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揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)具有來源廣泛、成分復(fù)雜、不穩(wěn)定的特點(diǎn).因此,依據(jù)凈化效率高、投資和運(yùn)行成本低廉的原則,通過多種技術(shù)優(yōu)化集成,可實(shí)現(xiàn)VOCs達(dá)標(biāo)排放。介紹了VOCs治理技術(shù)的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。以上海某印刷廠為例,其主要廢氣成分為苯、甲苯、二甲苯,針對其含塵特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套"噴淋洗滌吸收+紫外光解氧化+水相霧化吸收"組合工藝,經(jīng)調(diào)試運(yùn)行,該廠的有機(jī)廢氣處理后遠(yuǎn)低于上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《印刷業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/872—2015)中規(guī)定限值。

目前,包裝印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷、凹版印刷、絲網(wǎng)印刷以及數(shù)字印刷等,不同印刷工藝的揮發(fā)性有機(jī)物VOCs來源和排放方式基本相同 。調(diào)配油墨過程中溶劑的揮發(fā)、印刷過程中溶劑的揮發(fā)、烘干過程中溶劑的揮發(fā)、復(fù)合過程以及清洗過程中均會產(chǎn)生大量的VOCs,據(jù)統(tǒng)計(jì)有機(jī)溶劑通常占到了油墨總量的70% ~ 80% ,其主要成分為醇、酯、醚、酮、芳香烴等有機(jī)物。這些有機(jī)廢氣排放到環(huán)境中會導(dǎo)致大氣中的某些污染因子含量嚴(yán)重超標(biāo),一方面會給企業(yè)造成巨大的溶劑浪費(fèi),另一方面也會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,危害人類健康。印刷行業(yè)產(chǎn)生的廢氣中含有一定的顆粒物,具有濃度低、風(fēng)量大的特點(diǎn),而且印刷廢氣已經(jīng)成為大氣中VOCs的主要來源之一 。針對印刷廢氣這些特點(diǎn),設(shè)計(jì)一套既經(jīng)濟(jì)又合理廢氣處理工藝成為當(dāng)前的一項(xiàng)重要任務(wù)。
一、印刷廢氣治理技術(shù)
印刷廢氣治理技術(shù)主要劃分為分解技術(shù)和回收技術(shù)兩大類,分解技術(shù)就是將有機(jī)物徹底分解為二氧化碳和水,主要有直接燃燒、催化燃燒、蓄熱燃燒、生物法、光氧化、光催化等技術(shù)] ;回收技術(shù)就是通過一定的條件對有機(jī)廢氣進(jìn)行分離回收,主要有吸附、吸收、冷凝、膜分離等技術(shù) 。表1 對以上各種技術(shù)的應(yīng)用范圍及特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),對于廢氣的來源廣泛、成分復(fù)雜、不穩(wěn)定的特點(diǎn),采用某一種單一技術(shù)很難達(dá)到處理要求,需要多種技術(shù)聯(lián)用。

 
二、工程案例
2.1 項(xiàng)目概況
上海某印刷廠在生產(chǎn)過程中會用到兩臺糊箱機(jī)和三臺印刷機(jī),會使用大量的膠水和水性油墨,由此產(chǎn)生大量含細(xì)小粉塵顆粒物的VOCs,根據(jù)其原料檢測報(bào)告結(jié)果分析可知,該印刷廠產(chǎn)生的VOCs 成分主要是苯、甲苯、二甲苯等。且該印刷廠擁有自己的污水處理站。
2.2 工藝介紹
