包裝印刷行業(yè)廢氣治理詳細解決方案

近年來，廢氣治理引起各界關注，空氣質量成為公眾關注焦點。不同行業(yè)的廢氣治理有不同的特點，北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)發(fā)布不同行業(yè)廢氣治理系列報告文章，含制藥行業(yè)廢氣治理、包裝印刷行業(yè)廢氣治理、油氣回收等。現(xiàn)發(fā)布不同行業(yè)廢氣治理系列報告文章之二：包裝印刷行業(yè)廢氣治理解決方案。

　　1. 概況

　　1.1 項目背景

　　包裝印刷是以美化、識別、宣傳商品為主要目的而采用的印刷方式和印后加工處理技術，是應用一般印刷技術成果，在一般印刷技術的基礎上發(fā)展起來并形成一個新的印刷工業(yè)體系。因此，包裝印刷不僅是現(xiàn)代包裝的重要組成部分，而且也是印刷技術領域的一個新的分支，成為中國一個舉足輕重的行業(yè)。

　　包裝印刷行業(yè)在生產過程中使用的溶劑型油墨, 油墨含有50%-60%的揮發(fā)性組分;調整油墨粘度所需的稀釋劑更增加了有機廢氣的排放。在印制品干燥時, 油墨所散發(fā)的揮發(fā)性組分的總含量占70%-80%，會有大量乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯以及甲苯、二甲苯等有機氣體揮發(fā)排放，對周邊環(huán)境和人體健康有很大危害。因此，有效治噴涂行業(yè)大氣污染已經成為亟待解決的重要問題。

　　1.2 生產工藝及廢氣來源

　　印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷、凹版印刷和孔版印刷。不同印刷工藝的VOCs來源和排放方式基本相同：VOCs來源于所使用的油墨及稀釋劑、復合用膠黏劑及設備清洗劑，可能的排放途徑有：油墨調配過程溶劑揮發(fā)、印刷過程油墨溶劑揮發(fā)、烘干階段、復合過程及設備清洗過程等。印刷生產工藝流程及主要VOCs排放環(huán)節(jié)如圖1所示：

　　平版印刷企業(yè)所使用的油墨包括溶劑型油墨、植物大豆油墨、UV固化油墨和水性油墨，其中溶劑型油墨揮發(fā)性有機化合物含量較高，是平版印刷企業(yè)主要的VOCs排放源。此外，平版印刷在生產過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。

　　凸版印刷通常用于產品包裝印刷，對于色彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產品一般使用水性油墨，幾乎不存在VOCs排放，對于色彩鮮艷的薄膜制品則一般使用醇溶性油墨，印刷過程產生VOCs污染。

　　凹版印刷廣泛應用于包裝和特殊產品印刷領域，適用于薄膜、復合材料及紙張等介質，通常使用低粘度，高VOCs含量的油墨，印刷過程產生大量的VOCs，且成分復雜。

　　孔版印刷VOCs主要來源于油墨及清洗劑，使用溶劑型油墨時VOCs排放濃度相對較高。

　　復合工藝是指使用膠黏劑將不同的基材通過壓貼粘合形成二種或多種材料的組合的一種印后加工方式。包含干式復合、濕式復合、擠出復合、熱熔復合等工藝，其中干式復合工藝需要使用大量的膠黏劑和稀釋劑，VOCs排放量較大，且成分單一。

　　1.3 有機廢氣排放特性

　　目前來說油墨分為酯溶性油墨和醇溶性(也稱為水溶性)油墨，基于大部分標簽的材料為PVC，酯溶性油墨占據(jù)比例較大，酯溶性油墨中會含有乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚、異丙醇等組分，且耗量較大，而醇溶性油墨中大部分溶劑為乙醇。

　　印刷工藝過程中的排放特征是濃度低、風量大，濃度范圍主要在300～800mg/m。之間，每臺印刷機的排風量大約在30000～50000m3/h左右。由于其油墨組分多，故VOCs排放成分復雜。

