作為VOCs治理目標中的五大(dà)重(chóng)點行業之一,印刷工業一時間麵臨著前所未有的環保壓力(lì)。從源(yuán)頭(tóu)、過程控製到末端治理,如何開展VOCs治理、如何(hé)選擇治理設備,成為印刷企業關注的焦點。
從源頭上減少有(yǒu)機溶劑的使用量和排放量,減排潛力巨大,從(cóng)長遠來講是實現行業VOCs減排的根本(běn)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產品的使用過程環(huán)節,隻能采取(qǔ)廢氣收集措施,提高廢氣收集效率,減少廢(fèi)氣的無組織排放與逸散,這是進行後續(xù)治理的前提(tí)條件。在含VOCs 產品的生(shēng)產過程和以VOCs為原料的(de)生產過程中,VOCs排(pái)放不可避免,根據*現有法律及法規(guī)標準必須進(jìn)行末端(duān)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(de)工藝技術,按分類主要包括出版物印刷、包裝物印刷和其他(tā)印刷品印刷,按承載物分為紙及紙板印刷、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)、凹版印刷和孔版(bǎn)印刷。不(bú)同印刷工藝的VOCs來源和排放方式基本相同:VOCs來源於所使用的油墨(mò)及稀釋劑(印刷不透氣承印物需添加稀釋劑,如(rú)金屬印刷、塑料印(yìn)刷)、複合用膠粘劑(僅限於部分存在複合工藝的印刷企(qǐ)業)及設備清洗劑,可能的排放途徑有油墨調(diào)配(pèi)過程溶劑揮發(fā)、印刷過(guò)程油墨(mò)溶劑揮發(fā)、烘幹(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(chǎn)生環節(jiē)如圖所示。
1. 平版印(yìn)刷工藝及VOCs排放
平版印刷(平印)又稱為膠版印刷(膠印),其特征是印版的圖(tú)文(wén)著墨部分和空白部分(fèn)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(gù)化油墨(mò)和水性油墨(mò),其中溶劑型(xíng)油(yóu)墨揮發性有機化合物(wù)含量較高,是平版印刷企業主要的VOCs排放源。此外,平版印刷在生產過程中所使用的有機溶劑型洗車水及潤版液等也是VOCs 排(pái)放源之一。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排(pái)放
凸版印(yìn)刷(shuā)(凸印)的圖文部分處(chù)於一個平麵(miàn),明顯高(gāo)於空白部分,印版著墨(mò)時,油墨附著在印版(bǎn)的凸起部分,並在壓力作(zuò)用下轉移到承印物上(shàng)。傳統的凸版(bǎn)印刷采用銅鋅版,目前逐漸被柔版印刷(柔印)代替,采用軟質的樹脂印(yìn)版。
柔(róu)版印刷通常用於產品包裝印刷,對於色彩要求不高的瓦楞紙包裝(zhuāng)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醇溶性油墨,印刷過程產生VOCs 汙染。
3. 凹版印刷工藝及(jí)VOCs排放
凹版印刷(shuā)(凹印)的印版滾筒上空(kōng)白部分高於(yú)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曲麵上。印版上凹陷的圖文部分形成網穴容納油墨,通(tōng)過(guò)滾筒壓印,使印版滾筒上的圖文印跡轉移到承印物(wù)表麵。
凹版印刷廣泛應(yīng)用(yòng)於包裝和特殊(shū)產品印(yìn)刷領(lǐng)域,適用(yòng)於薄膜、複合材料及紙張等介質,通常使用低(dī)粘度、高VOCs 含量的油墨,印製過程產生大(dà)量的VOCs,且成分複(fù)雜。
4. 孔(kǒng)版印刷工藝及VOCs排放
孔(kǒng)版印刷(也稱絲網印刷、絲印)是將真絲、尼龍或金屬絲編織成網,將(jiāng)其緊繃於網(wǎng)框上,采用手工刻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(liú)下圖文部分的網(wǎng)孔可以透過油墨。印刷時,先在網版上塗墨,再用橡(xiàng)皮刮板在網版(bǎn)上輕刮,油墨(mò)透(tòu)過網版,轉移到放置在網(wǎng)版下的承(chéng)印材料(liào)上。
孔版印刷VOCs主要來源於油墨及清洗劑,使用溶劑型油(yóu)墨(mò)時VOCs 排放濃度相對較高。
5. 複合工藝及VOCs排放
複合工藝是指使用膠粘劑(jì)將(jiāng)不同的基材通過壓貼粘合形(xíng)成二種或(huò)多種材料的組合的一種印後(hòu)加工方式,包含幹式複合、濕式複合(hé)、擠出複合、熱熔複合等工藝,其中幹式複合(hé)工藝需要使用大量的膠粘劑和稀釋劑(jì),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(xìng)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(wǎng)難以達到治理要求。利用不同治理(lǐ)技術的優勢,采(cǎi)用兩種(zhǒng)或多種單一淨化技術的組合工藝受到了(le)極(jí)大的重視,采用組合治理工(gōng)藝(yì)不僅可(kě)以滿足排放要(yào)求,同時(shí)可以降低淨(jìng)化設備的運行(háng)費用。
