簡要介紹了經(jīng)濟(jì)日報社印刷車間的工程概況與通風(fēng)系統(tǒng)，計算了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOC廢氣的排放量，并根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)計算了總凈化效率。設(shè)計了三級凈化系統(tǒng)對VOC廢氣進(jìn)行處理，并詳細(xì)介紹了其特點?？偨Y(jié)了該工程的不足之處。

1工程介紹

1.1工程概況

經(jīng)濟(jì)日報社新建的印務(wù)中心及綜合辦公樓(A座)，建筑總面積48630m2，建筑高度60m，地下3層，地上15層;報紙及刊物印刷車間設(shè)在地下2層和地下1層通高空間，印刷車間尺寸為33.1m×24.0m×9.3m(長×寬×高)，凈面積為794.4m2，裝有4臺大型進(jìn)口印刷機(jī)。

建筑主體毗鄰市內(nèi)交通次干線，距離地鐵4號線陶然亭站D口僅50m。為降低噪聲、減少對周圍居民的環(huán)境影響，將印刷車間全部設(shè)在地下空間。

1.2通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)空調(diào)冷負(fù)荷計算，印刷車間總送風(fēng)量為98000m3/h，換氣次數(shù)為13.3h-1。設(shè)計2臺一次回風(fēng)全空氣式空調(diào)處理機(jī)組，每套空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量為49000m3/h。

2套系統(tǒng)共配備12個平送風(fēng)口、12個下送風(fēng)口、12個側(cè)回風(fēng)口(不包括控制間和操作間風(fēng)口)，采用中部送風(fēng)、上部回風(fēng)的氣流組織形式。

印刷車間產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)廢氣通過屋頂排放口(排氣筒)集中排放，排氣筒高度相對室外自然地坪高60m。為充分利用過渡季和冬季室外新風(fēng)，每套空調(diào)系統(tǒng)配備1臺變風(fēng)量排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)量控制在4900～24500m3/h之間，總排風(fēng)量為9800～49000m3/h。

部分回風(fēng)經(jīng)過處理后循環(huán)使用?？諝馓幚硐到y(tǒng)流程圖見圖1。

圖1空氣處理系統(tǒng)流程圖

2印刷車間污染物及排放量

2.1VOC氣體及來源

世界衛(wèi)生組織對總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)的定義為：熔點低于室溫而沸點在50～260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。

VOC的主要成分有：烴類、鹵代烴、氧烴和氮烴，包括：苯系物、有機(jī)氯化物、氟利昂系列、有機(jī)酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。

印刷車間的VOC氣體主要來源于印刷過程中油墨和溶劑(清洗劑、潤版液等)，主要成分為：苯、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、丁醇等，不僅對人體健康造成損害，對環(huán)境也造成很大危害。

同時該車間還存在少量粉塵、紙屑和水氣，因此控制的主要污染為粉塵和VOC有機(jī)溶劑揮發(fā)物，主要控制指標(biāo)為非甲烷總烴(NMHC)。

2.2VOC氣體排放量

根據(jù)使用方提供的數(shù)據(jù)，印刷車間建成投產(chǎn)后，年印刷量約5.5億張對開標(biāo)準(zhǔn)報紙(780mm×540mm)，原材料年使用量、有害氣體揮發(fā)比例、有害氣體年揮發(fā)量、有害氣體揮發(fā)速率(按一年365d，印刷機(jī)每天累計工作時間8h計算)、有害氣體初始濃度如表1所示。

表1有害氣體參數(shù)

2.3VOC氣體排放標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計總凈化效率

2015年7月1日起執(zhí)行更為嚴(yán)格的北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/1201—2015《印刷業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》，排氣筒高度不低于15m，揮發(fā)性有機(jī)物排放濃度限值見表2。2016年12月31日之前為表2中Ⅰ時段，之后為Ⅱ時段。

表2揮發(fā)性有機(jī)物排放濃度限值mg/m3

按DB11/1201—2015《印刷業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ時段NMHC限值30mg/m3的要求，總凈化效率ηz≥97.48%((1189.55mg/m3-30mg/m3)÷1189.55mg/m3);按排氣筒出口凈化要求對VOC廢氣進(jìn)行處理，設(shè)計總凈化效率ηsz≥98%(見表3)，計算處理前最大質(zhì)量濃度可控制在1500mg/m3以內(nèi)。

