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印刷有机废气治理研究现状与趋势分析
发布时间:2022-09-26 07:49:07 来源:雷火电竞登录 作者:雷火电竞链接

  摘要:当下,大量印刷有机废气的排放对大气环境造成了严重的污染,印刷废气的治理已经成为亟需解决的重要问题。本文简要阐述了当前印刷企业有机废气治理中存在的问题,从印刷材料、废气收集、末端治理、机理研究与建模等方面介绍了印刷有机废气治理现状,并分析了废气治理研究趋势。

  随着社会经济的发展,印刷行业也呈现出快速发展的趋势,每年排放的废气也逐渐增多,这不仅会对我国生态环境造成了非常严重的污染,而且也严重危害着人们的身体健康。因此,需要对印刷废气无组织排放进行严格的管控,采用先进的治理工艺和设备,遏制有机废气对生态环境的破坏。基于此,本文主要对印刷有机废气治理研究现状与趋势进行分析与探讨。

  大部分印刷车间没有进行功能区性分区,生产线布局不合理,送排风和车间温湿度设计比较随意,不仅能耗高,而且导致印刷车间内废气无组织散发严重。

  大部分的凹印、复合或涂布设备的排风量未经过设计计算,大幅超过印刷工艺需求,不仅造成风机能耗增加,同时也使废气排放浓度进一步降低,而废气处理设施却是以排放风量设计的,因此,增加的多余风量等同于增加了废气处理设施的投入成本和运行成本。加上一些企业印刷机组共用一台排风机,在部分机组未生产时,仍然按照满负荷的风机功率排风,由于全部印刷机的烘箱处于连通状态,导致处理风量额外增加。

  出于降低成本原因,部分印刷企业擅自闲置治理设施,或者故意使治理设施处于不正常运行状态。比如:降低低温等离子运行电压,长期不更换活性炭或者将活性炭取出晾晒后回填,不及时更换损坏的紫外灯管等违法行为。

  这方面的研究集中在不同材料的VOCs 散发特性和传质扩散模型,研究承印材料和油墨、清洗剂的匹配性,不同的印刷方式所使用油墨的VOCs 含量,以便开发环保承印材料、油墨和清洗剂[1]。比如:有学者认为扩散系数D 与VOCs 分子量负相关,分离常数Ke 与VOCs 蒸汽压正相关;有学者通过测试对比发现凹印油墨(68%~80%)含量最高,UV 胶印油墨(7%~12%)VOCs含量最低。溶剂型柔印油墨(50%~55%)、热固型轮转胶印油墨(31%~39%)、单张纸胶印油墨(11%~19%)VOCs含量依次降低。

  此类文献从印刷车间气流组织、温湿度控制、风速控制以及涂布、印刷设备密闭改造方面研究提高有机废气收集效率。具体包括不同送风方式效果、内扰热源影响、气流分布特性和能耗之间的关系、温湿度独立控制等内容。有学者研究了印刷生产有机废气扩散机理,从印品干燥前、干燥过程中、干燥完成后指出了需要控制的相关因素,为减少有机废气散发以及综合治理印刷有机废气污染提供了理论参考。

  印刷有机废气治理应用最广泛的技术包括吸附法、热力氧化、光催化氧化、生物法等[2],单一的治理技术存在不同的缺陷,比如:活性炭吸附更换周期短、不耐湿度和高温(低于120 ℃脱附),产生大量危废;蓄热式热力氧化(RTO)设备投资成本高,运行能耗大,无需辅助燃料废气浓度>

  2 000mg/m3;光催化对浓度大于0.03%的有机废气无法实现稳定达标排放。为降低治理成本,提高适用范围,末端治理重点研究印刷有机废气治理技术集成与创新。国内外发展出吸附浓缩-催化燃烧、吸脱附-冷凝回收等有机废气治理集成工艺。同时,国外对微生物法处理印刷废气情有独钟,生物处理技术在印刷废气治理技术中的比例达到了29%。相关研究涉及了生物过滤处理对含甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等有机废气的去除效果、影响因素及动力学模型。国内也对这项技术进行了研究,研究主要侧重于微生物驯化,各类因素如:VOCs 组成、进气浓度和速率、填料性质、填料温湿度、营养物质、pH 值、微生物和氧气、表面活性剂等对有机废气净化处理效果的影响。总得来说,有机废气净化处理技术可以分成:回收法和破坏法两大类[3]。不同有机废气处理技术在国内外市场占有率见表1。

