活(huó)性炭中被(bèi)吸附的有(yǒu)機溶劑,使之達到溶劑(jì)的(de)沸點,使有機溶(róng)劑從活性炭中脫附(fù)出來,並且把高濃度的廢氣引入到催(cuī)化燃燒反應器中。在250℃的催化起燃溫度(dù)下,通過催化劑(jì)的作(zuò)用進行氧化反應,轉化為無害的水(shuǐ)和二氣化碳排(pái)入大氣。這是一個(gè)化學反應過程,並非明火的燃燒,且能徹底解決脫(tuō)附時的二次汙染。
活性炭吸附—催化燃(rán)燒脫附是把以上兩者的優點有效地結合起來。即:先利用活性炭進行吸附濃縮,當活性炭吸附達到(dào)飽和時,利用電加熱啟動催化燃燒設備,並利(lì)用熱空氣局部加熱活性炭吸附床,當催化燃燒反應床加熱到(dào)250℃,活性炭吸附床局(jú)部達到60 ~ 110℃時,從吸附床(chuáng)解吸(xī)出來的高濃度廢(fèi)氣就可以在催化反應床中進行氧化反應。反應(yīng)後的高溫氣體經換熱器換熱,換熱後的氣體一部分回用送入活性炭吸附床進(jìn)行(háng)脫附,另一部分排入大氣。脫附出來的廢氣經換熱器換熱後溫度迅(xùn)速提高,從而(ér)能使催化燃燒裝置及脫附達到小功率或無(wú)功率運行(háng)。
大多數印刷企業因設備較大、車間空(kōng)間較大等多方麵的原因導致收集過(guò)程中廢氣風量較(jiào)大,存在濃度低的特點,選(xuǎn)擇活性炭(tàn)濃縮(suō)催(cuī)化燃燒技術是較好的處理方式。其主要特點(diǎn)是:
1)催化燃燒*大的特點是高低中廢氣均可(kě)使用,廢氣濃度高的時候吸附脫附時間較短,就可以變成高(gāo)濃度廢氣;廢氣濃度低的時候吸附脫附時間長點,也進行了收集,等到(dào)達了一(yī)定濃度的時候脫附處理變成了(le)高濃度廢(fèi)氣再進行燃(rán)燒。由於原輔材料的變革較快,企業可以慢慢的從(cóng)源頭方麵逐步替代,不(bú)斷降低原輔(fǔ)材料的VOCs濃度(dù)。但是對於廢氣治理(lǐ)設(shè)備的處(chù)理效果來講(jiǎng)不會變,隻是(shì)減少了運行成本,設(shè)備不需要進行更換。
2)更符合(hé)“十四五”規劃中提到的碳中和,通過燃燒裝置(用時啟用,不用時停)既滿足治理目標也幫助(zhù)企(qǐ)業實現(xiàn)了(le)節能降耗。
3)活性炭濃縮催化燃燒技術成熟穩定,在(zài)2017 年開始已經通過4 年多的(de)市場運行,穩定性較好(hǎo)。通過前幾年的推廣使用,市場價格(gé)比較透明,整體造價較低。
4)技術在運行的過程所需要的運行成本較為簡單,主要(yào)是:吸附劑(活性炭(tàn))、催化劑、收集風機電能(néng)、燃燒風塔電能。這幾個方(fāng)麵企業可以根(gēn)據VOCs 濃度、生(shēng)產訂單等及時調整,無需專(zhuān)業人士進行改造。同時,活性炭(tàn)價格便宜(yí),生產廠家眾多,企業可以選擇自主(zhǔ)運維也可以選擇第(dì)三方運維。
VOCs 廢氣(qì)治理(lǐ)技術多種多樣,企業需要在技術上和經濟上進行綜合分(fèn)析後選擇(技術可行性、經濟合理性),通過汙染物成分的詳(xiáng)細檢測分析,根據必要的現場試驗(yàn)對有機(jī)物的回收價值、汙染物(wù)的(de)沸點、水溶性(xìng)的高低(dī)、可生物降解能力、廢氣的排放方式等進行專家“會(huì)診”,通過技術方案評審,選擇*合適的治(zhì)理方式。