作為VOCs治理目標中(zhōng)的五大重點行業之一(yī),印刷工業一時間麵臨著前所未有的(de)環保壓力。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,成為印刷企業關注(zhù)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(yuǎn)來講是實(shí)現行業VOCs減排的根本途徑(jìng)。但是現階段達不到完全從源頭方麵來治理廢氣,針對以VOCs為原料(liào)的生產過程(chéng)環節和含(hán)VOCs產品的使用過程環節(jiē),隻能采取廢氣收集措施,提(tí)高廢氣收集效率,減少廢氣的無組織排放(fàng)與逸散,這是進(jìn)行後續治理的前提條件。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(bì)免,根據*現有法律及法規(guī)標準必(bì)須進行末端治理。
VOCs的產生
印刷是使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,按分類主要包(bāo)括出版物印刷(shuā)、包裝物印刷和其他(tā)印刷品印刷(shuā),按承載物分為紙及紙板(bǎn)印刷、金屬印刷、塑料(liào)印刷等。
印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷(如柔版印刷)、凹版印刷(shuā)和孔版印刷。不同印刷(shuā)工藝的VOCs來源和排放方式基本相(xiàng)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(fù)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(bèi)清洗劑,可能的排放途徑有油墨(mò)調配過程溶劑揮(huī)發、印刷(shuā)過程油(yóu)墨溶劑揮發、烘幹(gàn)階段、複合過程及(jí)設備清洗過程等。
印刷(shuā)生產工藝流程及主要VOCs產生環節如圖所示。
1. 平(píng)版印刷工藝及VOCs排(pái)放
平版印刷(平印)又(yòu)稱為膠版印刷(膠(jiāo)印),其特征是印(yìn)版的圖(tú)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,其中溶劑(jì)型油墨揮發性(xìng)有(yǒu)機化合物含量較高,是平版(bǎn)印刷(shuā)企業主要的VOCs排放源。此外,平版印刷在(zài)生產過程中所使用的有機溶劑型洗車水及潤版液等(děng)也是VOCs 排放源之一。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排(pái)放(fàng)
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,油墨附著在印版的凸起部分(fèn),並在壓力作用下轉移(yí)到承印物上。傳統的凸版印刷(shuā)采用銅(tóng)鋅版,目(mù)前逐漸被柔版印刷(柔印)代替,采用軟質的樹脂印(yìn)版。
柔版印刷(shuā)通常用於產(chǎn)品包(bāo)裝印刷,對於色(sè)彩要求不(bú)高的瓦(wǎ)楞(léng)紙(zhǐ)包裝箱產品一般使用水性油墨,幾乎不存在VOCs 排放;而對於色彩鮮豔的(de)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(bǎn)印(yìn)刷(凹印)的印版滾筒上空(kōng)白部分高於印刷圖文部分,並且高低懸殊,空白(bái)部分處於同一平麵或(huò)同一曲(qǔ)麵上。印版上凹陷的圖文部(bù)分形成網穴容納油墨,通過滾筒壓印,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(zhuāng)和特殊產品印刷領域,適用於薄膜、複合材料(liào)及紙張等介質,通常使用(yòng)低粘度、高VOCs 含量的油墨,印製過程產生大量的VOCs,且成(chéng)分複雜。
4. 孔(kǒng)版印刷工藝及VOCs排放
孔版印刷(也稱(chēng)絲網印刷、絲(sī)印)是將(jiāng)真絲、尼龍或金屬絲編織成網,將其(qí)緊繃於網(wǎng)框(kuàng)上,采用手工刻膜或光化學製版的方法製成網版(bǎn),網版上非圖文部分被塗布的感光塗層封住,隻留下(xià)圖文部分的網孔可以透(tòu)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,轉移到放置在網版下的承印材料上。
孔版印刷VOCs主要來(lái)源於油墨及清洗劑,使用溶劑型油墨時VOCs 排放(fàng)濃度相對較高。
5. 複合工藝及VOCs排放
複合工藝(yì)是指(zhǐ)使用膠粘劑(jì)將不同的基(jī)材通(tōng)過壓貼粘合形成二種(zhǒng)或多種(zhǒng)材料的組合的一種印後加工方式,包含幹式複合、濕式複合、擠出複合(hé)、熱熔(róng)複合等工藝,其中幹式複合工(gōng)藝需要(yào)使用大量的膠粘劑和稀釋(shì)劑,VOCs 排(pái)放量較大,且成分單一。印刷工藝與含VOCs 原輔材料及VOCs 排放(fàng)特征見表所示。
