摘要：從原輔材料的種類、成分,整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程等方面分析了塑料軟包裝行業(yè)VOCs的來(lái)源和產(chǎn)生特點(diǎn)。指出各個(gè)VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)廢氣收集情況和存在問(wèn)題,并給出具體的提高收集效率的建議。根據(jù)風(fēng)量、VOCs濃度、排放量等特點(diǎn)及處理要求,介紹環(huán)保部推薦的幾種先進(jìn)處理技術(shù),并對(duì)技術(shù)指標(biāo)和工藝特點(diǎn)進(jìn)行比較分析。

印刷行業(yè)是江蘇省VOCs管控的重點(diǎn)行業(yè)，根據(jù)江蘇省環(huán)保廳2014 年印發(fā)的《江蘇省重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物污染控制指南》，要求包裝印刷業(yè)VOCs總收集、凈化處理率均不低于90%。印刷所使用的承載物不同，如紙張、織物、皮革、玻璃、木板、金屬、塑料薄膜等，其工藝流程和污染物的產(chǎn)生環(huán)節(jié)具有各自的特點(diǎn)。通常將厚度在0.25mm 以下的片狀塑料稱為薄膜，薄膜質(zhì)輕、柔韌，具有良好的耐水性、耐油性、防潮性和阻隔性，機(jī)械強(qiáng)度較好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而且易于印刷精美圖文，是用于包裝食品、藥品、生活用品等的理想軟包裝材料，以塑料薄膜為主的軟包裝印刷在包裝印刷領(lǐng)域中占有重要地位。根據(jù)相關(guān)資料顯示，目前我國(guó)軟塑包裝企業(yè)達(dá)4000多家，國(guó)內(nèi)復(fù)合膜的生產(chǎn)能力已超過(guò)150萬(wàn)t，軟塑包裝材料現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)較成熟的主要包裝材料之一。本文主要針對(duì)塑料軟包裝印刷行業(yè)污染物的產(chǎn)生特點(diǎn)，對(duì)其VOCs收集和治理措施進(jìn)行研究和對(duì)比分析。

1 印刷工藝及VOCs來(lái)源分析

1.1 主要含VOCs的原輔材料

塑料薄膜軟包裝印刷VOCs主要來(lái)源于油墨、稀釋劑、膠黏劑和保護(hù)劑(光油)等含溶劑的原輔材料。其中油墨和稀釋劑是產(chǎn)生VOCs的主要來(lái)源，印刷過(guò)程中通常要向油墨中添加30%～70%的稀釋劑來(lái)調(diào)節(jié)油墨黏度，稀釋劑的成分一般與油墨等原輔材料中所采用的溶劑成分相同。塑料軟包裝印刷中所使用的油墨主要有溶劑型油墨、水性油墨和醇性油墨。溶劑型油墨中通常含有50%～60%的揮發(fā)性有機(jī)物，主要包括芳香烴類、醇類、酮類和脂類化合物。水性油墨雖然以水為溶劑，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，都要加入一定數(shù)量的醇類，以利于樹(shù)脂溶解，給予墨性，常用的醇類溶劑有乙醇、異丙醇等。此外，與溶劑型油墨相比，水性油墨可減少約10%～30% 的涂布量。醇性油墨主要以乙醇作為溶劑，但是也或多或少地使用了一些酯類或其它類型的溶劑作稀釋劑。保護(hù)劑和膠黏劑中常用的溶劑有芳香烴類、酯類、醇類和酮類等。

某薄膜印刷企業(yè)分別采用溶劑型和水性原輔材料生產(chǎn)同一產(chǎn)品的情況下，VOCs的成分及含量對(duì)比情況見(jiàn)表1。該企業(yè)改用水性材料后，VOCs產(chǎn)生量減少了約80%。可見(jiàn)采用水性原輔材料可大大減少VOCs排放種類和數(shù)量。

1.2 生產(chǎn)工藝及VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)

塑料軟包裝印刷以凹版印刷為主，具體又分為表印和里印，即分別在承載物的表層和內(nèi)側(cè)進(jìn)行印刷。凹版印刷是包裝印刷行業(yè)中大氣污染物最為嚴(yán)重的印刷方式，印刷過(guò)程中，通常需經(jīng)過(guò)印刷、上光油、上膠、復(fù)合等多個(gè)單元，每個(gè)單元完成后需進(jìn)行烘干再進(jìn)入下一組生產(chǎn)單元，如圖1所示。不同企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品的不同，生產(chǎn)工藝流程會(huì)有些差異，如不含上光油及上光油后烘干、上膠及上膠后烘干或復(fù)合工序，從而減少相應(yīng)的產(chǎn)排污環(huán)節(jié)。

