作為VOCs治理目標中的五大重點行業之一,印刷工業一時間麵臨著前所未有的環保壓力。從源(yuán)頭(tóu)、過程控製(zhì)到末端治(zhì)理,如何開展VOCs治理、如何選擇(zé)治理設備,成為印(yìn)刷(shuā)企業關注的焦點(diǎn)。
從源頭上減少有機溶劑的使用量和排放量,減排潛力巨大,從長遠來講是實現行業VOCs減排(pái)的根本途徑。但是現階段達不(bú)到完全從源頭方麵來治理(lǐ)廢(fèi)氣,針(zhēn)對以VOCs為原料的生產過程(chéng)環節和含VOCs產品的使用過程環節,隻能采取廢氣收集措施(shī),提高廢(fèi)氣收集效率,減少廢氣的無組織排放(fàng)與逸散,這是(shì)進行後續治理(lǐ)的前提條件。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(miǎn),根據*現有法律(lǜ)及法規(guī)標準(zhǔn)必須進行末端治理。
VOCs的產生
印刷是使用印(yìn)版(bǎn)或其他方式將原稿上的圖文信息轉移到承印物(wù)上的工藝技術(shù),按分類主要包括出版物印刷、包裝物印刷和其他印刷品印刷(shuā),按承載物分為紙及紙板印刷、金屬印刷(shuā)、塑料印刷等。
印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷(如柔版印(yìn)刷)、凹版(bǎn)印刷和孔版印刷。不同印刷工藝的VOCs來源和排放方式基本相同:VOCs來源於所使(shǐ)用的油墨及(jí)稀釋劑(印刷不透氣承印物需添加稀釋(shì)劑,如金屬印(yìn)刷、塑料印刷)、複(fù)合用膠粘劑(僅限於部分存(cún)在(zài)複合工藝的印刷企業)及設備清(qīng)洗劑,可能的排放途(tú)徑有油墨調配過程溶劑揮發(fā)、印刷(shuā)過程油墨溶(róng)劑揮發、烘幹階段、複合過程及設備清洗過(guò)程等(děng)。
印刷生產工藝流程及主要VOCs產生環節如圖所示。
1. 平版印(yìn)刷工藝及(jí)VOCs排放
平版印刷(平印)又稱為膠(jiāo)版印刷(膠印),其(qí)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。平版印刷企業所使用的油墨(mò)包括溶劑型油(yóu)墨、植物大豆油(yóu)墨、UV 固化油墨和水性油(yóu)墨,其中溶劑型油墨揮發性(xìng)有機化合物含(hán)量(liàng)較高,是平版印刷企業主要的VOCs排放(fàng)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版液等也是(shì)VOCs 排放源之一。
2. 凸版印(yìn)刷工藝及VOCs排放
凸版印刷(凸印)的圖文部分處於一個平麵,明顯高於空白部分,印版著墨時,油墨附著(zhe)在印版的凸起部分,並在壓力作(zuò)用下轉(zhuǎn)移到承印物上。傳統的凸版印刷采(cǎi)用銅鋅版,目前逐漸被柔版印刷(柔印)代替,采用軟質的樹脂印版。
柔版印刷通(tōng)常用於產品包裝印刷,對於色彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產品一般使用水性油墨,幾乎不存在VOCs 排(pái)放;而(ér)對(duì)於色(sè)彩鮮豔的薄膜(mó)製品則一(yī)般使用醇溶性油墨,印刷過程產生VOCs 汙(wū)染。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放
