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关于凹印VOCs的末端治理

作者:zmhb 来源: 日期:2016-11-3 12:15:33 人气:0


                                                                         关于凹印VOCs的末端治理

凹印VOCs末端治理技术的应用情况

2001~2007年,全国一些大中城市就有很多凹印VOCs末端治理项目,基本以“活性炭吸附+催化燃烧”为主,但这些项目大多并没有实际运行,上马的主要目的是应对环评验收达标排放,而不是治理VOCs。

2007~2012年,各地规模以上凹印企业陆续上马VOCs末端治理项目,基本以“回收”为主,如活性炭(碳纤维)吸附+回收,上马的主要目的有3个:预期回收经济效益、环评验收、企业主动治理意愿。

2012~2014年,众多凹印企业纷纷主动上马VOCs末端治理项目,但基本还是以“回收”为主,主要是因为期间全国各地雾霾锁城,国家首次提出将VOCs纳入污染防治,凹印企业环保压力激增。


2015年至今,包装印刷业被国家列为VOCs排污收费试点行业,凹印行业由于生产过程中使用大量有机溶剂并直排,面临巨大环保压力。基于VOCs排污费的大幅收取、凹印排放标准的日益严格,以及日后自动在线连续检测的安装可能,整个凹印行业的主流VOCs末端治理技术开始快速转向燃烧(RTO),同期大量燃烧项目在全国各地大型凹印企业快速推进,大面积铺开,但截至目前,实际运行的还比较少,仍有待观察。但同期很多地市都提出了要求限期短期快速治理,迫于形势、资金,以及技术和市场的纷繁乱象等,大多凹印企业仓促选择了等离子、光催化、催化燃烧、光解等投资几十万的临时过渡措施,也是很大的浪费。

凹印VOCs末端治理方案的选择

基于目前的经济、技术、环保、市场等条件,笔者认为凹印企业在选择VOCs末端治理方案之前,必须注意以下3个方面。

1.摸底

凹印企业必须摸清VOCs排放量、浓度、成分等总体情况,统筹考虑方案,特别是治理设施入口废气风量、浓度、规律等需要反复确认,这是所有项目设计和运行的基础,必须多方反复确认。

2.减风和现场封闭

优化凹印机烘箱结构,减少、合并、浓缩废气,减少排放总量,控制每色废气总量小于1000m3/min或更小(但烘箱内部循环风量和风压等保持不变),可以通过手动热风回用、自动LEL热风回用等措施来实现。浓缩后废气浓度一般大于2.5g/m3,达到RTO自维持浓度,运行后凹印企业只需承担RTO变频风机的电费即可。但凹印机烘箱减风设计,涉及烘箱设计、无组织减少、墨槽封闭、系统保温、烘干原理、凹印工艺、热风回用等,需要科研院所、凹印机械厂、热风系统集成商、凹印企业等多方统筹完成(国内凹印机上万台,凹印机械厂上百家,但烘干系统大多搬用国外机械厂20年前的系统,真正能独立统筹开发设计的还没有),这样才能实现以既定速度、最小风量、最小热量、最高废气浓度完成有效烘干的目的(但废气浓度低于安全值)。在此笔者建议凹印行业推出凹印能耗等级和能效标识,这样就能更好地从设计之初进行全面统筹,管理能耗、利用能耗,并极大地推动行业进步。

现场封闭是减少无组织排放的重要措施,虽然国外现在也很少,但国内有要求,除了墨槽封闭、烘箱负压、地面抽风取消或合并外,印刷机的相对封闭也要列入日程。

3.慎重选择

基于目前的环保政策、治理技术,以及凹印企业各种纷繁复杂的VOCs排放情况,即使凹印企业真心投入VOCs治理,要想制定出短期有效、合理的方案也是极为困难的,笔者见过太多失败的案例,尤其是目前有些凹印企业直接将VOCs末端治理外包给供应商的做法是极其错误的。凹印企业需要充分认识到,即使供应商从前期调研、设计、加工到后期安装、调试全程参与和配合,但从目前来看,能否确保项目成功,还有各种不确定性,因此凹印企业应当慎重选择。

下面,基于笔者对现有凹印VOCs末端治理技术的认识和理解,给出如下选择建议,供大家参考。

方案一:溶剂回收【不建议】

主要存在如下问题:

(1)达标

回收方案吸附一级废气外排达标困难,且废气的多成分(如含醇)以及吸附材料本身的无选择性,使得各种不同形状的废气同时兼顾达标非常困难,大多需要追加二次VOCs治理设施实现达标。

(2)安全

其一,溶剂回用工艺区域需要除水、除味、蒸馏、脱色、提纯等操作,属于甲类防爆区域,需要有远离生产区域的场地,而且提纯处理类似化工工艺,有较大安全隐患,另外是否允许本厂这样处理回收溶剂,地方安监、消防政策模糊;其二,凹印废气成分复杂,除了溶剂,还有油墨、光油等内部溶剂的成分,反复回用到凹印原来的纯溶剂工艺里,会有各种潜在产品质量风险,尤其对于食品包装,极易存在溶剂迁移风险。

