作為VOCs治理目(mù)標中的五大重點行業之一,印刷(shuā)工業一時間麵臨著前所未有的環保壓力。從源頭、過程控製到末端治理,如何開(kāi)展VOCs治理、如何選擇治理設備,成為印刷企業關注的焦(jiāo)點(diǎn)。
從(cóng)源頭上減少有機溶劑的使用(yòng)量和(hé)排放量,減排潛力巨大,從長遠來講是實現行業(yè)VOCs減排的根本途徑。但是現階段(duàn)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,隻能采取廢(fèi)氣收集措施,提(tí)高廢氣收集(jí)效率,減少廢(fèi)氣的(de)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為原料的生產過程中,VOCs排放不可避免,根據*現有法律及法規標準必須進行末端治理。
VOCs的(de)產生
印刷是使用印版或其他方式將原稿上的圖文信息(xī)轉移到承印物上的工藝技術,按分類主要包括出版(bǎn)物印刷、包(bāo)裝物印刷和(hé)其(qí)他印刷品印(yìn)刷,按承載物分為紙及(jí)紙板(bǎn)印刷、金屬印刷、塑(sù)料印刷等。
印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷(如(rú)柔版印刷)、凹版印刷和(hé)孔版印刷。不同印刷工(gōng)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,如金屬(shǔ)印刷、塑(sù)料印刷)、複合用膠粘劑(僅限於部分存(cún)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(yóu)墨(mò)調配過程溶劑揮發、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(chéng)等。
印刷生產工藝流程及主要VOCs產生環節如圖(tú)所示。
1. 平(píng)版印刷工藝及VOCs排放
平版印刷(平印)又稱為膠版印刷(膠印),其特征是印版的圖文著(zhe)墨部分和空白部分幾乎在(zài)同一平麵上。平版印刷(shuā)企業所(suǒ)使用的油墨包(bāo)括溶(róng)劑型油(yóu)墨、植物大豆油墨、UV 固化油(yóu)墨和水(shuǐ)性(xìng)油墨,其(qí)中溶劑型油墨揮發性有機化合物含量較(jiào)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 排放源之一。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排放(fàng)
凸版印刷(凸(tū)印)的圖文部分處於一(yī)個平(píng)麵,明顯高於空白部分,印版著墨時(shí),油墨附(fù)著在印版的凸起部分,並在壓力作用下轉移到承印物上。傳統的凸(tū)版印刷采用銅鋅版,目前逐漸被柔版印刷(柔印)代替,采用軟質的樹脂印版。
柔版印刷通常用於產品包裝印刷,對於色(sè)彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產品一般使用水性油墨,幾乎(hū)不存在VOCs 排放;而對於色彩鮮豔的薄膜製品則一(yī)般使用(yòng)醇溶性油墨,印刷過程產生(shēng)VOCs 汙染。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放
凹(āo)版印刷(shuā)(凹印)的(de)印版滾(gǔn)筒上空白部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曲麵上(shàng)。印版上凹陷的圖文部分形成網穴(xué)容納油(yóu)墨,通(tōng)過滾筒壓印,使印版滾筒上的圖文印跡轉移到(dào)承印物表麵。
凹版印(yìn)刷廣泛應用於包裝和特殊產品印刷領域(yù),適用於薄(báo)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(yìn)製(zhì)過(guò)程產生大量(liàng)的VOCs,且成分複雜。
4. 孔版印刷工藝及VOCs排放
孔版印刷(也稱絲網印刷、絲印)是將真絲、尼龍或金屬絲編織成(chéng)網,將其緊繃於網框上(shàng),采用手工刻膜或光化學製版的方法製成網版,網版上非(fēi)圖文(wén)部分被塗布的感光塗層封(fēng)住,隻留下圖文部分的網孔可以透過油墨(mò)。印刷時,先在網版(bǎn)上塗墨(mò),再用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承印材料上。
孔版印刷VOCs主要來源於油墨及清洗劑(jì),使用溶劑型油(yóu)墨時VOCs 排放濃(nóng)度相對較高。
5. 複合(hé)工藝及VOCs排放
複(fù)合工藝是(shì)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(liào)的組合的一種印後加工方式,包含幹式複合、濕式複合(hé)、擠出複合、熱熔複合等工(gōng)藝,其中幹式複合工(gōng)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。印刷工藝(yì)與含VOCs 原(yuán)輔材料及VOCs 排放特征見表所示(shì)。
VOCs的治理
