治理印包VOCs助力綠色印刷

劉傳杰+陳威

印刷包裝行業(yè)生產過程中產生的揮發(fā)性有機物（VOCs）給人類健康和環(huán)境治理帶來了很大壓力，基于此，筆者通過實地調研和分析提出了各類VOCs排放治理方案，希望能給印刷包裝企業(yè)帶來一定幫助。通過對各治理技術的分析，希望能夠幫助企業(yè)選擇適合自己的VOCs減排治理方案。不管是從環(huán)保角度，還是從遵循法規(guī)政策角度，都該引起印刷包裝業(yè)對VOCs排放后果及治理技術的重視，并根據(jù)自身情況選取行之有效的VOCs治理方案，使印刷包裝企業(yè)在綠色印刷的道路上披荊斬棘。

印包行業(yè)VOCs治理的必要性

2013年9月，國務院發(fā)布了《大氣污染防治行動計劃》，計劃中提到要對幾大行業(yè)VOCs進行綜合治理包括印刷包裝行業(yè)在內，從此各地對VOCs排放控制便納入到了大氣污染防治的工作之中。于2015年7月1日北京《印刷業(yè)揮發(fā)性有機物排放標準》的正式實施，一些省市和重點區(qū)域的印刷企業(yè)便開始關注VOCs的治理方案。2015年8月29日發(fā)布的新《大氣污染防治法》首次為VOCs的治理提供了法律依據(jù)。于2015年10月1日起《揮發(fā)性有機物排污收費試點辦法》的施行，也預示著印刷包裝行業(yè)VOCs排污工作的正式啟動，首次利用經濟手段限制印刷VOCs的排放，這無疑也給印刷企業(yè)帶來了巨大的經濟壓力。

這一系列和環(huán)保及VOCs治理相關的法律法規(guī)的出臺，也證明了中央及各地政府對環(huán)境保護的重視和VOCs污染治理的決心。針對目前嚴峻的環(huán)境保護狀況，不管是出于環(huán)境友好健康有益，還是出于遵守法規(guī)政策，還是顧及企業(yè)經濟利益，印刷包裝企業(yè)都該從綠色環(huán)保意識，轉到環(huán)境保護工作的正式啟動上。

印包行業(yè)VOCs治理的途徑

面對印刷包裝業(yè)VOCs排放治理的嚴峻工作，印刷包裝企業(yè)不僅要及時掌握國家發(fā)布的相關法律法規(guī)及VOCs排放標準，更要及時關注治理技術方案，以使用行之有效的方案完成VOCs的排放治理使之達標。目前，在印刷包裝行業(yè)，按照印刷生產流程中產生揮發(fā)性有機物的源頭，可將其控制途徑分為3個方面，即印刷材料VOCs治理、印刷工藝過程VOCs控制、印刷末端VOCs控制。

1.印刷材料VOCs控制

VOCs可揮發(fā)性有機物的排放量通常使用兩種方法來計算，可以使用物料平衡法和產污系數(shù)法。產污系數(shù)法是根據(jù)企業(yè)中使用油墨總量的70%來計算VOCs的排放。物料平衡法是用企業(yè)中能夠產生VOCs的材料使用量乘以所含VOCs百分比然后分別累加起來。以上兩種方法都要乘以集氣率、治理率等系數(shù)。以上兩種計算方法比較，明顯物料平衡法能激勵企業(yè)從印刷材料源頭進行VOCs的控制。

從印刷材料源頭控制揮發(fā)性有機氣體的排放主要有兩個方面：第一個方面是印刷油墨性質的問題，應使用水性油墨代替目前使用的油性油墨，便可以減少揮發(fā)性有機物的排放和治理。但目前水性油墨的附著力問題限制了其使用和推廣，尤其是軟包裝凹印企業(yè)，目前國內在煙包凹印中水性油墨的應用日趨成熟，但軟包裝凹印企業(yè)使用的承印材料并非紙張而是吸收性差的薄膜，這一現(xiàn)狀阻礙了水性油墨的全面普及，但國內外研究學家也正在研制水性丙烯酸和水性聚氨這兩種連結料的相互改性，以改善解決水性油墨存在的問題。第二個方面是印刷油墨的體系問題，應盡量使用單一溶劑型油墨或單一體系溶劑型油墨，避免使用目前的多溶劑型油墨。印鐵制罐工藝盡量使用含固體成分高的UV涂料。

