作為VOCs治理目標中的五大重點(diǎn)行業之一(yī),印刷(shuā)工業一時間麵臨著前所未有的環保(bǎo)壓力。從源頭、過程控製到末端(duān)治理,如何開展(zhǎn)VOCs治理、如何選擇治理設備,成為印刷企業關注的焦點。
從源頭上減少有機溶劑的使用量和排放量(liàng),減排潛力巨大,從長遠(yuǎn)來(lái)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(zhēn)對以VOCs為原料的生產過程環節和含VOCs產品的使用過(guò)程環節,隻能采取廢氣收集措施,提高廢氣收集效率,減(jiǎn)少廢氣的無組織排放與逸散,這是進行後續治理(lǐ)的前提條件。在(zài)含VOCs 產品的生產過(guò)程和以VOCs為(wéi)原料的生產過程中,VOCs排放不可避(bì)免,根(gēn)據*現有法律及法規標準必須進行末端治理。
VOCs的產生(shēng)
印刷是使用印版或其他方式將原(yuán)稿上的圖文信息轉移到承印物上的工藝技術,按分(fèn)類主要包括出版物印刷、包裝物印刷和其他印刷品印刷,按承載物分為紙及紙板印刷、金屬(shǔ)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)、凹版印刷和孔版印刷(shuā)。不同印刷(shuā)工(gōng)藝的VOCs來(lái)源和(hé)排放(fàng)方式基本相同:VOCs來源於(yú)所使用(yòng)的(de)油墨(mò)及稀釋劑(印刷不透氣承印物需(xū)添(tiān)加稀釋劑,如金屬印刷、塑料印刷)、複合用膠粘劑(僅限於部分存在(zài)複合工藝的印刷企業)及(jí)設備(bèi)清洗劑,可(kě)能的排放途徑(jìng)有油(yóu)墨調(diào)配過程溶劑揮發、印刷(shuā)過程油墨溶劑揮發、烘幹階段、複合過程及設備(bèi)清洗過(guò)程(chéng)等。
印刷生產工藝流程(chéng)及主(zhǔ)要VOCs產生環節如圖所示。
1. 平版印刷工藝及VOCs排放
平版印刷(平印)又稱為膠版印刷(膠印),其特征是(shì)印版的圖文著墨部分和空白部分幾(jǐ)乎在同一平(píng)麵上。平版印刷企業(yè)所使用的油墨包括溶劑型油墨、植物大豆油墨(mò)、UV 固化(huà)油墨和水性油墨,其中溶劑型油墨揮發性有機(jī)化合物含量較高,是平版印刷企業主要的VOCs排放源。此外,平版印刷在(zài)生產過程中所使用(yòng)的有機溶劑型洗車水及潤版液等也是VOCs 排放源之一。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排放
凸版印(yìn)刷(凸印(yìn))的圖文(wén)部分處於一個平麵,明顯高於空白部分,印(yìn)版著墨時,油墨附(fù)著在印版的凸起部分,並(bìng)在壓力作(zuò)用下轉移到承印物上。傳(chuán)統的(de)凸版印刷采用銅鋅版,目前逐漸被柔版(bǎn)印刷(柔印)代(dài)替,采用軟(ruǎn)質的樹脂印版。
柔版印刷通常用於產(chǎn)品包裝印刷,對於色彩(cǎi)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 排放;而對於色彩鮮豔的薄膜製品則一般使用(yòng)醇溶性油墨,印刷(shuā)過程產生VOCs 汙染。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放(fàng)
凹(āo)版印刷(shuā)(凹印(yìn))的印版滾(gǔn)筒上空白部(bù)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(miàn)或同一曲麵上。印版上(shàng)凹陷的圖文部分形成網穴容納油墨,通過滾筒壓(yā)印,使印版滾筒(tǒng)上的圖文印跡轉移到承印物表麵(miàn)。
凹版印刷(shuā)廣泛(fàn)應用(yòng)於包裝和特殊產品(pǐn)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,印製過程產生大量的VOCs,且成分複雜。
4. 孔版印(yìn)刷工藝及VOCs排放
孔版印刷(也稱絲網印刷(shuā)、絲(sī)印)是將真絲、尼龍或金屬絲(sī)編織成網,將其緊繃於網框上,采用(yòng)手工刻(kè)膜或光化學製版的方法製成網版,網版上非圖文部分被塗布的感光塗層封住,隻留下圖文部分的網孔可以透(tòu)過油墨(mò)。印刷時,先在網(wǎng)版上塗墨,再(zài)用橡(xiàng)皮刮板在網(wǎng)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主要來源於油(yóu)墨及清洗劑,使用溶劑型油(yóu)墨時VOCs 排放濃度相對較高。
5. 複合(hé)工藝及(jí)VOCs排(pái)放(fàng)
複(fù)合工藝是指使用膠粘劑將不同的基(jī)材通過壓貼粘合形成二種或多種材料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(hé)、熱熔複合等(děng)工藝(yì),其中幹式複合工(gōng)藝需要使用大量的膠粘劑和稀釋(shì)劑,VOCs 排放量較(jiào)大,且成分單一。印刷工藝與含VOCs 原輔材(cái)料及VOCs 排放(fàng)特征見表所示(shì)。