VOCs的治理
由於VOCs廢氣成分及性質的複雜性和單一治理技術的局限性,在大多數情況下,采用單一技術往往難以達到治(zhì)理要求。利用不同治理技術的優勢,采用兩種或(huò)多種單一淨化技術的(de)組合工藝受到了極大的重視,采用組合治理工藝不僅可以滿足排(pái)放要求,同時可以(yǐ)降低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(fā)現,印刷工業VOCs廢氣含有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、異丙醇( 乙醇), 排放強度高,而一般紙張印(yìn)刷排放強度低,但成分更為複雜。結合當下*常見(jiàn)的VOCs治理技(jì)術,以及地方政府要求(qiú)涉氣(qì)企業在(zài)選擇治理技術工藝是不(bú)能選擇(zé)單一(yī)工藝等要求,基本都要求企業對於末端治理效率需要達到80% 以上,傳統的治(zhì)理(lǐ)工藝根本達不到此要求,隻(zhī)能采取燃燒法進行治理。但是直接燃燒法治理廢氣過程中,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度進行更改,通過物(wù)理的方式使(shǐ)廢氣濃度(dù)增加。
經過對印刷企業的調研以及結合印刷企(qǐ)業VOCs汙(wū)染實際情況,在此(cǐ)重點介紹一下活性炭濃縮催化燃燒技術(shù)。
活性(xìng)炭吸附的實質是利用活性炭吸附的特(tè)性(xìng)把低濃度大風量廢氣中的有機溶劑吸附到活性炭中並濃縮,經活性炭吸附淨化後的氣體直接排空,其實質是一個吸附濃縮的過程(chéng),並沒有把有機溶劑處理掉(diào)。這(zhè)是一個物理過程。
催化燃燒脫附的實質(zhì)是利用催化燃燒的熱空氣加熱活性(xìng)炭中被吸附的有機溶(róng)劑,使之達到(dào)溶劑的沸點,使有機溶劑從(cóng)活性炭中脫(tuō)附出來,並且把高濃度的廢氣引入到催化燃燒反應器中。在250℃的催化起燃溫度下,通過催(cuī)化劑的作用進行氧化反應,轉化為(wéi)無害的水和二氣化碳排入(rù)大氣。這是一個化學反應過程,並(bìng)非明火的(de)燃燒,且能徹底解決脫附時的二次汙染。
活性炭吸附—催化燃燒脫附是(shì)把以上兩者的優點有效地結合起來。即:先利用活性(xìng)炭進行吸附濃縮,當活性(xìng)炭吸附達到飽和(hé)時,利(lì)用電(diàn)加熱啟動催(cuī)化燃燒設備,並利用(yòng)熱空氣局部加熱活性炭(tàn)吸(xī)附床,當(dāng)催化燃燒(shāo)反應床加熱到250℃,活性炭吸附床局部達到60 ~ 110℃時(shí),從吸(xī)附(fù)床解吸出來的高濃度廢氣(qì)就可以在催化反(fǎn)應(yīng)床中進行氧化反應。反(fǎn)應後的(de)高溫氣體經換熱器換熱(rè),換熱後的氣體一部分回用送入活性炭吸(xī)附床進行脫附(fù),另(lìng)一部(bù)分排入大氣。脫附出來的廢氣經換熱器換熱後溫度(dù)迅速(sù)提高,從而能使催化燃燒裝置及脫附達到小功率(lǜ)或無功率運行。
大多數印刷企(qǐ)業因設備較大、車間空間較大(dà)等多方麵的原因導致收集過程中廢氣風量較大,存在濃度(dù)低的特點,選擇活(huó)性炭濃縮(suō)催化燃燒技術是較好(hǎo)的處理方式(shì)。其主要特點是(shì):
1)催化燃燒*大的特點是高低中廢氣均可使用,廢氣濃度高的時候吸附脫附時間(jiān)較(jiào)短,就可以變(biàn)成高濃(nóng)度廢氣;廢氣濃度低的時候吸附脫附時間長點,也進(jìn)行了(le)收集,等到達了一定濃度的時候脫附處理變成了高(gāo)濃度廢氣再進行燃燒。由於原輔材料(liào)的變革較快,企業可以慢慢的從源(yuán)頭方麵逐步替代,不斷降低原(yuán)輔(fǔ)材料的VOCs濃度。但是對於廢氣治理設備的處理效果(guǒ)來講不會變,隻是減少了運行成本,設備不需要進行更換(huàn)。
2)更符合“十四五”規劃中提到的碳中和,通過燃燒裝置(用(yòng)時啟用,不用時(shí)停)既滿足治理目標也(yě)幫助企(qǐ)業實(shí)現了(le)節能降耗。
3)活性炭濃縮催化燃燒技術成熟穩定(dìng),在2017 年開始已經(jīng)通過4 年多的市場運行,穩定性較好。通過前幾年的推廣使用,市場價格比較透明,整體造(zào)價較低。
4)技術在運行的過程所需要的運行成本(běn)較為簡單,主要是:吸附劑(活性炭)、催化劑、收集風機電能、燃燒風塔電能。這幾個方麵企業可以根據VOCs 濃度、生(shēng)產訂單(dān)等及時調整,無需(xū)專業人士進行改造(zào)。同時,活性炭價格便宜,生產廠家眾多,企業可(kě)以選(xuǎn)擇自主(zhǔ)運維也可以選擇第三方運(yùn)維。
VOCs 廢氣治(zhì)理技術多種多樣,企業需要(yào)在技術上和(hé)經濟上進行綜合分析後(hòu)選擇(技術可(kě)行(háng)性、經濟合理性),通過汙染物成分的詳細檢測分析,根據必要(yào)的現場試驗對有機物的(de)回收(shōu)價值、汙染物的(de)沸點、水溶性的高低、可生物降解能力、廢氣的排放方式等進行專家“會診”,通過技術方案評審,選(xuǎn)擇*合適的治理方式。