華烯廢氣治理關于凹印VOCs的末端治理

華烯廢氣治理關于凹印VOCs的末端治理：

凹印VOCs末端治理技術的應用情況

2001～2007年，全國一些大中城市就有很多凹印VOCs末端治理項目，基本以“活性炭吸附+催化燃燒”為主，但這些項目大多并沒有實際運行，上馬的主要目的是應對環(huán)評驗收達標排放，而不是治理VOCs。

2007～2012年，各地規(guī)模以上凹印企業(yè)陸續(xù)上馬VOCs末端治理項目，基本以“回收”為主，如活性炭(碳纖維)吸附+回收，上馬的主要目的有3個：預期回收經(jīng)濟效益、環(huán)評驗收、企業(yè)主動治理意愿。

2012～2014年，眾多凹印企業(yè)紛紛主動上馬VOCs末端治理項目，但基本還是以“回收”為主，主要是因為期間全國各地霧霾鎖城，國家首次提出將VOCs納入污染防治，凹印企業(yè)環(huán)保壓力激增。

印刷車間廢氣處理

2015年至今，包裝印刷業(yè)被國家列為VOCs排污收費試點行業(yè)，凹印行業(yè)由于生產(chǎn)過程中使用大量有機溶劑并直排，面臨巨大環(huán)保壓力?；赩OCs排污費的大幅收取、凹印排放標準的日益嚴格，以及日后自動在線連續(xù)檢測的安裝可能，整個凹印行業(yè)的主流VOCs末端治理技術開始快速轉向燃燒(RTO)，同期大量燃燒項目在全國各地大型凹印企業(yè)快速推進，大面積鋪開，但截至目前，實際運行的還比較少，仍有待觀察。但同期很多地市都提出了要求限期短期快速治理，迫于形勢、資金，以及技術和市場的紛繁亂象等，大多凹印企業(yè)倉促選擇了等離子、光催化、催化燃燒、光解等投資幾十萬的臨時過渡措施，也是很大的浪費。

凹印VOCs末端治理方案的選擇

基于目前的經(jīng)濟、技術、環(huán)保、市場等條件，筆者認為凹印企業(yè)在選擇VOCs末端治理方案之前，必須注意以下3個方面。

1.摸底

凹印企業(yè)必須摸清VOCs排放量、濃度、成分等總體情況，統(tǒng)籌考慮方案，特別是治理設施入口廢氣風量、濃度、規(guī)律等需要反復確認，這是所有項目設計和運行的基礎，必須多方反復確認。

2.減風和現(xiàn)場封閉

優(yōu)化凹印機烘箱結構，減少、合并、濃縮廢氣，減少排放總量，控制每色廢氣總量小于1000m3/min或更小(但烘箱內(nèi)部循環(huán)風量和風壓等保持不變)，可以通過手動熱風回用、自動LEL熱風回用等措施來實現(xiàn)。濃縮后廢氣濃度一般大于2.5g/m3，達到RTO自維持濃度，運行后凹印企業(yè)只需承擔RTO變頻風機的電費即可。但凹印機烘箱減風設計，涉及烘箱設計、無組織減少、墨槽封閉、系統(tǒng)保溫、烘干原理、凹印工藝、熱風回用等，需要科研院所、凹印機械廠、熱風系統(tǒng)集成商、凹印企業(yè)等多方統(tǒng)籌完成(國內(nèi)凹印機上萬臺，凹印機械廠上百家，但烘干系統(tǒng)大多搬用國外機械廠20年前的系統(tǒng)，真正能獨立統(tǒng)籌開發(fā)設計的還沒有)，這樣才能實現(xiàn)以既定速度、最小風量、最小熱量、最高廢氣濃度完成有效烘干的目的(但廢氣濃度低于安全值)。在此筆者建議凹印行業(yè)推出凹印能耗等級和能效標識，這樣就能更好地從設計之初進行全面統(tǒng)籌，管理能耗、利用能耗，并極大地推動行業(yè)進步。

現(xiàn)場封閉是減少無組織排放的重要措施，雖然國外現(xiàn)在也很少，但國內(nèi)有要求，除了墨槽封閉、烘箱負壓、地面抽風取消或合并外，印刷機的相對封閉也要列入日程。

