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產(chǎn)品知識
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淺談印刷工業(yè)的VOCs 治理！
來源：科柏盛環(huán)保 發(fā)布時間：2023-04-27
作為VOCs治理目標中的五大重點行業(yè)之一，印刷工業(yè)一時間面臨著前所未有的環(huán)保壓力。從源頭、過程控制到末端治理，如何開展VOCs治理、如何選擇治理設(shè)備，成為印刷企業(yè)關(guān)注的焦點。
從源頭上減少有機溶劑的使用量和排放量，減排潛力巨大，從長遠來講是實現(xiàn)行業(yè)VOCs減排的根本途徑。但是現(xiàn)階段達不到完全從源頭方面來治理廢氣，針對以VOCs為原料的生產(chǎn)過程環(huán)節(jié)和含VOCs產(chǎn)品的使用過程環(huán)節(jié)，只能采取廢氣收集措施，提高廢氣收集效率，減少廢氣的無組織排放與逸散，這是進行后續(xù)治理的前提條件。在含VOCs 產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和以VOCs為原料的生產(chǎn)過程中，VOCs排放不可避免，根據(jù)*現(xiàn)有法律及法規(guī)標準必須進行末端治理。
VOCs的產(chǎn)生
印刷是使用印版或其他方式將原稿上的圖文信息轉(zhuǎn)移到承印物上的工藝技術(shù)，按分類主要包括出版物印刷、包裝物印刷和其他印刷品印刷，按承載物分為紙及紙板印刷、金屬印刷、塑料印刷等。
印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷（如柔版印刷）、凹版印刷和孔版印刷。不同印刷工藝的VOCs來源和排放方式基本相同：VOCs來源于所使用的油墨及稀釋劑（印刷不透氣承印物需添加稀釋劑，如金屬印刷、塑料印刷）、復合用膠粘劑（僅限于部分存在復合工藝的印刷企業(yè)）及設(shè)備清洗劑，可能的排放途徑有油墨調(diào)配過程溶劑揮發(fā)、印刷過程油墨溶劑揮發(fā)、烘干階段、復合過程及設(shè)備清洗過程等。
印刷生產(chǎn)工藝流程及主要VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)如圖所示。
1. 平版印刷工藝及VOCs排放
平版印刷（平印）又稱為膠版印刷（膠印），其特征是印版的圖文著墨部分和空白部分幾乎在同一平面上。平版印刷企業(yè)所使用的油墨包括溶劑型油墨、植物大豆油墨、UV 固化油墨和水性油墨，其中溶劑型油墨揮發(fā)性有機化合物含量較高，是平版印刷企業(yè)主要的VOCs排放源。此外，平版印刷在生產(chǎn)過程中所使用的有機溶劑型洗車水及潤版液等也是VOCs 排放源之一。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排放
凸版印刷（凸�。┑膱D文部分處于一個平面，明顯高于空白部分，印版著墨時，油墨附著在印版的凸起部分，并在壓力作用下轉(zhuǎn)移到承印物上。傳統(tǒng)的凸版印刷采用銅鋅版，目前逐漸被柔版印刷（柔印）代替，采用軟質(zhì)的樹脂印版。
柔版印刷通常用于產(chǎn)品包裝印刷，對于色彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產(chǎn)品一般使用水性油墨，幾乎不存在VOCs 排放；而對于色彩鮮艷的薄膜制品則一般使用醇溶性油墨，印刷過程產(chǎn)生VOCs 污染。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放