該項(xiàng)目主要根據(jù)廢氣的特點(diǎn),考慮了處理效果、成本等各種因素,主流工藝采用吸收和紫外光解技術(shù),即含有細(xì)小粉塵顆粒物的VOCs,經(jīng)過噴淋洗滌吸收后滿足紫外光解條件,而且定期更換的吸收液可以直接利用該廠的污水處理站進(jìn)行處理,具體的工藝流程為:噴淋洗滌吸收+ 紫外光解氧化+ 水相霧化吸收。該廠印刷廢氣治理的具體工藝流程見圖1。本工藝處理系統(tǒng)主要由噴淋塔、紫外光解氧化裝置、氣霧分離器、霧化吸收裝置、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、控制系統(tǒng)以及煙囪等組成。

 
2.3 工藝原理
2.3.1 吸收法 吸收利用的是較難揮發(fā)的溶劑與氣體充分接觸,根據(jù)不同氣體在溶劑中不同溶解度或化學(xué)反應(yīng)特性差異進(jìn)行分離,從而達(dá)到凈化氣體的目的。按吸收原理可以劃分為物理吸收和化學(xué)吸收,大多數(shù)情況下,VOCs 的吸收是物理吸收。針對不同的廢氣特點(diǎn),吸收劑的選擇至關(guān)重要,主要考慮以下幾個因素:綠色環(huán)保、安全性高、對氣體有較高的可溶性、較低的揮發(fā)性、較低粘度、原料易得且廉價、對吸收設(shè)備腐蝕性小等�；瘜W(xué)吸收中的吸收劑一般較難選擇,而且價格相對比較昂貴,所以選擇物理吸收。在實(shí)際應(yīng)用中,任何一種吸收劑都不可能達(dá)到上面所有要求,只有盡可能選擇合適的吸收劑。水是一種最廉價、綠色環(huán)保、安全性高、易獲取的理想吸收劑 。
吸收法主要用來處理大風(fēng)量、低濃度、高濕度的VOCs處理效率高達(dá)95% ~98% ,現(xiàn)在該技術(shù)相對而言比較成熟,而且工藝比較簡單,設(shè)備占地面積比較小,操作起來比較容易,成本比較低廉,具有廣闊的應(yīng)用前景。
2.3.2 紫外光解法 紫外光解法是一種新興VOCs治理技術(shù),其利用高能紫外線的照射,分子吸收光子而成為激發(fā)態(tài),當(dāng)激發(fā)態(tài)分子能量高于化學(xué)鍵能時,從而致使化學(xué)鍵斷裂而發(fā)生多種光化學(xué)反應(yīng),一部分VOCs分子直接分解為二氧化碳和水;同時,空氣經(jīng)過高能紫外線的照射,其中的氧氣和水分子會激發(fā)為臭氧和羥基自由基等強(qiáng)氧化劑,再利用這些強(qiáng)氧化劑對VOCs進(jìn)行徹底的氧化分解。
根據(jù)波長,紫外線可以劃分為4 個波段:①UVA波段,即長波黑斑效應(yīng)紫外線,波長320 ~ 400 nm;②UVB波段,即中波紅斑效應(yīng)紫外線,波長275~320nm;③UVC波段,即短波滅菌紫外線,波長200~275nm;④UVD 波段,即真空紫外線,波長100~200 nm 。VOCs處理中利用的是UVD波段的紫外線激發(fā)出的臭氧和羥基自由基,其能斷開大部分化學(xué)鍵,即能夠降解大多數(shù)VOCs。
與傳統(tǒng)VOCs治理技術(shù)相比,紫外光解法具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn),其可以在常溫常壓下,不需要特定的加熱、加濕處理,就能夠斷開大部分的化學(xué)鍵,而且反應(yīng)過程快速高效、安全性高、成本低廉,其在VOCs治理行業(yè)占據(jù)重要地位 。
2.4 工藝特點(diǎn)
2.4.1 印刷廢氣收集系統(tǒng) 五臺設(shè)備的污染點(diǎn)源以及有VOCs揮發(fā)處均采用軟簾進(jìn)行圍合,在其上方設(shè)置集氣罩進(jìn)行收集,各集氣罩收集的印刷廢氣統(tǒng)一接入主管道,主管道最終接入廢氣處理系統(tǒng)。
2.4.2 印刷廢氣處理系統(tǒng) 收集后的印刷廢氣進(jìn)
入噴淋塔,噴淋塔采用旋流板塔,在旋流板塔徑向進(jìn)風(fēng)管內(nèi)設(shè)有第一級噴淋區(qū),印刷廢氣在第一級噴淋區(qū)與吸收劑充分接觸,然后氣流由旋流塔的中下部均勻上升,進(jìn)入第二級高密度洗滌噴淋區(qū),在廢氣均勻穿過氣液分布核心區(qū)域時,其表面的水膜會產(chǎn)生大量的液沫,為印刷廢氣和循環(huán)水提供了巨大的接觸面積,達(dá)到高效去除印刷廢氣中顆粒物和部分水溶性有機(jī)物的目的。在此過程中,循環(huán)水需要定期排入該廠污水處理站進(jìn)行更換。廢氣經(jīng)過塔頂?shù)某�霧脫水裝置和后端的氣霧分離器,可以大大降低洗滌后印刷廢氣的濕度,而且還可以保證后續(xù)紫外光解對氣體濕度的要求。
