包含印刷工業(yè)污染物排放標準的詞條

導讀：為尋找一種經(jīng)濟有效的有機廢氣處理方法，比較了常用的幾種有機廢氣處理技術(shù)。以此為基礎，針對上海某油墨印刷廠(chǎng)產(chǎn)生的有機廢氣，提出了一種“蜂窩吸附-熱風(fēng)脫附-冷凍回收”的組合式有機廢氣處理工藝路線(xiàn)，同時(shí)實(shí)現了空氣凈化和廢物的循環(huán)利用。通過(guò)調節冷凝溫度，混合溶劑回收率可達90%以上，為包裝印刷廠(chǎng)獲得了可觀(guān)的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國包裝印刷業(yè)隨著(zhù)經(jīng)濟的增長(cháng)迅速崛起，中國逐漸成為繼美國、日本、歐盟之后的第四大印刷市場(chǎng)。包裝印刷廠(chǎng)的主要產(chǎn)品為各種印刷制品，在生產(chǎn)過(guò)程中大量使用彩色油墨和有機溶劑，油墨所用溶劑主要包括甲苯、二甲苯、丁酮、異丙醇、正丁酯、乙酸乙酯等低沸點(diǎn)揮發(fā)性有機物。據統計，有機溶劑通常占到了油墨總量的70%～* 0%，而在印刷產(chǎn)品干燥的過(guò)程中，這部分有機溶劑會(huì )揮發(fā)到大氣中，產(chǎn)生大量的有機廢氣(VolatileOrganicCompounds，簡(jiǎn)稱(chēng)VOCs)。因此，包裝印刷成為我國VOCs的主要排放源之一。

VOCs通常是指在常壓下沸點(diǎn)低于2* 0℃或標準狀況下飽和蒸氣壓大于0.1* kPa的有機化合物，這類(lèi)物質(zhì)種類(lèi)繁多，多數具有毒性，且大多數VOCs都具有回收價(jià)值。因此，VOCs的大量排放不僅會(huì )對環(huán)境衛生和人體健康帶來(lái)極大威脅，還會(huì )造成嚴重的資源浪費及經(jīng)濟損失。長(cháng)期以來(lái)，我國廢氣治理的重點(diǎn)主要放在除塵、脫硫、脫硝上，VOCs治理技術(shù)發(fā)展緩慢?！笆濉币巹澮詠?lái)，國家對VOCs的治理日益重視，并明確指出“推進(jìn)精細化工業(yè)有機廢氣污染治理，加強有機廢氣回收利用”。因此，如何減少包裝印刷業(yè)VOCs的排放，同時(shí)有效回收這部分有機溶劑，最終實(shí)現經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的雙贏(yíng)，已經(jīng)成為包裝印刷業(yè)的一項重要任務(wù)。

1包裝印刷業(yè)VOCs控制技術(shù)概述

目前，我國包裝印刷行業(yè)現有的VOCs控制術(shù)大體可分為兩大類(lèi):一類(lèi)是消除法，即通過(guò)破壞性的化學(xué)或生物反應，將揮發(fā)性有機物轉化為水和二氧化碳，主要包括燃燒法、生物法等，還包括一些新型的控制技術(shù)，如光催化法;另一類(lèi)是回收法，即在一定溫度、壓力下，通過(guò)一定技術(shù)來(lái)分離回收揮發(fā)性有機物，主要包括吸附法、吸收法、冷凝法等。

1.1消除法

燃燒法是目前應用比較廣泛的有機廢氣治理方法，主要包括直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒是將VOCs當作燃料，通過(guò)熱反應，將其轉變?yōu)樗投趸?，去除效率可達9* %以上。催化燃燒法是在催化劑的作用下，使有機廢氣中的碳氫化合物在溫度較低的條件下迅速氧化成水和二氧化碳。燃燒法主要適用于成分復雜、高濃度的VOCs氣體，具有效率高、處理徹底等優(yōu)點(diǎn)。但若廢氣含有Cl、S、N等元素，采用燃燒法會(huì )產(chǎn)生HCl、SOx、NOx等有害氣體，造成二次污染。

生物法是利用微生物的新陳代謝對VOCs進(jìn)行生物降解的過(guò)程，主要適合于低濃度、大氣量且宜生物降解的有機廢氣治理。生物法處理有機廢氣具有設備簡(jiǎn)單、運行費用低、操作簡(jiǎn)便、凈化效率高、不產(chǎn)生二次污染物等優(yōu)點(diǎn)。但生物法對有機廢氣的進(jìn)氣濃度和性質(zhì)要求較高，同時(shí)對生物菌落和填料也提出了較高的要求，因此目前還未得到大量應用。

