作為VOCs治理目標中的(de)五(wǔ)大重點行業之一,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(wéi)印刷企業關注的焦點。
從源頭上減少有機溶劑的使(shǐ)用量和排放量,減排潛力巨(jù)大,從長遠來講是實現行業VOCs減排的根本途徑(jìng)。但是現階段達不到完(wán)全從源頭方麵來治理廢氣,針對以VOCs為原料(liào)的生產過程環節(jiē)和(hé)含(hán)VOCs產品的使用過(guò)程(chéng)環節,隻能采取廢氣收集措施(shī),提高廢(fèi)氣收集效率,減少廢氣的無組(zǔ)織排放與逸散,這是進行後續治理的(de)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(fǎ)律及法規標準必須進行末(mò)端治理。
VOCs的產生
印刷是使用印版或其他方式將原稿(gǎo)上的圖文信息轉移到承印物上的工藝技術,按分類主(zhǔ)要包括出版物印刷、包裝物印刷和其他印刷品印刷,按承載物分(fèn)為紙及紙板印(yìn)刷、金屬印刷、塑料印刷(shuā)等(děng)。
印刷(shuā)工藝(yì)主要有平版印刷、凸版印刷(如柔(róu)版印刷)、凹(āo)版(bǎn)印(yìn)刷(shuā)和孔版印刷(shuā)。不同印刷工藝的VOCs來源和排放方式基本(běn)相同:VOCs來源於所使用的油墨及稀釋劑(印刷不透氣承印物需添加稀釋劑,如金屬印刷、塑料印刷)、複合(hé)用膠粘劑(僅限於部分(fèn)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發、印刷過程油墨溶(róng)劑揮發、烘(hōng)幹(gàn)階段、複合過程及設備清洗過程等。
印刷生產工藝流程及主要VOCs產生環節如圖所示。
1. 平版印刷(shuā)工(gōng)藝及VOCs排放(fàng)
平版印刷(平印)又稱為膠版印刷(shuā)(膠印),其特征是印版的圖文著墨部分和空白部分幾乎在同一平麵上。平版印刷企業(yè)所使用的油(yóu)墨包括溶劑型油墨(mò)、植物大豆油墨、UV 固化油墨和水性油墨,其中溶劑型油墨揮發性有機化合物含量(liàng)較高,是平版(bǎn)印刷企業主要的VOCs排放源。此外,平版印刷在生產過程中所使用的有機溶劑型洗車水及潤(rùn)版液等也是VOCs 排放源之一。
2. 凸(tū)版印刷工藝及VOCs排放
凸版印刷(凸印)的圖文部分(fèn)處於一個平麵,明顯高於空白部分,印版著墨時,油墨附(fù)著在印版的凸起部分,並在(zài)壓力作用下轉移(yí)到承印物上。傳(chuán)統的凸版印刷采用銅鋅版,目(mù)前逐漸被柔版印刷(柔印)代替,采用軟質的樹脂(zhī)印版。
柔(róu)版印刷通(tōng)常用(yòng)於產品包裝印刷,對於色彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產品一般(bān)使用水性(xìng)油(yóu)墨,幾乎不存在VOCs 排放(fàng);而對於色彩鮮豔的薄膜製品則一般使用醇溶性油墨,印刷過程產生VOCs 汙染。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放
凹版印刷(凹印)的印版滾(gǔn)筒上空白(bái)部分高於印刷(shuā)圖(tú)文部分,並且高低懸殊,空白部分處於同一(yī)平麵或同一(yī)曲麵上(shàng)。印版上(shàng)凹陷的圖文部分形成網穴容納油墨,通過滾筒壓印,使印版滾筒上的圖文(wén)印跡轉移到(dào)承(chéng)印物表麵。
凹版印刷廣泛應用於包裝和特殊產品印刷領域,適用於薄膜、複合材料及(jí)紙張等(děng)介質,通常使用低粘度、高VOCs 含量的油墨,印製過程產生大量的VOCs,且(qiě)成(chéng)分複雜。
4. 孔版印刷工藝及(jí)VOCs排放
孔版(bǎn)印刷(也(yě)稱絲網印(yìn)刷、絲印(yìn))是將真絲、尼龍或金屬絲編織成網,將其緊繃於網框上,采用手工刻膜或光化學製版的方法製成(chéng)網版,網版上(shàng)非圖文部分被塗布的感光塗層(céng)封住,隻留下圖文部分的網孔可以透過油墨。印刷(shuā)時,先在網(wǎng)版上塗墨,再用橡皮刮(guā)板在網版(bǎn)上輕刮,油墨透過網版,轉移到放置在網版下的承(chéng)印材料上。
孔版印刷VOCs主要來(lái)源於油墨及清(qīng)洗劑,使用溶劑型油墨時VOCs 排放濃度相對(duì)較高。
5. 複合工藝(yì)及VOCs排放
複合工藝是指使用膠粘劑將不同的基材通過(guò)壓(yā)貼粘合形成二種(zhǒng)或多(duō)種材料的組合的一種印後加工(gōng)方式,包含幹式(shì)複合、濕式複合、擠出複合、熱熔複合(hé)等工藝,其中幹式複合工藝需要使用大量的膠粘劑和稀釋劑,VOCs 排放量較大,且成分單一。印刷工藝與含VOCs 原輔材料(liào)及VOCs 排放(fàng)特征見表(biǎo)所示。
VOCs的治理
由於VOCs廢氣(qì)成分及性(xìng)質的複(fù)雜(zá)性和單一治理技術(shù)的局限性,在大多數情況下,采(cǎi)用單一技術往往難以達(dá)到治理要求。利用不同治理技術的(de)優勢(shì),采用兩種或多種(zhǒng)單一淨化技術的組合工藝受到(dào)了極大的重視,采(cǎi)用組合治理(lǐ)工藝不僅可以滿(mǎn)足排放要求,同時可以降低淨化設備的(de)運行費用(yòng)。