2.印刷工藝過程VOCs控制

印刷工藝過程中還要盡最大努力解決凹版印刷時油墨難以回收的問題，還要加強能源的循環(huán)利用，例如凹印時烘干箱內的廢氣可以使用在印刷品的干燥處理中，便可減少能源的使用也可降低VOCs的排放量及處理代價，凹印企業(yè)可以使用LEL控制設備來解決廢氣回收的問題。印刷后期復合工藝中盡量使用無溶劑復合替代干式復合工藝，干式復合是我國軟包裝行業(yè)的主導復合工藝，但在生產過程中使用大量的溶劑型膠黏劑產生有機溶劑揮發(fā)和溶劑殘留，致使成為環(huán)保治理VOCs的目標。在這背景下，無溶劑復合便迎來了發(fā)展機遇，是一項綠色復合技術，在我國這種復合工藝還是一種新型工藝，尚未受到廣泛關注和應用。

3.印刷末端VOCs治理

印刷末端VOCs治理技術主要有低溫等離子體廢氣處理技術、蓄熱式廢氣焚燒爐技術、催化氧化處理技術、吸附處理技術（如活性炭、活性炭纖維、分子篩等）、吸附—冷凝回收技術、吸附—催化燃燒技術、光催化氧化技術等。干式復合有機廢氣可采用再生式固定床顆?；钚蕴课窖b置進行溶劑回收凈化處理，回收的有機溶劑直接回用，可獲得較明顯的經濟效益；輪轉膠印廢氣可采用蓄熱式熱燃燒爐凈化處理。相比之下，低溫等離子體處理技術處理過程不需其他添加物質，沒有二次污染，是最富有前景的技術，但廢氣濃度一般小于500mg/m3；燃燒法應用比較成熟，是大部分企業(yè)的選擇，有機廢氣經燃燒后產生的熱能可直接回收，將其與吸附法結合使用效果更佳。

印包行業(yè)VOCs治理的現(xiàn)有技術

上述3種VOCs治理途徑企業(yè)都要有所關注，其中末端治理技術是VOCs治理最主要的治理途徑，下面針對印刷包裝業(yè)VOCs排放具有大風量、低濃度、復雜性、難治理的特點，詳細介紹各類治理技術的原理、優(yōu)缺點和治理工藝流程，為企業(yè)治理工作提供技術支撐，幫助企業(yè)合理的選擇適合自己情況的VOCs減排治理方案。

1.低溫等離子體廢氣處理技術

低溫等離子體不是我們所說的3種物態(tài)之一，是非固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的另一種物態(tài)形式，低溫等離子的產生是通過外加電壓的形式，使之達到著火點并將其擊穿，產生一種非氣態(tài)的物態(tài)形式包含各種離子、電子及激發(fā)態(tài)分子等。雖然加壓過程溫度高，但是生成的各粒子及整個系統(tǒng)的溫度較低，故被稱為低溫等離子體。該種技術進行廢棄處理的原理在于利用產生的高能活性粒子與揮發(fā)性有機物相互作用，排放氣體中可溶性的有機物被這些高能活性粒子分解生成無二次污染的水和二氧化碳等物質。

低溫等離子體技術適用于排放低濃度VOCs（<500mg/m3）的印刷企業(yè)，主要用于平版印刷、凸版印刷、凹版印刷、孔版印刷企業(yè)印刷工序有機廢氣的處理，要求廢氣排放溫度小于80℃，企業(yè)可根據(jù)實際排風量和污染物濃度選擇低溫等離子體治理技術。

低溫等離子體處理技術不需要其他催化劑及反應物，是一種不帶來二次污染的全新的廢氣處理技術，且在排放氣體處理過程中可以同時處理多種污染物。目前在國際氣體污染治理技術中，該技術是最成熟的技術方法之一，也是最有前景、處理效果最佳的技術之一，可應用于各類印刷工藝的VOCs治理。

