浅谈VOCs治理技术在印刷企业的运用

摘 要： 随着VOCs对环境的影响越来越大，国家正逐步制定相关的法律和技术规范对其进行控制和治理，本文主要表述印刷行业VOCs的性质，并以某印刷企业清洁生产审核方案为例诉述VOCs治理技术在该行业的运用。

关键词： VOCs;印刷企业

1  印刷行业VOCs介绍

1.1  VOCs的概述

VOCs（volatile organic compounds）也称为挥发性有机物，一般是指饱和蒸气压较高（20℃下大于或等于0.01KPa）、沸点较低、分子量小、常温状态下易挥发的有机化合物。VOCs的危害一是会直接危害到人体的健康，主要包括对感官和气味的影响;会引起呼吸道感染，严重的会影响到人体内脏器官;还会抑制人的中枢神经系统，让人感到浑身乏力，精神不振等;部分VOCs还具有很强的基因毒性和致癌性，例如苯、甲醛。二是在阳光直射的情况下，VOCs会和大气中碳氢化合物和氮氧化物发生一系列复杂反应而形成具有严重危害性光化学烟雾，对环境造成二次污染，还会破坏高空中的臭氧层。三是VOCs中包括乙烯、丙烯等脂肪类物质，属于易燃、易爆类化合物，存在着较大的火灾隐患。

1.2  印刷行业VOCs的主要来源

印刷行业主要的生产方式包括平版印刷（胶印）、凸版印刷、凹版印刷和网版印刷（丝网印刷），其中平板印刷分为热固轮转胶印、单张纸脚印和冷固轮转脚印;凸版印刷分为树脂版印刷和柔性版印刷，其生产工艺主要包括印刷、覆膜、上光和烫金等工艺。在印刷工艺中VOCs的排放主要来源于油墨及其稀释剂、润版液的使用，特别是溶剂性油墨，相关研究表明，溶剂性油墨含有50%-60%的有机性型物质，在印刷过程中由于加热干燥使得这部分有机溶剂中含有的挥发性有机物不断释放出来，继而转化VOCs排放出来，而上墨面积较大、墨层较厚的印刷品会排放更多的VOCs。在覆膜工艺中则是由于大量的粘合剂的使用，在加热加压的过程中使得VOCs排放出来，造成空气污染。在上光工艺中VOCs的排放主要来源于上光涂料的使用，在流平、干燥、压光过程中受热释放少量的VOCs。在烫金工艺中，由于借助一定的压力与温度，使得粘胶层中的有机溶剂，在受热中起到粘结作用的同时释放出VOCs。

结合生产工艺过程可以看出，印刷企业的VOCs排放的主要来源于使用的原辅材料，即油墨及其稀释剂、润版液、清洗剂、胶黏剂、覆膜胶、上光油、复合胶等，在生产过程中均会释放出VOCs。特别是油墨的使用，经相关研究表明，约50%的VOCs来源于印刷工艺中的油墨使用。

2  印刷企业VOCs治理技术浅析

目前，印刷行业对VOCs控制措施主要分为源头控制和末端治理，在源头控制方面，首要措施是调整原料配方或采用环保产品替代，另一方面是进行工艺技术改进，即将相关设备更新为水性柔性版印刷、数字印刷等清洁生产技术设备，或采用密封的储存溶剂设备、溶剂管道输送系统、自动油墨传送系统、润版液循环净化系统和自动清洗系统，以提高设备部件的自动化和密封程度，从而减少VOCs的排放;而在末端治理方面，主流技术包括燃烧法（催化、热力、蓄热）、吸附法、生物法等及其组合工艺技术，处理效率都能达到85%以上。相关研究表明，大部分企业都会选择末端治理技术，而其中有90%的企业选择了燃烧法。以下是各主流技术的介绍。

2.1 燃烧法

燃烧法主要是高温加热来加快VOCs的化学反应速度。热力燃烧主要是使用辅助燃料使温度提高到 VOCs气体足以完全氧化为CO2、H2O、N2 等无害组分对应的温度，通常为540～820℃。而催化燃烧是在催化床层的作用下，加热使废气中的VOCs被氧化分解成CO2、H2O。催化表面为无火焰燃烧，安全性好，燃烧温度仅200- 450℃，辅助燃烧消耗少，对废气中可燃组分浓度和热值要求低，燃烧过程几乎不产生NOX。

2.2 吸附法

吸附法去除有机物是利用比表面积大，具有多孔结构的活性炭、碳纤维、沸石等吸附剂，将有机物分子截留，当废气通过吸附床时，有机物就被吸附在孔内，使气体得到净化。吸附法主要适用于风量大、湿度低、温度低、浓度小于 5000ppm的VOCs气体的回收处理。VOCs吸附效果的影响因素很多，吸附剂本身的物理性质、化学性质、VOCs的分子结构、外界环境的温度、湿度及共存污染物等都会影响吸附法的工艺性能。