凹版(bǎn)印刷(凹印(yìn))的印版滾(gǔn)筒上空白(bái)部分高於印刷圖(tú)文(wén)部分,並且高低懸殊,空白部分處於(yú)同一平麵或同一曲麵上。印版上凹陷的圖文部分形(xíng)成網穴容納油墨,通過滾筒壓印,使印版滾(gǔn)筒上的圖文印跡轉移到承印物表麵。
凹版印刷廣泛應用於(yú)包裝和特殊產品印刷領域,適用(yòng)於(yú)薄膜、複合材料及(jí)紙張等介質,通常使用低粘度、高VOCs 含(hán)量的油(yóu)墨,印製過程產生大量的VOCs,且成分複雜。
4. 孔版印刷(shuā)工藝及VOCs排放
孔版印刷(也稱絲網印刷、絲印)是將真(zhēn)絲、尼龍或金屬絲編織成網,將其緊繃於(yú)網框上,采用手工刻膜或光化學製版的方(fāng)法製成網版,網版上非圖文部分(fèn)被塗布的感光塗層封住,隻留下圖(tú)文部分的網孔可以透過油墨。印刷時,先在網版上塗墨,再用(yòng)橡皮刮板在網版上輕刮,油墨透過網版,轉移到放置在網版下的(de)承印材料上。
孔版印刷VOCs主要來源於油墨及(jí)清洗劑,使用溶劑型(xíng)油墨時VOCs 排放濃度相對較高。
5. 複合工藝及VOCs排放
複合工藝(yì)是指使用膠粘劑將不同的(de)基材通過壓貼粘合形成(chéng)二(èr)種或多種材料的組(zǔ)合的一種印後加工(gōng)方式(shì),包含幹式複合、濕式複合(hé)、擠出複合、熱熔複合(hé)等工藝(yì),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(liàng)較大,且成分單一(yī)。印刷工藝與含VOCs 原輔材(cái)料及VOCs 排放特征見表所示。
VOCs的治理
由於(yú)VOCs廢氣成分及性質的(de)複雜性和(hé)單一治(zhì)理技術的局限性,在大多數情況下,采用(yòng)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,采用兩種或多種單一淨化技術的組合工藝受到了(le)極大的重視,采用組合(hé)治理工藝不(bú)僅可以滿足排放要(yào)求,同時可以降低淨化設備的運行費用。
結合行業特(tè)點及對原輔材料的分析,我們發現,印刷工業VOCs廢氣含有甲苯、乙酸(suān)乙酯、甲乙酮、異丙醇( 乙醇), 排放強度高,而(ér)一(yī)般紙張(zhāng)印刷(shuā)排放強度低,但成分(fèn)更為(wéi)複雜。結合(hé)當下*常見的VOCs治理技術,以(yǐ)及地方政府要求涉氣(qì)企業在選擇治理技術工藝是不能選擇單一工藝等要求,基本都要(yào)求企業對於末端治理效率需要達到80% 以上,傳統的治理工藝根本達不到此要求,隻能(néng)采取燃燒法進行治理。但(dàn)是直(zhí)接燃燒法治理廢氣過(guò)程中,存在(zài)能耗大等問題,且廢氣濃度不高的情況下基本上無法燃燒,需要通過前期技術對廢氣濃(nóng)度(dù)進行(háng)更改,通過物理的方式(shì)使廢氣濃度增加(jiā)。
經過對(duì)印(yìn)刷企(qǐ)業的(de)調(diào)研(yán)以及結合印(yìn)刷企(qǐ)業VOCs汙染實際情況,在此重點介紹一(yī)下活性炭濃縮催化燃燒技術。
活性炭吸附(fù)的實質是利用活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中的有機溶劑吸附到(dào)活性炭中並(bìng)濃縮,經活性炭吸附淨化後的氣體直接排空,其實質是一(yī)個吸附濃縮的過程,並沒有(yǒu)把有機溶劑處理掉(diào)。這(zhè)是一個物理(lǐ)過程。
