作為VOCs治理目標中的五大重點行業之一,印刷工(gōng)業一時間麵臨著前所未有的環保壓力。從源(yuán)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,成為印刷企業關注的焦點。
從源頭上減少有(yǒu)機溶劑的使用量和(hé)排放量,減排潛力巨大,從長遠來講是實現行(háng)業VOCs減排的根本途徑。但是(shì)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(pǐn)的使用(yòng)過程環節,隻能采取廢氣收集措施,提高廢(fèi)氣(qì)收集效率(lǜ),減少廢氣的(de)無(wú)組織排(pái)放與逸散,這是進行後續治理的前提條件。在(zài)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(gēn)據*現有法律及法規標準必(bì)須進行(háng)末端治理。
VOCs的(de)產生
印(yìn)刷(shuā)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(gōng)藝技術(shù),按分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(zhǐ)板印刷、金屬印刷、塑料印刷等。
印刷工藝主要有平(píng)版印刷、凸版印刷(如柔(róu)版印刷)、凹版印刷(shuā)和孔(kǒng)版印刷。不(bú)同印刷工藝的VOCs來(lái)源和排放方式基本相同(tóng):VOCs來(lái)源於所使用的油墨(mò)及稀(xī)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)、複合(hé)用膠粘劑(僅限於部分存在(zài)複合(hé)工藝的印刷企業)及設(shè)備清洗劑,可能的排放途徑有油墨調(diào)配過(guò)程溶劑揮發、印刷(shuā)過程油墨溶劑揮發(fā)、烘幹階段、複合過程及設備清(qīng)洗過程等。
印刷生(shēng)產工藝流程及主要VOCs產生(shēng)環節如圖(tú)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(qí)特征是印版的圖文著墨部分和空白部分幾(jǐ)乎(hū)在同一平麵上。平版印刷企業所使用的油墨包括溶劑型油(yóu)墨、植物大豆油墨、UV 固化油(yóu)墨和水性油墨,其中溶劑型油墨揮發性有機化合物含量較高(gāo),是平版印刷企(qǐ)業主要(yào)的VOCs排放源。此外,平版印(yìn)刷在生產(chǎn)過程(chéng)中所使用的(de)有機溶(róng)劑型洗車(chē)水及潤版液等也是VOCs 排放源之一(yī)。
2. 凸版印刷工(gōng)藝及VOCs排放(fàng)
凸版印刷(凸印)的(de)圖文部分處於一(yī)個平麵,明顯高(gāo)於空白部(bù)分,印版著墨時,油墨附著在印版的凸起部分,並在壓力作用下轉移(yí)到承(chéng)印物上。傳統的凸版印刷采用銅鋅版,目(mù)前逐漸被柔版印刷(柔印)代(dài)替,采用軟(ruǎn)質的樹(shù)脂印版。
柔(róu)版印刷通常用於產品包裝(zhuāng)印刷,對於色彩要求(qiú)不高的瓦(wǎ)楞紙包裝箱產(chǎn)品一般使用水性油墨,幾乎不(bú)存在VOCs 排(pái)放(fàng);而對於色彩鮮豔的薄膜製(zhì)品則一般使用醇溶性油墨,印刷過(guò)程產生VOCs 汙染。
3. 凹版印刷工藝及(jí)VOCs排放
凹版印刷(凹印)的印版(bǎn)滾筒上空白部分高於印刷圖文部分,並且(qiě)高低懸殊,空白部分處於同一平麵或同一曲(qǔ)麵上。印版上凹陷的圖文部(bù)分(fèn)形成網穴容納(nà)油墨,通過滾筒壓印,使印版滾筒上的(de)圖文印跡轉移到承印物表麵。
凹版印刷廣泛應用於包裝和特(tè)殊(shū)產品印(yìn)刷領域,適用於薄膜、複合材料及紙(zhǐ)張等介質,通常使用低粘(zhān)度、高(gāo)VOCs 含(hán)量的油墨(mò),印製過程產生大量的VOCs,且成(chéng)分(fèn)複雜。
4. 孔版印刷工藝及VOCs排放(fàng)
孔版印(yìn)刷(也稱絲網印(yìn)刷、絲印)是將真(zhēn)絲、尼龍或金屬絲編織成網,將其緊繃於網框上,采(cǎi)用(yòng)手工刻(kè)膜(mó)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(de)感(gǎn)光(guāng)塗層封住,隻留下圖文部分的網孔可以透過油(yóu)墨。印刷時,先在網版上塗墨,再用橡皮刮板(bǎn)在(zài)網版上輕刮,油墨透過網版(bǎn),轉移到放置在(zài)網版下的承(chéng)印材料上。
孔版印刷VOCs主要來源於油墨及清洗(xǐ)劑,使用(yòng)溶劑型油墨時VOCs 排放(fàng)濃度相對較高。
5. 複合工(gōng)藝及VOCs排放
複(fù)合工藝是指使用膠粘劑將不同的基材(cái)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(hán)幹式複合(hé)、濕式(shì)複合、擠(jǐ)出複合、熱熔複合等(děng)工(gōng)藝,其中幹式複合工藝需要使用大(dà)量的膠粘劑和稀釋劑,VOCs 排(pái)放量(liàng)較大,且成分(fèn)單一。印刷工藝與含VOCs 原輔(fǔ)材料及VOCs 排放特征見表所示。
VOCs的治理