3.慎重選擇

基于目前的環(huán)保政策、治理技術，以及凹印企業(yè)各種紛繁復雜的VOCs排放情況，即使凹印企業(yè)真心投入VOCs治理，要想制定出短期有效、合理的方案也是極為困難的，筆者見過太多失敗的案例，尤其是目前有些凹印企業(yè)直接將VOCs末端治理外包給供應商的做法是極其錯誤的。凹印企業(yè)需要充分認識到，即使供應商從前期調(diào)研、設計、加工到后期安裝、調(diào)試全程參與和配合，但從目前來看，能否確保項目成功，還有各種不確定性，因此凹印企業(yè)應當慎重選擇。

下面，基于筆者對現(xiàn)有凹印VOCs末端治理技術的認識和理解，給出如下選擇建議，供大家參考。

方案一：溶劑回收【不建議】

主要存在如下問題：

(1)達標

回收方案吸附一級廢氣外排達標困難，且廢氣的多成分(如含醇)以及吸附材料本身的無選擇性，使得各種不同形狀的廢氣同時兼顧達標非常困難，大多需要追加二次VOCs治理設施實現(xiàn)達標。

(2)安全

其一，溶劑回用工藝區(qū)域需要除水、除味、蒸餾、脫色、提純等操作，屬于甲類防爆區(qū)域，需要有遠離生產(chǎn)區(qū)域的場地，而且提純處理類似化工工藝，有較大安全隱患，另外是否允許本廠這樣處理回收溶劑，地方安監(jiān)、消防政策模糊;其二，凹印廢氣成分復雜，除了溶劑，還有油墨、光油等內(nèi)部溶劑的成分，反復回用到凹印原來的純?nèi)軇┕に嚴?，會有各種潛在產(chǎn)品質量風險，尤其對于食品包裝，極易存在溶劑遷移風險。

(3)技術

目前單一溶劑或雙組分溶劑油墨的應用還不成熟，凹印廢氣回收得到的是混合溶劑，還做不到現(xiàn)場分離和提純回用，而且如果企業(yè)只有1～2臺凹印機的廢氣排放量，一年排放幾百噸，偏小，不適合回收。

(4)政策

國家將回收溶劑定義為危險廢物，需要具有資質的企業(yè)來處理，使得回收溶劑的收集、存儲和流轉更加困難，而且目前集中外運再精制回用也不成熟。另外，隨著當前VOCs排污費的征收，回收溶劑數(shù)量清晰、環(huán)節(jié)透明，凹印企業(yè)的壓力更大。

(5)經(jīng)濟

回收成本基本可以接受，如按電費1元/度、蒸汽費200元/噸計算，回收1噸溶劑的成本約在1500元/噸以內(nèi)(單純回收溶劑的成本，如提純還要增加500～700元/噸)，但由于最近石化產(chǎn)品大幅降價，使得回收溶劑價值隨之大幅下跌，市場快速變小，出售非常困難，以前不提純就能賣，現(xiàn)在提純后也幾乎沒人要，最后可能不得不按危廢付費賣掉，危廢處理還要增加成本約5000元/噸，回收成本大幅上升。

方案二：轉輪濃縮【不建議】

主要存在如下問題：

(1)達標

理由同上，即使針對各種溶劑定制轉輪，但由于大多凹印企業(yè)都有幾種不同的墨系，添加在油墨內(nèi)的溶劑成分較復雜，按濃縮比10考慮，90%的廢氣通過轉輪濃縮一級吸附凈化直接外排很難達標，或者還需要二級轉輪凈化，而且日后安裝在線檢測和繳納排污費時也很難達標。

(2)安全

由于凹印廢氣入口風量和濃度變化較大，一般可以差出5～10倍，如果轉輪濃縮只能以固定的轉速吸附解析，對于變風量、變濃度、變成分的廢氣，其達標、能耗、安全都是問題。比如，原來進口廢氣是300mg/m3，濃縮10倍就是3g/m3，但如果切換訂單，轉輪部分依舊，進口濃度如達到3g/m3，濃縮后變?yōu)?0g/m3，廢氣爆炸風險劇增。

(3)能耗

基于轉輪濃縮的特性，其對廢氣風量、濃度，以及開停機不能非常好地適應，能耗最低只能匹配較窄范圍，造成實際全范圍工況生產(chǎn)，運行和維護成本比較高。

方案三：活性炭置換【無奈之選】

這種治理方案投資較小，但一般1臺凹印機每小時排放25～75kg的溶劑，要想實現(xiàn)達標排放，需要極其頻繁地更換活性炭，而更換下來的活性炭由于是危廢，還要付費處理。尤其現(xiàn)在廢氣處理技改和新項目有凈化率指標，活性炭達標很難，最終只能廢棄，不得不再次投資，因此只能作為無奈之選。