結合行業特(tè)點及對原輔材料的分析,我們發現,印刷工業(yè)VOCs廢氣含有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、異丙醇( 乙醇), 排放強度高,而一(yī)般紙張印刷(shuā)排放強度低,但成分更為複雜。結(jié)合當下*常見的VOCs治理技術,以及地方政府要求涉氣企業在選擇治理技術工藝是不能選(xuǎn)擇單一工藝等要求,基(jī)本都要求企(qǐ)業對(duì)於末端治理效(xiào)率需要達到80% 以上,傳統的治理工藝根本達不到此要求,隻能采取燃燒(shāo)法進行(háng)治(zhì)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(fèi)氣濃度不高的情況(kuàng)下基本(běn)上無法燃燒,需要通過前期技術對(duì)廢氣濃度進(jìn)行更改,通(tōng)過(guò)物理的方式使(shǐ)廢氣(qì)濃度增(zēng)加。
經過對印刷企業的調(diào)研以及結合印(yìn)刷企業VOCs汙染實際情(qíng)況,在此重點介紹一下(xià)活性炭濃縮催化(huà)燃燒技術(shù)。
活性炭吸附的實質是利用活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中(zhōng)的有機溶(róng)劑(jì)吸(xī)附到活性炭中並濃縮(suō),經活性炭吸(xī)附淨化後(hòu)的氣體直接排空,其實質是一個(gè)吸附濃縮(suō)的(de)過程,並沒有把有機溶劑處理掉。這是(shì)一個物(wù)理過程。
催化燃燒脫附的實質是利用催化燃燒的熱(rè)空氣加熱活性炭中被吸附的有機溶劑,使之達到溶劑(jì)的沸點,使(shǐ)有機溶劑從活性炭中脫附出來,並且把高濃度的(de)廢氣引入到催化燃燒反應器(qì)中。在250℃的催化起燃(rán)溫度下,通過催化劑的作用進行氧化反應,轉化為無(wú)害的水和二氣化(huà)碳排入大氣。這(zhè)是一個化學反應過程,並非明火的燃燒,且能徹底解決脫附時的二次汙染。
活性炭吸(xī)附—催化燃燒脫附(fù)是把以上兩(liǎng)者的(de)優點有效地結合起來。即:先利(lì)用活性炭進行吸附濃縮,當活性炭吸附達到飽和時,利用(yòng)電加熱啟動催化燃燒(shāo)設備,並(bìng)利用熱空氣局部加熱活性炭吸附床,當催化燃燒反(fǎn)應床加熱到250℃,活性炭吸附床局部達到60 ~ 110℃時,從吸附床解吸出(chū)來的高(gāo)濃度廢氣就(jiù)可以在催化(huà)反應床中進行氧化反應。反應後的高溫氣(qì)體經換(huàn)熱器換熱,換熱後的氣體一部分回用送入活性炭吸附床進行脫附,另一部分排入大氣。脫附出來的(de)廢氣經換熱器換熱後溫(wēn)度迅速提高,從而能使催化燃燒裝置及脫附達(dá)到小功率或無功(gōng)率運行。
大多數印刷企(qǐ)業因設備較大、車間空(kōng)間(jiān)較大等多方麵(miàn)的原因導致收集過程中廢(fèi)氣風量較大,存在濃度低的特(tè)點,選擇活性炭(tàn)濃縮催化燃燒技術是較好的處理方式。其主要特點是:
1)催化(huà)燃燒*大的(de)特點是高低中(zhōng)廢氣均可使用,廢氣濃度高的時候吸附脫附時間較短,就可(kě)以變成高濃度廢氣;廢氣濃(nóng)度低的時候吸(xī)附脫附時間長點,也進行了收(shōu)集,等到達了一定濃度的時候脫附處理變成了高濃度(dù)廢氣(qì)再進行燃(rán)燒。由於原輔材料的變革較快(kuài),企(qǐ)業可以慢慢的從源頭方麵逐步替代,不斷降低(dī)原(yuán)輔材料的VOCs濃度。但是對於廢氣治理設備的處理(lǐ)效果來講不會變,隻是減少了運行成本,設備不需要進行更換。
2)更符合“十四五”規劃中提(tí)到(dào)的碳中和,通過燃燒裝置(用時啟用,不用時停)既滿足治理(lǐ)目標也幫助企業實現了節能降耗。
3)活性炭濃縮催化燃燒技術成熟(shú)穩定,在(zài)2017 年開始已經通過4 年多的市場運行,穩定性較好。通過前幾年的推(tuī)廣使用,市場價格比較透(tòu)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(zhǔ)要是:吸(xī)附(fù)劑(活(huó)性炭)、催化劑、收集風機電能、燃(rán)燒風塔電能。這幾個方麵企業可以根據VOCs 濃(nóng)度、生產訂單等及時調整,無需專業人士進行改造。同時,活性(xìng)炭價格便宜,生產(chǎn)廠家(jiā)眾(zhòng)多,企業可(kě)以選擇自主運維也可以選擇第三方(fāng)運維。
VOCs 廢氣(qì)治(zhì)理技術多種多樣,企業(yè)需要在技術上和經濟上進行綜合分析後選擇(zé)(技術可行性、經濟合理性(xìng)),通(tōng)過汙染物成分的(de)詳細檢測分析,根據必要的現場(chǎng)試(shì)驗對有機物的回收(shōu)價值、汙染物(wù)的沸點、水溶性的高低、可生物降解能力、廢氣的排放方(fāng)式(shì)等(děng)進行專家“會診”,通(tōng)過技術方案評審,選擇*合適的治理方式。