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某印刷厂有机废气治理工程案例分析

发布时间: 2019/12/13 15:03:30
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目前,包装印刷工艺主要有平版印刷、凸版印 刷、凹版印刷、丝网印刷以及数字印刷等,不同印刷 工艺的挥发性有机物 VOCs 来源和排放方式基本相 同[1-2] 。 调配油墨过程中溶剂的挥发、印刷过程中 溶剂的挥发、烘干过程中溶剂的挥发、复合过程以及 清洗过程中均会产生大量的 VOCs,据统计有机溶剂 通常占到了油墨总量的 70% ~ 80% [3-4] ,其主要成 分为醇、酯、醚、酮、芳香烃等有机物[5-7] 。 这些有机 废气排放到环境中会导致大气中的某些污染因子含 量严重超标,一方面会给企业造成巨大的溶剂浪费, 另一方面也会造成严重的环境污染,危害人类健 康[8] 。 印刷行业产生的废气中含有一定的颗粒物, 具有浓度低、风量大的特点,而且印刷废气已经成为 大气中 VOCs 的主要来源之一[9-11] 。 针对印刷废气 这些特点,设计一套既经济又合理废气处理工艺成 为当前的一项重要任务。 

1 印刷废气治理技术 印刷废气治理技术主要划分为分解技术和回收 技术两大类,分解技术就是将有机物彻底分解为二 氧化碳和水,主要有直接燃烧、催化燃烧、蓄热燃烧、 生物法、光氧化、光催化等技术[12-16] ;回收技术就是 通过一定的条件对有机废气进行分离回收,主要有 吸附、吸收、冷凝、膜分离等技术[17-19] 。 表 1 对以上 各种技术的应用范围及特点进行了总结,对于废气 的来源广泛、成分复杂、不稳定的特点,采用某一种 单一技术很难达到处理要求,需要多种技术联用。 

2 工程案例 

2. 1 项目概况 上海某印刷厂在生产过程中会用到两台糊箱机 和三台印刷机,会使用大量的胶水和水性油墨,由此 产生大量含细小粉尘颗粒物的 VOCs,根据其原料检 测报告结果分析可知,该印刷厂产生的 VOCs 成分 主要是苯、甲苯、二甲苯等。 且该印刷厂拥有自己的 污水处理站。 

2. 2 工艺介绍 该项目主要根据废气的特点,考虑了处理效果、 成本等各种因素,主流工艺采用吸收和紫外光解技 术,即含有细小粉尘颗粒物的 VOCs,经过喷淋洗涤 吸收后满足紫外光解条件,而且定期更换的吸收液 可以直接利用该厂的污水处理站进行处理,具体的 工艺流程为:喷淋洗涤吸收 + 紫外光解氧化 + 水相 雾化吸收。 该厂印刷废气治理的具体工艺流程见 图 1。 本工艺处理系统主要由喷淋塔、紫外光解氧 化装置、气雾分离器、雾化吸收装置、风机、风管、控 制系统以及烟囱等组成。 

2. 3 工艺原理 

2. 3. 1 吸收法 吸收利用的是较难挥发的溶剂与 气体充分接触,根据不同气体在溶剂中不同溶解度 或化学反应特性差异进行分离,从而达到净化气体 的目的。 按吸收原理可以划分为物理吸收和化学吸 收,大多数情况下,VOCs 的吸收是物理吸收。 针对 不同的废气特点,吸收剂的选择至关重要,主要考虑 以下几个因素:绿色环保、安全性高、对气体有较高 的可溶性、较低的挥发性、较低粘度、原料易得且廉 价、对吸收设备腐蚀性小等[20] 。 化学吸收中的吸收 剂一般较难选择,而且价格相对比较昂贵,所以选择 物理吸收。 在实际应用中,任何一种吸收剂都不可 能达到上面所有要求,只有尽可能选择合适的吸收 剂。 水是一种最廉价、绿色环保、安全性高、易获取 的理想吸收剂[21] 。 吸收法主要用来处理大风量、低浓度、高湿度的 VOCs,处理效率高达 95% ~ 98% [22] ,现在该技术相 对而言比较成熟,而且工艺比较简单,设备占地面积 比较小,操作起来比较容易,成本比较低廉,具有广 阔的应用前景。 

2. 3. 2 紫外光解法 紫外光解法是一种新兴 VOCs 治理技术,其利用高能紫外线的照射,分子吸收光子 而成为激发态,当激发态分子能量高于化学键能时, 从而致使化学键断裂而发生多种光化学反应,一部 分 VOCs 分子直接分解为二氧化碳和水;同时,空气 经过高能紫外线的照射,其中的氧气和水分子会激 发为臭氧和羟基自由基等强氧化剂,再利用这些强 氧化剂对 VOCs 进行彻底的氧化分解[23-24] 。 根据波长,紫外线可以划分为 4 个波段:①UVA 波段,即长波黑斑效应紫外线,波长 320 ~ 400 nm; ②UVB 波段,即中波红斑效应紫外线,波长 275 ~ 320 nm;③UVC 波段,即短波灭菌紫外线,波长 200 ~ 275 nm;④UVD 波段,即真空紫外线,波长 100 ~ 200 nm [25] 。 VOCs 处理中利用的是 UVD 波段的紫 外线激发出的臭氧和羟基自由基,其能断开大部分 化学键,即能够降解大多数 VOCs [26] 。 与传统 VOCs 治理技术相比,紫外光解法具有 无可比拟的优点,其可以在常温常压下,不需要特定 的加热、加湿处理,就能够断开大部分的化学键,而 且反应过程快速高效、安全性高、成本低廉,其在 VOCs 治理行业占据重要地位[26] 。 

