印刷有機(jī)廢氣治理研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析

當(dāng)下，大量印刷有機(jī)廢氣的排放對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，印刷廢氣的治理已經(jīng)成為亟需解決的重要問題。本文簡要闡述了當(dāng)前印刷企業(yè)有機(jī)廢氣治理中存在的問題，從印刷材料、廢氣收集、末端治理、機(jī)理研究與建模等方面介紹了印刷有機(jī)廢氣治理現(xiàn)狀，并分析了廢氣治理研究趨勢(shì)。

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，印刷行業(yè)也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)，每年排放的廢氣也逐漸增多，這不僅會(huì)對(duì)我國生態(tài)環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的污染，而且也嚴(yán)重危害著人們的身體健康。因此，需要對(duì)印刷廢氣無組織排放進(jìn)行嚴(yán)格的管控，采用先進(jìn)的治理工藝和設(shè)備，遏制有機(jī)廢氣對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞?；诖?，本文主要對(duì)印刷有機(jī)廢氣治理研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)進(jìn)行分析與探討。

1.印刷企業(yè)廢氣治理存在的問題

1.1 印刷車間未進(jìn)行氣流組織設(shè)計(jì)

大部分印刷車間沒有進(jìn)行功能區(qū)性分區(qū)，生產(chǎn)線布局不合理，送排風(fēng)和車間溫濕度設(shè)計(jì)比較隨意，不僅能耗高，而且導(dǎo)致印刷車間內(nèi)廢氣無組織散發(fā)嚴(yán)重。

1.2 設(shè)計(jì)風(fēng)量過大

大部分的凹印、復(fù)合或涂布設(shè)備的排風(fēng)量未經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，大幅超過印刷工藝需求，不僅造成風(fēng)機(jī)能耗增加，同時(shí)也使廢氣排放濃度進(jìn)一步降低，而廢氣處理設(shè)施卻是以排放風(fēng)量設(shè)計(jì)的，因此，增加的多余風(fēng)量等同于增加了廢氣處理設(shè)施的投入成本和運(yùn)行成本。加上一些企業(yè)印刷機(jī)組共用一臺(tái)排風(fēng)機(jī)，在部分機(jī)組未生產(chǎn)時(shí)，仍然按照滿負(fù)荷的風(fēng)機(jī)功率排風(fēng)，由于全部印刷機(jī)的烘箱處于連通狀態(tài)，導(dǎo)致處理風(fēng)量額外增加。

1.3 廢氣設(shè)施運(yùn)行不正常

出于降低成本原因，部分印刷企業(yè)擅自閑置治理設(shè)施，或者故意使治理設(shè)施處于不正常運(yùn)行狀態(tài)。比如：降低低溫等離子運(yùn)行電壓，長期不更換活性炭或者將活性炭取出晾曬后回填，不及時(shí)更換損壞的紫外燈管等違法行為。

2.印刷廢氣治理研究現(xiàn)狀

2.1 印刷材料方面

這方面的研究集中在不同材料的VOCs 散發(fā)特性和傳質(zhì)擴(kuò)散模型，研究承印材料和油墨、清洗劑的匹配性，不同的印刷方式所使用油墨的VOCs 含量，以便開發(fā)環(huán)保承印材料、油墨和清洗劑[1]。比如：有學(xué)者認(rèn)為擴(kuò)散系數(shù)D 與VOCs 分子量負(fù)相關(guān)，分離常數(shù)Ke 與VOCs 蒸汽壓正相關(guān)；有學(xué)者通過測(cè)試對(duì)比發(fā)現(xiàn)凹印油墨（68%～80%）含量最高，UV 膠印油墨（7%～12%）VOCs含量最低。溶劑型柔印油墨（50%～55%）、熱固型輪轉(zhuǎn)膠印油墨（31%～39%）、單張紙膠印油墨（11%～19%）VOCs含量依次降低。

2.2 廢氣收集方面

此類文獻(xiàn)從印刷車間氣流組織、溫濕度控制、風(fēng)速控制以及涂布、印刷設(shè)備密閉改造方面研究提高有機(jī)廢氣收集效率。具體包括不同送風(fēng)方式效果、內(nèi)擾熱源影響、氣流分布特性和能耗之間的關(guān)系、溫濕度獨(dú)立控制等內(nèi)容。有學(xué)者研究了印刷生產(chǎn)有機(jī)廢氣擴(kuò)散機(jī)理，從印品干燥前、干燥過程中、干燥完成后指出了需要控制的相關(guān)因素，為減少有機(jī)廢氣散發(fā)以及綜合治理印刷有機(jī)廢氣污染提供了理論參考。