(3)技术

目前单一溶剂或双组分溶剂油墨的应用还不成熟,凹印废气回收得到的是混合溶剂,还做不到现场分离和提纯回用,而且如果企业只有1~2台凹印机的废气排放量,一年排放几百吨,偏小,不适合回收。

(4)政策

国家将回收溶剂定义为危险废物,需要具有资质的企业来处理,使得回收溶剂的收集、存储和流转更加困难,而且目前集中外运再精制回用也不成熟。另外,随着当前VOCs排污费的征收,回收溶剂数量清晰、环节透明,凹印企业的压力更大。

(5)经济

回收成本基本可以接受,如按电费1元/度、蒸汽费200元/吨计算,回收1吨溶剂的成本约在1500元/吨以内(单纯回收溶剂的成本,如提纯还要增加500~700元/吨),但由于最近石化产品大幅降价,使得回收溶剂价值随之大幅下跌,市场快速变小,出售非常困难,以前不提纯就能卖,现在提纯后也几乎没人要,最后可能不得不按危废付费卖掉,危废处理还要增加成本约5000元/吨,回收成本大幅上升。

方案二:转轮浓缩【不建议】

主要存在如下问题:

(1)达标

理由同上,即使针对各种溶剂定制转轮,但由于大多凹印企业都有几种不同的墨系,添加在油墨内的溶剂成分较复杂,按浓缩比10考虑,90%的废气通过转轮浓缩一级吸附净化直接外排很难达标,或者还需要二级转轮净化,而且日后安装在线检测和缴纳排污费时也很难达标。

(2)安全

由于凹印废气入口风量和浓度变化较大,一般可以差出5~10倍,如果转轮浓缩只能以固定的转速吸附解析,对于变风量、变浓度、变成分的废气,其达标、能耗、安全都是问题。比如,原来进口废气是300mg/m3,浓缩10倍就是3g/m3,但如果切换订单,转轮部分依旧,进口浓度如达到3g/m3,浓缩后变为30g/m3,废气爆炸风险剧增。

(3)能耗

基于转轮浓缩的特性,其对废气风量、浓度,以及开停机不能非常好地适应,能耗最低只能匹配较窄范围,造成实际全范围工况生产,运行和维护成本比较高。

方案三:活性炭置换【无奈之选】

这种治理方案投资较小,但一般1台凹印机每小时排放25~75kg的溶剂,要想实现达标排放,需要极其频繁地更换活性炭,而更换下来的活性炭由于是危废,还要付费处理。尤其现在废气处理技改和新项目有净化率指标,活性炭达标很难,最终只能废弃,不得不再次投资,因此只能作为无奈之选。

方案四:燃烧【建议】

浓缩后废气处理建议直接上RTO,当然也可以上催化焚烧,或者转轮浓缩后上RTO也可以。其他如地排、车间无组织、油墨库房、清洗间等低浓度废气,建议尝试采用新技术处理,或者浓缩后再进入RTO。至于国内各家RTO的对比和选择,这里不再展开。

方案五:喷淋塔和光氧催化及低温等离子综合处理系统【建议】


基于国内巨大的环保压力和治理市场,在凹印VOCs末端治理方面,近年来陆续有新技术出现,有些国外都还没有(分析国外凹印比例很小,十几年前就开始治理,目前基本成熟,很少企业投入研发),如高温等离子、低温等离子、光解、光氧化、生物法以及各种技术的组合等,建议不断尝试。

水吸收法(喷淋塔)是利用有机废气中某些物质易溶于水的特性,使有机废气成分直接与水接触,从而溶解于水达到去除目的。部分会加入活碱等处理一些酸性气体并且喷淋塔可以进行除尘、除雾、过滤油漆漆雾和除尘的效果等。适用于水溶性、有组织排放源的有机废气。工艺简单,管理方便,设备运转费用低,但产生二次污染,需对洗涤液进行处理;净化效率低,应与其他技术联合使用,对有机废气处理效果一般。


光氧催化是光化学和催化氧化方法的一种升级,它把光化学和催化氧化结合起来,处理效果更佳,而且不存在催化剂中毒及对成分复杂的废气无法处理的缺陷,而且它的运营成本更低,因为有催化剂的作用在中低温的情况下也能进行,所以它的能耗也更低。对VOCS气体的异味,甲苯、甲醛、二甲苯等气体处理效率能达到96%以上。众明废气处理研究室经过十年左右的科研攻关及数千的案例进行分析比较后发现,针对VOCS,光氧催化是目前比较有效、最节省成本的一种废气处理方法,特别是对浓度在100-500mg/m3的废气能完全处理掉。


低温等离子处理法是利用等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应,最终转化为CO2和H2O等物质,从而达到净化废气的目的。适用范围广,净化效率高,尤其适用于其它方法难以处理的多组分有机废气,设备占地面积小;电子能量高,几乎可以和所有的有机废气分子作用;运行费用低;反应快、停止十分迅速,随用随开。但对含水、含尘、有机废气易爆炸,一次性投资费高。