凹版印刷是先將印版表面或?qū)⒂“娼胗湍郢@得油墨，然后用刮墨刀把印版表面的油墨刮掉，再通過(guò)壓力的作用，使存留在印版凹陷的油墨與薄膜接觸，將該部分油墨轉(zhuǎn)印到薄膜( 或其他承印物) 上的過(guò)程。上光油是在印刷品表面涂覆上一層無(wú)色透明的涂料，經(jīng)流平、干燥、壓光后，在印刷品的表面形成薄而均勻的透明層，用以增加印品表面的光澤度、光潔度，起到保護(hù)印刷品、增加美觀的作用。上膠和復(fù)合是在薄膜表面涂上黏合劑，然后在貼合機(jī)上進(jìn)行復(fù)合的過(guò)程。

VOCs來(lái)源和排放途徑主要有：原輔材料調(diào)配;供料(油墨、光油或膠黏劑);印刷、上膠、上光油、復(fù)合等工藝過(guò)程;烘干及設(shè)備清洗等過(guò)程中溶劑的揮發(fā)，其中揮發(fā)量最大的為烘干，其次為供料過(guò)程。在供料過(guò)程中，為保證黏度要求，槽中的物料通過(guò)槽子底部的孔流入供料桶中，添加稀釋劑后再由泵打入供料槽中，因此處于不斷循環(huán)狀態(tài)。

2 VOCs的收集狀況

2.1 企業(yè)收集現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

目前，很多企業(yè)對(duì)VOCs的收集僅采用生產(chǎn)設(shè)備自帶的廢氣收集系統(tǒng)，通常設(shè)備的烘干過(guò)程是密閉的，并連接排風(fēng)管道，其產(chǎn)生的VOCs可以得到較好的收集。但在供料、上膠、上光油、復(fù)合等工藝過(guò)程中，多數(shù)生產(chǎn)設(shè)備僅在側(cè)面留有很小的吸風(fēng)口或根本沒(méi)有吸風(fēng)口，使得大量的有機(jī)物揮發(fā)至車間。其中供料槽的面積較大，且多為敞開(kāi)狀態(tài)，還需要不斷向其中添加稀釋劑以保證黏度要求，是車間VOCs 揮發(fā)的主要途徑。此外，一些企業(yè)未設(shè)置單獨(dú)的原料調(diào)配間，在通過(guò)機(jī)械攪拌調(diào)配油墨、光油和膠水過(guò)程中未進(jìn)行有效的密封或廢氣收集;車間內(nèi)盛放有機(jī)溶劑的桶、罐為敞開(kāi)狀態(tài);采用溶劑清洗刮刀時(shí)廢氣未進(jìn)行收集等均導(dǎo)致了VOCs大量無(wú)組織揮發(fā)。

2.2 強(qiáng)化收集措施

根據(jù)江蘇省對(duì)印刷行業(yè)的管理要求，VOCs的收集率要達(dá)到90% 以上，因此除設(shè)備原有的收集系統(tǒng)外，必須對(duì)廢氣進(jìn)行強(qiáng)化收集。對(duì)于原料調(diào)配，可對(duì)攪拌容器加密封蓋;或設(shè)置單獨(dú)的調(diào)配間，對(duì)調(diào)配間進(jìn)行換風(fēng)收集廢氣;也可通過(guò)吸風(fēng)罩收集。對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備，有條件的情況下，可在整套生產(chǎn)設(shè)備外圍設(shè)置封閉間，但多數(shù)企業(yè)很難實(shí)現(xiàn)，因此重點(diǎn)需放在對(duì)供料槽及其周邊廢氣的收集。首先，供料槽下部的導(dǎo)流孔需用管道連接并通入供料桶中，供料桶需加蓋密封;為不影響操作，可在供料槽上方設(shè)置穿孔管吸風(fēng)，或在周邊設(shè)置側(cè)吸罩，企業(yè)可以根據(jù)生產(chǎn)條件選擇適宜的收集方式。刮刀清洗過(guò)程中由于使用大量的溶劑，必須進(jìn)行廢氣收集，可采用通風(fēng)櫥或吸風(fēng)罩。此外，車間中盛放有機(jī)溶劑的桶、罐要及時(shí)加蓋密封。

