塑料軟包裝印刷行業(yè)VOCs產生特點及收集治理探究

摘要：從原輔材料的種類、成分,整個生產過程等方面分析了塑料軟包裝行業(yè)VOCs的來源和產生特點。指出各個VOCs產生環(huán)節(jié)廢氣收集情況和存在問題,并給出具體的提高收集效率的建議。根據風量、VOCs濃度、排放量等特點及處理要求,介紹環(huán)保部推薦的幾種先進處理技術,并對技術指標和工藝特點進行比較分析。

印刷行業(yè)是江蘇省VOCs管控的重點行業(yè)，根據江蘇省環(huán)保廳2014 年印發(fā)的《江蘇省重點行業(yè)揮發(fā)性有機物污染控制指南》，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生環(huán)節(jié)具有各自的特點。通常將厚度在0.25mm 以下的片狀塑料稱為薄膜，薄膜質輕、柔韌，具有良好的耐水性、耐油性、防潮性和阻隔性，機械強度較好，化學性質穩(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域中占有重要地位。根據相關資料顯示，目前我國軟塑包裝企業(yè)達4000多家，國內復合膜的生產能力已超過150萬t，軟塑包裝材料現(xiàn)已成為國內較成熟的主要包裝材料之一。本文主要針對塑料軟包裝印刷行業(yè)污染物的產生特點，對其VOCs收集和治理措施進行研究和對比分析。

1 印刷工藝及VOCs來源分析

1.1 主要含VOCs的原輔材料

塑料薄膜軟包裝印刷VOCs主要來源于油墨、稀釋劑、膠黏劑和保護劑(光油)等含溶劑的原輔材料。其中油墨和稀釋劑是產生VOCs的主要來源，印刷過程中通常要向油墨中添加30%～70%的稀釋劑來調節(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，但實際生產過程中，都要加入一定數量的醇類，以利于樹脂溶解，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同一產品的情況下，VOCs的成分及含量對比情況見表1。該企業(yè)改用水性材料后，VOCs產生量減少了約80%。可見采用水性原輔材料可大大減少VOCs排放種類和數量。

1.2 生產工藝及VOCs產生環(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側進行印刷。凹版印刷是包裝印刷行業(yè)中大氣污染物最為嚴重的印刷方式，印刷過程中，通常需經過印刷、上光油、上膠、復合等多個單元，每個單元完成后需進行烘干再進入下一組生產單元，如圖1所示。不同企業(yè)根據產品的不同，生產工藝流程會有些差異，如不含上光油及上光油后烘干、上膠及上膠后烘干或復合工序，從而減少相應的產排污環(huán)節(jié)。

凹版印刷是先將印版表面或將印版浸入油墨槽獲得油墨，然后用刮墨刀把印版表面的油墨刮掉，再通過壓力的作用，使存留在印版凹陷的油墨與薄膜接觸，將該部分油墨轉印到薄膜( 或其他承印物) 上的過程。上光油是在印刷品表面涂覆上一層無色透明的涂料，經流平、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，起到保護印刷品、增加美觀的作用。上膠和復合是在薄膜表面涂上黏合劑，然后在貼合機上進行復合的過程。

VOCs來源和排放途徑主要有：原輔材料調配;供料(油墨、光油或膠黏劑);印刷、上膠、上光油、復合等工藝過程;烘干及設備清洗等過程中溶劑的揮發(fā)，其中揮發(fā)量最大的為烘干，其次為供料過程。在供料過程中，為保證黏度要求，槽中的物料通過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)狀及存在問題

目前，很多企業(yè)對VOCs的收集僅采用生產設備自帶的廢氣收集系統(tǒng)，通常設備的烘干過程是密閉的，并連接排風管道，其產生的VOCs可以得到較好的收集。但在供料、上膠、上光油、復合等工藝過程中，多數生產設備僅在側面留有很小的吸風口或根本沒有吸風口，使得大量的有機物揮發(fā)至車間。其中供料槽的面積較大，且多為敞開狀態(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)未設置單獨的原料調配間，在通過機械攪拌調配油墨、光油和膠水過程中未進行有效的密封或廢氣收集;車間內盛放有機溶劑的桶、罐為敞開狀態(tài);采用溶劑清洗刮刀時廢氣未進行收集等均導致了VOCs大量無組織揮發(fā)。

