| 一些印刷廠的有機(jī)廢氣治理工程案例分析 |
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目前,包裝印刷工藝主要有平版印刷、凸版印 刷、凹版印刷、絲網(wǎng)印刷以及數(shù)字印刷等,不同印刷 工藝的揮發(fā)性有機(jī)物 VOCs 來(lái)源和排放方式基本相 同[1-2] 。 調(diào)配油墨過(guò)程中溶劑的揮發(fā)、印刷過(guò)程中 溶劑的揮發(fā)、烘干過(guò)程中溶劑的揮發(fā)、復(fù)合過(guò)程以及 清洗過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生大量的 VOCs,據(jù)統(tǒng)計(jì)有機(jī)溶劑 通常占到了油墨總量的 70% ~ 80% [3-4] ,其主要成 分為醇、酯、醚、酮、芳香烴等有機(jī)物[5-7] 。 這些有機(jī) 廢氣排放到環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致大氣中的某些污染因子含 量嚴(yán)重超標(biāo),一方面會(huì)給企業(yè)造成巨大的溶劑浪費(fèi), 另一方面也會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,危害人類健 康[8] 。 印刷行業(yè)產(chǎn)生的廢氣中含有一定的顆粒物, 具有濃度低、風(fēng)量大的特點(diǎn),而且印刷廢氣已經(jīng)成為 大氣中 VOCs 的主要來(lái)源之一[9-11] 。 針對(duì)印刷廢氣 這些特點(diǎn),設(shè)計(jì)一套既經(jīng)濟(jì)又合理廢氣處理工藝成 為當(dāng)前的一項(xiàng)重要任務(wù)。
1 印刷廢氣治理技術(shù) 印刷廢氣治理技術(shù)主要?jiǎng)澐譃榉纸饧夹g(shù)和回收 技術(shù)兩大類,分解技術(shù)就是將有機(jī)物徹底分解為二 氧化碳和水,主要有直接燃燒、催化燃燒、蓄熱燃燒、 生物法、光氧化、光催化等技術(shù)[12-16] ;回收技術(shù)就是 通過(guò)一定的條件對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行分離回收,主要有 吸附、吸收、冷凝、膜分離等技術(shù)[17-19] 。 表 1 對(duì)以上 各種技術(shù)的應(yīng)用范圍及特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),對(duì)于廢氣 的來(lái)源廣泛、成分復(fù)雜、不穩(wěn)定的特點(diǎn),采用某一種 單一技術(shù)很難達(dá)到處理要求,需要多種技術(shù)聯(lián)用。
2 工程案例
2. 1 項(xiàng)目概況 上海某印刷廠在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)用到兩臺(tái)糊箱機(jī) 和三臺(tái)印刷機(jī),會(huì)使用大量的膠水和水性油墨,由此 產(chǎn)生大量含細(xì)小粉塵顆粒物的 VOCs,根據(jù)其原料檢 測(cè)報(bào)告結(jié)果分析可知,該印刷廠產(chǎn)生的 VOCs 成分 主要是苯、甲苯、二甲苯等。 且該印刷廠擁有自己的 污水處理站。
2. 2 工藝介紹 該項(xiàng)目主要根據(jù)廢氣的特點(diǎn),考慮了處理效果、 成本等各種因素,主流工藝采用吸收和紫外光解技 術(shù),即含有細(xì)小粉塵顆粒物的 VOCs,經(jīng)過(guò)噴淋洗滌 吸收后滿足紫外光解條件,而且定期更換的吸收液 可以直接利用該廠的污水處理站進(jìn)行處理,具體的 工藝流程為:噴淋洗滌吸收 + 紫外光解氧化 + 水相 霧化吸收。 該廠印刷廢氣治理的具體工藝流程見(jiàn) 圖 1。 本工藝處理系統(tǒng)主要由噴淋塔、紫外光解氧 化裝置、氣霧分離器、霧化吸收裝置、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、控 制系統(tǒng)以及煙囪等組成。
2. 3 工藝原理