3 處理技術(shù)的選擇及對(duì)比分析

3.1 排放特點(diǎn)及處理要求

塑料軟包裝印刷企業(yè)產(chǎn)生的廢氣量較大，大部分企業(yè)VOCs濃度在5000ppm以下，屬中低濃度，其中烘干廢氣的溫度通常在50～80℃，VOCs年排放總量大。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于印刷行業(yè)VOCs排放執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要為地方標(biāo)準(zhǔn)，具體見(jiàn)表2。南京地區(qū)主要參照的是上海市《印刷行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB31/872-2015)。

3.2 處理技術(shù)的選擇及對(duì)比

根據(jù)印刷行業(yè)廢氣產(chǎn)生特點(diǎn)及排放要求，國(guó)家環(huán)保部2016年發(fā)布的《國(guó)家先進(jìn)污染防治技術(shù)目錄(VOCs防治領(lǐng)域)》中明確了5種涉及印刷行業(yè)廢氣治理的先進(jìn)技術(shù)，具體介紹如下。

(1) 活性炭吸附- 氮?dú)饷摳嚼淠軇┗厥占夹g(shù)

利用顆粒活性炭吸附有機(jī)廢氣，活性炭吸附飽和后采用高溫氮?dú)饷摳皆偕摳疆a(chǎn)生的溶劑經(jīng)冷凝分離后回收。

(2) 固定式有機(jī)廢氣蓄熱燃燒技術(shù)

采用多床固定式蓄熱室，經(jīng)預(yù)熱后的有機(jī)廢氣進(jìn)入燃燒室高溫氧化分解，凈化后的高溫尾氣經(jīng)蓄熱體降溫后達(dá)標(biāo)排放，蓄熱體預(yù)熱進(jìn)口廢氣，節(jié)省能源。

(3) 旋轉(zhuǎn)式蓄熱燃燒凈化技術(shù)

旋轉(zhuǎn)式蓄熱燃燒系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)設(shè)有多個(gè)蜂窩陶瓷蓄熱室和燃燒室，每個(gè)蓄熱室依次經(jīng)歷蓄熱、放熱、清掃程序。控制系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使回轉(zhuǎn)閥按一定速度旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)蓄熱體吸附-放熱的循環(huán)切換。

(4) 蓄熱催化燃燒技術(shù)

有機(jī)廢氣經(jīng)蓄熱體加熱后，在催化劑的作用下燃燒，使有機(jī)廢氣氧化分解為CO2和H2O。

(5) 吸附濃縮+ 燃燒組合凈化技術(shù)

含VOCs廢氣進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪吸附凈化，脫附后的高濃度廢氣再通過(guò)燃燒裝置(如RTO、RCO、TNV 等)進(jìn)行燃燒凈化。

上述5種工藝主要技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)特點(diǎn)見(jiàn)表3。

4 結(jié)論

塑料軟包裝行業(yè)使用的含VOCs的原輔材料主要有油墨、稀釋劑、膠黏劑和保護(hù)劑，VOCs的排放濃度和排放總量主要受到油墨類型的影響。生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生VOCs的環(huán)節(jié)主要有原料調(diào)配、供料、印刷、上膠、上光油、復(fù)合、烘干及設(shè)備清洗等過(guò)程中溶劑的揮發(fā)。其中烘干廢氣中VOCs 的排放量最大，通常可以由設(shè)備自帶的管道得到較好的收集;供墨、供光油和供膠的槽子是車間VOCs無(wú)組織揮發(fā)的主要途徑，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)其進(jìn)行廢氣收集，盛有有機(jī)溶劑的桶罐要及時(shí)密封，刮刀清洗過(guò)程中揮發(fā)的有機(jī)物要通過(guò)集氣罩或通風(fēng)櫥進(jìn)行收集。對(duì)于溶劑不需要進(jìn)行回收的企業(yè)，推薦采用蓄熱式燃燒或蓄熱催化燃燒技術(shù)處理含VOCs廢氣，其中對(duì)于中高濃度的廢氣可直接進(jìn)行燃燒，中低濃度的廢氣，一般先經(jīng)過(guò)吸附濃縮后再進(jìn)行燃燒。