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(kuàng)下,采用單一技術(shù)往往難以達到治理要(yào)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,采用組合治理(lǐ)工藝不僅可以滿足排放要求,同時可以降低淨化設備的運(yùn)行費用。
結合行業特點及對原輔材料的分析,我們發現,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,而一般紙張印刷排放強度低,但成分更為複雜。結合當下*常見的VOCs治理技術,以及地方政府要求涉氣企業在選擇治(zhì)理技術工藝是不能選擇單一工藝(yì)等要求,基本都要求企業(yè)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(jìn)行更改,通(tōng)過(guò)物理(lǐ)的方式使廢氣濃度增加(jiā)。
經過對印刷企業的調(diào)研以及結合印刷企業VOCs汙染實際情況(kuàng),在此重點介紹一下活性炭濃縮催化燃燒技術(shù)。
活性炭吸附的實質是利(lì)用活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中的有機(jī)溶劑吸附到活性炭中並濃縮,經活性炭吸(xī)附淨化後的氣體(tǐ)直(zhí)接排空(kōng),其實質是(shì)一個吸附濃(nóng)縮的過程,並沒(méi)有把有機溶劑處理掉。這是一個物理過程。
催化燃燒脫附的實質是利用催化燃燒的熱空氣加熱活性炭中被(bèi)吸附的有機溶劑,使之達到溶劑的(de)沸點,使有機溶劑從活性炭中脫附出來,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,通過催化劑的作用進(jìn)行氧化反應,轉(zhuǎn)化為無害的水和(hé)二氣化碳排入大氣。這是(shì)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(wū)染。
活性炭吸附—催化(huà)燃燒脫附(fù)是把以上兩者的優點有效地結合起來(lái)。即:先利用活(huó)性炭進行吸(xī)附濃縮,當活性炭吸附達(dá)到(dào)飽和時,利用電加熱(rè)啟動催化燃燒設備(bèi),並(bìng)利用熱空(kōng)氣局部加熱活性炭吸附床,當催化燃燒反應床加熱到250℃,活性炭吸附床局(jú)部達到60 ~ 110℃時,從吸附床解吸出來的(de)高(gāo)濃度廢(fèi)氣就可以在催化反應床中進行氧化反應。反應後的(de)高溫氣體經換熱(rè)器換(huàn)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。脫附出來的廢氣(qì)經(jīng)換熱(rè)器換熱後溫度迅速提高(gāo),從(cóng)而能使催化燃燒裝置及脫附(fù)達到小功率或無功率(lǜ)運行。
大多數(shù)印刷企業因(yīn)設備較大、車間空間較大等多方麵的(de)原因(yīn)導致收集過程中廢氣風量較大,存在濃度低的特(tè)點,選擇活性炭濃(nóng)縮催化燃燒技術是較好的(de)處理方式。其主要特點是:
1)催化燃燒*大的特點是高低中廢氣均可使用,廢(fèi)氣濃度高的時候吸(xī)附脫附時間較短,就可以(yǐ)變成(chéng)高濃度廢氣;廢氣(qì)濃度低的時候吸附脫附(fù)時間長點,也進行(háng)了收集,等(děng)到達了一定濃度的時候(hòu)脫附處理(lǐ)變成了高濃度廢氣再(zài)進行燃燒。由於原輔材料的變(biàn)革較快,企業可以慢慢的從(cóng)源頭方麵逐步替代,不斷降低原輔材料的VOCs濃度。但是對於廢氣(qì)治理設備的處理效果來講(jiǎng)不會(huì)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“十四五”規劃中提到的碳中和,通過燃燒裝置(用時(shí)啟用,不用(yòng)時停)既滿足治理目標也幫助企業實現了節能降耗。
3)活性炭(tàn)濃縮催化(huà)燃燒技術成(chéng)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。通過前幾(jǐ)年(nián)的推廣使(shǐ)用,市場價格比較透明(míng),整體造價較低。
4)技術在運(yùn)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(huà)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、生產訂單等及時調(diào)整,無需專業人士進(jìn)行改造(zào)。同時,活性炭價格便宜(yí),生(shēng)產廠家眾多,企業可以選擇自主運維(wéi)也可以選(xuǎn)擇第三方運維。
VOCs 廢氣治理技術多種多樣,企業需要(yào)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),通過汙染物成分的詳細檢測分析,根據必要的現場試驗對有機物的回收價值、汙染物的沸點、水溶性的高低、可生物(wù)降(jiàng)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,選擇*合適的治理(lǐ)方式。