凹版印刷（凹印）的印版滾筒上空白部分高于印刷圖文部分，并且高低懸殊，空白部分處于同一平面或同一曲面上。印版上凹陷的圖文部分形成網(wǎng)穴容納油墨，通過滾筒壓印，使印版滾筒上的圖文印跡轉(zhuǎn)移到承印物表面。
凹版印刷廣泛應用于包裝和特殊產(chǎn)品印刷領(lǐng)域，適用于薄膜、復合材料及紙張等介質(zhì)，通常使用低粘度、高VOCs 含量的油墨，印制過程產(chǎn)生大量的VOCs，且成分復雜。
4. 孔版印刷工藝及VOCs排放
孔版印刷（也稱絲網(wǎng)印刷、絲�。┦菍⒄娼z、尼龍或金屬絲編織成網(wǎng)，將其緊繃于網(wǎng)框上，采用手工刻膜或光化學制版的方法制成網(wǎng)版，網(wǎng)版上非圖文部分被涂布的感光涂層封住，只留下圖文部分的網(wǎng)孔可以透過油墨。印刷時，先在網(wǎng)版上涂墨，再用橡皮刮板在網(wǎng)版上輕刮，油墨透過網(wǎng)版，轉(zhuǎn)移到放置在網(wǎng)版下的承印材料上。
孔版印刷VOCs主要來源于油墨及清洗劑，使用溶劑型油墨時VOCs 排放濃度相對較高。
5. 復合工藝及VOCs排放
復合工藝是指使用膠粘劑將不同的基材通過壓貼粘合形成二種或多種材料的組合的一種印后加工方式，包含干式復合、濕式復合、擠出復合、熱熔復合等工藝，其中干式復合工藝需要使用大量的膠粘劑和稀釋劑，VOCs 排放量較大，且成分單一。印刷工藝與含VOCs 原輔材料及VOCs 排放特征見表所示。
VOCs的治理
由于VOCs廢氣成分及性質(zhì)的復雜性和單一治理技術(shù)的局限性，在大多數(shù)情況下，采用單一技術(shù)往往難以達到治理要求。利用不同治理技術(shù)的優(yōu)勢，采用兩種或多種單一凈化技術(shù)的組合工藝受到了極大的重視，采用組合治理工藝不僅可以滿足排放要求，同時可以降低凈化設(shè)備的運行費用。
結(jié)合行業(yè)特點及對原輔材料的分析，我們發(fā)現(xiàn)，印刷工業(yè)VOCs廢氣含有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、異丙醇（ 乙醇）， 排放強度高，而一般紙張印刷排放強度低，但成分更為復雜。結(jié)合當下*常見的VOCs治理技術(shù)，以及地方政府要求涉氣企業(yè)在選擇治理技術(shù)工藝是不能選擇單一工藝等要求，基本都要求企業(yè)對于末端治理效率需要達到80% 以上，傳統(tǒng)的治理工藝根本達不到此要求，只能采取燃燒法進行治理。但是直接燃燒法治理廢氣過程中，存在能耗大等問題，且廢氣濃度不高的情況下基本上無法燃燒，需要通過前期技術(shù)對廢氣濃度進行更改，通過物理的方式使廢氣濃度增加。
經(jīng)過對印刷企業(yè)的調(diào)研以及結(jié)合印刷企業(yè)VOCs污染實際情況，在此重點介紹一下活性炭濃縮催化燃燒技術(shù)。
活性炭吸附的實質(zhì)是利用活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中的有機溶劑吸附到活性炭中并濃縮，經(jīng)活性炭吸附凈化后的氣體直接排空，其實質(zhì)是一個吸附濃縮的過程，并沒有把有機溶劑處理掉。這是一個物理過程。
催化燃燒脫附的實質(zhì)是利用催化燃燒的熱空氣加熱活性炭中被吸附的有機溶劑，使之達到溶劑的沸點，使有機溶劑從活性炭中脫附出來，并且把高濃度的廢氣引入到催化燃燒反應器中。在250℃的催化起燃溫度下，通過催化劑的作用進行氧化反應，轉(zhuǎn)化為無害的水和二氣化碳排入大氣。這是一個化學反應過程，并非明火的燃燒，且能徹底解決脫附時的二次污染。