表3設(shè)計凈化效率和排放濃度

3三級廢氣處理方式該項目主要是印刷VOC廢氣凈化，通過整體換氣的原則利用空調(diào)系統(tǒng)將廢氣收集。

考慮到印刷廢氣排放源分散、空調(diào)換氣次數(shù)大、VOC濃度低的特點，對空調(diào)回風(fēng)口、總回風(fēng)段和屋頂排氣筒排風(fēng)進(jìn)行凈化，采用三級凈化方式對VOC廢氣進(jìn)行處理，達(dá)到零排放(gaszero emission，GZE)或近零排放。

第一級，回風(fēng)口粗效凈化。主要目的是針對印刷車間產(chǎn)生的少量紙屑、粉塵進(jìn)行粗效過濾，故第一級VOC氣體凈化效率η1=0%。

第二級，回風(fēng)系統(tǒng)凈化?？紤]到空氣循環(huán)的需要，部分排風(fēng)作為回風(fēng)使用，因車間廢氣含有VOC氣體，故需要經(jīng)過凈化后再作為回風(fēng)，否則車間濃度會越來越高，對工人的身體健康產(chǎn)生危害。

考慮報紙印刷產(chǎn)生的VOC廢氣濃度不高，但作為循環(huán)氣需要進(jìn)行凈化處理，因此二級凈化設(shè)計采用協(xié)同氧化技術(shù)(synergism oxidation technologies，SOT)廢氣凈化機(jī)(參數(shù)見表4)進(jìn)行處理，設(shè)計風(fēng)量為49000m3/h(2套，見圖1)，第二級設(shè)計VOC氣體凈化效率η2=60%。

表4SOT廢氣凈化機(jī)參數(shù)

第三級，建筑屋頂排氣筒外排口排放達(dá)標(biāo)凈化。整個系統(tǒng)唯一外排口為屋頂設(shè)置的風(fēng)口(2500mm×600mm)，此排放口為最重要的環(huán)保監(jiān)控點，需要進(jìn)行徹底凈化，保證排放達(dá)標(biāo)。

因此設(shè)計“流化床濃縮反應(yīng)器(fluid bed concentrator reactor，F(xiàn)BCR)+蓄熱催化燃燒器(regenerative catalytic oxidizer，RCO)”的工藝流程進(jìn)行廢氣凈化(見圖1)，排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計為零排放或近零排放，第三級設(shè)計VOC氣體凈化效率η3=95%。

4三級凈化工藝特點

4.1第一級

在12個回風(fēng)口增加自制過濾層，直接安裝到回風(fēng)口上，尺寸為1050mm×750mm，過濾材料選擇高效天然過濾材質(zhì)，具有可降解、無二次污染及可再生的特點，有兩方面的作用：一是對大顆粒污染物有很好的阻擋過濾效果;二是對后級凈化設(shè)備起保護(hù)作用，過濾層容塵量大，使用壽命長(可用熱空氣吹脫)。

4.2第二級

SOT是一種復(fù)合氧化技術(shù)，在等離子體和高能光子的共同作用下，設(shè)備內(nèi)部發(fā)生等離子體裂解反應(yīng)、高能紫外線(VUV)光解反應(yīng)、臭氧高級氧化反應(yīng)、光催化氧化反應(yīng)，其作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單一的反應(yīng)手段，同時這些反應(yīng)之間還有相互促進(jìn)和互為轉(zhuǎn)化的效應(yīng)。

在這個過程中，等離子體、光量子、臭氧、羥基、催化劑等共同發(fā)生作用，協(xié)同分解的結(jié)果是有效降解VOC氣體中的大分子有機(jī)物質(zhì)，經(jīng)過一系列復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)后，最終生成小分子無害無機(jī)物CO2和H2O等。

4.3第三級

4.3.1流化床濃縮反應(yīng)器FBCR

FBCR是吸附濃縮+脫附一體化的有機(jī)廢氣凈化裝置，利用了沙漏原理實現(xiàn)介質(zhì)完全靠重力的作用自動在反應(yīng)器內(nèi)流動;吸附室和脫附室緊密相連，當(dāng)介質(zhì)在吸附室完成吸附后隨即流化到脫附室進(jìn)行解析，VOC脫出后完成再生，馬上又恢復(fù)了吸附活性和能力。

該工藝的一個顯著特點是吸附介質(zhì)是流動的，反應(yīng)器在不同的流化段吸附、脫附同時進(jìn)行;第二個特點是解析方式的改變，即變介質(zhì)的間隔性、統(tǒng)一再生為即時性、分散再生，使解析氣流量小、均衡、平穩(wěn);