結合(hé)行業特點(diǎn)及對原輔材料(liào)的分析,我們發現,印刷工業VOCs廢氣含有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、異丙(bǐng)醇( 乙醇), 排放強(qiáng)度高,而一般紙張印刷排放強度(dù)低,但成分更為複雜。結合當(dāng)下*常(cháng)見(jiàn)的VOCs治理技術,以及地方政府(fǔ)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治理效率需要達到80% 以上,傳統(tǒng)的治理工藝根本達不(bú)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(qì)過程中,存在(zài)能耗大等問題,且廢氣濃度不高的(de)情況下基本上(shàng)無法燃燒,需要通過前期技術對廢氣濃度(dù)進行更改,通過物理的方(fāng)式使廢氣濃度增加。
經過對印刷企業的(de)調研以(yǐ)及結合印刷企業VOCs汙染實際情況,在此重點介紹一下(xià)活性(xìng)炭濃縮(suō)催化燃燒技術。
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的有機溶劑吸附到活(huó)性炭中並(bìng)濃縮,經(jīng)活性炭吸附淨化後的氣體直接排空,其實質是一個吸(xī)附濃縮的過程,並沒有把有機溶(róng)劑處理掉。這是一個物理(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性炭中被吸附的有機溶劑,使之達到(dào)溶劑的沸點,使有機溶劑從活性炭(tàn)中脫附出來(lái),並且把高濃度的廢氣引入到催化燃燒反應器中。在250℃的催(cuī)化起燃溫度(dù)下,通過催化劑的作用(yòng)進(jìn)行氧化反應,轉化為無害的水和二氣化碳排入大氣。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染。
活性炭吸附—催化燃燒脫附是把以上(shàng)兩者的優點有效(xiào)地結合起來。即:先利用活性炭進行吸附濃縮,當活性炭吸附達到飽和時(shí),利用電加熱啟動催化燃燒設備,並利用熱空(kōng)氣局部(bù)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(cóng)吸附床解吸出來(lái)的高濃度廢氣就可以在催(cuī)化反應(yīng)床中進行氧化反應。反應後的高溫氣體經換熱器換熱,換熱後的氣體一部分回(huí)用送入(rù)活性炭吸(xī)附(fù)床進行脫附,另一部分排入大氣。脫(tuō)附出來的(de)廢氣(qì)經換熱器換熱後溫度迅速提(tí)高,從而能使催化燃燒裝置及(jí)脫附達到小功率或無功率(lǜ)運行。
大多數(shù)印刷企(qǐ)業因設備較(jiào)大、車間空間較大等多方麵的原因導(dǎo)致收集過程中廢氣風量較大,存在濃度低的特點,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(cuī)化燃燒*大的特點是高低中廢氣均可使用,廢氣濃(nóng)度高的時候吸附脫(tuō)附時(shí)間較短,就可以變成高濃度廢氣;廢氣濃度低的時候吸附脫附時間長點,也進行了(le)收集,等(děng)到(dào)達了一定(dìng)濃度的時(shí)候脫附處理變成(chéng)了高濃度廢氣再進行燃燒。由於原輔材料的變革(gé)較快,企業可以慢慢的從源(yuán)頭方麵逐步替代,不斷降低原輔材料的VOCs濃度。但是對於廢(fèi)氣治理(lǐ)設備的處理效果(guǒ)來講不會變,隻是減(jiǎn)少了運(yùn)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(dào)的碳中和,通過(guò)燃燒裝(zhuāng)置(用時啟用,不用(yòng)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(cuī)化燃燒技術成熟穩(wěn)定,在2017 年(nián)開始已經通過4 年多的市場運行,穩定性較好。通過前幾年的推廣使用(yòng),市場價格比較透明,整體造價較低。
4)技術在運行的過程所需(xū)要的(de)運行成本較為(wéi)簡單(dān),主要是:吸附劑(活性炭)、催化(huà)劑、收集風機(jī)電能、燃燒風塔電能。這幾個方麵企業可以根據VOCs 濃度(dù)、生(shēng)產訂單等及時調(diào)整,無(wú)需專業人士進行改造。同時,活性炭價格(gé)便宜,生產廠家眾(zhòng)多,企業可以選擇(zé)自主(zhǔ)運維也可以選擇第三方運維。
VOCs 廢氣治(zhì)理技術多種多樣,企業需(xū)要在技術上和經濟上進(jìn)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(fèn)析,根據必要的現場試驗對有(yǒu)機物(wù)的回收價值(zhí)、汙(wū)染物的沸點、水溶性的高低、可生物降解能力、廢氣的排放方式等進行(háng)專家“會診”,通過技術方案評審,選擇*合適的治理方式。