印刷車間有機廢氣綜合治理工藝的探討

李文娟 滕富華 陸建海 董事壁 繆孝平

（浙江省環(huán)境保護科學設(shè)計研究院浙江杭州310000）

印刷車間有機廢氣綜合治理工藝的探討

李文娟 滕富華 陸建海 董事壁 繆孝平

（浙江省環(huán)境保護科學設(shè)計研究院浙江杭州310000）

印刷車間在生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的油墨廢氣，并伴隨異味，污染環(huán)境，因此對浙江省某企業(yè)印刷車間的廢氣治理工藝進行了研究。針對該企業(yè)兩個印刷車間的生產(chǎn)工藝，提出了廢氣處理工藝的設(shè)計方案。經(jīng)工程實際運行，處理效果良好，達到排放標準，為印刷工藝過程的廢氣治理工程設(shè)計提供參考依據(jù)。

印刷；廢氣；治理

根據(jù)2013年國家環(huán)保部組織的調(diào)查結(jié)果顯示，印刷使用溶劑產(chǎn)生VOCs排放量占總排放量的6%[1]。在印刷生產(chǎn)過程中使用大量的有機溶劑、油墨以及溶劑。由于溶劑揮發(fā)，這些揮發(fā)性有機物大多以廢氣的方式排放到大氣中[2]。近十年來，印刷過程中產(chǎn)生廢氣中VOCs污染對我國生態(tài)環(huán)境造成巨大危害[1]。因此，為了有效控制污染，具有印刷工序的企業(yè)開始重視對其印刷車間有機廢氣的治理。為此，本文以浙江省某企業(yè)的印刷車間為例，對其廢氣治理的工程設(shè)計進行深入探討，為印刷過程廢氣治理的工程設(shè)計提供參考。

1 工程概況

浙江省某新型材料制造企業(yè)，主要從事鋼化、鍍膜、絲印玻璃制造、加工，中空玻璃門生產(chǎn)、銷售等。其在生產(chǎn)過程中有2個車間進行印刷、烘干生產(chǎn)工藝。在印刷、烘干生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的油墨廢氣，并伴隨有異味，嚴重污染周邊的生態(tài)環(huán)境。為了改善環(huán)境同時使該企業(yè)2個印刷車間排放的VOCs均達到《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）新污染源的二級標準，因此需要找到一個合適的工藝對廢氣進行有效治理。

1.1 廢氣類型及來源

車間廢氣主要來自于印刷和烘干過程中油墨、固化劑、稀釋劑等的揮發(fā)。企業(yè)采用的熱固性油墨為熱固性丙稀酸樹脂或羥基丙稀酸樹脂，較為穩(wěn)定基本不揮發(fā)廢氣；固化劑HDT—90主要成分是90%脂肪族聚異氰酸酯三聚體，固體形式存在，不揮發(fā)，另有乙酸丁酯5%和高閃點芳香烴5%，屬易揮發(fā)成分。企業(yè)采用尼龍酸甲酯作為稀釋劑，混合物沸點在196℃～225℃之間。印刷或噴墨為常溫操作，因此印刷或噴墨過程中稀釋劑不揮發(fā)，尼龍酸甲酯在烘干過程中全部揮發(fā)。因此，產(chǎn)生的VOCs種類主要是：乙酸丁酯、高閃點芳香烴、尼龍酸甲酯等。

1.2 廢氣處理量的設(shè)計

廢氣治理方案初步擬定在車間1和車間2均設(shè)末端廢氣處理措施，根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，擬對車間產(chǎn)生的VOCs廢氣先分別收集再混合后處理。因此首先根據(jù)該企業(yè)提供的資料以及車間平面布置，明確了廢氣處理設(shè)施的廢氣量：（1）車間1廢氣處理設(shè)施廢氣量20452m3/h，設(shè)計取21000m3/h，設(shè)計濃度約60mg/m3。（2）車間2廢氣處理設(shè)施廢氣量43587m3/h，設(shè)計取44000m3/h，設(shè)計濃度約為180mg/m3。