将以上三种处理方法结合在一起,处理效果将大大提高。首先废气进入水喷淋,在喷淋室中以1.8m/s左右的缓慢速度通过。喷淋室内喷淋液经过雾化器的雾化形成层层水膜,首先废气由喷淋塔进气口流入空气室,然后经过第一层填料进行水洗,去除废气中的40%-60%的漆雾颗粒以及溶解部分溶于水的废气,然后进入第二层填料进行水洗,完全去除废气中全部的漆雾颗粒和溶解部分溶于水的废气(防止漆雾粘结灯管,影响光氧设备净化效率和后续设备的维护成本)。然后经水喷淋上端的除雾器进行水份吸收。接着废气进入光氧催化设备或等离子设备。①进入光氧催化设备,利用特制的高能高臭氧UV紫外线光束照射废气,裂解工业废气如:氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、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类,苯、甲苯、二甲苯的分子链结构,使有机或无机高分子恶臭化合物分子链,在高能紫外线光束照射下,降解转变成低分子化合物,如CO2、H2O等。利用高能高臭氧UV紫外线光束分解空气中的氧分子产生游离氧,即活性氧,因游离氧所携正负电子不平衡所以需与氧分子结合,进而产生臭氧。 UV+O2→O-+O*(活性氧)O+O2→O3(臭氧),众所周知臭氧对有机物具有极强的氧化作用,对工业废气及其它刺激性异味有立竿见影的清除效果。工业废气利用排风设备输入到本净化设备后,净化设备运用高能UV紫外线光束及臭氧对工业废气进行协同分解氧化反应,使工业废气物质其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳,再通过排风管道排出室外。利用高能-C光束裂解工业废气中细菌的分子键,破坏细菌的核酸(DNA),再通过臭氧进行氧化反应,彻底达到净化及杀灭细菌的目的.从净化空气效率考虑,我们选择了-C波段紫外线和臭氧发结合电晕电流较高化装置采用脉冲电晕放吸附技术相结合的原理对有害气体进行消除,其中-C波段紫外线主要用来去除硫化氢、氨、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、乙酸乙酯、乙烷、丙酮、尿烷、树脂等气体的分解和裂变,使有机物变为无机化合物。②进入等离子设备,在外加电场的作用下,介质放电产生的大量携能电子轰击污染物分子,使其电离、解离和激发,然后便引发了一系列复杂的物理、化学反应,使复杂大分子污染物转变为简单小分子安全物质,或使有毒有害物质转变成无毒无害或低毒低害的物质,从而使污染物得以降解去除。


当然,以上方案还要结合凹印企业的具体情况,以及不同地区环保政策、VOCs排污费征收等情况适当调整。

从经济角度看凹印VOCs末端治理

(1)RCO是目前最彻底、最环保的凹印VOCs末端治理方案,但投资大、占地大、成本高(1万废气风量约50万~100万元的投入),一般6万风量的RTO长22米、宽8米、高6米、重100吨,建议规模大的凹印企业考虑,同时建议分期投入。

(2)浓缩+催化燃烧或浓缩+RTO,成本投入和占地面积会稍小,无须减风,对生产影响较小,但笔者对于浓缩是否适合凹印工艺持否定态度,理由见上文。


(3)如果当地环保压力不大,凹印企业可以先观察,或者少投资,先采用过渡方案,同时密切关注政策的变化和新技术的发展,待凹印行业达成一致,市场推出有效的、成熟的、性价比高的技术和方案时再上。客观来讲,失败的案例,其投资、运行费用的无效消耗,同样是不环保,也是对环境、对凹印行业的二次伤害。

需要澄清的是,环保必须做,期间没有实力的企业必然淘汰出局,同时也会缓解产能过剩,但这需要国家、协会、供应商、企业等多方协同,共同推进,否则最终结果还会和几十年前一样,流于形式。

凹印VOCs末端治理未来走向

(1)凹印机必须安装VOCs治理设施,未来凹印机出厂前可能要求标配VOCs末端治理设施。

(2)短时间内,只要求达标排放区域,活性炭置换技术还会是凹印VOCs末端治理的主要应对方式,但在同时要求净化率和达标排放的区域,各种低成本的新技术或组合技术将会是主流。

(3)如果有低成本的凹印VOCs末端治理新技术问世,如1万废气风量10万~20万元的投入,将会替代以上主流技术。

(4)期待凹印VOCs末端治理新技术形成主流并大幅推广,但如果短期内没有新技术出现,RCO将成为主流。

需要说明的是,在目前己经固化的产业格局中,凹印企业是整个产业链中的直接排污者,必须承担相应的环保职责,因此凹印企业必须充分认识到,今后环保投入,和工厂用工、用水、用电一样是日常行为。凹印环保不仅为达标,也为自己的家园,需要大家一起携手面对,也希望更多的凹印企业一起来主动投入做环保。同时,作为消费者,我们应该关心购买商品包装的环境表现,珍惜手里的购买权,倒逼食品、医药、日化用品等企业,最大程度地减少过度包装,恢复功能包装,从根本上对绿色包装给予引导和支持。



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