第三個特點是采用升溫和變壓組合技術(shù)進(jìn)行解析再生，脫附速度快，脫附效率高。正常情況下，多數(shù)介質(zhì)處于吸附狀態(tài)即工作態(tài)，而吸附一定量VOC后的介質(zhì)隨著流化床運(yùn)動進(jìn)入脫附室后隨即進(jìn)入解析狀態(tài)即脫附態(tài)，整個吸附介質(zhì)處于吸附、脫附循環(huán)往復(fù)狀態(tài)。

廢氣通過吸附反應(yīng)器時VOC成分被吸附截留，潔凈尾氣達(dá)標(biāo)排放;截留下來的VOC氣體通過脫附后由后處理單元凈化處理，實現(xiàn)對廢氣的徹底凈化。即時脫附功能的實現(xiàn)保證了介質(zhì)始終保持高活性狀態(tài)，使整個凈化系統(tǒng)可以反復(fù)循環(huán)使用，實現(xiàn)了吸附介質(zhì)的利用價值最大化(見圖2)。

圖2流化床濃縮反應(yīng)器FBCR工作原理

有機(jī)廢氣在反應(yīng)器內(nèi)完成吸附、脫附整個過程，實時再生保證了系統(tǒng)連續(xù)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，凈化后的廢氣達(dá)標(biāo)排放。截留下來的濃縮VOC氣體可通過燃燒完全氧化分解，實現(xiàn)零排放;或進(jìn)行二次處理，配合冷凝工藝可實現(xiàn)溶劑回收。

FBCR系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是實現(xiàn)吸附室和脫附室分離，即不必停下來脫附而影響系統(tǒng)排風(fēng);又可根據(jù)排放氣體的VOC濃度靈活掌握脫附周期和時間間隔;間歇式脫附模式保證了最低的運(yùn)行費用，減輕了用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。國內(nèi)外常用的反應(yīng)器見表5。

表5國內(nèi)外常用的反應(yīng)器

4.3.2蓄熱催化燃燒器RCO

該項目配備1臺蓄熱催化燃燒器，燃燒爐總處理風(fēng)量設(shè)計為1000m3/h。結(jié)合蓄熱燃燒和催化燃燒，在爐腔內(nèi)形成400～420℃的高溫，可將脫附解析的高濃度VOC氣體徹底分解(見圖3)，而不會產(chǎn)生NOx(霧霾主要成分之一)等二次污染物。

圖3蓄熱催化燃燒器RCO工作原理

5結(jié)論印刷車間自2016年5月投入運(yùn)行，在3臺印刷機(jī)(1臺尚未安裝)非全負(fù)荷工作狀態(tài)下，印刷車間產(chǎn)生的VOC廢氣通過三級處理，實現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放(檢測報告見表6，采樣點為廢氣總排放口，排放高度為60m)。表6檢測報告該項目總體建筑設(shè)計開始于2012年5月，隨著新標(biāo)準(zhǔn)的實施，在原有空調(diào)通風(fēng)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改建，故存在一些不足之處。

1)在空調(diào)機(jī)房安裝二級凈化設(shè)備SOT廢氣凈化機(jī)，面積偏小，且與空調(diào)機(jī)組回風(fēng)口位置不對應(yīng)，空調(diào)回風(fēng)靜壓箱重新開孔，風(fēng)道增加了較多不必要的彎頭，帶來漏風(fēng)量、風(fēng)阻增加和維修空間過于狹窄的問題。

2)印刷車間內(nèi)送、排風(fēng)道截面較大，風(fēng)道安裝時噴淋管、消火栓管、強(qiáng)電弱電管線等已全部施工完畢，不易尋找風(fēng)道合理路由，對車間整體布局造成嚴(yán)重影響。

3)三級凈化處理設(shè)備放置在屋面，因體積較大、質(zhì)量較大，擺放位置受到很大制約，風(fēng)道加長、風(fēng)阻增加，影響建筑屋面(上人屋面)的使用和美觀。目前對印刷車間的氣流組織存在一些爭議，認(rèn)為應(yīng)該將空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和有害空氣處理系統(tǒng)分別設(shè)置，充分利用室外新風(fēng)，以減少有害空氣處理量，降低能耗。該項目因空間小，改造和探索并存，難以實現(xiàn)上述目標(biāo)。