2. 4 工艺特点 

2. 4. 1 印刷废气收集系统 五台设备的污染点源 以及有 VOCs 挥发处均采用软帘进行围合,在其上 方设置集气罩进行收集,各集气罩收集的印刷废气 统一接入主管道,主管道最终接入废气处理系统。 

2. 4. 2 印刷废气处理系统 收集后的印刷废气进 入喷淋塔,喷淋塔采用旋流板塔,在旋流板塔径向进 风管内设有第一级喷淋区,印刷废气在第一级喷淋 区与吸收剂充分接触,然后气流由旋流塔的中下部 均匀上升,进入第二级高密度洗涤喷淋区,在废气均 匀穿过气液分布核心区域时,其表面的水膜会产生 大量的液沫,为印刷废气和循环水提供了巨大的接 触面积,达到高效去除印刷废气中颗粒物和部分水 溶性有机物的目的。 在此过程中,循环水需要定期 排入该厂污水处理站进行更换。 废气经过塔顶的除 雾脱水装置和后端的气雾分离器,可以大大降低洗 涤后印刷废气的湿度,而且还可以保证后续紫外光 解对气体湿度的要求。 喷淋洗涤后的印刷废气经过两重气雾分离之 后,印刷废气中的颗粒物和部分可溶性有机气体都 得到去除,印刷废气的浓度和湿度均达到紫外光解 的处理条件。 印刷废气进入紫外光解装置中,在 185 nm 波长紫外光照射下,激发产生臭氧和羟基自 由基等强氧化性基团,利用这些强氧化性基团对印 刷废气中的苯、甲苯、二甲苯等有机物气体进行氧 化,使其氧化分解为二氧化碳和水。 经过紫外光解处理后的印刷废气中会有少量水 溶性小分子生成及臭氧残留,经过后续的高效雾化 吸收装置可以将这些水溶性小分子和残留臭氧吸 收,而且在此过程中产生的吸收液可以进入喷淋阶 段的循环池中,供喷淋塔洗涤使用。 经过高效雾化 吸收的印刷废气基本得到完全净化,但印刷废气的 湿度比较大,再次经过气雾分离器,会使印刷废气的 含水率大大降低,最后通过烟囱达标排放。

2. 5 运行结果 项目经过调试正常运行后,对进出口的非甲烷总 烃指标进行检测,检测数据由第三方检测机构提供, 处理前后印刷废气中非甲烷总烃浓度见表 2。 除此 之外,还对出口的苯、甲苯、二甲苯指标进行了检测, 主要挥发性有机物监测值见表 3,其出口的印刷废气 污染因子浓度低于上海市地方标准《印刷业大气污染 物排放标准》(DB 31 / 872—2015)中的限值。 由表 2、表 3 非甲烷总烃和主要挥发性有机物监 测值可知,该套“喷淋洗涤吸收 + 紫外光解氧化 + 水 相雾化吸收” 印刷废气处理系统对非甲烷总烃的去 除效率为 93. 97% 以上,对苯、甲苯、二甲苯几乎可以 完全去除,对颗粒物的去除也满足排放标准。 总之, 针对该印刷厂废气成分及特点,设计的这套处理组合 工艺可以实现该印刷厂有机废气的达标排放。 

3 结论 

(1)该套“喷淋洗涤吸收 + 紫外光解氧化 + 水 相雾化吸收” 废气处理系统的喷淋洗涤工艺对印刷 废气进行初步净化处理,使其满足紫外光解降解废 气的条件,可以更高效地降解废气,最后经过气相雾 化吸收工艺,废气可以得到彻底净化,而且在气相雾 化吸收工艺中产生的吸收液可以进入循环水池供给 喷淋洗涤工艺的运行,循环水池中的吸收液可以定 期排入该印刷厂自有的污水处理站进行更新,3 个 阶段的处理工艺相辅相成,可以对印刷废气进行彻 底降解。 

(2)该套废气处理系统不需要昂贵的药品,仅 需使用廉价易得的水资源作为吸收液,而且整套工 艺流程简单、风阻小、无大功率装置、耗电量小,极大 降低了设备投资和运行费用。 

(3)该套废气处理系统适用于大风量、低浓度 的有机废气,对于污染物种类相同的其他行业废气 的治理具有可复制的参考价值。


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