　　干式復合工藝過程中的排放特征是濃度較高，風量相對較低，濃度范圍在1000～3000mg/m。之間，并且由于粘膠劑配方單一，故排放VOCs成分簡單，為單一的乙酸乙酯。近年來，包裝行業(yè)內對于環(huán)保生產越來越重視，有意識采用水溶性復合膠水代替?zhèn)鹘y(tǒng)乙酸乙酯膠水，隨著環(huán)保型原料的技術進步，復合生產的VOCs排放有望在不遠的將來得到徹底改善。但就目前來說，乙酸乙酯膠水復合仍然是主要的生產方式。

　　以上兩種工序排放的溶劑氣體均易于吸附：溶劑的使用量大，環(huán)境污染嚴重，急需治理。

　　2. 治理方案選擇

　　2.1 常見處理方法比較

　　選擇有機廢氣處理方法，總體上應根據(jù)以下因素：有機污染物質的類型、有機污染物質濃度水平、有機廢氣的排氣溫度、有機廢氣的排放流量、微粒散發(fā)的水平、需要達到的污染物控制水平。

　　有機廢氣的處理方法種類繁多，特點各異，常用的有冷凝法、吸收法、燃燒法、催化法、吸附法、低溫等離子、生物法、蓄熱式氧化法等(見圖2)。

　　1)冷凝法：將廢氣直接冷凝或吸附濃縮后冷凝，冷凝液經分離回收有價值的有機物。該法用于濃度高、溫度低、風量小的廢氣處理，但此法投資大、能耗高、運行費用大，不適用于低濃度、大風量的包裝印刷尾氣治理。

　　2)吸收法：可分為化學吸收和物理吸收，一般不采用化學吸收。物理吸收是選用具有較小的揮發(fā)性的液體吸收劑，它與被吸收組分有較高的親和力，吸收飽和后經加熱解析冷卻后重新使用。該法用于大氣量、溫度低、濃度低的廢氣，裝置復雜、投資大，吸收液的選用比較困難，液體吸收法凈化率只有60%～80%，這種方法實際應用存在吸收效率不高，一般難以達到國家排放標準，而且存在著二次污染問題;

　　3)直接燃燒法：利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度(700～800℃)，駐留一定的時間，使可燃的有害氣體燃燒。該法工藝簡單、設備投資少，但能耗大、運行成本高。對于處理低濃度、大風量的包裝印刷尾氣，選擇直接燃燒法太不經濟，而且浪費能源。

　　4)催化燃燒法：將廢氣加熱到200～300℃經過催化床燃燒，達到凈化目的。該法能耗低、凈化率高可達95%、無二次污染、工藝簡單操作方便。適用于小風量、高溫、高濃度的有機廢氣治理，不適用于低濃度、大風量的包裝印刷尾氣治理。

　　5)吸附法：

　?、僦苯游椒ǎ河袡C氣體直接通過活性炭，可達到95%的凈化率，設備簡單、投資小、操作方便，但需經常更換活性炭，若無再生裝置, 則運行費用太高;因此可用于濃度低、污染物不需回收的場合。

　?、谖交厥辗ǎ河袡C氣體經活性炭吸附，該法利用活性炭等吸附劑吸附有機廢氣，接近飽和后用水蒸汽反吹活性炭進行脫附再生，水蒸汽與脫附出來的有機氣體經冷凝、分離，可回收有機液體。該法凈化效率較高，但要求提供必要的蒸汽量，適用于低濃度、大風量的包裝印刷尾氣治理。

　?、畚?-催化燃燒法：應用新型活性炭(多為蜂窩炭或纖維炭)吸附濃縮低濃度的有機廢氣，吸附接近飽和后引入熱空氣加熱活性炭，使有機廢氣脫附出來進入催化燃燒床進行無焰燃燒凈化處理，熱氣體在系統(tǒng)中循環(huán)使用或增設二級換熱器進行熱能回收。該法將低濃度的有機廢氣通過活性炭將其濃縮成高濃度的有機廢氣再通過催化燃燒徹底凈化。但催化劑容易易中毒，需定期更換催化劑，造成運行費用太高。