1.3 排放標準

本項目廢氣采用非甲烷總烴作為污染物控制指標，執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)中新污染源的二級標準，標準值詳見表1。

表1 廢氣排放標準限值表

2 廢氣處理工藝設(shè)計

2.1 廢氣處理工藝的選擇

目前存在多種有機廢氣的處理工藝，如：冷凝法、吸收法、燃燒法、催化法、生物法、膜分離法、低溫等離子和吸附法等[3]。

該企業(yè)印刷/噴墨車間廢氣量大、成分較復(fù)雜，但有機物濃度相對較低；烘干廢氣氣量較小、成分也較復(fù)雜，但廢氣溫度高，有機物濃度高。為此，針對中低濃度的印刷廢氣，吸附法、直接燃燒法、催化燃燒法等，都存在投資大、運行成本高、操作管理復(fù)雜等問題。本項目采用低溫等離子體凈化法，該技術(shù)投資相對較少，運行成本低，管理方便，目前廣泛應(yīng)用于噴涂、印刷等濃度低、氣量大的場合。

為確保處理效果，本設(shè)計采用低溫等離子與吸收相結(jié)合的工藝，即在等離子設(shè)施前端設(shè)凈化吸收塔對氣體進行預(yù)處理，大部分尼龍酸甲酯沸點較高，能在前置凈化塔得到洗滌；在等離子設(shè)施后端設(shè)堿吸收塔去除氧化產(chǎn)物。治理工藝如圖1所示。

圖1 印刷車間廢氣治理工藝流程圖

2.2 工藝技術(shù)說明

低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，當外加電壓達到氣體的放電電壓時，氣體被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。放電過程中雖然電子溫度很高，但重粒子溫度很低，整個體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體[4]。

低溫等離子技術(shù)利用高壓電場放電，產(chǎn)生大量高能電子和具有極強氧化性的羥基自由基，以及氧化性極強的O3等高能活性粒子，與廢氣中有機物分子進行一系列復(fù)雜氧化、降解反應(yīng)，可將有機物降解為小分子物質(zhì)，其中部分氧化為酸，部分直接氧化為CO2和H2O。

2.3 工藝流程說明

廢氣從氣體收集系統(tǒng)收集后首先進入凈化塔進行一級吸收，對顆粒物進行進一步去處，防止顆粒物進入等離子體裝置，減少低溫等離子體裝置污染，提高設(shè)備使用壽命。

廢氣再進入等離子體反應(yīng)器單元，在該區(qū)域由于高能電子的作用，使有機物分子受激發(fā)，形成帶電粒子或分子間的化學鍵被打斷產(chǎn)生自由基等活性粒子，這些活性粒子和有機物污染反應(yīng)以達到消除污染物目的。同時空氣中的水和氧氣在高能電子轟擊下也會產(chǎn)生羥基自由基、氧原子、臭氧等強氧化性物質(zhì)，這些強氧化性物質(zhì)也會與有機污染物反應(yīng)，使其分解。由于廢氣在等離子體反應(yīng)器中停留時間較短，等離子體出氣中含有部分未來得及徹底反應(yīng)的碎片粒子和活性氧等成份，一般為小分子羧酸類物質(zhì)，因此在等離子體出氣端設(shè)計二級吸收塔，采用堿液吸收進行深度處理，徹底達到去除污染物的目的。凈化后的氣體經(jīng)15m排氣筒高空達標排放。

3 處理設(shè)施處理效果

設(shè)施運行后，對兩套廢氣處理設(shè)施進行了監(jiān)測，監(jiān)測指標為非甲烷總烴，具體見表2。由表2可以看出：印刷工序造成的污染明顯降低，廢氣設(shè)施的處理效果明顯，廢氣處理效率均達到60%以上，油墨廢氣經(jīng)處理后，非甲烷總烴的排放濃度及排放速率遠低于《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）中的新源二級排放標準，可達標排放。