2. 3. 1 吸收法 吸收利用的是較難揮發(fā)的溶劑與 氣體充分接觸,根據(jù)不同氣體在溶劑中不同溶解度 或化學(xué)反應(yīng)特性差異進(jìn)行分離,從而達(dá)到凈化氣體 的目的。 按吸收原理可以劃分為物理吸收和化學(xué)吸 收,大多數(shù)情況下,VOCs 的吸收是物理吸收。 針對(duì) 不同的廢氣特點(diǎn),吸收劑的選擇至關(guān)重要,主要考慮 以下幾個(gè)因素:綠色環(huán)保、安全性高、對(duì)氣體有較高 的可溶性、較低的揮發(fā)性、較低粘度、原料易得且廉 價(jià)、對(duì)吸收設(shè)備腐蝕性小等[20] 。 化學(xué)吸收中的吸收 劑一般較難選擇,而且價(jià)格相對(duì)比較昂貴,所以選擇 物理吸收。 在實(shí)際應(yīng)用中,任何一種吸收劑都不可 能達(dá)到上面所有要求,只有盡可能選擇合適的吸收 劑。 水是一種最廉價(jià)、綠色環(huán)保、安全性高、易獲取 的理想吸收劑[21] 。 吸收法主要用來(lái)處理大風(fēng)量、低濃度、高濕度的 VOCs,處理效率高達(dá) 95% ~ 98% [22] ,現(xiàn)在該技術(shù)相 對(duì)而言比較成熟,而且工藝比較簡(jiǎn)單,設(shè)備占地面積 比較小,操作起來(lái)比較容易,成本比較低廉,具有廣 闊的應(yīng)用前景。
2. 3. 2 紫外光解法 紫外光解法是一種新興 VOCs 治理技術(shù),其利用高能紫外線的照射,分子吸收光子 而成為激發(fā)態(tài),當(dāng)激發(fā)態(tài)分子能量高于化學(xué)鍵能時(shí), 從而致使化學(xué)鍵斷裂而發(fā)生多種光化學(xué)反應(yīng),一部 分 VOCs 分子直接分解為二氧化碳和水;同時(shí),空氣 經(jīng)過(guò)高能紫外線的照射,其中的氧氣和水分子會(huì)激 發(fā)為臭氧和羥基自由基等強(qiáng)氧化劑,再利用這些強(qiáng) 氧化劑對(duì) VOCs 進(jìn)行徹底的氧化分解[23-24] 。 根據(jù)波長(zhǎng),紫外線可以劃分為 4 個(gè)波段:①UVA 波段,即長(zhǎng)波黑斑效應(yīng)紫外線,波長(zhǎng) 320 ~ 400 nm; ②UVB 波段,即中波紅斑效應(yīng)紫外線,波長(zhǎng) 275 ~ 320 nm;③UVC 波段,即短波滅菌紫外線,波長(zhǎng) 200 ~ 275 nm;④UVD 波段,即真空紫外線,波長(zhǎng) 100 ~ 200 nm [25] 。 VOCs 處理中利用的是 UVD 波段的紫 外線激發(fā)出的臭氧和羥基自由基,其能斷開(kāi)大部分 化學(xué)鍵,即能夠降解大多數(shù) VOCs [26] 。 與傳統(tǒng) VOCs 治理技術(shù)相比,紫外光解法具有 無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn),其可以在常溫常壓下,不需要特定 的加熱、加濕處理,就能夠斷開(kāi)大部分的化學(xué)鍵,而 且反應(yīng)過(guò)程快速高效、安全性高、成本低廉,其在 VOCs 治理行業(yè)占據(jù)重要地位[26] 。
2. 4 工藝特點(diǎn)
2. 4. 1 印刷廢氣收集系統(tǒng) 五臺(tái)設(shè)備的污染點(diǎn)源 以及有 VOCs 揮發(fā)處均采用軟簾進(jìn)行圍合,在其上 方設(shè)置集氣罩進(jìn)行收集,各集氣罩收集的印刷廢氣 統(tǒng)一接入主管道,主管道最終接入廢氣處理系統(tǒng)。
2. 4. 2 印刷廢氣處理系統(tǒng) 收集后的印刷廢氣進(jìn) 入噴淋塔,噴淋塔采用旋流板塔,在旋流板塔徑向進(jìn) 風(fēng)管內(nèi)設(shè)有第一級(jí)噴淋區(qū),印刷廢氣在第一級(jí)噴淋 區(qū)與吸收劑充分接觸,然后氣流由旋流塔的中下部 均勻上升,進(jìn)入第二級(jí)高密度洗滌噴淋區(qū),在廢氣均 勻穿過(guò)氣液分布核心區(qū)域時(shí),其表面的水膜會(huì)產(chǎn)生 大量的液沫,為印刷廢氣和循環(huán)水提供了巨大的接 觸面積,達(dá)到高效去除印刷廢氣中顆粒物和部分水 溶性有機(jī)物的目的。 在此過(guò)程中,循環(huán)水需要定期 排入該廠污水處理站進(jìn)行更換。 廢氣經(jīng)過(guò)塔頂?shù)某?霧脫水裝置和后端的氣霧分離器,可以大大降低洗 滌后印刷廢氣的濕度,而且還可以保證后續(xù)紫外光 解對(duì)氣體濕度的要求。 噴淋洗滌后的印刷廢氣經(jīng)過(guò)兩重氣霧分離之 后,印刷廢氣中的顆粒物和部分可溶性有機(jī)氣體都 得到去除,印刷廢氣的濃度和濕度均達(dá)到紫外光解 的處理?xiàng)l件。 