塑料软包装印刷行业VOCs产生特点及收集治理探究
作者: glhb
来源: 未知
发布时间:2020-06-29 09:10
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从原辅材料的种类、成分,整个生产过程等方面分析了塑料软包装行业VOCs的来源和产生特点。指出各个VOCs产生环节废气收集情况和存在问题,并给出具体的提高收集效率的建议。根据风量、VOCs浓度、排放量等特点及处理要求,介绍环保部推荐的几种先进处理技术,并对技术指标和工艺特点进行比较分析。
包装印刷业VOCs总收集、净化处理率均不低于90%。印刷所使用的承载物不同，如纸张、织物、皮革、玻璃、木板、金属、塑料薄膜等，其工艺流程和污染物的产生环节具有各自的特点。通常将厚度在0.25mm 以下的片状塑料称为薄膜，薄膜质轻、柔韧，具有良好的耐水性、耐油性、防潮性和阻隔性，机械强度较好，化学性质稳定，而且易于印刷精美图文，是用于包装食品、药品、生活用品等的理想软包装材料，以塑料薄膜为主的软包装印刷在包装印刷领域中占有重要地位。
根据相关资料显示，目前我国软塑包装企业达4000多家，国内复合膜的生产能力已超过150万t，软塑包装材料现已成为国内较成熟的主要包装材料之一。本文主要针对塑料软包装印刷行业污染物的产生特点，对其VOCs收集和治理措施进行研究和对比分析。
1 印刷工艺及VOCs来源分析
1.1 主要含VOCs的原辅材料
塑料薄膜软包装印刷VOCs主要来源于油墨、稀释剂、胶黏剂和保护剂(光油)等含溶剂的原辅材料。其中油墨和稀释剂是产生VOCs的主要来源，印刷过程中通常要向油墨中添加30%～70%的稀释剂来调节油墨黏度，稀释剂的成分一般与油墨等原辅材料中所采用的溶剂成分相同。塑料软包装印刷中所使用的油墨主要有溶剂型油墨、水性油墨和醇性油墨。溶剂型油墨中通常含有50%～60%的挥发性有机物，主要包括芳香烃类、醇类、酮类和脂类化合物。水性油墨虽然以水为溶剂，但实际生产过程中，都要加入一定数量的醇类，以利于树脂溶解，给予墨性，常用的醇类溶剂有乙醇、异丙醇等。此外，与溶剂型油墨相比，水性油墨可减少约10%～30% 的涂布量。醇性油墨主要以乙醇作为溶剂，但是也或多或少地使用了一些酯类或其它类型的溶剂作稀释剂。保护剂和胶黏剂中常用的溶剂有芳香烃类、酯类、醇类和酮类等。
某薄膜印刷企业分别采用溶剂型和水性原辅材料生产同一产品的情况下，VOCs的成分及含量对比情况见表1。该企业改用水性材料后，VOCs产生量减少了约80%。可见采用水性原辅材料可大大减少VOCs排放种类和数量。
1.2 生产工艺及VOCs产生环节
塑料软包装印刷以凹版印刷为主，具体又分为表印和里印，即分别在承载物的表层和内侧进行印刷。凹版印刷是包装印刷行业中大气污染物最为严重的印刷方式，印刷过程中，通常需经过印刷、上光油、上胶、复合等多个单元，每个单元完成后需进行烘干再进入下一组生产单元，如图1所示。不同企业根据产品的不同，生产工艺流程会有些差异，如不含上光油及上光油后烘干、上胶及上胶后烘干或复合工序，从而减少相应的产排污环节。
凹版印刷是先将印版表面或将印版浸入油墨槽获得油墨，然后用刮墨刀把印版表面的油墨刮掉，再通过压力的作用，使存留在印版凹陷的油墨与薄膜接触，将该部分油墨转印到薄膜( 或其他承印物) 上的过程。上光油是在印刷品表面涂覆上一层无色透明的涂料，经流平、干燥、压光后，在印刷品的表面形成薄而均匀的透明层，用以增加印品表面的光泽度、光洁度，起到保护印刷品、增加美观的作用。上胶和复合是在薄膜表面涂上黏合剂，然后在贴合机上进行复合的过程。
VOCs来源和排放途径主要有：原辅材料调配;供料(油墨、光油或胶黏剂);印刷、上胶、上光油、复合等工艺过程;烘干及设备清洗等过程中溶剂的挥发，其中挥发量最大的为烘干，其次为供料过程。在供料过程中，为保证黏度要求，槽中的物料通过槽子底部的孔流入供料桶中，添加稀释剂后再由泵打入供料槽中，因此处于不断循环状态。
