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淺談軟包裝有機揮發物排放標準
時間:2011-03-31   來源: 包裝前沿   閱讀:9817次

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????2010年廣東省頒布實施了《印刷行業揮發性有機化合物排放標準》,從該標準中對印刷的定義(印刷:使用印版或其他方式將原稿上的圖文信息轉移到承印物上的工藝過程,包括出版物印刷、包裝裝潢印刷、其他印刷品印刷和排版、制版、印后加工四大類。)來講,軟包裝印刷及復合工序的揮發性溶劑排放要求適用于該標準的規定。揮發性有機化合物(volatile?organic?compounds)是指在101325Pa?標準大氣壓下,任何沸點低于或等于250℃?的有機化合物,簡稱VOCs
????一、軟包裝行業的有機溶劑排放現狀
????我國軟包裝印刷復合行業一直以來都處于高排放、高污染的粗放式狀況。凹印是我國軟包裝印刷最主要的印刷方式,在印刷過程中使用的溶劑型油墨含有60%~70%的揮發性組分,加上調整油墨粘度所需的稀釋劑,在油墨干燥時油墨所散發的揮發性組分占總量的75%~90%,會排放大量含有苯、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、丁酮、乙醇等揮發性有機化合物;溶劑型膠黏劑的干式復合過程,出會排放占涂布濕量55%~75%的醋酸乙酯。我國具有一定規模軟包裝彩印企業有近8000?家,然而只有極少數企業對有機廢氣進行了凈化處理,一般企業都是強制通風而直接排放到大氣中。據粗略估算,僅廣東省印刷企業每年向大氣中排放的揮發性有機化合物就在400萬噸以上,這是一個驚人的數字。這些排放到大氣中的VOCs,一方面會造成嚴重的大氣光化合污染,引起溫室效應,造成極大的環境危害,使農作物減產,通過呼吸進入人體內,對人體的肝臟和神經系統造成損害,危害企業生產工人及周圍人群的健康;另一方面導致揮發性有機化合物原料的極大浪費。具有針對性的印刷行業有機化合物排放標準的實施,有利于控制和減少軟包裝行業對生態環境的破壞,促進軟包裝行業向低碳化方向發展。
????二、印刷復合的排放估算及相關指標
????1、印刷復合過程排放估算
????①凹版印刷過程的排放量
????溶劑揮發量=(K/G-K)×V×B(g/min),其中K-油墨干量(g/m2);G-固含量(%);V-工作速度(m/min);B-基材寬度(mm)。
????圖1為某YA-CII印刷機1段烘箱干燥過程的模擬圖示,該段干燥箱排出的溶劑濃度(42.1×1000)/(86×60)=8.1589g/m3=8158.9mg/m3;以一般滿版印刷膜2.0g/m2干基進行粗略估算,則一臺高速塑料凹版印刷機的溶劑排放量為42.1×2.0/0.8=105.25kg/h。

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????②干式復合過程的排放量
????圖2為某GF-BII系列干復機干燥過程的模擬圖示,該高速溶劑型膠黏劑干式復合機的溶劑排放量為:73.6+64.1=137.7kg/h,溶劑排放濃度:1#烘箱=73.6×1000/(60×60)=20.444g/m3=20444mg/m3,2#烘箱=64.1×1000/(45×60)=23.740g/m3=23740mg/m3。

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????2、相關標準
????①大氣污染物綜合排放標準
????GB16297-1996規定1997年1?月1日起設立的污染源中苯類、甲醇、非甲烷總烴的排放標準,見表1。
????表1?GB16297-1996關于苯類、甲醇、非甲烷總烴的排放標準

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????標準中規定:新污染源的排氣筒一般不應低于15m。若新污染源的排氣筒必須低于15m時,其排放速率標準值按表中的外推計算結果再嚴格50%執行。軟包裝企業的排氣筒一般均低于15m,因而實際的指標要比表中嚴格得多。
????碳氫化合物是僅由碳和氫兩種元素組成的有機化合物稱為碳氫化合物,又叫烴。醋酸乙酯(C4H8O2)、醋酸丁酯(C6H12O)、丁酮又稱甲乙酮(CH3CH2COC?H3)、乙醇(CH3CH2OH)等溶劑不屬于烴類,GB16297-1996沒有明確規定現階段軟包裝印刷復合常用溶劑的排放限量指標。
????關于苯類溶劑的排放限量,也是隨著GB/T10004-2008“苯類不檢出”要求的實施,軟包裝凹印油墨行業才全面正式進入了無苯化時期,相對于GB16297-1996的規定遲滯了十年以上。而現在有些醇溶性膠黏劑使用甲醇作為其稀釋溶劑也是不符合GB16297要求的。
????②廣東省印刷行業揮發性有機化合物排放標準
????標準中規定了軟包裝柔印使用的印刷油墨VOCs含量限值(為處于即用狀態以每升油墨所含多少克VOCs計算),見表2。?
