林少瓊

（惠州市環(huán)發(fā)環(huán)?？萍加邢薰荆瑥V東 惠州 516000）

涂料是一種有機(jī)化工高分子材料，這種材料可以采用不同的施工工藝涂覆在不同材質(zhì)的物件表面，形成固態(tài)薄膜。油墨是由分散相的顏料、連續(xù)相的連接料和助劑經(jīng)過(guò)混合、研磨而成的有色膠漿狀物質(zhì)。目前，溶劑型涂料、溶劑型油墨仍然無(wú)法被水性涂料、水性油墨等完全替代，由于使用大量溶劑，其也是揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的重要來(lái)源。因此，采取有效的VOCs污染綜合防治技術(shù)，降低VOCs污染變得尤為重要[1]。

1 VOCs排放源

涂料油墨生產(chǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）主要來(lái)自4個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1 人工投料

除了儲(chǔ)罐管道輸送的樹脂、溶劑外，需人工打開投料口上蓋投加一些色漿、顏料、助劑等。當(dāng)設(shè)備敞口或者蓋打開時(shí)，有有機(jī)廢氣產(chǎn)生。

1.2 分散研磨

配好的基料在分散研磨機(jī)進(jìn)行混合分散和研磨，物料達(dá)到充分混合和要求細(xì)度時(shí)，有有機(jī)廢氣產(chǎn)生。

1.3 包裝工序

調(diào)整好的物料經(jīng)過(guò)濾后，在包裝機(jī)中灌裝成成品，灌裝過(guò)程中有有機(jī)廢氣產(chǎn)生。

1.4 清洗

當(dāng)產(chǎn)品品種更換時(shí)，分散、研磨設(shè)備都需要清洗；采用桶泵加料時(shí)，需要對(duì)桶泵定期進(jìn)行清洗，清洗是有機(jī)廢氣產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)。

2 典型VOCs特征

涂料油墨生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中主要采用物理性混合，在加料、研磨、攪拌、包裝以及物料轉(zhuǎn)移中均不同程度的VOCs揮發(fā)到大氣中，因生產(chǎn)過(guò)程不涉及化學(xué)反應(yīng)，揮發(fā)出的VOCs污染物主要為原料中的溶劑成分。不同生產(chǎn)企業(yè)使用的原料和配比都不同，但總體上含量較高的是苯系物、酯類、醇類、酮類及芳烴類。

表1 涂料油墨行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的種類

3 VOCs防治技術(shù)

3.1 清潔生產(chǎn)

涂料油墨行業(yè)屬于高污染行業(yè)，在生產(chǎn)和施工過(guò)程中會(huì)有大量VOCs產(chǎn)生。人們要大力開展涂料行業(yè)清潔生產(chǎn)審核，推進(jìn)涂料行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)與研究，從源頭上實(shí)現(xiàn)涂料無(wú)污染生產(chǎn)[2]。環(huán)境友好型生產(chǎn)技術(shù)是涂料油墨生產(chǎn)行業(yè)控制污染的有效途徑，也是清潔生產(chǎn)中的首要環(huán)節(jié)。溶劑性涂料向環(huán)境友好型涂料轉(zhuǎn)型是該行業(yè)重要的發(fā)展方向，包括有水性涂料、粉末涂料、高固體分或無(wú)溶劑涂料、UV固化涂料等低污染涂料。

溶劑油墨向醇溶性油墨或低溶劑油墨、水性油墨過(guò)渡和發(fā)展。水性化技術(shù)是降低涂料油墨生產(chǎn)行業(yè)VOCs排放最有效的途徑之一，生產(chǎn)原料中用普通純凈水代替?zhèn)鹘y(tǒng)的揮發(fā)性有機(jī)溶劑，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放和提高涂料使用率。同時(shí)，進(jìn)行生產(chǎn)工藝升級(jí)，采用全密閉式一體化作業(yè)技術(shù)，從源頭上控制和降低VOCs的排放，是清潔生產(chǎn)最重要的環(huán)節(jié)。

3.2 過(guò)程控制

涂料油墨生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量多、種類齊，設(shè)備緊湊且分布分散，VOCs產(chǎn)生于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中。因此，實(shí)施過(guò)程控制手段，可以有效控制VOCs污染。過(guò)程控制技術(shù)包括管道輸送、泵料投加、密閉加蓋和收集吸風(fēng)等。