光催化是指利用光催化劑(如TiO2)氧化分解吸附在催化劑表面的VOCs物質(zhì)。合適的光催化劑能夠在常溫下將VOCs完全氧化成無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)，無(wú)二次污染，適合處理高濃度、氣量大、穩定性強的有機廢氣。目前，光催化法在處理廢水上已經(jīng)得到了一些應用，但是由于其存在反應速度慢、光子效率低等的缺點(diǎn)，在VOCs治理方面實(shí)例卻不多。

1.2回收法

吸附法主要是利用固體吸附劑(如硅膠、分子篩、活性炭等)把排放廢氣中的有害組分吸附留在固體表面里，從而達到凈化作用。吸附法常見(jiàn)于處理低濃度高通量的VOCs廢氣，優(yōu)點(diǎn)是去除率高，凈化徹底，能耗低，工藝成熟。不僅如此，吸附法若與其他處理方法聯(lián)用，既可防止環(huán)境污染，又能回收有用的物質(zhì)，具有很好的環(huán)境和經(jīng)濟效益。缺點(diǎn)是處理設備龐大，流程復雜，當廢氣中含有膠粒物質(zhì)或其他雜質(zhì)時(shí)，吸附劑易失效。在現有的吸附劑中，活性炭性能最好，應用最廣，去除效率通?？蛇_9* %以上。

吸收法主要是采用低揮發(fā)或不揮發(fā)液體為吸收劑，利用有機廢氣能與其互溶的特點(diǎn)，來(lái)吸收廢氣中的有害物質(zhì)。該方法適用于濃度較高、溫度較低和壓力較大情況下氣相污染物的處理，具有技術(shù)成熟，設計及操作經(jīng)驗豐富，適用性強的優(yōu)點(diǎn)。但對于有機廢氣，由于其水溶性一般不好，應用不太普遍。另外，該法對吸收劑和吸收設備的要求通常較高，而且吸收劑需要定期更換，過(guò)程較復雜，費用較高。

冷凝法是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一物理性質(zhì)，采用降低系統溫度或提高系統壓力的方法，使處于蒸汽狀態(tài)的污染物冷凝并從廢氣中分離出來(lái)的過(guò)程，具有設備和操作條件簡(jiǎn)單，回收物質(zhì)的純度較高的優(yōu)點(diǎn)。在生產(chǎn)過(guò)程中，冷凝法常常與壓縮、吸附、吸收等過(guò)程組合應用，來(lái)回收有機廢氣中有用的組分，從而實(shí)現資源的重復利用，降低運行成本。

上述兩類(lèi)方法中，回收法能夠在污染控制的同時(shí)實(shí)現資源的循環(huán)利用，是一種更具有開(kāi)發(fā)潛力的技術(shù)方法。然而，任何一種VOCs回收處理技術(shù)本身都各有利弊，使用條件也有較大差異。例如，吸附法處理低濃度VOCs效果雖好，但是對于高濃度廢氣的處理卻可能存在熱效應高、吸附劑堵塞或二次污染等問(wèn)題;而冷凝法則更適宜于處理高濃度VOCs，對于低濃度廢氣的處理效果較差、設備成本較高。因此，為最大程度地實(shí)現低成本、高效率的VOCs處理目的，需開(kāi)發(fā)廢氣處理的集成工藝，將不同的VOCs回收處理技術(shù)通過(guò)一定的方法組合起來(lái)，使之優(yōu)勢互補、各盡其用，以實(shí)現低成本和高成效的雙贏(yíng)。

2包裝印刷業(yè)VOCs組合處理工藝實(shí)例

上海某油墨印刷廠(chǎng)采用“蜂窩吸附-熱風(fēng)脫附-冷凍回收”的組合工藝，對生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的VOCs進(jìn)行集中收集、集中處理、集中回收，取得了低本高效的處理效果。該工藝采用吸附截留有機溶劑氣體、熱風(fēng)脫附解析溶劑氣體的工藝將有機物分離濃縮出來(lái)加以冷凝回收，從而實(shí)現空氣凈化和廢棄物循環(huán)利用的目的。下面以該工藝為實(shí)例對VOCs組合處理工藝進(jìn)行分析探討。

