塑料軟包裝印刷行業VOCs產生特點及收集治理探究
作者: glhb
來源: 未知
發布時間:2020-06-29 09:10
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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VOCs的來源和產生特點。指出各個VOCs產生環節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。
包裝印刷業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節具有各自的特點。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產生環節
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節。
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，其中揮發量最大的為烘干，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，因此處于不斷循環狀態。
2 VOCs的收集狀況
2.1 企業收集現狀及存在問題
目前，很多企業對VOCs的收集僅采用生產設備自帶的廢氣收集系統，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至車間。其中供料槽的面積較大，且多為敞開狀態，還需要不斷向其中添加稀釋劑以保證黏度要求，是車間VOCs 揮發的主要途徑。此外，一些企業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;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。
2.2 強化收集措施
根據印刷行業的管理要求，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，但多數企業很難實現，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產生的廢氣量較大，大部分企業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VOCs排放執行的標準主要為地方標準，具體見表2。南京地區主要參照的是上海市《印刷行業污染物排放標準》(DB31/872-2015)。
3.2 處理技術的選擇及對比
根據印刷行業廢氣產生特點及排放要求，國家環保部2016年發布的《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，節省能源。
(3) 旋轉式蓄熱燃燒凈化技術
旋轉式蓄熱燃燒系統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。控制系統控制驅動馬達使回轉閥按一定速度旋轉，實現蓄熱體吸附-放熱的循環切換。
(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的環節主要有原料調配、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。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，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。