2.3 末端治理方面

印刷有機(jī)廢氣治理應(yīng)用最廣泛的技術(shù)包括吸附法、熱力氧化、光催化氧化、生物法等[2]，單一的治理技術(shù)存在不同的缺陷，比如：活性炭吸附更換周期短、不耐濕度和高溫（低于120 ℃脫附），產(chǎn)生大量危廢；蓄熱式熱力氧化（RTO）設(shè)備投資成本高，運(yùn)行能耗大，無需輔助燃料廢氣濃度>2 000mg/m3；光催化對(duì)濃度大于0.03%的有機(jī)廢氣無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。為降低治理成本，提高適用范圍，末端治理重點(diǎn)研究印刷有機(jī)廢氣治理技術(shù)集成與創(chuàng)新。國內(nèi)外發(fā)展出吸附濃縮-催化燃燒、吸脫附-冷凝回收等有機(jī)廢氣治理集成工藝。同時(shí)，國外對(duì)微生物法處理印刷廢氣情有獨(dú)鐘，生物處理技術(shù)在印刷廢氣治理技術(shù)中的比例達(dá)到了29%。相關(guān)研究涉及了生物過濾處理對(duì)含甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等有機(jī)廢氣的去除效果、影響因素及動(dòng)力學(xué)模型。國內(nèi)也對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了研究，研究主要側(cè)重于微生物馴化，各類因素如：VOCs 組成、進(jìn)氣濃度和速率、填料性質(zhì)、填料溫濕度、營養(yǎng)物質(zhì)、pH 值、微生物和氧氣、表面活性劑等對(duì)有機(jī)廢氣凈化處理效果的影響?？偟脕碚f，有機(jī)廢氣凈化處理技術(shù)可以分成：回收法和破壞法兩大類[3]。不同有機(jī)廢氣處理技術(shù)在國內(nèi)外市場(chǎng)占有率見表1。

2.4 機(jī)理研究和建模方面

此類研究側(cè)重于不同有機(jī)廢氣處理技術(shù)內(nèi)在機(jī)理，期望通過優(yōu)化模型參數(shù)提高處理效率。包括低溫等離子體、熱等離子體、聯(lián)合等離子體（CPP）光解、生物滴濾、管式生物過濾、膜生物過濾等技術(shù)處理有機(jī)廢氣機(jī)理、機(jī)制，以及有機(jī)廢氣逸散、吸收、降解過程數(shù)學(xué)模型。比如：有學(xué)者根據(jù)能量守恒和傳遞方程建立了簡化模型，認(rèn)為有機(jī)（液）相部分與用對(duì)數(shù)表示的氣相之間的負(fù)線性關(guān)系；有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)光催化處理VOCs 動(dòng)力學(xué)原理與簡化的Langmuir- Hinshelwood模型吻合度很高，這將有利于設(shè)計(jì)相應(yīng)的處理設(shè)備。但實(shí)驗(yàn)中苯的降解曲線與模型吻合度出現(xiàn)偏離，這或是催化劑受污染導(dǎo)致；有學(xué)者研究了二元VOCs 在葉片填片的轉(zhuǎn)輪收集床中的吸收情況，結(jié)果表明其氣態(tài)質(zhì)量傳遞系數(shù)與VOCs 進(jìn)口濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，并隨著轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速、氣流速度和液流速度的增加而升高。

3.印刷行業(yè)有機(jī)廢氣治理研究趨勢(shì)

3.1 研發(fā)適應(yīng)性廣、污染低的印刷材料

從油墨、溶劑、承印材料方面進(jìn)一步改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)印刷行業(yè)的清潔生產(chǎn)。比如：研發(fā)可適用多種印刷工藝的單一溶劑，以提高后端溶劑回收利用率；通過改變油墨分子結(jié)構(gòu)，提高油墨的生物降解性，降低對(duì)人體和環(huán)境危害；提高油墨性能，減少溶劑使用量等。