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????標準中沒有凹印油墨的VOCs含量限值,因為軟包裝凹印現在使用的還是溶劑型油墨,處于使用狀態的凹印油墨,其中75%~88%均是有機溶劑,使用溶劑的量不是評價凹印油墨的質量指標。
????另外,在HJ/T?371-2007中,對水基凹印油墨的VOCs含量要求為≤30%,水基柔印油墨的VOCs含量要求為≤10%。水性油墨中通常也會含有一小部分溶劑,以改善對承印物的潤濕性和樹脂型黏合劑的可溶解性,并非完全解決了對空氣的污染問題,所以對油墨中的VOC含量進行了限制。隨著聚合物化學和油墨配制技術的進展,國外已經使得柔性版水性油墨可以完全不含有機溶劑。
????標準中還明確規定了軟包裝企業排氣筒VOCs排放限值(見表3)、無組織排放監控點VOCs濃度限值(見表4)。現有源自2010年11月1日起至2012年12月31日止執行第Ⅰ時段限值,自2013年1月1日起執行第Ⅱ時段限值;新源(2010年11月1日起環境影響評價文件通過審批的新建、改建、擴建污染源)自2010年11月1日起執行第Ⅱ時段限值。?
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????標準中規定了:排氣筒高度一般不應低于15m,不能達到該要求的排氣筒,其排放速率限值按表3所列對應排放速率限值的外推法計算結果的50%執行。
????和GB16297-1996進行對比可知:
????A、兩個標準中均對苯類的排放作了明確的規定,而且廣東省地方標準的要求總體上要嚴格得多,反映了軟包裝無苯化技術發展的必然趨勢。
????B、廣東省地方標準進一步規定了印刷過程中總VOCs排放指標,在軟包裝印刷中的常用溶劑(如醋酸乙酯、丁酮、乙醇、醋酸丁酯等)的排放提供了具體的標準依據,可見廣東省地方標準是更適合于軟包裝行業VOCs的專業性標準。
????C、標準中對印刷的定義包含了印后加工過程,因而軟包裝復合、涂布過程的VOCs排放適用于該標準。
????③生產環境溶劑濃度
????生產環境的有機溶劑濃度直接危害工人的身心健康,GBZ2-2002規定了工作場所空氣中有毒物質容許濃度,部分溶劑的容許濃度見表5。?
