作為VOCs治理目(mù)標中的五(wǔ)大重點行業之一,印刷工業一時間麵臨著(zhe)前所(suǒ)未有的環保壓(yā)力。從源頭、過程控製到(dào)末端治理,如(rú)何開展VOCs治(zhì)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(jiǎn)少有機溶劑的使(shǐ)用量和排放量(liàng),減(jiǎn)排潛力巨大,從長(zhǎng)遠來講是實現行業VOCs減排的根本途徑。但是現階段達不到完全從源頭方麵來治理廢氣,針對以VOCs為原料的生產過程環節和含VOCs產品的使用(yòng)過程環節,隻能(néng)采取廢氣收集措施,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件。在含VOCs 產品的生產過程和以VOCs為原料的生產過(guò)程中,VOCs排放不可避(bì)免,根據*現有法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上的圖文信息轉移到承印物上的工藝技術,按分類主要包括出版物印刷、包裝物印刷(shuā)和(hé)其他印(yìn)刷品印刷,按承載物(wù)分為紙及紙(zhǐ)板印刷、金(jīn)屬印刷、塑料印刷等(děng)。
印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷(如柔版印刷)、凹版印刷和孔版印刷。不同印刷工藝的(de)VOCs來源和(hé)排放方式基本相同:VOCs來源於所使用的油墨及稀釋劑(印刷不透氣承(chéng)印(yìn)物需添加稀釋劑,如金屬(shǔ)印刷、塑料(liào)印刷)、複(fù)合用膠粘劑(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(pèi)過程溶劑揮發、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。
印刷生產工藝流程及主要VOCs產生(shēng)環節如圖所示。
1. 平版印刷工藝及VOCs排放
平版印(yìn)刷(平印)又稱為膠版印刷(膠印(yìn)),其(qí)特征是印版的圖文著墨部分(fèn)和空白部分幾乎在同一平(píng)麵上。平版印(yìn)刷企業所使用的油墨包括溶劑型油墨、植物大豆(dòu)油墨、UV 固化油墨和水性油墨(mò),其中溶(róng)劑型油墨(mò)揮發性有機化合(hé)物(wù)含量較高,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(jí)潤版液等也是VOCs 排放源(yuán)之一(yī)。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排放
凸(tū)版印刷(凸印)的圖文部(bù)分處於一個平麵(miàn),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(zuò)用下轉移到承印物(wù)上(shàng)。傳統的凸版印刷(shuā)采用銅(tóng)鋅版,目前逐(zhú)漸被柔版印刷(柔印)代(dài)替,采用軟質的樹(shù)脂印版。
柔版(bǎn)印(yìn)刷通常用於產品包裝印刷(shuā),對於色(sè)彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產品一般(bān)使用水(shuǐ)性油(yóu)墨,幾乎不存在VOCs 排放;而對於色彩鮮豔的薄膜製品則一般使用醇溶性油墨(mò),印(yìn)刷過程(chéng)產生VOCs 汙染。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放
凹版印刷(凹印)的印版滾筒上空白部(bù)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(yā)印,使印版滾(gǔn)筒上的圖文印(yìn)跡轉移到承印物表麵。
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、複合材料及紙張等介質(zhì),通常使用低粘度、高VOCs 含量的油墨,印製過程產生大量的VOCs,且成分複雜。
4. 孔版印刷工藝(yì)及VOCs排放
孔(kǒng)版印刷(也稱絲網印刷、絲印)是將真絲、尼龍或金(jīn)屬絲編織成網,將其緊繃於網(wǎng)框上,采用手工刻膜或光化學製版的方法(fǎ)製成網版,網(wǎng)版上非圖文部分被塗布的感光塗層封住,隻留下圖文部分(fèn)的網孔可以透過油(yóu)墨。印刷時,先在網版上塗墨,再用橡皮刮板在網版上輕刮,油墨透過網版,轉移(yí)到放置在網版(bǎn)下的承(chéng)印(yìn)材(cái)料上。
孔版(bǎn)印刷VOCs主要來源於油墨及清洗劑,使用溶劑型油墨時(shí)VOCs 排放濃度相對較高。
5. 複(fù)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或多種材料的(de)組合的(de)一種印後加工方式,包含幹式複合、濕(shī)式複合、擠出複合、熱熔複(fù)合等工(gōng)藝,其中幹式(shì)複合工藝需要(yào)使用(yòng)大量的膠粘劑(jì)和稀釋(shì)劑,VOCs 排放量較大,且成分單一。印刷工藝與含VOCs 原輔材料及VOCs 排放特征見表所示。
VOCs的治理
