劉傳杰+陳威

印刷包裝行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)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(shí)地調(diào)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(shù)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(shù)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(wù)院發(fā)布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，計(jì)劃中提到要對幾大行業(yè)VOCs進(jìn)行綜合治理包括印刷包裝行業(yè)在內(nèi)，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(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》的正式實(shí)施，一些省市和重點(diǎn)區(qū)域的印刷企業(yè)便開始關(guān)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(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法》的施行，也預(yù)示著印刷包裝行業(yè)VOCs排污工作的正式啟動(dòng)，首次利用經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)壓力。

這一系列和環(huán)保及VOCs治理相關(guān)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(hù)的重視和VOCs污染治理的決心。針對目前嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)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(jīng)濟(jì)利益，印刷包裝企業(yè)都該從綠色環(huán)保意識，轉(zhuǎn)到環(huán)境保護(hù)工作的正式啟動(dòng)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(yán)峻工作，印刷包裝企業(yè)不僅要及時(shí)掌握國家發(fā)布的相關(guān)法律法規(guī)及VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)，更要及時(shí)關(guān)注治理技術(shù)方案，以使用行之有效的方案完成VOCs的排放治理使之達(dá)標(biāo)。目前，在印刷包裝行業(yè)，按照印刷生產(chǎn)流程中產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物的源頭，可將其控制途徑分為3個(gè)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(jī)物的排放量通常使用兩種方法來計(jì)算，可以使用物料平衡法和產(chǎn)污系數(shù)法。產(chǎn)污系數(shù)法是根據(jù)企業(yè)中使用油墨總量的70%來計(jì)算VOCs的排放。物料平衡法是用企業(yè)中能夠產(chǎn)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(jì)算方法比較，明顯物料平衡法能激勵(lì)企業(yè)從印刷材料源頭進(jìn)行VOCs的控制。

從印刷材料源頭控制揮發(fā)性有機(jī)氣體的排放主要有兩個(gè)方面：第一個(gè)方面是印刷油墨性質(zhì)的問題，應(yīng)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(jī)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(nèi)在煙包凹印中水性油墨的應(yīng)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(nèi)外研究學(xué)家也正在研制水性丙烯酸和水性聚氨這兩種連結(jié)料的相互改性，以改善解決水性油墨存在的問題。第二個(gè)方面是印刷油墨的體系問題，應(yīng)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(shí)油墨難以回收的問題，還要加強(qiáng)能源的循環(huán)利用，例如凹印時(shí)烘干箱內(nèi)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(jià)，凹印企業(yè)可以使用LEL控制設(shè)備來解決廢氣回收的問題。印刷后期復(fù)合工藝中盡量使用無溶劑復(fù)合替代干式復(fù)合工藝，干式復(fù)合是我國軟包裝行業(yè)的主導(dǎo)復(fù)合工藝，但在生產(chǎn)過程中使用大量的溶劑型膠黏劑產(chǎn)生有機(jī)溶劑揮發(fā)和溶劑殘留，致使成為環(huán)保治理VOCs的目標(biāo)。在這背景下，無溶劑復(fù)合便迎來了發(fā)展機(jī)遇，是一項(xiàng)綠色復(fù)合技術(shù)，在我國這種復(fù)合工藝還是一種新型工藝，尚未受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。

3.印刷末端VOCs治理

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

印包行業(yè)VOCs治理的現(xiàn)有技術(shù)

上述3種VOCs治理途徑企業(yè)都要有所關(guān)注，其中末端治理技術(shù)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(fēng)量、低濃度、復(fù)雜性、難治理的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹各類治理技術(shù)的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和治理工藝流程，為企業(yè)治理工作提供技術(shù)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(shù)