2.3生物法

生物法处理VOCs废气是在适宜的环境条件下，附着在滤料介质中的微生物利用废气中的有机成分作为碳源和能源進行挂膜，将有机物分解成 CO2、H2O，进而有效地去除废气中的VOCs组分。常见的VOCs生物处理技术有生物洗涤法、生物过滤法和生物滴滤法。生物处理法在处理大风量、低浓度VOCs方面具有处理成分多样，无二次污染，运行费用低等优势，但其缺点是占地面积大。

2.4组合工艺

它们的组合工艺主要是吸附--蒸馏、吸附浓缩--蓄热燃烧、吸附浓缩--催化燃烧等方法，而结合成本和顺应时代的发展，在末端治理中能实现能源回收与利用有着广阔的应用前景，因此出现了转轮浓缩+高温蓄热燃烧（RTO）+热能利用技术、LEL并联减风增浓+旋转式RTO等将节能、减排和循环利用结合起来的处理技术。

3  印刷企业VOCs治理方案实例分析

以笔者参与过的某印刷企业清洁生产审核项目为例进行分析，重点介绍该项目清洁生产审核方案中VOCs治理效果提升改造项目的内容以及实施后取得的环境效益。

某印刷企业生产的产品为包装印刷品，主要的污染物来自于包装印刷生产过程。经调研，企业包装印刷品的生产的主要工序包括了制版、胶印、凹印、丝印、镭射转移、烫金、凹凸、模切、横切、裁切等，通过预审核分析，VOCs产生的主要工序如下图。

企业印刷的主要设备有2台凹印机，2台胶印机和1台丝印机，由于行业技术上的限制，在印刷过程中仍会使用大量的油墨，导致排放的废气中VOCs的含量较高，经测算，废气总排放量为11万m3，VOCs浓度约为600mg/m3。企业原先采用活性碳吸附处理 VOCs ，根据监测实测计算，VOCs的处理效率约为85%。活性碳吸附装置日常维护工作量大，吸附效率会因为活性炭的使用次数越多而变得越低，并会产生危废;同时面对国家、行业对环保排放的更高要求，此方法的VOCs 减排效果距离相关要求仍些许差距，有必要进行全新升级改造。通过清洁生产审核小组的讨论和研究，结合企业的实际生产情况，拟采用转轮浓缩+高温蓄热燃烧（RTO）+热能利用技术，来处理废气中的 VOCs。

转轮浓缩+高温蓄热燃烧（RTO）+热能利用技术主要的處理过程是印刷生产线各个排风一起进入混风箱，混合均匀;混风箱内的废气通过两台并联的风机分别抽出，经过表冷器降温，过滤器过滤，然后进入沸石转轮进行吸附，吸附后的洁净气体直接排放;同时废气当中的一小部分被脱附风机引出来对转轮进行冷却，冷却后的气体通过烟气换热器进行升温，然后入沸石转轮再次进行脱附;两股脱附后的高浓度废气合并到一起进入 RTO 进行燃烧;燃烧室内的高温烟气抽取一部分气体对沸石转轮的脱附气进行加热，降温后的一部分烟气和 RTO 排风的废气混合，通过新风换热器预热部分新风给凹印机风箱使用，节约印刷机运行费用，降温后的烟气通过烟囱达标排放。

项目实施后企业通过污染物进行再次监测，VOCs的去除率达到了96%，按照废气总排放量为11万m3，VOCs浓度约为600mg/m3进行计算，年 VOCs的减排量达到了81.312t，而改造后热回收可以输出4000 m3，50℃的热风给凹印风箱使用，以年均温度25℃测算，预计可输出热能365kW，预计可节约电能176.6 万元。这个方法不仅能够高效地去除 VOCs，实现企业的减排目标，还能在最大限度得回收热量，也避免了危废的产生，符合国家当前的环保政策。

4  结语

VOCs的污染控制在源头控制方面，首要措施是调整或替换原料配方，从而减少强毒性VOCs的使用，其次是改良工艺，如提高设备部件的自动化和密封程度来减少VOCs的逸散。在末端治理方面，包含了吸附回收、催化燃烧、热力焚烧、生物等方法。而鉴于目前，大多数企业都选择了末端治理的燃烧法，结合实际和时代的发展，运用能实现能源回收与利用的治理技术有着更广阔的空间，比如案例中的转轮浓缩+高温蓄热燃烧（RTO）+热能利用技术，燃烧后产生的热量可用来预热未经燃烧气体。

随着我国对 VOCs治理的重视越来越深，即使目前我国对印刷企业 VOCs的处理的技术规范还在制定中，且对 VOCs大类排放源仍没有严格的限制，但治理 VOCs的态势仍刻不容缓，无论是政府还是企业都应加大力度研究治理的技术，逐步向更节能、更高效的方向发展。

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作者简介：郑婕（1990-），女，广东汕头人，助理工程师，主要从事清洁生产，循环经济，节能监察，节能管理等工作。