紡織印刷有機廢氣治理研究現狀與趨勢分析
作者: glhb
來源: 未知
發布時間:2020-07-14 17:31
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當下，大量印刷有機廢氣的排放對大氣環境造成了嚴重的污染，印刷廢氣的治理已經成為亟需解決的重要問題。本文簡要闡述了當前印刷企業有機廢氣治理中存在的問題，從印刷材料、廢氣收集、末端治理、機理研究與建模等方面介紹了印刷有機廢氣治理現狀，并分析了廢氣治理研究趨勢。
引言
隨著社會經濟的發展，印刷行業也呈現出快速發展的趨勢，每年排放的廢氣也逐漸增多，這不僅會對我國生態環境造成了非常嚴重的污染，而且也嚴重危害著人們的身體健康。因此，需要對印刷廢氣無組織排放進行嚴格的管控，采用先進的治理工藝和設備，遏制有機廢氣對生態環境的破壞。基于此，本文主要對印刷有機廢氣治理研究現狀與趨勢進行分析與探討。
1.印刷企業廢氣治理存在的問題
1.1 印刷車間未進行氣流組織設計
大部分印刷車間沒有進行功能區性分區，生產線布局不合理，送排風和車間溫濕度設計比較隨意，不僅能耗高，而且導致印刷車間內廢氣無組織散發嚴重。
1.2 設計風量過大
大部分的凹印、復合或涂布設備的排風量未經過設計計算，大幅超過印刷工藝需求，不僅造成風機能耗增加，同時也使廢氣排放濃度進一步降低，而廢氣處理設施卻是以排放風量設計的，因此，增加的多余風量等同于增加了廢氣處理設施的投入成本和運行成本。加上一些企業印刷機組共用一臺排風機，在部分機組未生產時，仍然按照滿負荷的風機功率排風，由于全部印刷機的烘箱處于連通狀態，導致處理風量額外增加。
1.3 廢氣設施運行不正常
出于降低成本原因，部分印刷企業擅自閑置治理設施，或者故意使治理設施處于不正常運行狀態。比如：降低低溫等離子運行電壓，長期不更換活性炭或者將活性炭取出晾曬后回填，不及時更換損壞的紫外燈管等違法行為。
2.印刷廢氣治理研究現狀
2.1 印刷材料方面
這方面的研究集中在不同材料的VOCs 散發特性和傳質擴散模型，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，以便開發環保承印材料、油墨和清洗劑[1]。比如：有學者認為擴散系數D 與VOCs 分子量負相關，分離常數Ke 與VOCs 蒸汽壓正相關；有學者通過測試對比發現凹印油墨（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
此類文獻從印刷車間氣流組織、溫濕度控制、風速控制以及涂布、印刷設備密閉改造方面研究提高有機廢氣收集效率。具體包括不同送風方式效果、內擾熱源影響、氣流分布特性和能耗之間的關系、溫濕度獨立控制等內容。有學者研究了印刷生產有機廢氣擴散機理，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因素，為減少有機廢氣散發以及綜合治理印刷有機廢氣污染提供了理論參考。
2.3 末端治理方面
印刷有機廢氣治理應用最廣泛的技術包括吸附法、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），產生大量危廢；蓄熱式熱力氧化（RTO）設備投資成本高，運行能耗大，無需輔助燃料廢氣濃度>2 000mg/m3；光催化對濃度大于0.03%的有機廢氣無法實現穩定達標排放。為降低治理成本，提高適用范圍，末端治理重點研究印刷有機廢氣治理技術集成與創新。國內外發展出吸附濃縮-催化燃燒、吸脫附-冷凝回收等有機廢氣治理集成工藝。同時，國外對微生物法處理印刷廢氣情有獨鐘，生物處理技術在印刷廢氣治理技術中的比例達到了29%。相關研究涉及了生物過濾處理對含甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等有機廢氣的去除效果、影響因素及動力學模型。國內也對這項技術進行了研究，研究主要側重于微生物馴化，各類因素如：VOCs 組成、進氣濃度和速率、填料性質、填料溫濕度、營養物質、pH 值、微生物和氧氣、表面活性劑等對有機廢氣凈化處理效果的影響。總得來說，有機廢氣凈化處理技術可以分成：回收法和破壞法兩大類[3]。不同有機廢氣處理技術在國內外市場占有率見表1。