　　6)低溫等離子法：利用介質放電產生的等離子體以極快的速度反復轟擊廢氣中的氣體分子，去激活、電離、裂解廢氣中的各種成分，通過氧化等一系列復雜的化學反應，使復雜大分子污染物轉變?yōu)橐恍┬》肿拥陌踩镔|(如二氧化碳和水)，或使有毒有害物質轉變?yōu)闊o毒無害或低毒低害物質。

　　該法消耗低，具有裝置簡單，易于操作，占地面積小，使用方便等優(yōu)點，但是在實際應用中存在著凈化效率低的問題。由于是一項新技術，人們對于其作用機理研究不夠充分，還沒有形成規(guī)律性認識，很多企業(yè)只是在模仿這項技術，并沒有真正掌握真正的核心技術。

　　7)生物法：該法是基于成熟的生物處理污水技術上發(fā)展起來，具有能耗低、運行費用少的特點，在國外有一定規(guī)模的應用。其缺點在于污染物在傳質和消解過程中需要有足夠的停留時間，從而增大了設備的占地，同時由于微生物具有一定的耐沖擊負荷限值，增加了整個處理系統(tǒng)在停啟時的控制。該法目前在國內污水站廢氣治理中有少量應用，對工業(yè)廢氣治理的應用很少。

　　8)光催化氧化法：該法是通過光催化氧化反應凈化消除揮發(fā)性有機氣體。所謂光催化氧化反應，就是讓太陽光或其他一定能量的光照射光敏半導體催化劑時，激發(fā)半導體的價帶電子發(fā)生帶間躍遷，即從價帶躍遷到導帶，從而產生光生電子(e-)和空穴(h+)。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子，而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性，能使有機污染物氧化至最終產物CO2和H2O。利用光催化氧化工藝處理廢氣是一種應用前景非常廣闊的方法。但是目前大多數(shù)還在是運用于室內空氣的凈化，主要用于處理低濃度有機廢氣領域，有效運用于較高濃度有機廢氣處理的工業(yè)應用還很少，處理效率得不到保證。

　　9)蓄熱式氧化法：該法是利用天然氣或燃料油燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度825℃，滯留一定的時間(0.5～1秒)，使可燃的有害物質進行高溫分解變?yōu)闊o害物質。本法的特點：工藝簡單、去除率高，通過蓄熱材料回收熱量，可以達到90～95%的熱回收率，運行費用較少，尤其對于一些復雜組分處理效果較好。

　　2.2 治理方案確定

　　在包裝生產中，由于干復工藝的廢氣風量小、濃度較高、VOCs排放成分單一，此處廢氣建議采用活性炭纖維吸附+水蒸氣脫附再生回收技術、顆?；钚蕴课?氮氣保護再生回收技術，將回收的溶劑(乙酸乙酯)經過提純后進行再利用。

　　對于印刷工藝來說，由于廢氣具有大風量、低濃度、成分復雜不具有回收價值等特點，此處廢氣建議采用旋流板塔+過濾器+沸石濃縮轉輪設備(濃縮倍率5~20倍)+ 蓄熱式焚化爐(RTO)+熱能回用處理后達標排放。每座沸石轉輪濃縮設備最大可處理風量約100,000 m3/h (需視廢氣成分/濃度/性能需求調整)，若常溫廢氣風量大，可以并聯(lián)沸石濃縮轉輪(使處理風量增加)，并藉由此設備本身高濃縮之特性，使脫附后廢氣風量大幅降低，可降低整體系統(tǒng)設置成本及RTO爐操作成本。

　　對于印刷工藝設備是間歇工作的場合下，此處廢氣建議采用吸附濃縮+催化燃燒+熱能回用處理后達標排放。