由於VOCs廢氣(qì)成分及性質的複雜性和(hé)單一治理技術(shù)的局限性,在大多數情(qíng)況下,采用單一技術往往難(nán)以達(dá)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(yī)淨化技術的組合工藝受(shòu)到了極大的重視,采用組合治理工藝不僅可以滿足排放要(yào)求,同時可以降低淨化設備的運行費用。
結合行(háng)業(yè)特點及對原輔材料的分析,我們發現,印刷工業VOCs廢氣含(hán)有甲苯、乙酸(suān)乙酯、甲乙酮、異丙醇( 乙醇), 排放強度高,而一般紙張印刷排放(fàng)強度低,但成分更為複雜。結合當(dāng)下*常見的VOCs治理技術,以及地方政府要求涉氣企(qǐ)業(yè)在選擇治理技術工(gōng)藝是不能選擇單一工藝(yì)等要求,基本都要求企業對於末端治(zhì)理效率需要達到80% 以上,傳統的(de)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(zhí)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(gāo)的情況下基(jī)本上無法燃燒,需要通過前期技術對廢氣濃(nóng)度進行更(gèng)改,通過物理的方式使廢氣濃度增加。
經過對(duì)印刷企業的調研以及結合印刷企業VOCs汙染實際(jì)情況,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(fù)到活性炭(tàn)中並濃縮,經活性炭吸附淨化後的氣(qì)體直接排空,其實(shí)質是一個吸附濃縮的過程,並沒有把有機溶劑處理掉。這是一(yī)個物理(lǐ)過程。
催化燃燒(shāo)脫附的實質是利用催化燃燒(shāo)的熱空(kōng)氣加熱活性(xìng)炭中被吸附的有機溶劑,使之達到溶劑的沸點,使(shǐ)有機溶劑從活性炭中脫附出來,並且把高濃(nóng)度(dù)的廢氣引入(rù)到催化燃燒反應器中。在250℃的催化起燃溫度下,通過(guò)催(cuī)化劑的作用進行氧化反應,轉化為無害的水和二氣化碳排(pái)入大(dà)氣。這是一個化學反應過程,並非明火的燃燒,且能徹底解決脫(tuō)附時(shí)的二次汙染。
活性炭吸附—催化燃燒脫附(fù)是把以上(shàng)兩者的(de)優點有效地結(jié)合起來。即:先利(lì)用活性炭進行吸附濃縮,當活性(xìng)炭吸附(fù)達到飽和時,利用電加熱啟動催(cuī)化燃燒設備,並利用(yòng)熱空氣局部加熱活性炭吸附床,當(dāng)催化燃燒反應床加熱到250℃,活性炭吸附(fù)床局(jú)部達到60 ~ 110℃時,從吸附床解吸出來的高濃度廢氣就可以在催化反應床中進行氧化(huà)反應。反應後的高溫氣(qì)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附床進行脫附,另一部分排入大(dà)氣(qì)。脫(tuō)附出來的廢氣經換熱器換熱後溫度迅速提高,從而能使(shǐ)催化燃(rán)燒裝置及(jí)脫附達到小功率或無功率(lǜ)運(yùn)行。
大多數印刷(shuā)企業因設備較大、車(chē)間空間較大等多(duō)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,選(xuǎn)擇活性炭濃縮催化燃燒技術是(shì)較好的處理方式(shì)。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(yòng),廢氣濃度高的時候吸(xī)附脫附時間較短,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,等到達了一定濃度的(de)時(shí)候脫附處理變成了高濃度廢氣再進行燃燒。由於原輔材料的變革(gé)較(jiào)快,企業可(kě)以(yǐ)慢慢的從源頭方麵逐步替代(dài),不斷降低原輔材料的VOCs濃度。但是對(duì)於廢(fèi)氣治理設備的處理效果來講不會變,隻是減少(shǎo)了運行成本,設備不需要進行更換(huàn)。
2)更符合“十四五”規劃(huá)中(zhōng)提到的碳中和(hé),通過燃(rán)燒裝置(用(yòng)時啟用,不用時(shí)停)既滿足治理(lǐ)目標也幫(bāng)助企業實現了節能降耗。
3)活性炭濃縮(suō)催化燃燒技術成(chéng)熟穩定,在2017 年開始已經通(tōng)過4 年多(duō)的市場運行,穩定性較好。通(tōng)過前幾年的推廣使用,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)要的運行(háng)成本較為簡單,主要是:吸附劑(活性炭(tàn))、催化劑(jì)、收集風(fēng)機電能、燃燒風塔電(diàn)能。這幾個方麵(miàn)企業可以根據VOCs 濃度、生產訂單等及時調整(zhěng),無需專業(yè)人士進行改造。同時(shí),活性炭價格便宜,生產廠家眾多,企業可以選擇自主運維(wéi)也可(kě)以選擇第三方運維。
VOCs 廢氣治理技術多種(zhǒng)多樣,企業需要在技術上和經濟上進行綜(zōng)合(hé)分析後選擇(技術可行性、經濟合理性),通過汙染物成分(fèn)的詳細檢測分析,根據必要的(de)現場試驗(yàn)對有機物的回收價值、汙染物的沸點、水(shuǐ)溶性的高低、可生物降解能力、廢氣的排放(fàng)方式等進行專家(jiā)“會診”,通(tōng)過技(jì)術方(fāng)案(àn)評審,選擇*合適的治理方式。