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(chǎn)生是通過外加電壓的形式，使之達(dá)到著火點(diǎn)并將其擊穿，產(chǎn)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(gè)系統(tǒng)的溫度較低，故被稱為低溫等離子體。該種技術(shù)進(jìn)行廢棄處理的原理在于利用產(chǎn)生的高能活性粒子與揮發(fā)性有機(jī)物相互作用，排放氣體中可溶性的有機(jī)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(zhì)。

低溫等離子體技術(shù)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(jī)廢氣的處理，要求廢氣排放溫度小于80℃，企業(yè)可根據(jù)實(shí)際排風(fēng)量和污染物濃度選擇低溫等離子體治理技術(shù)。

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

2.蓄熱式廢氣焚燒爐技術(shù)（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(shù)基礎(chǔ)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(nèi)，工作時(shí)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(shí)產(chǎn)生的高溫氣體熱量被蓄熱體“貯存”起來，用于預(yù)熱新進(jìn)來的有機(jī)廢氣，從而節(jié)省升溫所需的燃料消耗，降低運(yùn)行成本。

待處理有機(jī)氣體經(jīng)引風(fēng)機(jī)作用進(jìn)入蓄熱A室的陶瓷介質(zhì)層，蓄熱陶瓷釋放熱量，溫度降低，而有機(jī)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(jìn)入氧化室。在氧化室，有機(jī)廢氣再由燃燒器補(bǔ)償加熱升溫至設(shè)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(nèi)預(yù)熱，燃燒器的燃料用量大為減少。氧化是有兩個(gè)作用：一是保證廢氣能達(dá)到設(shè)定的氧化溫度，而是充分保證氧化的停留時(shí)間。氧化后高溫氣體經(jīng)蓄熱B室陶瓷放熱降溫后排放，一般情況下排氣溫度比進(jìn)氣溫度高約70℃左右。

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

3.蓄熱式催化氧化技術(shù)（RCO）

蓄熱式催化氧化技術(shù)是在催化氧化和蓄熱式焚燒技術(shù)（RTC）的基礎(chǔ)上，采用了一系列節(jié)能設(shè)計(jì)和材料選擇繼而發(fā)展成為現(xiàn)在先進(jìn)的有機(jī)廢氣處理技術(shù)。它的先進(jìn)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(chǎn)生NOX二次氣態(tài)污染，符合國際上越來越嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求，同時(shí)大幅度降低運(yùn)行溫度是運(yùn)行能量大量節(jié)約。

RCO工藝的原理是，以較低溫度使有機(jī)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(dá)95%以上，同時(shí)熱回收效率可達(dá)到90%以上。RCO的熱回收是利用陶瓷材料的高熱傳導(dǎo)特性作為熱交換介質(zhì)，蓄熱催化氧化裝置是在一個(gè)固定床反應(yīng)器中把化學(xué)反應(yīng)和蓄熱裝置結(jié)合起來，大大提高了熱能的利用率，反應(yīng)熱回收率高，達(dá)到節(jié)能減排功效。凈化有機(jī)廢氣后的產(chǎn)物是CO2和H2O，不會造成二次污染。在凈化高濃度廢氣時(shí)可從反應(yīng)器中部高溫區(qū)移出部分反應(yīng)熱，能在凈化廢氣的同時(shí)產(chǎn)生較高的熱能從而獲得經(jīng)濟(jì)效益。RCO催化燃燒設(shè)備內(nèi)的催化劑采用貴金屬蜂窩陶瓷催化劑，具有較強(qiáng)催化活性的特點(diǎn)，去除率達(dá)到95%以上，這種蓄熱式催化氧化技術(shù)適用于各類印刷和復(fù)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(diǎn)，將氣態(tài)污染物富集到吸附劑上后再進(jìn)行后續(xù)處理的方法，吸附劑可選顆?；钚蕴?、蜂窩活性炭、活性炭纖維和分子篩等，適應(yīng)于有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)要求，蜂窩活性炭和蜂窩分子篩的橫向強(qiáng)度應(yīng)不低于0.3MPa，縱向強(qiáng)度應(yīng)不低于0.8MPa，蜂窩活性炭的BET比表面積不應(yīng)低于750m2/g，蜂窩分子篩的BET比表面積不應(yīng)低于350m2/g；活性炭纖維氈的斷裂強(qiáng)度不應(yīng)小于5N，BET比表面積應(yīng)不低于1100m2/g；選定吸附劑后，吸附床層的有效工作時(shí)間和吸附劑用量，應(yīng)根據(jù)廢氣處理量、污染物濃度和吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附量確定；采用纖維狀吸附劑時(shí)，吸附單元的壓力損失宜低于4KPa，采用其他形狀吸附劑時(shí)，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(yīng)根據(jù)吸附劑的形態(tài)確定，采用顆粒狀吸附劑時(shí)，氣體流速宜低于0.60m/s，采用纖維狀吸附劑時(shí)，氣體流速宜低于0.15m/s，采用蜂窩狀吸附劑時(shí)，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(chǎn)生的VOCs廢氣治理，當(dāng)設(shè)施風(fēng)量按最大廢氣排量的120%進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有機(jī)廢氣處理效率能到90%以上，但是需要及時(shí)更換吸附劑以保證治理設(shè)施的治理效率。設(shè)備初次投入成本較低，但運(yùn)行費(fèi)用較高，且產(chǎn)生危險(xiǎn)固體。吸附法可與其他技術(shù)聯(lián)用，如吸附—冷凝回收技術(shù)，吸附—催化燃燒技術(shù)等，提高治理效率，大大減少耗材成本和危險(xiǎn)固廢的產(chǎn)生。