催化燃燒脫附的實質是利用催化燃燒的熱空氣加熱活(huó)性炭中被吸附的有機溶(róng)劑,使之達到溶劑的沸點(diǎn),使有機溶(róng)劑從活性炭中脫附出來,並且把高濃(nóng)度的廢氣(qì)引(yǐn)入(rù)到催化(huà)燃(rán)燒反應器中。在250℃的催化起燃溫度下,通過催化劑的作用(yòng)進行氧化(huà)反應,轉化為無害的水和二氣化碳排入大氣。這(zhè)是一(yī)個化學反應過程,並非明火的(de)燃(rán)燒,且能(néng)徹底解決脫附時的二(èr)次汙染。
活性炭吸附(fù)—催化燃(rán)燒脫附是把(bǎ)以上兩者的優點有效地結合起來。即:先利用活性炭進(jìn)行吸附濃(nóng)縮,當(dāng)活性炭吸附達到飽和時,利用電加熱啟動催化燃(rán)燒(shāo)設備,並利用熱空氣局部加熱活性炭吸附床,當催化燃燒反應床加(jiā)熱到(dào)250℃,活性(xìng)炭(tàn)吸附床局部達到60 ~ 110℃時,從(cóng)吸(xī)附床(chuáng)解吸出來(lái)的高濃度廢氣就可以在催化反應床中進行氧化反應。反應後的高溫氣體(tǐ)經換熱(rè)器換熱,換(huàn)熱後(hòu)的氣體(tǐ)一部分回(huí)用送入活(huó)性炭吸附床進行脫附,另一部分排入大氣。脫附出來的廢氣經換熱器換熱後(hòu)溫度(dù)迅速提高,從而(ér)能使催化燃燒裝置及脫附達到小功率或無功率運行。
大(dà)多數印刷企業因設備較大、車間空間(jiān)較大等多方麵的原因導致收集過程中廢氣風量較大,存在濃度低的特點(diǎn),選擇活性炭濃縮催化燃燒技術是較好的處理方式。其主要特點是:
1)催化燃燒(shāo)*大的特點是高低中廢氣均可使用,廢氣濃度高的時(shí)候吸附脫附時間較短,就可以變成高濃度廢氣;廢氣濃(nóng)度低的時(shí)候吸附脫附時間長點,也進(jìn)行了收集,等到達了一定濃度的時候脫附處理(lǐ)變成了高濃度(dù)廢氣再進行燃(rán)燒。由於原輔材料的變革較快,企業可以慢慢的從源頭方麵逐步替代(dài),不斷降(jiàng)低原輔(fǔ)材料的VOCs濃度。但是對於廢氣治理設(shè)備的處理(lǐ)效果來講不會變,隻是(shì)減(jiǎn)少了運行成本,設備不需要進行更換(huàn)。
2)更符合“十四五”規劃中提(tí)到的碳中(zhōng)和,通過燃燒裝置(用時啟用,不(bú)用時停)既滿足治理目標也幫助企業實現了節(jiē)能(néng)降(jiàng)耗。
3)活(huó)性炭濃縮催化燃(rán)燒技術成熟穩定,在2017 年開始(shǐ)已經通過4 年多的市場運行,穩定(dìng)性較好。通過(guò)前幾年的推廣使用,市場價格(gé)比較透明,整體造價較(jiào)低。
4)技術在(zài)運行的過程所(suǒ)需要的運行成本較為(wéi)簡單,主要是(shì):吸附劑(活性炭)、催化劑、收集風機電能、燃燒風塔電能。這幾(jǐ)個方麵企業可以根據VOCs 濃度、生產訂單等及時調整,無需專業人士進(jìn)行改造。同時,活性炭價格便宜,生產廠家眾多,企業可(kě)以選擇自(zì)主(zhǔ)運維(wéi)也可(kě)以選擇(zé)第三方運維。
VOCs 廢氣治理技術多種多樣(yàng),企業需(xū)要在技術上和經(jīng)濟上進行(háng)綜合分析後選擇(技術可行性、經濟合理(lǐ)性(xìng)),通過汙染物成分的詳(xiáng)細檢測(cè)分(fèn)析,根據必要的現場試驗對有機物的回收價值、汙染物的沸點、水溶性的高(gāo)低、可生物(wù)降解能力、廢氣的(de)排放方式等進行專家“會(huì)診”,通過技術方案(àn)評審,選擇*合適的治(zhì)理方式。