活性炭吸附—催化燃燒脫附是把以上兩者的優(yōu)點有效地結(jié)合起來。即：先利用活性炭進行吸附濃縮，當活性炭吸附達到飽和時，利用電加熱啟動催化燃燒設(shè)備，并利用熱空氣局部加熱活性炭吸附床，當催化燃燒反應床加熱到250℃，活性炭吸附床局部達到60 ～ 110℃時，從吸附床解吸出來的高濃度廢氣就可以在催化反應床中進行氧化反應。反應后的高溫氣體經(jīng)換熱器換熱，換熱后的氣體一部分回用送入活性炭吸附床進行脫附，另一部分排入大氣。脫附出來的廢氣經(jīng)換熱器換熱后溫度迅速提高，從而能使催化燃燒裝置及脫附達到小功率或無功率運行。
大多數(shù)印刷企業(yè)因設(shè)備較大、車間空間較大等多方面的原因?qū)е率占^程中廢氣風量較大，存在濃度低的特點，選擇活性炭濃縮催化燃燒技術(shù)是較好的處理方式。其主要特點是：
1）催化燃燒*大的特點是高低中廢氣均可使用，廢氣濃度高的時候吸附脫附時間較短，就可以變成高濃度廢氣；廢氣濃度低的時候吸附脫附時間長點，也進行了收集，等到達了一定濃度的時候脫附處理變成了高濃度廢氣再進行燃燒。由于原輔材料的變革較快，企業(yè)可以慢慢的從源頭方面逐步替代，不斷降低原輔材料的VOCs濃度。但是對于廢氣治理設(shè)備的處理效果來講不會變，只是減少了運行成本，設(shè)備不需要進行更換。
2）更符合“十四五”規(guī)劃中提到的碳中和，通過燃燒裝置（用時啟用，不用時停）既滿足治理目標也幫助企業(yè)實現(xiàn)了節(jié)能降耗。
3）活性炭濃縮催化燃燒技術(shù)成熟穩(wěn)定，在2017 年開始已經(jīng)通過4 年多的市場運行，穩(wěn)定性較好。通過前幾年的推廣使用，市場價格比較透明，整體造價較低。
4）技術(shù)在運行的過程所需要的運行成本較為簡單，主要是：吸附劑（活性炭）、催化劑、收集風機電能、燃燒風塔電能。這幾個方面企業(yè)可以根據(jù)VOCs 濃度、生產(chǎn)訂單等及時調(diào)整，無需專業(yè)人士進行改造。同時，活性炭價格便宜，生產(chǎn)廠家眾多，企業(yè)可以選擇自主運維也可以選擇第三方運維。
VOCs 廢氣治理技術(shù)多種多樣，企業(yè)需要在技術(shù)上和經(jīng)濟上進行綜合分析后選擇（技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性），通過污染物成分的詳細檢測分析，根據(jù)必要的現(xiàn)場試驗對有機物的回收價值、污染物的沸點、水溶性的高低、可生物降解能力、廢氣的排放方式等進行專家“會診”，通過技術(shù)方案評審，選擇*合適的治理方式。
從源頭上減少有機溶劑的使用量和排放量，減排潛力巨大，從長遠來講是實現(xiàn)行業(yè)VOCs減排的根本途徑。但是現(xiàn)階段達不到完全從源頭方面來治理廢氣，針對以VOCs為原料的生產(chǎn)過程環(huán)節(jié)和含VOCs產(chǎn)品的使用過程環(huán)節(jié)，只能采取廢氣收集措施，提高廢氣收集效率，減少廢氣的無組織排放與逸散，這是進行后續(xù)治理的前提條件。在含VOCs 產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和以VOCs為原料的生產(chǎn)過程中，VOCs排放不可避免，根據(jù)*現(xiàn)有法律及法規(guī)標準必須進行末端治理。
VOCs的產(chǎn)生
印刷是使用印版或其他方式將原稿上的圖文信息轉(zhuǎn)移到承印物上的工藝技術(shù)，按分類主要包括出版物印刷、包裝物印刷和其他印刷品印刷，按承載物分為紙及紙板印刷、金屬印刷、塑料印刷等。
印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷（如柔版印刷）、凹版印刷和孔版印刷。不同印刷工藝的VOCs來源和排放方式基本相同：VOCs來源于所使用的油墨及稀釋劑（印刷不透氣承印物需添加稀釋劑，如金屬印刷、塑料印刷）、復合用膠粘劑（僅限于部分存在復合工藝的印刷企業(yè)）及設(shè)備清洗劑，可能的排放途徑有油墨調(diào)配過程溶劑揮發(fā)、印刷過程油墨溶劑揮發(fā)、烘干階段、復合過程及設(shè)備清洗過程等。