方案四：燃燒【建議】

濃縮后廢氣處理建議直接上RTO，當然也可以上催化焚燒，或者轉輪濃縮后上RTO也可以。其他如地排、車間無組織、油墨庫房、清洗間等低濃度廢氣，建議嘗試采用新技術處理，或者濃縮后再進入RTO。至于國內(nèi)各家RTO的對比和選擇，這里不再展開。

方案五：噴淋塔和光氧催化及低溫等離子綜合處理系統(tǒng)【建議】

基于國內(nèi)巨大的環(huán)保壓力和治理市場，在凹印VOCs末端治理方面，近年來陸續(xù)有新技術出現(xiàn)，有些國外都還沒有(分析國外凹印比例很小，十幾年前就開始治理，目前基本成熟，很少企業(yè)投入研發(fā))，如高溫等離子、低溫等離子、光解、光氧化、生物法以及各種技術的組合等，建議不斷嘗試。

水吸收法(噴淋塔)是利用有機廢氣中某些物質易溶于水的特性，使有機廢氣成分直接與水接觸，從而溶解于水達到去除目的。部分會加入活堿等處理一些酸性氣體并且噴淋塔可以進行除塵、除霧、過濾油漆漆霧和除塵的效果等。適用于水溶性、有組織排放源的有機廢氣。工藝簡單，管理方便，設備運轉費用低，但產(chǎn)生二次污染，需對洗滌液進行處理；凈化效率低，應與其他技術聯(lián)合使用，對有機廢氣處理效果一般。

光氧催化是光化學和催化氧化方法的一種升級，它把光化學和催化氧化結合起來，處理效果更佳，而且不存在催化劑中毒及對成分復雜的廢氣無法處理的缺陷，而且它的運營成本更低，因為有催化劑的作用在中低溫的情況下也能進行，所以它的能耗也更低。對VOCS氣體的異味，甲苯、甲醛、二甲苯等氣體處理效率能達到96%以上。眾明廢氣處理研究室經(jīng)過十年左右的科研攻關及數(shù)千的案例進行分析比較后發(fā)現(xiàn)，針對VOCS，光氧催化是目前比較有效、最節(jié)省成本的一種廢氣處理方法，特別是對濃度在100－500mg/m3的廢氣能完全處理掉。

低溫等離子處理法是利用等離子體內(nèi)部產(chǎn)生富含極高化學活性的粒子，如電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等。廢氣中的污染物質與這些具有較高能量的活性基團發(fā)生反應，最終轉化為CO2和H2O等物質，從而達到凈化廢氣的目的。適用范圍廣，凈化效率高，尤其適用于其它方法難以處理的多組分有機廢氣，設備占地面積??；電子能量高，幾乎可以和所有的有機廢氣分子作用；運行費用低；反應快、停止十分迅速，隨用隨開。但對含水、含塵、有機廢氣易爆炸，一次性投資費高。

將以上三種處理方法結合在一起，處理效果將大大提高。首先廢氣進入水噴淋，在噴淋室中以1.8m/s左右的緩慢速度通過。噴淋室內(nèi)噴淋液經(jīng)過霧化器的霧化形成層層水膜，首先廢氣由噴淋塔進氣口流入空氣室，然后經(jīng)過第一層填料進行水洗，去除廢氣中的40%-60%的漆霧顆粒以及溶解部分溶于水的廢氣，然后進入第二層填料進行水洗，完全去除廢氣中全部的漆霧顆粒和溶解部分溶于水的廢氣（防止漆霧粘結燈管，影響光氧設備凈化效率和后續(xù)設備的維護成本）。然后經(jīng)水噴淋上端的除霧器進行水份吸收。接著廢氣進入光氧催化設備或等離子設備。①進入光氧催化設備，利用特制的高能高臭氧UV紫外線光束照射廢氣，裂解工業(yè)廢氣如：氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，硫化物H2S、VOC類，苯、甲苯、二甲苯的分子鏈結構，使有機或無機高分子惡臭化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，降解轉變成低分子化合物，如CO2、H2O等。利用高能高臭氧UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因游離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合，進而產(chǎn)生臭氧。 UV＋O2→O-+O＊(活性氧)O+O2→O3(臭氧)，眾所周知臭氧對有機物具有極強的氧化作用，對工業(yè)廢氣及其它刺激性異味有立竿見影的清除效果。工業(yè)廢氣利用排風設備輸入到本凈化設備后，凈化設備運用高能UV紫外線光束及臭氧對工業(yè)廢氣進行協(xié)同分解氧化反應，使工業(yè)廢氣物質其降解轉化成低分子化合物、水和二氧化碳，再通過排風管道排出室外。利用高能-C光束裂解工業(yè)廢氣中細菌的分子鍵，破壞細菌的核酸（DNA），再通過臭氧進行氧化反應，徹底達到凈化及殺滅細菌的目的．從凈化空氣效率考慮，我們選擇了-C波段紫外線和臭氧發(fā)結合電暈電流較高化裝置采用脈沖電暈放吸附技術相結合的原理對有害氣體進行消除，其中-C波段紫外線主要用來去除硫化氫、氨、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、乙酸乙酯、乙烷、丙酮、尿烷、樹脂等氣體的分解和裂變，使有機物變?yōu)闊o機化合物。②進入等離子設備，在外加電場的作用下，介質放電產(chǎn)生的大量攜能電子轟擊污染物分子，使其電離、解離和激發(fā)，然后便引發(fā)了一系列復雜的物理、化學反應，使復雜大分子污染物轉變?yōu)楹唵涡》肿影踩镔|，或使有毒有害物質轉變成無毒無害或低毒低害的物質，從而使污染物得以降解去除。