（1）涂料和油墨生產(chǎn)使用的原料種類較多，投料過(guò)程和物料輸送過(guò)程是VOCs控制難點(diǎn)，從儲(chǔ)罐到分散、調(diào)整、研磨和包裝的全過(guò)程采用密閉管道進(jìn)行輸送，尤其是使用量大的液體原料（包括樹脂、溶劑），可以很大程度上減少物料投加過(guò)程中VOCs的排放。針對(duì)小批量生產(chǎn)，利用計(jì)量泵，采用管道輸送至中轉(zhuǎn)缸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量配料，全封閉拉缸，杜絕物料在生產(chǎn)單元之間的敞開式轉(zhuǎn)移。

（2）涂料油墨生產(chǎn)過(guò)程中，大多數(shù)的攪拌缸、分散缸、中轉(zhuǎn)缸等容器做到全密閉有很大的難度，人們需要在實(shí)際使用中結(jié)合生產(chǎn)操作特點(diǎn)和容器特性進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。另外，對(duì)于穿越式分散缸，因缸蓋面積較大，其常常設(shè)計(jì)為對(duì)半打開式，投料清洗時(shí)進(jìn)行小面積打開，這也是有效減少VOCs排放的控制方式。

（3）除了管道輸送和密閉加蓋外，人工投料、包裝以及采樣等環(huán)節(jié)都需要設(shè)置吸風(fēng)罩。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，人們?cè)谇逑磿r(shí)都直接在砂磨機(jī)/分散機(jī)旁清洗，VOCs揮發(fā)的點(diǎn)位很多，不利于有效密閉和收集。建議所有工位的清洗缸安裝密閉性缸蓋，合理預(yù)留攪拌桿和清洗位置，設(shè)計(jì)移動(dòng)式吸風(fēng)罩，當(dāng)某個(gè)缸需要清洗時(shí)，將抽風(fēng)罩直接對(duì)著清洗口進(jìn)行抽風(fēng)。吸風(fēng)罩的效果決定了生產(chǎn)過(guò)程VOCs的控制水平，也決定了無(wú)組織排放的強(qiáng)度。生產(chǎn)企業(yè)需綜合設(shè)計(jì)抽風(fēng)處理裝置，有效降低VOCs的無(wú)組織排放。

3.3 末端治理

涂料油墨生產(chǎn)行業(yè)VOCs末端治理的常用技術(shù)方案有吸附-冷凝技術(shù)、吸附-燃燒技術(shù)組合工藝，也有單純用燃燒法、吸附法等。

3.3.1 燃燒法

燃燒法分為直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。單純?nèi)紵ㄒ话氵m用于回收法難以處理的揮發(fā)性有機(jī)物。

（1）直接燃燒法。該方法適用于VOCs組分濃度高或熱值較高的廢氣。直接燃燒，是指將可燃揮發(fā)性有機(jī)物當(dāng)作燃料進(jìn)行燃燒處理，也稱為火焰燃燒[3]。

（2）熱力燃燒。當(dāng)廢氣中VOCs含量較低或熱值較低時(shí)，僅靠自身燃燒產(chǎn)生的熱量不足以維持，需依靠輔助燃料才能維持燃燒，這種燃燒技術(shù)被稱為熱力燃燒，一般指蓄熱式熱力燃燒，即RTO（Regenerative Thermal Oxidizer）方式。其原理是在高溫（一般在760℃左右）和停留時(shí)間充足的條件下，廢氣中的可燃有機(jī)成分充分反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水蒸氣，達(dá)到凈化廢氣和回收廢氣分解時(shí)所釋放的熱能的目的。RTO主體結(jié)構(gòu)由燃燒室、蓄熱室和切換閥等組成，該方法運(yùn)行穩(wěn)定、凈化效率高，無(wú)二次污染物產(chǎn)生，但對(duì)廢氣濃度和熱值有一定的范圍要求。如果二者太低，運(yùn)行成本較高；如果二者太高，超溫運(yùn)行會(huì)帶來(lái)更大的危險(xiǎn)。