2.2 強化收集措施

根據江蘇省對印刷行業(yè)的管理要求，VOCs的收集率要達到90% 以上，因此除設備原有的收集系統(tǒng)外，必須對廢氣進行強化收集。對于原料調配，可對攪拌容器加密封蓋;或設置單獨的調配間，對調配間進行換風收集廢氣;也可通過吸風罩收集。對于生產設備，有條件的情況下，可在整套生產設備外圍設置封閉間，但多數企業(yè)很難實現(xiàn)，因此重點需放在對供料槽及其周邊廢氣的收集。首先，供料槽下部的導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，可在供料槽上方設置穿孔管吸風，或在周邊設置側吸罩，企業(yè)可以根據生產條件選擇適宜的收集方式。刮刀清洗過程中由于使用大量的溶劑，必須進行廢氣收集，可采用通風櫥或吸風罩。此外，車間中盛放有機溶劑的桶、罐要及時加蓋密封。

3 處理技術的選擇及對比分析

3.1 排放特點及處理要求

塑料軟包裝印刷企業(yè)產生的廢氣量較大，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。目前國內對于印刷行業(yè)VOCs排放執(zhí)行的標準主要為地方標準，具體見表2。南京地區(qū)主要參照的是上海市《印刷行業(yè)污染物排放標準》(DB31/872-2015)。

3.2 處理技術的選擇及對比

根據印刷行業(yè)廢氣產生特點及排放要求，國家環(huán)保部2016年發(fā)布的《國家先進污染防治技術目錄(VOCs防治領域)》中明確了5種涉及印刷行業(yè)廢氣治理的先進技術，具體介紹如下。

(1) 活性炭吸附- 氮氣脫附冷凝溶劑回收技術

利用顆粒活性炭吸附有機廢氣，活性炭吸附飽和后采用高溫氮氣脫附再生，脫附產生的溶劑經冷凝分離后回收。

(2) 固定式有機廢氣蓄熱燃燒技術

采用多床固定式蓄熱室，經預熱后的有機廢氣進入燃燒室高溫氧化分解，凈化后的高溫尾氣經蓄熱體降溫后達標排放，蓄熱體預熱進口廢氣，節(jié)省能源。

(3) 旋轉式蓄熱燃燒凈化技術

旋轉式蓄熱燃燒系統(tǒng)主體結構設有多個蜂窩陶瓷蓄熱室和燃燒室，每個蓄熱室依次經歷蓄熱、放熱、清掃程序。控制系統(tǒng)控制驅動馬達使回轉閥按一定速度旋轉，實現(xiàn)蓄熱體吸附-放熱的循環(huán)切換。

(4) 蓄熱催化燃燒技術

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

(5) 吸附濃縮+ 燃燒組合凈化技術

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

上述5種工藝主要技術指標及技術特點見表3。

4 結論

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。生產過程中產生VOCs的環(huán)節(jié)主要有原料調配、供料、印刷、上膠、上光油、復合、烘干及設備清洗等過程中溶劑的揮發(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無組織揮發(fā)的主要途徑，必須采取適當的措施對其進行廢氣收集，盛有有機溶劑的桶罐要及時密封，刮刀清洗過程中揮發(fā)的有機物要通過集氣罩或通風櫥進行收集。對于溶劑不需要進行回收的企業(yè)，推薦采用蓄熱式燃燒或蓄熱催化燃燒技術處理含VOCs廢氣，其中對于中高濃度的廢氣可直接進行燃燒，中低濃度的廢氣，一般先經過吸附濃縮后再進行燃燒。