客户分享| 浅谈紫外技术在印刷废气治理中的应用

作者｜管 军

作者单位｜上海中华印刷有限公司

导语：近年来，我国各级政府对VOCs的排放非常重视。除了国家标准以外，地方也纷纷制定当地标准，进一步限制VOCs废气的排放。印刷生产使用各种油墨及有机稀释剂，会产生一定的废气，也就是常说的VOCs。VOCs污染物主要包括脂类、醇类、酮类等。印刷生产产生的低浓度有机废气控制尤为困难，且对环境有危害。因此，在强调生态文明的今天，无论主动调整还是被动接受，印刷VOCs的无序排放终究会成为历史。既然印刷产业存在，又绕不开VOCs的产生，那么清洁生产就理所当然地成为摆在从业者案头的必选项。

紫外线催化氧化法的特点：印刷废气中VOC s是主要的污染物。一般而言，源头消减、过程控制和末端治理这三个步骤构成了印刷VOCs治理工程的完整的路线图。其中，源头消减常常是最为直接和有效的，通过对添加剂、油墨、胶黏剂等原辅材料减免使用或低挥发性替代，都可以迅速收到治理成效；过程控制是重点；而末端治理工艺又是整个减排方案中最不易抉择的一个“硬指标”，适宜的末端治理工艺和印刷企业本身的产品结构、生产环境、运作方式密切相关，没有统一的模式可以复制。VOCs常用的末端治理工艺有焚烧法、洗涤法、电捕集法、吸附法、生物法、紫外线催化氧化法，各自特点见表1。本文主要介绍紫外线催化氧化法。

         紫外线氧化催化技术是目前光化学方法应用于环境污染控制的诸多研究中最活跃的领域，特别是在气体净化、除臭杀菌以及污水处理等方面应用越来越广泛。紫外线氧化降解污染物通常是指在紫外线的激发作用下，污染物的原子结构发生变化，在氧化剂的作用下逐步被氧化成低分子中间产物，有机污染物最终生成CO2和H2O。

由于短波长紫外线光子能量高于大多数污染物质分子内部化学键的键能，因此可以通过紫外线光子对分子化学键的作用直接使其断裂，从而达到分解的目的。此外，基于同样的原理，185 n m的紫外线还可以将空气中的氧气和水蒸气转化成原子氧和活性羟基，这两种产物同样可以与污染物质分子产生化学反应，起到分解降低废气污染物浓度的作用。紫外线氧化催化装置主要消耗电能，设备能耗较低，并且由于光催化剂板的阻力降远低于活性炭（约为1/10)，如引风机安装变频调速器后，风机运行频率可降低，节电效率在25%～30%，装置的运行成本远低于目前水喷淋清洗+活性炭吸附方法的运行成本。

 另外，紫外线氧化催化装置没有活动部件，工作时也不需要外加液体循环系统，运行可靠性高，非常适合防水卷材这种需要连续生产的工况要求。

通过对比，结合印刷企业环境实测数据，紫外线氧化催化技术比较符合低浓度、运行维护简单、初期投入成本较低的要求；而且正常运转中，紫外催化技术仅依靠电力工作，不产生高温，安全保障性高，无须额外添加辅助燃料，不产生二次污染，没有二次废弃物产生，无须加注和替换介质，可以满足印刷企业治理VOCs的需要。

紫外线催化处理技术的关键参数

       目前紫外光催化工艺在国内废气治理应用中较为关键的设备就是紫外线发生器，也就是紫外灯管。现阶段应用较多的紫外光源供应商有贺利氏特种光源、飞利浦等。以这些紫外光源为基础的末端处理设备，能够有效处理苯类、烃类、醇类、脂类等多种污染物组分，分解效率达50%～90%，综合性价比高，非常适合胶印等浓度不高、风量不小、投资不大的应用场合。关键参数如下：

1、光电转化效率

紫外线氧化催化装置主要消耗电能，一般紫外线灯管电光转换效率达到35%～40%，这在确保处理性能的同时，决定设备运行的主要成本。贺利氏紫外线灯管使用高质量全合成石英做灯管材料，表面喷涂其专利的长寿命涂层，从而高效确保紫外线输出效率，特别是185 nm短波长紫外线含量。

2、 灯管寿命

一般紫外灯管使用寿命可达16 000 h以上。对于连续生产的工厂，应考虑使用寿命较长的紫外灯，在提高装置运行的稳定性、降低客户的维护成本上会有较大优势。

3、灯管寿命

催化剂是充分发挥紫外处理设施效能不可或缺的。光催化剂应该经过严格的测试和筛选，要求稳定、高效，正常情况下使用年限在3～5年。

4、紫外模块设计

紫外线氧化催化装置的紫外模块需要经过严格的空气动力学模拟和测试，以确保装置运行过程中气体阻力和氧化处理效果达到最佳的平衡。

5、控制系统

紫外线氧化催化装置一旦投入应用，通常都被要求随着生产安排不间断地工作。因此，控制系统必须具备严格、稳定的系统设计，另外系统需预留有外部接口，可以灵活地与客户已有的装置配合运行。

 紫外线催化工艺治理VOCs的应用

上海中华印刷有限公司是以出版印刷为主营业务的企业，年印刷总产量450万对开色令。2015年6月，公司开始着手VOCs减排工作，源头消减是公司治理迈出的第一步。通过在大车间里搭建隔房，使印刷生产区域变得紧凑有序，精准调节印刷环境的温湿度成为可能，为禁用酒精创造了前提条件；酒精从公司的原辅材料清单中去除后，VOCs总量较原先下降了四成。同时，车间每台印刷机旁安装了吸风口，通过管网集中后送入末端治理装置中。该装置创新性地使用了贺利氏紫外特种光源特有的紫外高级催化冷燃烧技术（UCO），通过紫外光解、吸附氧化和催化氧化技术的有效结合，针对中低浓度、长时间连续生产的工况十分有效。

该VOCs治理设备中的紫外灯管所发射的185 n m紫外线能量较高，其光子可以将非极性VOCs转换成极性分子，极大地提高了催化吸附材料对VOCs的拦截，并使 VOCs分子化学键直接断裂，有效地利用了紫外线光子氧化作用，与臭氧、羟基自由基的氧化作用来共同实现VOCs的降解。避免了单纯依赖臭氧、羟基自由基相对光子的氧化能力弱，难以单独完成分解键能较大、结构较为复杂的异味化合物的问题，从而实现全范围VOCs有效降解，并实现催化吸附材料再生。