當然，以上方案還要結合凹印企業(yè)的具體情況，以及不同地區(qū)環(huán)保政策、VOCs排污費征收等情況適當調(diào)整。

從經(jīng)濟角度看凹印VOCs末端治理

(1)RCO是目前最徹底、最環(huán)保的凹印VOCs末端治理方案，但投資大、占地大、成本高(1萬廢氣風量約50萬～100萬元的投入)，一般6萬風量的RTO長22米、寬8米、高6米、重100噸，建議規(guī)模大的凹印企業(yè)考慮，同時建議分期投入。

(2)濃縮+催化燃燒或濃縮+RTO，成本投入和占地面積會稍小，無須減風，對生產(chǎn)影響較小，但筆者對于濃縮是否適合凹印工藝持否定態(tài)度，理由見上文。

催化燃燒裝置

(3)如果當?shù)丨h(huán)保壓力不大，凹印企業(yè)可以先觀察，或者少投資，先采用過渡方案，同時密切關注政策的變化和新技術的發(fā)展，待凹印行業(yè)達成一致，市場推出有效的、成熟的、性價比高的技術和方案時再上?？陀^來講，失敗的案例，其投資、運行費用的無效消耗，同樣是不環(huán)保，也是對環(huán)境、對凹印行業(yè)的二次傷害。

需要澄清的是，環(huán)保必須做，期間沒有實力的企業(yè)必然淘汰出局，同時也會緩解產(chǎn)能過剩，但這需要國家、協(xié)會、供應商、企業(yè)等多方協(xié)同，共同推進，否則最終結果還會和幾十年前一樣，流于形式。

凹印VOCs末端治理未來走向

(1)凹印機必須安裝VOCs治理設施，未來凹印機出廠前可能要求標配VOCs末端治理設施。

(2)短時間內(nèi)，只要求達標排放區(qū)域，活性炭置換技術還會是凹印VOCs末端治理的主要應對方式，但在同時要求凈化率和達標排放的區(qū)域，各種低成本的新技術或組合技術將會是主流。

(3)如果有低成本的凹印VOCs末端治理新技術問世，如1萬廢氣風量10萬～20萬元的投入，將會替代以上主流技術。

(4)期待凹印VOCs末端治理新技術形成主流并大幅推廣，但如果短期內(nèi)沒有新技術出現(xiàn)，RCO將成為主流。

需要說明的是，在目前己經(jīng)固化的產(chǎn)業(yè)格局中，凹印企業(yè)是整個產(chǎn)業(yè)鏈中的直接排污者，必須承擔相應的環(huán)保職責，因此凹印企業(yè)必須充分認識到，今后環(huán)保投入，和工廠用工、用水、用電一樣是日常行為。凹印環(huán)保不僅為達標，也為自己的家園，需要大家一起攜手面對，也希望更多的凹印企業(yè)一起來主動投入做環(huán)保。同時，作為消費者，我們應該關心購買商品包裝的環(huán)境表現(xiàn)，珍惜手里的購買權，倒逼食品、醫(yī)藥、日化用品等企業(yè)，最大程度地減少過度包裝，恢復功能包裝，從根本上對綠色包裝給予引導和支持。