噴淋洗滌后的印刷廢氣經(jīng)過兩重氣霧分離之后,印刷廢氣中的顆粒物和部分可溶性有機(jī)氣體都得到去除,印刷廢氣的濃度和濕度均達(dá)到紫外光解的處理?xiàng)l件。印刷廢氣進(jìn)入紫外光解裝置中,在185 nm 波長紫外光照射下,激發(fā)產(chǎn)生臭氧和羥基自由基等強(qiáng)氧化性基團(tuán),利用這些強(qiáng)氧化性基團(tuán)對印刷廢氣中的苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)物氣體進(jìn)行氧化,使其氧化分解為二氧化碳和水。
經(jīng)過紫外光解處理后的印刷廢氣中會有少量水溶性小分子生成及臭氧殘留,經(jīng)過后續(xù)的高效霧化吸收裝置可以將這些水溶性小分子和殘留臭氧吸收,而且在此過程中產(chǎn)生的吸收液可以進(jìn)入噴淋階段的循環(huán)池中,供噴淋塔洗滌使用。經(jīng)過高效霧化吸收的印刷廢氣基本得到完全凈化,但印刷廢氣的濕度比較大,再次經(jīng)過氣霧分離器,會使印刷廢氣的含水率大大降低,最后通過煙囪達(dá)標(biāo)排放。
2.5 運(yùn)行結(jié)果
項(xiàng)目經(jīng)過調(diào)試正常運(yùn)行后,對進(jìn)出口的非甲烷總烴指標(biāo)進(jìn)行檢測,檢測數(shù)據(jù)由第三方檢測機(jī)構(gòu)提供,處理前后印刷廢氣中非甲烷總烴濃度見表2。除此之外,還對出口的苯、甲苯、二甲苯指標(biāo)進(jìn)行了檢測,主要揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測值見表3,其出口的印刷廢氣污染因子濃度低于上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《印刷業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/872—2015)中的限值。

 
由表2、表3非甲烷總烴和主要揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測值可知,該套“噴淋洗滌吸收+ 紫外光解氧化+ 水相霧化吸收” 印刷廢氣處理系統(tǒng)對非甲烷總烴的去除效率為93.97%以上,對苯、甲苯、二甲苯幾乎可以完全去除,對顆粒物的去除也滿足排放標(biāo)準(zhǔn)�？傊�,針對該印刷廠廢氣成分及特點(diǎn),設(shè)計(jì)的這套處理組合工藝可以實(shí)現(xiàn)該印刷廠有機(jī)廢氣的達(dá)標(biāo)排放。
三、結(jié)論
(1)該套“噴淋洗滌吸收+ 紫外光解氧化+ 水相霧化吸收” 廢氣處理系統(tǒng)的噴淋洗滌工藝對印刷廢氣進(jìn)行初步凈化處理,使其滿足紫外光解降解廢氣的條件,可以更高效地降解廢氣,最后經(jīng)過氣相霧化吸收工藝,廢氣可以得到徹底凈化,而且在氣相霧化吸收工藝中產(chǎn)生的吸收液可以進(jìn)入循環(huán)水池供給噴淋洗滌工藝的運(yùn)行,循環(huán)水池中的吸收液可以定期排入該印刷廠自有的污水處理站進(jìn)行更新,3 個階段的處理工藝相輔相成,可以對印刷廢氣進(jìn)行徹底降解。
(2)該套廢氣處理系統(tǒng)不需要昂貴的藥品,僅需使用廉價易得的水資源作為吸收液,而且整套工藝流程簡單、風(fēng)阻小、無大功率裝置、耗電量小,極大降低了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。
(3)該套廢氣處理系統(tǒng)適用于大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣,對于污染物種類相同的其他行業(yè)廢氣的治理具有可復(fù)制的參考價值。
來源:《應(yīng)用化工》