目前,包裝印刷工藝主要有平版印刷、凸版印 刷、凹版印刷、絲網印刷以及數字印刷等,不同印刷 工藝的揮發性有機物 VOCs 來源和排放方式基本相 同[1-2] 。 調配油墨過程中溶劑的揮發、印刷過程中 溶劑的揮發、烘干過程中溶劑的揮發、復合過程以及 清洗過程中均會產生大量的 VOCs,據統計有機溶劑 通常占到了油墨總量的 70% ~ 80% [3-4] ,其主要成 分為醇、酯、醚、酮、芳香烴等有機物[5-7] 。 這些有機 廢氣排放到環境中會導致大氣中的某些污染因子含 量嚴重超標,一方面會給企業造成巨大的溶劑浪費, 另一方面也會造成嚴重的環境污染,危害人類健 康[8] 。 印刷行業產生的廢氣中含有一定的顆粒物, 具有濃度低、風量大的特點,而且印刷廢氣已經成為 大氣中 VOCs 的主要來源之一[9-11] 。 針對印刷廢氣 這些特點,設計一套既經濟又合理廢氣處理工藝成 為當前的一項重要任務。 

1 印刷廢氣治理技術 印刷廢氣治理技術主要劃分為分解技術和回收 技術兩大類,分解技術就是將有機物徹底分解為二 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[12-16] ;回收技術就是 通過一定的條件對有機廢氣進行分離回收,主要有 吸附、吸收、冷凝、膜分離等技術[17-19] 。 表 1 對以上 各種技術的應用范圍及特點進行了總結,對于廢氣 的來源廣泛、成分復雜、不穩定的特點,采用某一種 單一技術很難達到處理要求,需要多種技術聯用。 

2 工程案例 

2. 1 項目概況 上海某印刷廠在生產過程中會用到兩臺糊箱機 和三臺印刷機,會使用大量的膠水和水性油墨,由此 產生大量含細小粉塵顆粒物的 VOCs,根據其原料檢 測報告結果分析可知,該印刷廠產生的 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 該項目主要根據廢氣的特點,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,即含有細小粉塵顆粒物的 VOCs,經過噴淋洗滌 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 圖 1。 本工藝處理系統主要由噴淋塔、紫外光解氧 化裝置、氣霧分離器、霧化吸收裝置、風機、風管、控 制系統以及煙囪等組成。 

2. 3 工藝原理 

2. 3. 1 吸收法 吸收利用的是較難揮發的溶劑與 氣體充分接觸,根據不同氣體在溶劑中不同溶解度 或化學反應特性差異進行分離,從而達到凈化氣體 的目的。 按吸收原理可以劃分為物理吸收和化學吸 收,大多數情況下,VOCs 的吸收是物理吸收。 針對 不同的廢氣特點,吸收劑的選擇至關重要,主要考慮 以下幾個因素:綠色環保、安全性高、對氣體有較高 的可溶性、較低的揮發性、較低粘度、原料易得且廉 價、對吸收設備腐蝕性小等[20] 。 化學吸收中的吸收 劑一般較難選擇,而且價格相對比較昂貴,所以選擇 物理吸收。 在實際應用中,任何一種吸收劑都不可 能達到上面所有要求,只有盡可能選擇合適的吸收 劑。 水是一種最廉價、綠色環保、安全性高、易獲取 的理想吸收劑[21] 。 吸收法主要用來處理大風量、低濃度、高濕度的 VOCs,處理效率高達 95% ~ 98% [22] ,現在該技術相 對而言比較成熟,而且工藝比較簡單,設備占地面積 比較小,操作起來比較容易,成本比較低廉,具有廣 闊的應用前景。 

2. 3. 2 紫外光解法 紫外光解法是一種新興 VOCs 治理技術,其利用高能紫外線的照射,分子吸收光子 而成為激發態,當激發態分子能量高于化學鍵能時, 從而致使化學鍵斷裂而發生多種光化學反應,一部 分 VOCs 分子直接分解為二氧化碳和水;同時,空氣 經過高能紫外線的照射,其中的氧氣和水分子會激 發為臭氧和羥基自由基等強氧化劑,再利用這些強 氧化劑對 VOCs 進行徹底的氧化分解[23-24] 。 根據波長,紫外線可以劃分為 4 個波段:①UVA 波段,即長波黑斑效應紫外線,波長 320 ~ 400 nm; ②UVB 波段,即中波紅斑效應紫外線,波長 275 ~ 320 nm;③UVC 波段,即短波滅菌紫外線,波長 200 ~ 275 nm;④UVD 波段,即真空紫外線,波長 100 ~ 200 nm [25] 。 VOCs 處理中利用的是 UVD 波段的紫 外線激發出的臭氧和羥基自由基,其能斷開大部分 化學鍵,即能夠降解大多數 VOCs [26] 。 與傳統 VOCs 治理技術相比,紫外光解法具有 無可比擬的優點,其可以在常溫常壓下,不需要特定 的加熱、加濕處理,就能夠斷開大部分的化學鍵,而 且反應過程快速高效、安全性高、成本低廉,其在 VOCs 治理行業占據重要地位[26] 。 