印刷生產(chǎn)工藝流程及主要VOCs產(chǎn)生環(huán)節(jié)如圖所示。
平版印刷（平印）又稱為膠版印刷（膠印），其特征是印版的圖文著墨部分和空白部分幾乎在同一平面上。平版印刷企業(yè)所使用的油墨包括溶劑型油墨、植物大豆油墨、UV 固化油墨和水性油墨，其中溶劑型油墨揮發(fā)性有機化合物含量較高，是平版印刷企業(yè)主要的VOCs排放源。此外，平版印刷在生產(chǎn)過程中所使用的有機溶劑型洗車水及潤版液等也是VOCs 排放源之一。
2. 凸版印刷工藝及VOCs排放
凸版印刷（凸�。┑膱D文部分處于一個平面，明顯高于空白部分，印版著墨時，油墨附著在印版的凸起部分，并在壓力作用下轉(zhuǎn)移到承印物上。傳統(tǒng)的凸版印刷采用銅鋅版，目前逐漸被柔版印刷（柔印）代替，采用軟質(zhì)的樹脂印版。
柔版印刷通常用于產(chǎn)品包裝印刷，對于色彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產(chǎn)品一般使用水性油墨，幾乎不存在VOCs 排放；而對于色彩鮮艷的薄膜制品則一般使用醇溶性油墨，印刷過程產(chǎn)生VOCs 污染。
3. 凹版印刷工藝及VOCs排放
凹版印刷（凹印）的印版滾筒上空白部分高于印刷圖文部分，并且高低懸殊，空白部分處于同一平面或同一曲面上。印版上凹陷的圖文部分形成網(wǎng)穴容納油墨，通過滾筒壓印，使印版滾筒上的圖文印跡轉(zhuǎn)移到承印物表面。
凹版印刷廣泛應用于包裝和特殊產(chǎn)品印刷領(lǐng)域，適用于薄膜、復合材料及紙張等介質(zhì)，通常使用低粘度、高VOCs 含量的油墨，印制過程產(chǎn)生大量的VOCs，且成分復雜。
4. 孔版印刷工藝及VOCs排放
孔版印刷（也稱絲網(wǎng)印刷、絲�。┦菍⒄娼z、尼龍或金屬絲編織成網(wǎng)，將其緊繃于網(wǎng)框上，采用手工刻膜或光化學制版的方法制成網(wǎng)版，網(wǎng)版上非圖文部分被涂布的感光涂層封住，只留下圖文部分的網(wǎng)孔可以透過油墨。印刷時，先在網(wǎng)版上涂墨，再用橡皮刮板在網(wǎng)版上輕刮，油墨透過網(wǎng)版，轉(zhuǎn)移到放置在網(wǎng)版下的承印材料上。
孔版印刷VOCs主要來源于油墨及清洗劑，使用溶劑型油墨時VOCs 排放濃度相對較高。
5. 復合工藝及VOCs排放
復合工藝是指使用膠粘劑將不同的基材通過壓貼粘合形成二種或多種材料的組合的一種印后加工方式，包含干式復合、濕式復合、擠出復合、熱熔復合等工藝，其中干式復合工藝需要使用大量的膠粘劑和稀釋劑，VOCs 排放量較大，且成分單一。印刷工藝與含VOCs 原輔材料及VOCs 排放特征見表所示。
由于VOCs廢氣成分及性質(zhì)的復雜性和單一治理技術(shù)的局限性，在大多數(shù)情況下，采用單一技術(shù)往往難以達到治理要求。利用不同治理技術(shù)的優(yōu)勢，采用兩種或多種單一凈化技術(shù)的組合工藝受到了極大的重視，采用組合治理工藝不僅可以滿足排放要求，同時可以降低凈化設(shè)備的運行費用。
結(jié)合行業(yè)特點及對原輔材料的分析，我們發(fā)現(xiàn)，印刷工業(yè)VOCs廢氣含有甲苯、乙酸乙酯、甲乙酮、異丙醇（ 乙醇）， 排放強度高，而一般紙張印刷排放強度低，但成分更為復雜。結(jié)合當下*常見的VOCs治理技術(shù)，以及地方政府要求涉氣企業(yè)在選擇治理技術(shù)工藝是不能選擇單一工藝等要求，基本都要求企業(yè)對于末端治理效率需要達到80% 以上，傳統(tǒng)的治理工藝根本達不到此要求，只能采取燃燒法進行治理。但是直接燃燒法治理廢氣過程中，存在能耗大等問題，且廢氣濃度不高的情況下基本上無法燃燒，需要通過前期技術(shù)對廢氣濃度進行更改，通過物理的方式使廢氣濃度增加。