  此类研究侧重于不同有机废气处理技术内在机理,期望通过优化模型参数提高处理效率。包括低温等离子体、热等离子体、联合等离子体(CPP)光解、生物滴滤、管式生物过滤、膜生物过滤等技术处理有机废气机理、机制,以及有机废气逸散、吸收、降解过程数学模型。比如:有学者根据能量守恒和传递方程建立了简化模型,认为有机(液)相部分与用对数表示的气相之间的负线性关系;有学者研究发现光催化处理VOCs 动力学原理与简化的Langmuir- Hinshelwood模型吻合度很高,这将有利于设计相应的处理设备。但实验中苯的降解曲线与模型吻合度出现偏离,这或是催化剂受污染导致;有学者研究了二元VOCs 在叶片填片的转轮收集床中的吸收情况,结果表明其气态质量传递系数与VOCs 进口浓度呈负相关关系,并随着转轮转速、气流速度和液流速度的增加而升高。

  从油墨、溶剂、承印材料方面进一步改进,实现印刷行业的清洁生产。比如:研发可适用多种印刷工艺的单一溶剂,以提高后端溶剂回收利用率;通过改变油墨分子结构,提高油墨的生物降解性,降低对人体和环境危害;提高油墨性能,减少溶剂使用量等。

  对车间温度场、速度场、湿度场和污染物扩散传质过程和浓度场利用CFD 技术优化,以确定印刷车间最优的气流组织方案,在满足印刷条件下确保有机废气的最有效收集。

  利用计算机对各种终端治理工艺进行优化组合并对处理效果模拟评估。在现有处理技术不能取得重大突破的情况下,对各类治理技术进行优化组合并设定标准化的模块,利用计算机进行模拟评估,可以实现最优处理方案。

  另一种研究方向是对现有印刷废气治理设备进行小型化、节能化改良,提高普及率。比如:现有的蓄热式热力氧化(RTO)设施建设成本基本在70万以上,对于中、小型印刷企业而言建设和使用成本过高。若能将RTO 设备小型化、节能化,就可以降低设备制造和运行成本,以提高设备普及率。

  政府可以通过制定政策影响印刷包装行业发展,降低行业有机废气排放量。包括执行VOCs 排污权交易制度、提高油墨环保标准、对印刷产品税制“绿色化”进行顶层设计、倡导简化产品包装等工作。比如提高印刷企业生产过程中有机废气排放环保税征收标准,对过度软包装的商品提高消费税,从而提高商品价格,抑制需求量;通过强制使用中国环境标志产品认证的环保型油墨、胶粘剂,禁止使用不符合环保要求的油墨、胶粘剂;鼓励使用VOCs 含量较低的紫外光固化油墨。某省已经开始推广软包装使用紫外光固化油墨,减少溶剂使用量。

  通过创新治理模式,也可以避免单一治理的缺陷,同时降低治理成本。比如:活性炭吸附技术作为低浓度有机废气治理常用方法,存在两个缺点:一是废活性炭的更换成本和处置成本比较高,企业缺乏自觉性;二是作为执法部门,由于执法力量和技术手段限制,很难对监管企业的实施高频次的监管。开展分散企业活性炭定期收集,再实施第三方集中脱附再生的治理模式,不仅可以解决更换活性炭的问题,同时解决了废弃活性炭处置问题,也可以降低企业治理成本。对于监管部门而言,对第三方实施监督管理的效果要远大于对所有企业实施监管。

  综上所述,印刷有机废气治理是大气污染防治工作的重点内容之一。印刷有机废气具有风量大、浓度低等特点,而目前尚未研发出一种普适性好、处理效率高的治理工艺,因而现行的治理现状并不乐观。为有效治理印刷行业中的有机废气排放,今后的研究工作应从印刷材料、废气收集和末端治理工艺优化方面努力,同时企业应加强日常管理工作,研发适应性广、污染低的印刷材料,推广印刷车间气流组织设计等;政府应不断创新管理政策,实施新的行业治理模式。

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