作為(wéi)VOCs治理目標中的五大重(chóng)點行業之一,印(yìn)刷工業一時間(jiān)麵臨著前所未有的環(huán)保壓力。從源頭、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(shuā)企業關注的焦點。
從源頭上減少有機溶劑的使用量和(hé)排放量,減排潛力巨大,從長遠來講是實現行業VOCs減排的根本途徑。但是現階段達不到完全(quán)從(cóng)源頭方麵來治理(lǐ)廢氣,針對以VOCs為原料的生產過程環(huán)節和含VOCs產品的使用過程環節,隻(zhī)能采取廢氣收集措施,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(zhì)理的前提條(tiáo)件。在含VOCs 產品的生產過程(chéng)和以VOCs為原料的生產過程中(zhōng),VOCs排放不可避免,根(gēn)據(jù)*現有法律及法規標準必須(xū)進(jìn)行末端治理。
VOCs的產生
印刷是使(shǐ)用(yòng)印版或其他方(fāng)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(wù)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、金屬印刷、塑料印刷等。
印刷工藝主要(yào)有平版印(yìn)刷、凸版印(yìn)刷(shuā)(如柔版印刷)、凹版印刷和孔版(bǎn)印刷。不同印刷工藝的VOCs來源和排放方式基本(běn)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,如金屬印刷、塑料印刷)、複合用膠粘劑(僅限(xiàn)於部(bù)分存在複合工藝的(de)印刷企業)及設備清洗劑,可能的排放途徑有(yǒu)油墨調(diào)配過程(chéng)溶劑揮發(fā)、印刷過程油墨溶劑揮(huī)發、烘(hōng)幹階段、複合過程及(jí)設備清(qīng)洗過程等。
印刷生產工藝流(liú)程及主要(yào)VOCs產生環節如(rú)圖所示。
1. 平版印刷工藝及VOCs排放(fàng)
平版印刷(平印)又稱為膠版印刷(膠印),其特征是印(yìn)版的圖(tú)文著墨部分和(hé)空白部分幾乎在同一平麵上。平版印刷企業所使用的油墨包括溶劑型油墨、植物大豆油(yóu)墨(mò)、UV 固化油(yóu)墨和水性油(yóu)墨(mò),其中溶劑(jì)型油墨揮發性有(yǒu)機化合物含量較高,是平版印刷企業主要的VOCs排放源(yuán)。此外,平版印刷在生產(chǎn)過(guò)程中所使用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(jí)VOCs排放
凸版印刷(凸印)的(de)圖文部分處(chù)於一(yī)個平麵,明顯高於(yú)空(kōng)白部分(fèn),印(yìn)版著墨時(shí),油墨附著在印版的凸起部分,並在壓力(lì)作(zuò)用下轉移(yí)到承印物(wù)上。傳統的凸(tū)版印刷采(cǎi)用(yòng)銅鋅版,目前(qián)逐漸被柔版印刷(柔印)代替,采用軟質(zhì)的樹脂(zhī)印版。
柔版印刷通常用於產品包裝印刷,對於(yú)色彩要求(qiú)不高(gāo)的瓦楞紙包裝箱產品一般使用水性油墨(mò),幾乎不存(cún)在VOCs 排放;而對於(yú)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(rǎn)。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放
凹版印刷(shuā)(凹印)的印版滾筒上空白部(bù)分高於印刷圖(tú)文部分,並且(qiě)高低懸殊,空白部分處於同一平麵或同一(yī)曲麵上。印版(bǎn)上凹陷的圖文部分形成網穴容納油墨(mò),通過滾筒壓印,使印版滾筒上的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殊產品印刷(shuā)領域(yù),適用於薄膜(mó)、複合材料及紙張等介質,通常使用低粘度、高VOCs 含量的油(yóu)墨,印製過程產生(shēng)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(yě)稱絲網印(yìn)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,采用手工刻膜或光化學製版(bǎn)的方法製成網版,網版上非圖文部分被塗布的感(gǎn)光塗層封住,隻留下圖文部(bù)分(fèn)的網孔可以透過油墨。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(guò)網版,轉移到放置(zhì)在網版下的承印材(cái)料上。
孔版印刷VOCs主要來(lái)源於油墨及清洗劑,使(shǐ)用溶劑(jì)型油墨時VOCs 排放濃度相對較高。
5. 複合(hé)工藝及VOCs排放
複合工藝是指使用膠(jiāo)粘劑將(jiāng)不同的基材通過壓貼粘(zhān)合形成二種(zhǒng)或(huò)多種(zhǒng)材料的組合的一種印後加(jiā)工方(fāng)式,包含幹式複合、濕式複合、擠出複合、熱熔複合等工藝,其中幹式複合工藝需要使用(yòng)大量的膠粘劑和稀釋(shì)劑,VOCs 排放量較大(dà),且成分單一。印刷工藝與含VOCs 原輔(fǔ)材料及VOCs 排(pái)放特征見表所示。