（3）催化燃燒。該方法是指利用催化劑的作用，將有機(jī)廢氣在較低溫度下（一般在300℃左右）進(jìn)行無(wú)焰燃燒，生成二氧化碳和水蒸氣，并釋放大量的熱，一般指CO（Catalytic Oxidizer）或RCO（Regenerative Catalytic Oxidation）方式。催化燃燒最核心的是催化劑，通常是以鉑、鈀為活性組分的貴金屬催化劑，CO主要由加熱室、催化燃燒室等組成，在實(shí)際工程運(yùn)用中會(huì)配套熱量回收裝置。RCO與CO的區(qū)別是采用了蓄熱體，增加了蓄熱功能，其結(jié)構(gòu)與RTO更類似，在RTO蓄熱室中增加了催化劑。催化燃燒對(duì)物質(zhì)性質(zhì)、廢氣風(fēng)量和濃度有較高的要求，催化劑中毒和堵塞是應(yīng)用中需要特別注意的事項(xiàng)。

3.3.2 吸附法

吸附法是指利用吸附劑（活性炭或分子篩）的多孔結(jié)構(gòu)，含VOCs的有機(jī)廢氣通過(guò)吸附床時(shí)，其中的揮發(fā)性有害物質(zhì)被吸附劑吸附，廢氣得到凈化后排入大氣中。單純的吸附法因運(yùn)行成本高、監(jiān)管困難等因素，在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越少，吸附法與冷凝或燃燒法的組合工藝成為目前廣泛使用的VOCs回收技術(shù)。

吸附-冷凝技術(shù)方案有活性炭吸附+水蒸氣解吸+冷凝回收技術(shù)、活性炭吸附+氮?dú)饨馕?冷凝回收技術(shù)。吸附-冷凝技術(shù)一般用于物料回收，利用吸附原理將廢氣中的有機(jī)成分吸附在吸附劑上，經(jīng)過(guò)加熱脫附出的物質(zhì)為水蒸氣和高濃度有機(jī)物的混合物，二者進(jìn)入冷凝器和分層槽，從而實(shí)現(xiàn)不溶于水的有機(jī)物質(zhì)分離和回收利用。吸附-冷凝技術(shù)適用于物質(zhì)較為單純、有回收價(jià)值的有機(jī)廢氣。

吸附-燃燒技術(shù)采用活性炭或沸石分子篩材料進(jìn)行吸附，熱氣流吹掃將吸附材料上的VOCs脫附出來(lái)，再采用催化劑低溫催化燃燒，或蓄熱式熱力氧化燃燒。吸附-燃燒技術(shù)的應(yīng)用工藝有活性炭吸附+RCO、分子篩吸附濃縮+RTO以及分子篩吸附濃縮+CO。燃燒過(guò)程產(chǎn)生的熱量直接用于吸附劑脫附，形成合理的熱量回收工藝，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在吸附-燃燒法應(yīng)用過(guò)程中，人們需注意有機(jī)物質(zhì)的物化性質(zhì)、廢氣量和氣體溫度，通過(guò)熱平衡計(jì)算和合理設(shè)計(jì)末端處理工藝。吸附-燃燒法具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性，能適應(yīng)涂料行業(yè)有機(jī)廢氣的大風(fēng)量、低濃度的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

涂料油墨生產(chǎn)行業(yè)排放的有機(jī)廢氣存在嚴(yán)重的環(huán)境污染隱患，危害人體健康。針對(duì)涂料油墨生產(chǎn)行業(yè)的VOCs污染，首先要從清潔生產(chǎn)和源頭減排方面進(jìn)行防治，提高清潔生產(chǎn)水平，減少生產(chǎn)過(guò)程中VOCs的排放量；其次，通過(guò)改進(jìn)操作方式、加強(qiáng)過(guò)程控制，實(shí)施行業(yè)VOCs全程監(jiān)控，從根本上減少VOCs的排放，降低末端治理的負(fù)荷；最后，要不斷提升末端治理技術(shù)水平，加強(qiáng)末端設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，從而有效控制和減少VOCs排放總量，做到清潔、節(jié)能和環(huán)保，實(shí)現(xiàn)涂料油墨行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。