由於(yú)VOCs廢氣成分及性質的複雜性和單一治理技術(shù)的局限(xiàn)性,在大(dà)多數(shù)情況下,采用單一技術往往難以達到治理要求。利用不同治(zhì)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極大的重視,采用組(zǔ)合治理工(gōng)藝不僅可以滿(mǎn)足排放要求,同時可以降低淨化(huà)設備的運行費(fèi)用(yòng)。
結合行業特點(diǎn)及對原輔(fǔ)材料的分析,我們發現(xiàn),印刷(shuā)工業VOCs廢氣含有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、異(yì)丙醇( 乙醇), 排放強度高,而一般紙張(zhāng)印刷排放強度低,但成分(fèn)更為複雜(zá)。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擇單一工藝等要求,基本都要求企業對於末端(duān)治理效率需要達(dá)到80% 以(yǐ)上,傳統的治理工藝根本達不到此要求,隻能采取燃燒法(fǎ)進行(háng)治理。但是直接燃燒法治理廢氣過程中,存在(zài)能耗(hào)大(dà)等問題,且廢氣濃度不高的情況下基本上無(wú)法燃燒,需要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。
經過對印刷企業(yè)的調研以及結合印刷企業VOCs汙染實際情況,在此重點介紹一下活(huó)性炭濃(nóng)縮催化燃燒技術。
活性炭吸附的實質是利用(yòng)活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中的有(yǒu)機溶劑吸附(fù)到活(huó)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(shì)一個吸附濃縮的過程,並沒有把有機溶劑處理掉。這是一個物理過程。
催化燃燒脫(tuō)附的實質是利用催化燃燒的熱空氣(qì)加熱(rè)活性炭中被吸附的有機溶劑,使之達到溶劑的沸點,使有機溶劑從活性炭中脫附(fù)出來,並且把(bǎ)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(xià),通過催化劑的作用進行(háng)氧化反應,轉化為無害的水和二氣化碳排入大氣。這是一個化(huà)學反(fǎn)應過(guò)程,並非明火的燃燒,且能徹底解決(jué)脫附時(shí)的二次汙染。
活性炭(tàn)吸附—催化燃(rán)燒脫附是把以上兩者的優(yōu)點有效地結合起來。即:先利用(yòng)活性炭進行吸附濃縮,當活(huó)性炭吸附達(dá)到飽和時(shí),利用電加熱啟動(dòng)催化燃燒設(shè)備,並利用熱空氣局部加熱活(huó)性炭吸附床,當催化燃燒反應床(chuáng)加(jiā)熱到(dào)250℃,活性炭吸附床局部達到60 ~ 110℃時,從吸附床解吸出來的高濃度廢氣就(jiù)可(kě)以在催化反(fǎn)應床中進行氧化反應。反應後的高溫氣體經換熱器換熱,換熱後的氣體一部(bù)分回(huí)用送入活性炭吸附床進行脫附,另一部分排入(rù)大氣。脫附出來的廢(fèi)氣經換熱器換熱後溫度(dù)迅速提高,從而能使催化(huà)燃燒裝置及脫附達(dá)到小功率或無功(gōng)率運行。
大多數印刷企業因設備(bèi)較大、車間空間較大等多方麵的原因導致(zhì)收(shōu)集過程中廢氣風量較(jiào)大,存在濃度低的特點,選擇活性(xìng)炭濃縮催化燃燒技術是較好的處理方式。其主要(yào)特點是:
1)催化燃(rán)燒*大的(de)特點是高低中廢氣均(jun1)可使(shǐ)用,廢氣濃度高的時候吸附脫附時間較短(duǎn),就可以變成高濃(nóng)度廢氣;廢氣濃度低的時候吸附脫附時間長點,也進行了收集,等到(dào)達了一定濃度的(de)時候(hòu)脫附處理變成了高濃(nóng)度廢氣再進行燃燒(shāo)。由於原輔(fǔ)材料的變革較快,企(qǐ)業可(kě)以慢慢的(de)從源頭方麵逐步替代(dài),不斷降(jiàng)低原輔材料的VOCs濃度。但是對於廢氣治理設備的處理效(xiào)果來(lái)講不會變,隻是減少了運行成本(běn),設備不需要進行更換(huàn)。
2)更符合“十四(sì)五”規劃中提(tí)到的(de)碳(tàn)中和,通過燃燒裝置(用時啟(qǐ)用,不用時停)既滿足治理目標也幫助(zhù)企業實現了節能降耗(hào)。
3)活性炭濃縮催化燃燒技術成熟穩定,在2017 年開始已經通過4 年多的市場運行,穩定(dìng)性較好。通過前幾年的推(tuī)廣使用,市場價格比較透明(míng),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,主要是(shì):吸附劑(活性炭)、催化劑、收集風機電能、燃(rán)燒(shāo)風塔電能。這幾個方麵企業(yè)可以根據VOCs 濃度、生產訂單等及時調整,無需專業(yè)人士進行改造(zào)。同時,活性炭價格便宜(yí),生產(chǎn)廠家眾多,企業可以選(xuǎn)擇自主運(yùn)維也可以選擇第三方(fāng)運維。
VOCs 廢氣治理技術多種多樣(yàng),企業需要在技術上和經濟上進行綜合分析後選擇(技術可行性、經濟合理性),通過汙染物成(chéng)分的詳細檢測分析,根據必要的現場(chǎng)試驗對有機物的回收價值、汙染物的沸點、水溶性的高低、可生物降解能力、廢(fèi)氣的排放方式等進行專家“會(huì)診”,通過技(jì)術方案評審,選擇*合適的治(zhì)理方式。