VOCs的治(zhì)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,在大多數情況下(xià),采(cǎi)用單一技術往往難以達到治理要(yào)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(yòng)組(zǔ)合治理工(gōng)藝不僅可以滿足排放要求,同時可(kě)以降低淨化設備的運行費用。
結(jié)合行(háng)業特點及(jí)對原輔材料的分析,我們發現,印刷工業VOCs廢氣含(hán)有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、異(yì)丙醇(chún)( 乙醇), 排放強度高,而一(yī)般(bān)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(qì)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(yè)對於末端治理效率(lǜ)需要達到80% 以上,傳統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(shāo)法治理廢氣過程中,存在能(néng)耗大等問題,且廢氣濃度不(bú)高(gāo)的情(qíng)況(kuàng)下基本上無法燃燒,需要(yào)通(tōng)過前期技術對廢氣濃度進行更改,通過物理的方(fāng)式使廢氣(qì)濃度增加。
經過對印刷(shuā)企業的調研以及結合印刷企業VOCs汙染實際情況,在此重點介(jiè)紹一下活性炭濃縮催化燃燒技術。
活性炭吸附的實質(zhì)是(shì)利用活性炭吸附的特性把低濃度大風量(liàng)廢氣中(zhōng)的有(yǒu)機溶劑吸(xī)附到活性炭中並濃縮,經活性炭吸附淨化後的(de)氣體直(zhí)接排空,其(qí)實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吸附的有機溶劑(jì),使之(zhī)達到溶劑的沸點,使有機溶劑從活(huó)性炭中(zhōng)脫附出來,並且把高濃度的廢氣引入到催(cuī)化燃燒反應器中。在250℃的催化起燃溫(wēn)度下(xià),通過催化劑(jì)的作用進行氧化反應,轉(zhuǎn)化為無害的水和二氣(qì)化碳排入大氣。這是一個化學反應過程,並非明火的燃燒,且能徹底解決脫附時的二次汙(wū)染。
活性炭吸附—催化燃(rán)燒脫附是把以上兩者的優點有效地結合起來。即:先利用活性炭進行吸附濃縮,當活性炭吸附達到飽和時,利用電加熱啟動催化燃燒設備,並利用熱空(kōng)氣(qì)局部加熱(rè)活性炭吸附床,當催化(huà)燃燒反應(yīng)床加熱(rè)到250℃,活性炭吸(xī)附床(chuáng)局部(bù)達到60 ~ 110℃時,從(cóng)吸附床解吸出(chū)來的高濃度廢氣就可以在催化反應床中進行氧化(huà)反應。反應後的高溫氣體經換熱器換熱,換熱後的氣體一部分回用送(sòng)入活性炭吸附床進行(háng)脫附,另一部分排入(rù)大氣。脫附出(chū)來的廢氣經換熱器換熱後溫度迅速(sù)提高,從而能使催化燃燒裝置及(jí)脫附達到小功率或無(wú)功(gōng)率運行。
大多數印刷(shuā)企業因設備較大、車間空間較大(dà)等多方麵的原因導致收集過程中(zhōng)廢氣風量(liàng)較大,存在濃(nóng)度(dù)低(dī)的特點,選擇活性(xìng)炭濃縮催化燃燒(shāo)技術是較好的處理方式。其主要特(tè)點是:
1)催化燃燒*大(dà)的特點是高低中廢氣均可使用,廢(fèi)氣濃度高(gāo)的時候吸附脫附時間較短(duǎn),就(jiù)可以變成(chéng)高濃度廢氣;廢氣(qì)濃(nóng)度低的時候吸附脫附時間(jiān)長點,也進行了收集,等到達(dá)了一定濃度的時候脫附處理變成了高濃度廢氣再(zài)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。但是對於廢氣治理設備的(de)處理效果來講不(bú)會變,隻是減少了運行成本,設備不需要進行更換。
2)更符合“十四五”規劃中提到的碳中和,通過燃燒裝置(用時啟用,不用時停)既滿足治理目標也幫助企業實(shí)現了節能降耗。
3)活性炭濃縮(suō)催化燃燒技術成熟穩定,在2017 年開始已經通過4 年(nián)多的市場運行,穩定性(xìng)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要的運(yùn)行成本較為簡單(dān),主(zhǔ)要是:吸附(fù)劑(活性炭)、催化劑、收集風機電能、燃燒(shāo)風塔電能。這幾個方麵企(qǐ)業可以根據VOCs 濃度、生產(chǎn)訂單等及時調整,無需專業人士進行改造。同(tóng)時(shí),活(huó)性炭價(jià)格便宜,生產廠家眾多,企(qǐ)業可以選擇自主運維也可以選擇第三方運維。
VOCs 廢氣治理技術多種多樣,企業需要在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上進行綜(zōng)合分析後選擇(技術可(kě)行性、經濟合理性),通過汙染物成分的詳(xiáng)細檢測分析,根據必要的現場試驗對有機物的(de)回收價值、汙染物的沸點(diǎn)、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“會診”,通過技術方案評審,選擇*合適的治理方式。