2.蓄熱式廢氣焚燒爐技術（RTC）

蓄熱式廢氣焚燒爐是在消化蓄換熱原理、熱力氧化爐技術基礎上開發(fā)的兩室或三室蓄熱室氧化爐，處理的廢氣濃度在100～4500mg/m3范圍內，工作時將廢氣加熱升溫至760℃～820℃，使廢氣中VOCs氧化分解生成無害的CO2和H2O。氧化時產生的高溫氣體熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預熱新進來的有機廢氣，從而節(jié)省升溫所需的燃料消耗，降低運行成本。

待處理有機氣體經引風機作用進入蓄熱A室的陶瓷介質層，蓄熱陶瓷釋放熱量，溫度降低，而有機廢氣體吸收熱量，溫度升高，廢氣離開蓄熱式后以較高的溫度進入氧化室。在氧化室，有機廢氣再由燃燒器補償加熱升溫至設定的氧化溫度。使其中的氧化物被分解成CO2和H2O。由于廢氣已在蓄熱式內預熱，燃燒器的燃料用量大為減少。氧化是有兩個作用：一是保證廢氣能達到設定的氧化溫度，而是充分保證氧化的停留時間。氧化后高溫氣體經蓄熱B室陶瓷放熱降溫后排放，一般情況下排氣溫度比進氣溫度高約70℃左右。

循環(huán)周期完成后，進氣與出氣閥門進行一次切換，進入下一個循環(huán)周期，廢氣由蓄熱室B進入，蓄熱室A排出。這種爐型凈化率可達95%以上，工藝先進、運行穩(wěn)定、運行成本低廉，系統(tǒng)實現(xiàn)PLC全自動控制，可適用于各類印刷工藝和使用溶劑型膠黏劑的復合工藝來治理VOCs的排放。

3.蓄熱式催化氧化技術（RCO）

蓄熱式催化氧化技術是在催化氧化和蓄熱式焚燒技術（RTC）的基礎上，采用了一系列節(jié)能設計和材料選擇繼而發(fā)展成為現(xiàn)在先進的有機廢氣處理技術。它的先進行主要表現(xiàn)在：低溫氧化條件（250℃～300℃）條件，避免了RTC由于高溫（760℃～800℃）而產生NOX二次氣態(tài)污染，符合國際上越來越嚴格的環(huán)保法規(guī)要求，同時大幅度降低運行溫度是運行能量大量節(jié)約。

RCO工藝的原理是，以較低溫度使有機物廢氣在催化劑的作用下將氣態(tài)污染物完全氧化，其去除效率可達95%以上，同時熱回收效率可達到90%以上。RCO的熱回收是利用陶瓷材料的高熱傳導特性作為熱交換介質，蓄熱催化氧化裝置是在一個固定床反應器中把化學反應和蓄熱裝置結合起來，大大提高了熱能的利用率，反應熱回收率高，達到節(jié)能減排功效。凈化有機廢氣后的產物是CO2和H2O，不會造成二次污染。在凈化高濃度廢氣時可從反應器中部高溫區(qū)移出部分反應熱，能在凈化廢氣的同時產生較高的熱能從而獲得經濟效益。RCO催化燃燒設備內的催化劑采用貴金屬蜂窩陶瓷催化劑，具有較強催化活性的特點，去除率達到95%以上，這種蓄熱式催化氧化技術適用于各類印刷和復合工藝過程的VOCs的排放治理。

4.吸附法

吸附法是利用吸附劑對廢氣中各組分選擇性吸附的特點，將氣態(tài)污染物富集到吸附劑上后再進行后續(xù)處理的方法，吸附劑可選顆?；钚蕴俊⒎涓C活性炭、活性炭纖維和分子篩等，適應于有機廢氣VOCs濃度不高于200mg/m3的廢氣凈化。其典型的工藝流程如圖4。

