摘要：介绍了一套完整的VOCs废气处理工艺，包括吸附脱附系统、精馏系统、膜分离提纯系统、废水处理系统。通过实践数据分析，说明了该工艺在软包装干法复合系统的应用具有良好的环境效益和经济效益。
随着我国整体经济的快速发展，产品的包装印刷需求也日益增长。据国家新闻出版总署的统计资料显示，2009年全国的包装印刷企业有43384家。据不完全统计，全国包装印刷业每年使用的有机溶剂量则超过40万吨，其消耗主要发生在印刷工艺和干法复合工艺，这些有机溶剂最后在烘道的干燥过程中几乎全部挥发并排放到大气中，不但造成资源极大浪费，而且对大气环境产生严重污染。
针对包装印刷行业VOCs排放和治理的特点，中国电器科学研究院本课题组毛海荣高级工程师等人经长期探索和研究心，开发了一套VOCs废气处理集成工艺，应用于软包装印刷干法复合过程中，在复合尾气得到达标处理排放的同时，实现了挥发性有机溶剂的高效回收。
1工艺介绍
此工艺共由4个系统组成，即吸附脱附系统、精馏系统、膜分离提纯系统、废水处理系统。尾气进人吸附脱附系统进行吸附后排放，吸附脱附系统脱附解析产生的油相进入膜分离系统脱水后以成品油输出回用，而吸附脱附系统脱附解析产生的水相进人精馏系统，精馏系统精馏产生的油相进人吸附脱附系统的静置分离，精馏系统产生的废水则进入废水处理系统生化处理达标后排放。具体关系流程见图1。
1.1吸附脱附系统
吸附脱附系统的功能是利用吸附材料实现VOCs气体的吸附富集，再利用高温蒸汽实现富集溶剂的脱附解析，得到液态的溶剂。
系统运行时分为吸附和脱附两个流程，采用多个吸附床吸附同时一个吸附床脱附的工作方式。吸附时，含VOCs的尾气先经前处理床预处理，然后经过表冷器降温后，进入吸附床，在吸附床内挥发性有机气体被吸附材料吸附，被净化的气体排放到大气。当吸附床内吸附材料吸附接近饱和时，该吸附床进入脱附流程。脱附时，向吸附床通人高温蒸汽，被吸附的有机溶剂在高温蒸汽的作用下从吸附材料中脱附出来。脱附后的有机气体经过两级冷凝器由气态冷凝为液态。由于有机溶剂在水中的溶解度较低，冷凝下来的液体经过分离槽静止后，分成油相层和水相层。油相层含水率约为3%，水相层含酯率约为8%。具体流程见图2。
2.2精馏系统
精馏系统的功能是利用有机溶剂和水的沸点的差异，将水相中的有机溶剂提取出来。
在精馏过程中，水相先与塔釜排液换热，预热后进人精馏塔，精馏塔通过高温蒸汽加热，高沸点的水落入塔釜的过程中不断得到提纯，水中的乙酸乙酯越来越少，通过排料泵排到废水处理系统。低沸点的有机溶剂往塔顶去的过程中不断地富集变纯，然后进入冷凝器冷凝，冷凝液经过静止分离后又变成油相和水相。在精馏过程中，采用负压精馏工艺。使用真空泵将系统抽成真空，形成负压，负压精馏能提升有机溶剂的传质动力，减少塔釜排出废水中有机溶剂的含量，降低后续废水处理的负荷;同时能降低有机溶剂沸点，提高成品品质日一。具体流程图见图3。
2.3膜分离提纯系统
膜分离提纯系统的功能是利用汽化渗透膜脱除溶剂中的水分，实现有机溶剂的提纯。
提纯过程中，油相先经过换热器1利用出料溶剂预热，预热后经加热器1加热到指定温度，进入汽化膜脱水，由于水分汽化吸热，导致温度降低，再经加热器2补充热量加热到相同温度，进入第二套汽化膜再进行脱水。脱水后溶剂与进料溶剂换热降温后，再经冷却水换热降温达到常温，以成品形式排出。如果此时检测溶剂含水率仍较高，可不将溶剂排出，继续进行内部循环直至溶剂含水率满足使用要求。详细流程见图4。