2.1廢氣狀況及排放要求

該印刷廠(chǎng)有機廢氣排放現狀及GB1* 297—199* 《大氣污染綜合排放標準》中的二級排放標準(新建擴改項目)要求如表1。

2.2工藝選擇

該VOCs組合工藝可分為* 個(gè)控制階段，即“吸附-脫附-回收”* 個(gè)過(guò)程。

2.2.1吸附工藝

對于VOCs的吸附過(guò)程，活性炭吸附工藝已經(jīng)較為成熟，其凈化效率通?？蛇_90%以上。此外，活性炭的總使用壽命一般可達* 年以上，且使用成本很低，具有很大的優(yōu)勢?；钚蕴康男问街饕蓄w?；钚蕴?、蜂窩活性炭、纖維活性炭* 種。顆?；钚蕴孔枇Υ?，能耗高，而且脫附時(shí)間長(cháng);纖維活性炭具有吸附容量大，吸附與脫附速度快的突出特點(diǎn)，但其價(jià)格十分昂貴，設備投資很高;而蜂窩活性炭具有比表面積大，微孔發(fā)達，吸附容量高，使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于低濃度有機廢氣(1000mg/m* 以?xún)?的吸附工程。另外，由于蜂窩活性炭具有孔隙率高，不易堵塞的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于含有少量煙塵的有機廢氣處理。因此，本文所述工藝的吸附階段選用蜂窩結構的活性炭，通過(guò)具有大表面的蜂窩對有機廢氣的接觸吸附而起到對VOCs的凈化作用。

2.2.2脫附工藝

有機溶劑的再生(脫附)主要有蒸汽再生與熱風(fēng)再生兩種。熱風(fēng)再生工藝是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的活性炭再生工藝，它是利用熱風(fēng)將活性炭所吸附的有機污染物從活性炭?jì)让摳匠鰜?lái)，形成高濃度的有機廢氣(一般濃度可以達到10g/m* 左右)，再通過(guò)冷凍機組將高濃度有機廢氣中沸點(diǎn)較高的有機物冷凝下來(lái)。然后，冷凝后的廢氣經(jīng)過(guò)換熱器和蒸汽加熱器加熱到1* 0℃后再次進(jìn)入吸附器內循環(huán)利用。這樣，即達到再生蜂窩活性炭的目的，同時(shí)又將有機溶劑進(jìn)行了有效地回收利用，一舉兩得。

2.2.* 回收工藝

有機溶劑的回收是將經(jīng)熱風(fēng)脫附得到高濃度的有機廢氣通過(guò)某種工藝手段，使得有機物從空氣中分離出來(lái)加以回收利用。根據印刷廠(chǎng)油墨廢氣中有機溶劑的物理性質(zhì)，該印刷廠(chǎng)采用冷凝回收技術(shù)，即通過(guò)將脫附的氣體冷卻到低于有機物的露點(diǎn)溫度，從而使有機物冷凝成液滴后從氣體中分離出來(lái)。本組合工藝將冷凝系統置于吸附階段之外，即用即開(kāi)，有效發(fā)揮了冷凝法處理高濃度VOCs穩定、高效的優(yōu)勢，又避免了純冷凝技術(shù)引起的成本及操作費高的問(wèn)題。

2.* 工藝流程及說(shuō)明

本工藝的具體工藝流程如圖1所示。為了進(jìn)行連續操作，設計了兩個(gè)峰窩活性炭吸附床，其中一個(gè)執行吸附功能時(shí)，另一個(gè)則進(jìn)行脫附再生，兩臺吸附器通過(guò)切換閥門(mén)自動(dòng)轉換功能。其工作過(guò)程為:首先，集中有機廢氣送往其中一臺活性炭吸附器1，在常溫下進(jìn)行吸附凈化，廢氣中的有機污染物被活性炭吸附截留，潔凈氣體由吸附風(fēng)機2排放到大氣中去。當活性炭吸附器吸附飽和后，進(jìn)入熱風(fēng)脫附再生階段。同時(shí)，通過(guò)切換閥門(mén)將有機廢氣切換到另外一個(gè)活性炭吸附器內繼續進(jìn)行吸附。

在脫附階段，有機廢氣經(jīng)過(guò)板式換熱器* 和蒸發(fā)器* ，由脫附風(fēng)機* 送入到蒸汽加熱器* ，由蒸汽間接加熱到脫附所需溫度1* 0℃(即所謂“熱風(fēng)”)，熱風(fēng)進(jìn)入活性炭吸附器內加熱活性炭，活性炭被加熱到一定溫度時(shí)，吸附在活性炭?jì)鹊挠袡C污染物從活性炭?jì)让撾x出來(lái)并形成高濃度有機廢氣。脫附出來(lái)的高溫高濃度有機廢氣(熱風(fēng))與冷凍后的有機廢氣(冷風(fēng))在板式換熱器* 內進(jìn)行熱交換，“熱風(fēng)”溫度從1* 0℃降到* 0℃左右，而“冷風(fēng)”則由-* 0℃左右升溫到70℃左右，* 0℃左右的“熱風(fēng)”再進(jìn)入蒸發(fā)器* 內冷卻降溫到-* 0℃左右，此時(shí)，廢氣中的有機溶劑逐步冷凝形成液滴排出回收，高濃度有機廢氣中的有機物濃度也隨之下降。此外，該股“冷風(fēng)”再經(jīng)過(guò)換熱器，與“熱風(fēng)”進(jìn)行熱交換，充分循環(huán)利用“熱風(fēng)”的能源，同時(shí)“熱風(fēng)”降溫也充分利用了“冷風(fēng)”的冷源。升溫到70℃左右的“冷風(fēng)”再由脫附風(fēng)機* 送入蒸汽加熱器* ，由蒸汽間接加熱升溫至1* 0℃左右(熱風(fēng))，進(jìn)入吸附器1脫附再生，完成了整個(gè)循環(huán)。