經(jīng)過對印刷企業(yè)的調(diào)研以及結(jié)合印刷企業(yè)VOCs污染實際情況，在此重點介紹一下活性炭濃縮催化燃燒技術(shù)。
活性炭吸附的實質(zhì)是利用活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中的有機溶劑吸附到活性炭中并濃縮，經(jīng)活性炭吸附凈化后的氣體直接排空，其實質(zhì)是一個吸附濃縮的過程，并沒有把有機溶劑處理掉。這是一個物理過程。
催化燃燒脫附的實質(zhì)是利用催化燃燒的熱空氣加熱活性炭中被吸附的有機溶劑，使之達到溶劑的沸點，使有機溶劑從活性炭中脫附出來，并且把高濃度的廢氣引入到催化燃燒反應器中。在250℃的催化起燃溫度下，通過催化劑的作用進行氧化反應，轉(zhuǎn)化為無害的水和二氣化碳排入大氣。這是一個化學反應過程，并非明火的燃燒，且能徹底解決脫附時的二次污染。
活性炭吸附—催化燃燒脫附是把以上兩者的優(yōu)點有效地結(jié)合起來。即：先利用活性炭進行吸附濃縮，當活性炭吸附達到飽和時，利用電加熱啟動催化燃燒設(shè)備，并利用熱空氣局部加熱活性炭吸附床，當催化燃燒反應床加熱到250℃，活性炭吸附床局部達到60 ～ 110℃時，從吸附床解吸出來的高濃度廢氣就可以在催化反應床中進行氧化反應。反應后的高溫氣體經(jīng)換熱器換熱，換熱后的氣體一部分回用送入活性炭吸附床進行脫附，另一部分排入大氣。脫附出來的廢氣經(jīng)換熱器換熱后溫度迅速提高，從而能使催化燃燒裝置及脫附達到小功率或無功率運行。
大多數(shù)印刷企業(yè)因設(shè)備較大、車間空間較大等多方面的原因?qū)е率占^程中廢氣風量較大，存在濃度低的特點，選擇活性炭濃縮催化燃燒技術(shù)是較好的處理方式。其主要特點是：
1）催化燃燒*大的特點是高低中廢氣均可使用，廢氣濃度高的時候吸附脫附時間較短，就可以變成高濃度廢氣；廢氣濃度低的時候吸附脫附時間長點，也進行了收集，等到達了一定濃度的時候脫附處理變成了高濃度廢氣再進行燃燒。由于原輔材料的變革較快，企業(yè)可以慢慢的從源頭方面逐步替代，不斷降低原輔材料的VOCs濃度。但是對于廢氣治理設(shè)備的處理效果來講不會變，只是減少了運行成本，設(shè)備不需要進行更換。
2）更符合“十四五”規(guī)劃中提到的碳中和，通過燃燒裝置（用時啟用，不用時停）既滿足治理目標也幫助企業(yè)實現(xiàn)了節(jié)能降耗。
3）活性炭濃縮催化燃燒技術(shù)成熟穩(wěn)定，在2017 年開始已經(jīng)通過4 年多的市場運行，穩(wěn)定性較好。通過前幾年的推廣使用，市場價格比較透明，整體造價較低。
4）技術(shù)在運行的過程所需要的運行成本較為簡單，主要是：吸附劑（活性炭）、催化劑、收集風機電能、燃燒風塔電能。這幾個方面企業(yè)可以根據(jù)VOCs 濃度、生產(chǎn)訂單等及時調(diào)整，無需專業(yè)人士進行改造。同時，活性炭價格便宜，生產(chǎn)廠家眾多，企業(yè)可以選擇自主運維也可以選擇第三方運維。
VOCs 廢氣治理技術(shù)多種多樣，企業(yè)需要在技術(shù)上和經(jīng)濟上進行綜合分析后選擇（技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性），通過污染物成分的詳細檢測分析，根據(jù)必要的現(xiàn)場試驗對有機物的回收價值、污染物的沸點、水溶性的高低、可生物降解能力、廢氣的排放方式等進行專家“會診”，通過技術(shù)方案評審，選擇*合適的治理方式。