2. 4 工藝特點 

2. 4. 1 印刷廢氣收集系統 五臺設備的污染點源 以及有 VOCs 揮發處均采用軟簾進行圍合,在其上 方設置集氣罩進行收集,各集氣罩收集的印刷廢氣 統一接入主管道,主管道最終接入廢氣處理系統。 

2. 4. 2 印刷廢氣處理系統 收集后的印刷廢氣進 入噴淋塔,噴淋塔采用旋流板塔,在旋流板塔徑向進 風管內設有第一級噴淋區,印刷廢氣在第一級噴淋 區與吸收劑充分接觸,然后氣流由旋流塔的中下部 均勻上升,進入第二級高密度洗滌噴淋區,在廢氣均 勻穿過氣液分布核心區域時,其表面的水膜會產生 大量的液沫,為印刷廢氣和循環水提供了巨大的接 觸面積,達到高效去除印刷廢氣中顆粒物和部分水 溶性有機物的目的。 在此過程中,循環水需要定期 排入該廠污水處理站進行更換。 廢氣經過塔頂的除 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紫外光 解對氣體濕度的要求。 噴淋洗滌后的印刷廢氣經過兩重氣霧分離之 后,印刷廢氣中的顆粒物和部分可溶性有機氣體都 得到去除,印刷廢氣的濃度和濕度均達到紫外光解 的處理條件。 印刷廢氣進入紫外光解裝置中,在 185 nm 波長紫外光照射下,激發產生臭氧和羥基自 由基等強氧化性基團,利用這些強氧化性基團對印 刷廢氣中的苯、甲苯、二甲苯等有機物氣體進行氧 化,使其氧化分解為二氧化碳和水。 經過紫外光解處理后的印刷廢氣中會有少量水 溶性小分子生成及臭氧殘留,經過后續的高效霧化 吸收裝置可以將這些水溶性小分子和殘留臭氧吸 收,而且在此過程中產生的吸收液可以進入噴淋階 段的循環池中,供噴淋塔洗滌使用。 經過高效霧化 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,再次經過氣霧分離器,會使印刷廢氣的 含水率大大降低,最后通過煙囪達標排放。

2. 5 運行結果 項目經過調試正常運行后,對進出口的非甲烷總 烴指標進行檢測,檢測數據由第三方檢測機構提供, 處理前后印刷廢氣中非甲烷總烴濃度見表 2。 除此 之外,還對出口的苯、甲苯、二甲苯指標進行了檢測, 主要揮發性有機物監測值見表 3,其出口的印刷廢氣 污染因子濃度低于上海市地方標準《印刷業大氣污染 物排放標準》(DB 31 / 872—2015)中的限值。 由表 2、表 3 非甲烷總烴和主要揮發性有機物監 測值可知,該套“噴淋洗滌吸收 + 紫外光解氧化 + 水 相霧化吸收” 印刷廢氣處理系統對非甲烷總烴的去 除效率為 93. 97% 以上,對苯、甲苯、二甲苯幾乎可以 完全去除,對顆粒物的去除也滿足排放標準。 總之, 針對該印刷廠廢氣成分及特點,設計的這套處理組合 工藝可以實現該印刷廠有機廢氣的達標排放。 

3 結論 

(1)該套“噴淋洗滌吸收 + 紫外光解氧化 + 水 相霧化吸收” 廢氣處理系統的噴淋洗滌工藝對印刷 廢氣進行初步凈化處理,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,最后經過氣相霧 化吸收工藝,廢氣可以得到徹底凈化,而且在氣相霧 化吸收工藝中產生的吸收液可以進入循環水池供給 噴淋洗滌工藝的運行,循環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行更新,3 個 階段的處理工藝相輔相成,可以對印刷廢氣進行徹 底降解。 

(2)該套廢氣處理系統不需要昂貴的藥品,僅 需使用廉價易得的水資源作為吸收液,而且整套工 藝流程簡單、風阻小、無大功率裝置、耗電量小,極大 降低了設備投資和運行費用。 

(3)該套廢氣處理系統適用于大風量、低濃度 的有機廢氣,對于污染物種類相同的其他行業廢氣 的治理具有可復制的參考價值。