2.4废水处理系统
经过精馏排放的废水COD约为6000mg/L，未达到废水的综合排放标准，需要经过适当处理达标后才能排放。废水先进入闪发罐蒸出部分有机万方数据42塑料包装2013年第23卷第5期溶剂，然后进入调质缓冲罐进行pH调节和增加生化所需的营养组分。经过调质的废水先进人厌氧池厌氧代谢预处理后，再进入SBR池，在SBR池经过曝气、沉淀、滗水环节后达标排放。详细流程见图5。
3工程实践数据
我们为一家包装印刷厂安装了一套VOCs废气处理设备，经过一段时间的数据检测，我们发现该设备的实际处理效果较好，达到了预期的经济效益和环境效益。检测数据如表1所示。
3.1吸附床处理能力
我们通过定期采样，对吸附床进出风的VOCs浓度进行测量。采用皮托管的风速测定方法进行风速测量，计算出风量。数据如表1，从一个小时(每5min钟测一组)监测数据中可以看出，吸附床对VOCs废气的去除率维持在97%以上，平均去除率达到了98.88%。
从表1可以看出，0～15分钟内，A3在脱附，过程持续一段时间(大约为30分钟)后，排放浓度A1和A2在吸附，;在20～35分钟内，换成A1脱会呈突跃增长。因此，将吸附时间设定为30分钟附，A2和A3在脱附。三个吸附床如此交替吸附是基于经济和环境两方面考虑制定的最佳吸附时脱附。
每个吸附床在吸附的前30分钟内，排放浓度都小于120mg/m3，达到了标准要求。每个吸附床在吸附的前15分钟内，出口浓度为0，说明了此时吸附材料未被穿透。而在15—30分钟内，虽然有VOCs穿过吸附材料，但是排放浓度基本仍在标准要求范围内。在课题组前期试验中表明，当吸附过程持续一段时间(大约为30分钟)后，排放浓度会呈突跃增长。因此，将吸附时间设定为30分钟是基于经济和环境两方面考虑制定的最佳吸附时间。
3.2膜分离提纯系统脱水能力
为分析提纯脱水系统的脱水能力，对提纯系统的进料和出料的水分含量进行了定时的检测。水分含量的分析方法采用国标卡尔费休法。
提纯脱水系统工艺控制条件为，进料流量300～3201Mh，冷凝器控制温度为一5℃，进料箱乙酸乙酯量为1000L。
膜分离系统进出料含水率数据如表2，从数据看出，系统运行10小时，乙酸乙酯可达到习惯使用标准，即含水率低于0.2%，运行16个小时含水率即可低于0.1%。
3.3废水处理系统处理能力
废水处理系统稳定运行后，对系统的进出水水质采用国标法进行水质检测分析，分析数据如表3，从水样的分析数据可以看出，废水处理系统有良好的处理效果，出水水质达到了项目环评的水质排放要求。
3.4工艺系统VOCs回收能力
对工艺系统在一段运行时间内回收的溶剂进行计量称重，数据如表4，从数据可以看出一段时间内，使用的溶剂的回收效率达到了86.09%。数据中出现了部分工作日回收效率超过100%，是由非连续出料和延迟称重造成的，即当天回收的溶剂在第二天才进行出料、称重，并非系统误差，是合理数据。
4总结
整套工艺流程设置合理，通过将吸附脱附系统、精馏系统、膜分离提纯系统、废水处理系统有机组合，实现每种物料在工艺内部系统的合理流转。在复合尾气得到达标处理排放的同时，实现了挥发性有机溶剂的高效回收。
从工艺实际应用得到的数据可以看出，工艺对包装印刷行业排放的VOCs气体有明显的处理效果，有效的实现了节能减排，具有良好的环境效益。同时，回收的挥发性溶剂含水率低，能够达到再利用要求，具有良好的经济效益，值得向全行业推广。
原标题：软包装干法复合系统中VOCs废气处理的工程实践