2 VOCs的收集状况
2.1 企业收集现状及存在问题
目前，很多企业对VOCs的收集仅采用生产设备自带的废气收集系统，通常设备的烘干过程是密闭的，并连接排风管道，其产生的VOCs可以得到较好的收集。但在供料、上胶、上光油、复合等工艺过程中，多数生产设备仅在侧面留有很小的吸风口或根本没有吸风口，使得大量的有机物挥发至车间。其中供料槽的面积较大，且多为敞开状态，还需要不断向其中添加稀释剂以保证黏度要求，是车间VOCs 挥发的主要途径。此外，一些企业未设置单独的原料调配间，在通过机械搅拌调配油墨、光油和胶水过程中未进行有效的密封或废气收集;车间内盛放有机溶剂的桶、罐为敞开状态;采用溶剂清洗刮刀时废气未进行收集等均导致了VOCs大量无组织挥发。
2.2 强化收集措施
根据印刷行业的管理要求，VOCs的收集率要达到90% 以上，因此除设备原有的收集系统外，必须对废气进行强化收集。对于原料调配，可对搅拌容器加密封盖;或设置单独的调配间，对调配间进行换风收集废气;也可通过吸风罩收集。对于生产设备，有条件的情况下，可在整套生产设备外围设置封闭间，但多数企业很难实现，因此重点需放在对供料槽及其周边废气的收集。首先，供料槽下部的导流孔需用管道连接并通入供料桶中，供料桶需加盖密封;为不影响操作，可在供料槽上方设置穿孔管吸风，或在周边设置侧吸罩，企业可以根据生产条件选择适宜的收集方式。刮刀清洗过程中由于使用大量的溶剂，必须进行废气收集，可采用通风橱或吸风罩。此外，车间中盛放有机溶剂的桶、罐要及时加盖密封。
3 处理技术的选择及对比分析
3.1 排放特点及处理要求
塑料软包装印刷企业产生的废气量较大，大部分企业VOCs浓度在5000ppm以下，属中低浓度，其中烘干废气的温度通常在50～80℃，VOCs年排放总量大。目前国内对于印刷行业VOCs排放执行的标准主要为地方标准，具体见表2。南京地区主要参照的是上海市《印刷行业污染物排放标准》(DB31/872-2015)。
3.2 处理技术的选择及对比
根据印刷行业废气产生特点及排放要求，国家环保部2016年发布的《国家先进污染防治技术目录(VOCs防治领域)》中明确了5种涉及印刷行业废气治理的先进技术，具体介绍如下。
(1) 活性炭吸附- 氮气脱附冷凝溶剂回收技术
利用颗粒活性炭吸附有机废气，活性炭吸附饱和后采用高温氮气脱附再生，脱附产生的溶剂经冷凝分离后回收。
(2) 固定式有机废气蓄热燃烧技术
采用多床固定式蓄热室，经预热后的有机废气进入燃烧室高温氧化分解，净化后的高温尾气经蓄热体降温后达标排放，蓄热体预热进口废气，节省能源。
(3) 旋转式蓄热燃烧净化技术
旋转式蓄热燃烧系统主体结构设有多个蜂窝陶瓷蓄热室和燃烧室，每个蓄热室依次经历蓄热、放热、清扫程序。控制系统控制驱动马达使回转阀按一定速度旋转，实现蓄热体吸附-放热的循环切换。
(4) 蓄热催化燃烧技术
有机废气经蓄热体加热后，在催化剂的作用下燃烧，使有机废气氧化分解为CO2和H2O。
(5) 吸附浓缩+ 燃烧组合净化技术
含VOCs废气进入沸石转轮吸附净化，脱附后的高浓度废气再通过燃烧装置(如RTO、RCO、TNV 等)进行燃烧净化。
上述5种工艺主要技术指标及技术特点见表3。
4 结论
塑料软包装行业使用的含VOCs的原辅材料主要有油墨、稀释剂、胶黏剂和保护剂，VOCs的排放浓度和排放总量主要受到油墨类型的影响。生产过程中产生VOCs的环节主要有原料调配、供料、印刷、上胶、上光油、复合、烘干及设备清洗等过程中溶剂的挥发。其中烘干废气中VOCs 的排放量最大，通常可以由设备自带的管道得到较好的收集;供墨、供光油和供胶的槽子是车间VOCs无组织挥发的主要途径，必须采取适当的措施对其进行废气收集，盛有有机溶剂的桶罐要及时密封，刮刀清洗过程中挥发的有机物要通过集气罩或通风橱进行收集。对于溶剂不需要进行回收的企业，推荐采用蓄热式燃烧或蓄热催化燃烧技术处理含VOCs废气，其中对于中高浓度的废气可直接进行燃烧，中低浓度的废气，一般先经过吸附浓缩后再进行燃烧。