2.4 機理研究和建模方面
此類研究側重于不同有機廢氣處理技術內在機理，期望通過優化模型參數提高處理效率。包括低溫等離子體、熱等離子體、聯合等離子體（CPP）光解、生物滴濾、管式生物過濾、膜生物過濾等技術處理有機廢氣機理、機制，以及有機廢氣逸散、吸收、降解過程數學模型。比如：有學者根據能量守恒和傳遞方程建立了簡化模型，認為有機（液）相部分與用對數表示的氣相之間的負線性關系；有學者研究發現光催化處理VOCs 動力學原理與簡化的Langmuir- Hinshelwood模型吻合度很高，這將有利于設計相應的處理設備。但實驗中苯的降解曲線與模型吻合度出現偏離，這或是催化劑受污染導致；有學者研究了二元VOCs 在葉片填片的轉輪收集床中的吸收情況，結果表明其氣態質量傳遞系數與VOCs 進口濃度呈負相關關系，并隨著轉輪轉速、氣流速度和液流速度的增加而升高。
3.印刷行業有機廢氣治理研究趨勢
3.1 研發適應性廣、污染低的印刷材料
從油墨、溶劑、承印材料方面進一步改進，實現印刷行業的清潔生產。比如：研發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構，提高油墨的生物降解性，降低對人體和環境危害；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計
對車間溫度場、速度場、濕度場和污染物擴散傳質過程和濃度場利用CFD 技術優化，以確定印刷車間最優的氣流組織方案，在滿足印刷條件下確保有機廢氣的最有效收集。
3.3 終端治理工藝優化模擬與改良
利用計算機對各種終端治理工藝進行優化組合并對處理效果模擬評估。在現有處理技術不能取得重大突破的情況下，對各類治理技術進行優化組合并設定標準化的模塊，利用計算機進行模擬評估，可以實現最優處理方案。
另一種研究方向是對現有印刷廢氣治理設備進行小型化、節能化改良，提高普及率。比如：現有的蓄熱式熱力氧化（RTO）設施建設成本基本在70萬以上，對于中、小型印刷企業而言建設和使用成本過高。若能將RTO 設備小型化、節能化，就可以降低設備制造和運行成本，以提高設備普及率。
3.4 創新管理政策
政府可以通過制定政策影響印刷包裝行業發展，降低行業有機廢氣排放量。包括執行VOCs 排污權交易制度、提高油墨環保標準、對印刷產品稅制“綠色化”進行頂層設計、倡導簡化產品包裝等工作。比如提高印刷企業生產過程中有機廢氣排放環保稅征收標準，對過度軟包裝的商品提高消費稅，從而提高商品價格，抑制需求量；通過強制使用中國環境標志產品認證的環保型油墨、膠粘劑，禁止使用不符合環保要求的油墨、膠粘劑；鼓勵使用VOCs 含量較低的紫外光固化油墨。某省已經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 創新行業治理模式
通過創新治理模式，也可以避免單一治理的缺陷，同時降低治理成本。比如：活性炭吸附技術作為低濃度有機廢氣治理常用方法，存在兩個缺點：一是廢活性炭的更換成本和處置成本比較高，企業缺乏自覺性；二是作為執法部門，由于執法力量和技術手段限制，很難對監管企業的實施高頻次的監管。開展分散企業活性炭定期收集，再實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，同時解決了廢棄活性炭處置問題，也可以降低企業治理成本。對于監管部門而言，對第三方實施監督管理的效果要遠大于對所有企業實施監管。
4.結束語
綜上所述，印刷有機廢氣治理是大氣污染防治工作的重點內容之一。印刷有機廢氣具有風量大、濃度低等特點，而目前尚未研發出一種普適性好、處理效率高的治理工藝，因而現行的治理現狀并不樂觀。為有效治理印刷行業中的有機廢氣排放，今后的研究工作應從印刷材料、廢氣收集和末端治理工藝優化方面努力，同時企業應加強日常管理工作，研發適應性廣、污染低的印刷材料，推廣印刷車間氣流組織設計等；政府應不斷創新管理政策，實施新的行業治理模式。