印刷廢氣進(jìn)入紫外光解裝置中,在 185 nm 波長(zhǎng)紫外光照射下,激發(fā)產(chǎn)生臭氧和羥基自 由基等強(qiáng)氧化性基團(tuán),利用這些強(qiáng)氧化性基團(tuán)對(duì)印 刷廢氣中的苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)物氣體進(jìn)行氧 化,使其氧化分解為二氧化碳和水。 經(jīng)過(guò)紫外光解處理后的印刷廢氣中會(huì)有少量水 溶性小分子生成及臭氧殘留,經(jīng)過(guò)后續(xù)的高效霧化 吸收裝置可以將這些水溶性小分子和殘留臭氧吸 收,而且在此過(guò)程中產(chǎn)生的吸收液可以進(jìn)入噴淋階 段的循環(huán)池中,供噴淋塔洗滌使用。 經(jīng)過(guò)高效霧化 吸收的印刷廢氣基本得到完全凈化,但印刷廢氣的 濕度比較大,再次經(jīng)過(guò)氣霧分離器,會(huì)使印刷廢氣的 含水率大大降低,最后通過(guò)煙囪達(dá)標(biāo)排放。
2. 5 運(yùn)行結(jié)果 項(xiàng)目經(jīng)過(guò)調(diào)試正常運(yùn)行后,對(duì)進(jìn)出口的非甲烷總 烴指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)數(shù)據(jù)由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供, 處理前后印刷廢氣中非甲烷總烴濃度見(jiàn)表 2。 除此 之外,還對(duì)出口的苯、甲苯、二甲苯指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè), 主要揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)值見(jiàn)表 3,其出口的印刷廢氣 污染因子濃度低于上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《印刷業(yè)大氣污染 物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31 / 872—2015)中的限值。 由表 2、表 3 非甲烷總烴和主要揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān) 測(cè)值可知,該套“噴淋洗滌吸收 + 紫外光解氧化 + 水 相霧化吸收” 印刷廢氣處理系統(tǒng)對(duì)非甲烷總烴的去 除效率為 93. 97% 以上,對(duì)苯、甲苯、二甲苯幾乎可以 完全去除,對(duì)顆粒物的去除也滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。 總之, 針對(duì)該印刷廠廢氣成分及特點(diǎn),設(shè)計(jì)的這套處理組合 工藝可以實(shí)現(xiàn)該印刷廠有機(jī)廢氣的達(dá)標(biāo)排放。
3 結(jié)論
(1)該套“噴淋洗滌吸收 + 紫外光解氧化 + 水 相霧化吸收” 廢氣處理系統(tǒng)的噴淋洗滌工藝對(duì)印刷 廢氣進(jìn)行初步凈化處理,使其滿足紫外光解降解廢 氣的條件,可以更高效地降解廢氣,最后經(jīng)過(guò)氣相霧 化吸收工藝,廢氣可以得到徹底凈化,而且在氣相霧 化吸收工藝中產(chǎn)生的吸收液可以進(jìn)入循環(huán)水池供給 噴淋洗滌工藝的運(yùn)行,循環(huán)水池中的吸收液可以定 期排入該印刷廠自有的污水處理站進(jìn)行更新,3 個(gè) 階段的處理工藝相輔相成,可以對(duì)印刷廢氣進(jìn)行徹 底降解。
(2)該套廢氣處理系統(tǒng)不需要昂貴的藥品,僅 需使用廉價(jià)易得的水資源作為吸收液,而且整套工 藝流程簡(jiǎn)單、風(fēng)阻小、無(wú)大功率裝置、耗電量小,極大 降低了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。
(3)該套廢氣處理系統(tǒng)適用于大風(fēng)量、低濃度 的有機(jī)廢氣,對(duì)于污染物種類相同的其他行業(yè)廢氣 的治理具有可復(fù)制的參考價(jià)值。
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