吸附法的材料和工藝流程都有一定的標準要求，蜂窩活性炭和蜂窩分子篩的橫向強度應不低于0.3MPa，縱向強度應不低于0.8MPa，蜂窩活性炭的BET比表面積不應低于750m2/g，蜂窩分子篩的BET比表面積不應低于350m2/g；活性炭纖維氈的斷裂強度不應小于5N，BET比表面積應不低于1100m2/g；選定吸附劑后，吸附床層的有效工作時間和吸附劑用量，應根據(jù)廢氣處理量、污染物濃度和吸附劑的動態(tài)吸附量確定；采用纖維狀吸附劑時，吸附單元的壓力損失宜低于4KPa，采用其他形狀吸附劑時，吸附單元的壓力損失宜低于2.5KPa；固定床吸附裝置吸附層的氣體流速應根據(jù)吸附劑的形態(tài)確定，采用顆粒狀吸附劑時，氣體流速宜低于0.60m/s，采用纖維狀吸附劑時，氣體流速宜低于0.15m/s，采用蜂窩狀吸附劑時，氣體流速宜低于1.20m/s。

吸附法適用于各類包裝印刷工藝產生的VOCs廢氣治理，當設施風量按最大廢氣排量的120%進行設計時，有機廢氣處理效率能到90%以上，但是需要及時更換吸附劑以保證治理設施的治理效率。設備初次投入成本較低，但運行費用較高，且產生危險固體。吸附法可與其他技術聯(lián)用，如吸附—冷凝回收技術，吸附—催化燃燒技術等，提高治理效率，大大減少耗材成本和危險固廢的產生。

5.吸附—催化燃燒處理技術

吸附-催化燃燒處理技術是一種綜合處理有機廢氣體的工藝，該技術包括活性炭吸附、熱氣流脫附和催化燃燒3種技術工藝，根據(jù)3種處理技術將整個工作過程分為3個階段。首先是活性炭對有機廢氣體的吸附階段，對排放氣體進行第一步的吸附凈化，該階段利用了活性炭多孔、比表面積大、吸附性強的特點；然后，當活性炭小孔內填滿有機廢氣后，便利用熱氣流脫附技術將廢溶劑脫出，進行下一階段的催化燃燒；最后，利用催化燃燒技術將脫出的有機廢氣進行燃燒氧化，這一過程釋放大量熱量可用于熱氣流的脫附階段，整個工作過程十分節(jié)能。

該種工藝流程采用3種技術的組合來完成對有機廢氣體的吸附處理，所需能源少節(jié)約資金，且處理過程無有害氣體釋放。若處理過程在蜂窩陶瓷上的催化劑使用鈀、鉑等金屬，其凈化率能達到97%以上。

6.吸附—冷凝回收技術

吸附—冷凝回收技術是利用吸附劑將廢氣中的有機物富集，飽和后用高溫氮氣、水蒸氣、電加熱等方法對吸附劑進行脫附再生，吸附劑再生后可循環(huán)利用，脫附出的有機物通過冷凝、油水分離等工藝分離回收，可實現(xiàn)資源的二次利用。

吸附—冷凝回收技術具有治理效率高、吸附劑可循環(huán)利用、具有一定的經濟效益以及適用面廣等特點，其缺點是處理設備龐大，需要較高的設備投入，當處理體系中含有煙、粉塵、油等物質時，廢氣必須經過預處理；污染物種類復雜時，回收后的溶劑需要進一步處理才能使用。該技術適用于VOCs濃度≥1000mg/m3的有機廢氣，適宜溫度為0℃～45℃，單套裝置適用氣體流量范圍為10000～150000m3/h，可用于溶劑型膠黏劑的復合車間產生的VOCs廢氣的治理。

結束語

根據(jù)以上各VOCs治理技術的原理及特點，各技術均適用于各類印刷廢氣處理，除低溫等離子體廢氣處理技術和吸附法不適用于溶劑型膠黏劑的復合工藝外，其他處理技術均適用于復合工藝過程廢氣處理。各印刷包裝企業(yè)應根據(jù)自身企業(yè)特點結合各VOCs治理技術特點，選取適合的處理方案，以幫助企業(yè)VOCs減排，達到VOCs的排放標準和環(huán)境治理目的。在綠色印刷的道路上風險與挑戰(zhàn)并存，各企業(yè)要做好充分準備來迎接綠色印刷的變革，使印刷企業(yè)盡快探尋到適合自己的綠色印刷之路。

作者單位：曲阜師范大學工學院