當脫附再生完畢后，活性炭吸附器的吸附活性得以恢復，重新進(jìn)入有機廢氣的吸附工作。在實(shí)際運行過(guò)程中蒸汽加熱器* 和冷凍系統只是在脫附啟動(dòng)階段時(shí)需要全負荷使用，當活性炭加熱到設定的溫度后，由于設置了板式換熱器，蒸汽加熱器和冷凍系統均不需要全負荷運行。這樣就可以達到能源充分利用，盡可能降低活性炭脫附再生的成本。蒸汽加熱器和冷凍系統的開(kāi)啟與關(guān)閉均是根據自動(dòng)溫控系統自動(dòng)控制。

2.* 吸附器的設計

為獲得理想的吸附和脫附效率，設計要求吸附器內升溫速度快，空氣殘余量小，脫附循環(huán)氣體濃度提升快。根據廢氣排放狀況，設計每臺吸附器蜂窩活性炭充裝量為7.2m* ，為了減少有機廢氣通過(guò)的阻力，通過(guò)長(cháng)度為0.* m，安裝緊湊，吸附器內部剩余空間小，使熱風(fēng)脫附時(shí)溫度、有機溶劑濃度都能快速提升。

2.* 冷凝回收工藝設計

為達到較高的冷凝回收率，除提升脫附氣體濃縮比外，應選取較低的冷凝溫度，以降低有機溶劑飽和蒸汽分壓，提高回收率。本工藝控制冷凝溫度-2* ～-* 0℃，可回收混合溶劑≥90%。為減少工程投資、減少占地面積、降低運行成本，本設計冷凝工藝選用風(fēng)冷機組。

2.* 成本及效益分析

2.* .1運行成本及經(jīng)濟效益

本工藝用電負荷及每年的電費如表2所示。除電費以外，消耗蒸汽費0.* 萬(wàn)元/a，工人工資福利費* .* 萬(wàn)元/a，活性炭約10萬(wàn)元/a，設備維修費約* 萬(wàn)元/a，合計運行費用為* 1.7萬(wàn)元。同時(shí)，根據測算，每年可回收有機溶劑約200t，按照每噸0.* 萬(wàn)元計算，則每年可產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益為120萬(wàn)元，扣除運行費，每年可凈回收經(jīng)濟效益* * .* 萬(wàn)元。因此，該有機廢氣組合處理工藝不僅極大程度地消除了印刷廠(chǎng)VOCs帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，并且實(shí)現了資源的回收利用，取得了間接的經(jīng)濟效益。

2.* .2環(huán)境效益與社會(huì )效益

本工程除了有機溶劑回收所產(chǎn)生的間接經(jīng)濟效益以外，其效益主要體現在社會(huì )效益和環(huán)境效益。一方面，有機廢氣處理設備系統的建設，可以有效解決油墨印刷機日常運行過(guò)程中所產(chǎn)生的有機廢氣污染問(wèn)題，確保處理后的尾氣排放滿(mǎn)足環(huán)保部門(mén)對有機廢氣排放的要求;另一方面，處理后排放的氣體質(zhì)量的提高和環(huán)境的改善，有利于提高工廠(chǎng)及工廠(chǎng)周邊環(huán)境的環(huán)境質(zhì)量，有利于保障職工及周邊居民的身心健康。

* 結論與展望

在對包裝印刷業(yè)VOCs的控制上，溶劑回收和重復利用已經(jīng)得到了越來(lái)越多人的共識。單一的VOCs回收處理技術(shù)由于其本身適用條件的限制往往無(wú)法達到VOCs的控制要求，而本文提出的“蜂窩吸附-熱風(fēng)脫附-冷凝回收”處理印刷廠(chǎng)有機廢氣的工藝路線(xiàn)，流程簡(jiǎn)單，操作方便，即能滿(mǎn)足印刷廠(chǎng)有機廢氣的達標排放，同時(shí)還能實(shí)現有機廢氣的二次回收利用，兼具良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟效益。在我國包裝印刷業(yè)蓬勃發(fā)展的背景下，VOCs污染防治將是一項持久艱巨的任務(wù)。未來(lái)的包裝印刷業(yè)VOCs處理應一方面加快對新興處理工藝的基礎研究，以期盡快得到工業(yè)應用，另外，更要加快對VOCs組合處理工藝的技術(shù)開(kāi)發(fā)，以同時(shí)滿(mǎn)足高處理效率和低經(jīng)濟成本的處理要求。