3.2 推廣印刷車間氣流組織設(shè)計(jì)

對(duì)車間溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、濕度場(chǎng)和污染物擴(kuò)散傳質(zhì)過程和濃度場(chǎng)利用CFD 技術(shù)優(yōu)化，以確定印刷車間最優(yōu)的氣流組織方案，在滿足印刷條件下確保有機(jī)廢氣的最有效收集。

3.3 終端治理工藝優(yōu)化模擬與改良

利用計(jì)算機(jī)對(duì)各種終端治理工藝進(jìn)行優(yōu)化組合并對(duì)處理效果模擬評(píng)估。在現(xiàn)有處理技術(shù)不能取得重大突破的情況下，對(duì)各類治理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合并設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)化的模塊，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬評(píng)估，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)處理方案。

另一種研究方向是對(duì)現(xiàn)有印刷廢氣治理設(shè)備進(jìn)行小型化、節(jié)能化改良，提高普及率。比如：現(xiàn)有的蓄熱式熱力氧化（RTO）設(shè)施建設(shè)成本基本在70萬以上，對(duì)于中、小型印刷企業(yè)而言建設(shè)和使用成本過高。若能將RTO 設(shè)備小型化、節(jié)能化，就可以降低設(shè)備制造和運(yùn)行成本，以提高設(shè)備普及率。

3.4 創(chuàng)新管理政策

政府可以通過制定政策影響印刷包裝行業(yè)發(fā)展，降低行業(yè)有機(jī)廢氣排放量。包括執(zhí)行VOCs 排污權(quán)交易制度、提高油墨環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)印刷產(chǎn)品稅制“綠色化”進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)、倡導(dǎo)簡化產(chǎn)品包裝等工作。比如提高印刷企業(yè)生產(chǎn)過程中有機(jī)廢氣排放環(huán)保稅征收標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)過度軟包裝的商品提高消費(fèi)稅，從而提高商品價(jià)格，抑制需求量；通過強(qiáng)制使用中國環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證的環(huán)保型油墨、膠粘劑，禁止使用不符合環(huán)保要求的油墨、膠粘劑；鼓勵(lì)使用VOCs 含量較低的紫外光固化油墨。某省已經(jīng)開始推廣軟包裝使用紫外光固化油墨，減少溶劑使用量。

3.4 創(chuàng)新行業(yè)治理模式

通過創(chuàng)新治理模式，也可以避免單一治理的缺陷，同時(shí)降低治理成本。比如：活性炭吸附技術(shù)作為低濃度有機(jī)廢氣治理常用方法，存在兩個(gè)缺點(diǎn)：一是廢活性炭的更換成本和處置成本比較高，企業(yè)缺乏自覺性；二是作為執(zhí)法部門，由于執(zhí)法力量和技術(shù)手段限制，很難對(duì)監(jiān)管企業(yè)的實(shí)施高頻次的監(jiān)管。開展分散企業(yè)活性炭定期收集，再實(shí)施第三方集中脫附再生的治理模式，不僅可以解決更換活性炭的問題，同時(shí)解決了廢棄活性炭處置問題，也可以降低企業(yè)治理成本。對(duì)于監(jiān)管部門而言，對(duì)第三方實(shí)施監(jiān)督管理的效果要遠(yuǎn)大于對(duì)所有企業(yè)實(shí)施監(jiān)管。

4.結(jié)束語

綜上所述，印刷有機(jī)廢氣治理是大氣污染防治工作的重點(diǎn)內(nèi)容之一。印刷有機(jī)廢氣具有風(fēng)量大、濃度低等特點(diǎn)，而目前尚未研發(fā)出一種普適性好、處理效率高的治理工藝，因而現(xiàn)行的治理現(xiàn)狀并不樂觀。為有效治理印刷行業(yè)中的有機(jī)廢氣排放，今后的研究工作應(yīng)從印刷材料、廢氣收集和末端治理工藝優(yōu)化方面努力，同時(shí)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)日常管理工作，研發(fā)適應(yīng)性廣、污染低的印刷材料，推廣印刷車間氣流組織設(shè)計(jì)等；政府應(yīng)不斷創(chuàng)新管理政策，實(shí)施新的行業(yè)治理模式。

來源：防護(hù)工程

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