由於VOCs廢氣成分及性質的複雜性和單(dān)一治理(lǐ)技術(shù)的局限性,在大多數情況下,采用單一技術往往難以達到治理要求。利用不同治理技術的優勢,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,采用組合治理工藝不僅可以滿足排放要求,同時可以降低淨化設備的運行費用。
結合行業特點(diǎn)及對原輔材料的分析,我們發現,印(yìn)刷工業VOCs廢(fèi)氣含有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、異丙醇(chún)( 乙醇), 排放(fàng)強度高,而一(yī)般紙(zhǐ)張印刷排放強度低,但成(chéng)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業在選擇治理(lǐ)技術工藝是不能選擇單一工藝等要(yào)求,基本都要求(qiú)企業對於末端治理效率需要達到80% 以上,傳統的(de)治理工藝根本(běn)達不到此要求,隻能(néng)采取(qǔ)燃燒法進行治理。但是直接燃燒(shāo)法治理廢氣過程中,存在能耗大(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(nóng)度進行更改(gǎi),通過物理的方(fāng)式使廢(fèi)氣(qì)濃度增加。
經過對印刷企業的調研以及結合印刷企業VOCs汙染(rǎn)實際情況,在此重點(diǎn)介紹一下活性炭濃縮催化(huà)燃燒技術。
活性炭吸附的實質是利用(yòng)活性炭(tàn)吸附的特性(xìng)把低濃(nóng)度(dù)大風量廢氣中的有機溶(róng)劑吸附到活性(xìng)炭中並(bìng)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(xī)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(shāo)脫附的實質是(shì)利用催化燃燒的熱空(kōng)氣加熱活性炭中被吸附的(de)有機(jī)溶劑,使(shǐ)之達到溶(róng)劑的沸點,使有機(jī)溶劑從活性炭中脫附出來,並且把(bǎ)高濃度的廢氣(qì)引入到催化燃燒反應器(qì)中。在250℃的催化起燃溫(wēn)度下,通過催化劑的作用(yòng)進行(háng)氧化反應,轉化為無害的水和二氣化(huà)碳排入大氣。這是一(yī)個化學反應過程,並非明火的燃燒(shāo),且能徹底解決脫附時(shí)的二次汙染。
活性炭(tàn)吸附—催化燃燒脫(tuō)附是把以上兩者(zhě)的優點有(yǒu)效地結(jié)合起來。即:先利用活性炭進行吸附濃(nóng)縮(suō),當活(huó)性炭吸附達到(dào)飽和時,利用(yòng)電加熱啟動催化(huà)燃燒設備,並利用熱(rè)空氣局部加熱活性炭吸附床,當(dāng)催化燃燒反應床(chuáng)加熱到250℃,活性炭吸附床局部達到60 ~ 110℃時,從吸附床(chuáng)解吸出來的高濃度廢氣就可以在催化反應床中進行氧化反應。反應後的高溫(wēn)氣體經換(huàn)熱器換熱,換熱後的氣體一部分回用送入活性(xìng)炭吸附床進行脫附(fù),另一部分排入大氣。脫附出來的廢氣經換熱器換熱後溫度迅速提高,從而能使催化燃燒裝置及脫附達到小功率或無功率運行。
大多數印刷企業因(yīn)設備較大(dà)、車間空間(jiān)較大等多方麵的原因導致收集過程中廢(fèi)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較好的處理方式。其主要特(tè)點是:
1)催化(huà)燃燒*大的特點是高(gāo)低(dī)中(zhōng)廢氣均可使用(yòng),廢氣濃度高的時候(hòu)吸附脫附時間較短,就可以變成高濃度廢氣;廢氣濃度低的時(shí)候吸附脫附時間長點,也進行了(le)收(shōu)集,等到達了一定濃(nóng)度的時候(hòu)脫附(fù)處(chù)理變成了高濃度廢氣再進(jìn)行燃燒。由於(yú)原輔材料的變革較(jiào)快,企業可以慢慢的從源頭方麵逐步替代,不(bú)斷降低原輔材料的VOCs濃度。但是對於廢氣治理設備的處理效果來講不會變,隻是減少了運行成本,設備不需要進行(háng)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(yòng)時啟用,不用時停)既滿足(zú)治(zhì)理目標也幫助企(qǐ)業實現了(le)節能降耗。
3)活性炭濃縮催化(huà)燃燒技術成熟穩定,在2017 年開始已經通(tōng)過(guò)4 年多的市場運行,穩定性較好(hǎo)。通過前(qián)幾年的推廣使用,市場(chǎng)價格比較透明,整(zhěng)體造價較(jiào)低。
4)技術在運行的過程所需(xū)要的運行成本較為簡單,主要是:吸附(fù)劑(活性炭)、催化劑、收集(jí)風機電(diàn)能、燃燒風塔電能。這幾個方麵(miàn)企業可以根據VOCs 濃(nóng)度、生產訂單等及時調(diào)整,無需(xū)專業人士進行改造。同時,活性炭價格便宜,生產廠家眾多,企業可以選(xuǎn)擇自主運維(wéi)也可以選擇第三方運維。
VOCs 廢氣治理技術多種多樣,企(qǐ)業需要在技(jì)術上和經濟上進行綜合分析後選擇(技術可行性、經(jīng)濟合理性),通過汙染物成分(fèn)的詳細檢測分(fèn)析,根據必要的現場試驗對有機物的回收(shōu)價值、汙染物的(de)沸點、水溶性的高低、可生物降解能力(lì)、廢氣的排放方式等進(jìn)行專家“會診”,通過技術方案評審,選擇*合適的治理方式。