5.吸附—催化燃燒處理技術(shù)

吸附-催化燃燒處理技術(shù)是一種綜合處理有機(jī)廢氣體的工藝，該技術(shù)包括活性炭吸附、熱氣流脫附和催化燃燒3種技術(shù)工藝，根據(jù)3種處理技術(shù)將整個(gè)工作過程分為3個(gè)階段。首先是活性炭對有機(jī)廢氣體的吸附階段，對排放氣體進(jìn)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(qiáng)的特點(diǎn)；然后，當(dāng)活性炭小孔內(nèi)填滿有機(jī)廢氣后，便利用熱氣流脫附技術(shù)將廢溶劑脫出，進(jìn)行下一階段的催化燃燒；最后，利用催化燃燒技術(shù)將脫出的有機(jī)廢氣進(jìn)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(gè)工作過程十分節(jié)能。

該種工藝流程采用3種技術(shù)的組合來完成對有機(jī)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(dá)到97%以上。

6.吸附—冷凝回收技術(shù)

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

吸附—冷凝回收技術(shù)具有治理效率高、吸附劑可循環(huán)利用、具有一定的經(jīng)濟(jì)效益以及適用面廣等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是處理設(shè)備龐大，需要較高的設(shè)備投入，當(dāng)處理體系中含有煙、粉塵、油等物質(zhì)時(shí)，廢氣必須經(jīng)過預(yù)處理；污染物種類復(fù)雜時(shí)，回收后的溶劑需要進(jìn)一步處理才能使用。該技術(shù)適用于VOCs濃度≥1000mg/m3的有機(jī)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(fù)合車間產(chǎn)生的VOCs廢氣的治理。

結(jié)束語

根據(jù)以上各VOCs治理技術(shù)的原理及特點(diǎn)，各技術(shù)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(shù)和吸附法不適用于溶劑型膠黏劑的復(fù)合工藝外，其他處理技術(shù)均適用于復(fù)合工藝過程廢氣處理。各印刷包裝企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身企業(yè)特點(diǎn)結(jié)合各VOCs治理技術(shù)特點(diǎn)，選取適合的處理方案，以幫助企業(yè)VOCs減排，達(dá)到VOCs的排放標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境治理目的。在綠色印刷的道路上風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)并存，各企業(yè)要做好充分準(zhǔn)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(xué)工學(xué)院