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????減少降低生產車間環境中有機溶劑的濃度應注意以下幾點:
????A、生產現場備用的油墨、粘膠劑、有機溶劑等應密閉存放,以減少溶劑揮發。印刷涂布設備采用封閉式上墨涂膠系統將大大減少墨/膠盤中溶劑揮發對生產環境的污染。
????B、設備的進排風量應調節合理,盡量保持一定的負壓,熱風不漏出,避免烘箱中高溶劑濃度廢氣對生產環境的污染。
????C、車間環境應有良好的通風設施。
????三、軟包裝行業的應對措施
????圖1中估算的高速凹印機烘箱排出的溶劑濃度為8158.9mg/m3、溶劑排放量為105.25kg/h。圖2中估算的高速溶劑型膠黏劑干式復合機的溶劑排放量為:137.7kg/h,溶劑排放濃度:1#烘箱=20444mg/m3,2#烘箱=23740mg/m3。
????對比表3中的排放限值,可以看出:采用溶劑型油墨、膠黏劑的軟包裝生產企業,如果沒有安裝VOCS處理設施是不可能達到標準規定的排放限值的。軟包裝企業的應對措施,一是采用非揮發性有機溶劑的清潔化生產作工藝,二是安裝VOCS處理設施。
????1.軟包裝的清潔化生產工藝
????軟包裝的印刷方式中,主要還是凹版印刷,其使用的無苯油墨仍是溶劑型油墨,凹版油墨的水性化仍然是一個比較前沿的技術課題。在凹印版滾筒上水性油墨與溶劑型油墨的釋放機理是十分不同的,采用水性油墨替換溶劑型油墨就要求調節滾筒的制造(淺版化),以及對印刷所用的油墨和塑料薄膜進行改性處理。水性油墨在柔性版印刷中比凹版印刷中得到了更快的應用與發展,它們始終用于紙張印刷,常常也用于薄膜和復合材料的印刷。隨著油墨制造技術的提高,以及環保要求減少或去除油墨中的揮發性有機溶劑,水性油墨將得到越來越廣泛的應用與普及。
????傳統的溶劑型膠黏劑干法復合工藝伴隨著大量的有機溶劑排放(主要是醋酯乙酯及乙醇),近年推廣的水性膠(單組份和雙組份)干法復合技術在一定程度上緩減了溶劑型膠黏劑的環保壓力,但由于水性膠在功能上的局限性,其只在干燥輕包裝的復合結構上得到了推廣應用,不能全面取代溶劑型膠黏劑。一些企業限于設備的干燥能力、產品結構復雜訂單量小等因素,對水性膠的應用沒有足夠的熱情。
????現階段正在推廣普及的無溶劑復合技術是今后取代傳統溶劑型干法復合的理想工藝,由于膠黏劑不含有機溶劑,因而無VOCs排放揮發的危害,是一種理想的清潔化生產技術。無溶劑復合技術在國外已取得了成功的應用。另外,擠出復合、共擠復合也是值得軟包裝行業大力推廣的清潔化復合技術。
????2.?VOCS處理技術
????目前,軟包裝的印刷復合工藝還不可能做到完全“無溶劑化”,因此對有機廢氣抽風后集中處理是落實當前環保政策的需要。有機廢氣處理技術主要有:熱力氧化法、吸附法、等離子體氧化分解法以及膜分離法等,這些方法概括起來分為二大類,一類是將揮發性有機物分離回收;另一類是使揮發性有機物無選擇地分解為CO2和H2O。
????①熱力氧化法
????熱力氧化法包括直接焚燒、催化燃燒和蓄熱式氧化3種方法。催化燃燒法工藝原理:廢氣經管道由風機送入熱交換器,廢氣加熱到催化燃燒所需要的起燃溫度,通過催化劑床層,在催化劑作用下使有機廢氣發生無焰燃燒,氧化分解為CO2和H20,同時釋放大量熱能,達到去除廢氣中有害物質的方法。其實質是高溫環境下活性氧參與深度氧化而分解有機污染物,使其轉化為無害物質。催化劑的作用是降低活化能,表面具有吸附作用,在催化燃燒過程中,使反應物分子富集于表面,加快反應速度。由于催化劑的存在,催化燃燒的起燃溫度約為250~300℃,能耗遠比直接燃燒法低。
????②吸附法?
????有機廢氣吸附法凈化處理的關鍵是吸附劑和吸附工藝設備的配置,利用吸附劑(粒狀活性碳、活性碳纖維、沸石和分子篩等)固體表面的吸附能力,使廢氣與大表面的多孔性固體物質相接觸,廢氣中的污染物被吸附在固體表面上,使其與氣體混合物分離,達到凈化目的。此方法適用于中、低濃度有機廢氣治理,但能與活性碳發生反應的VOCs和大分子高沸點的有機物,不宜采用該法回收處理。
????③等離子氧化分解法
????等離子氧化分解法是利用高能電子射線激活、電離、裂解廢氣中各組分,使廢氣達標排放。該方法適用于低濃度的有機廢氣治理,結構和方法簡易、管理方便,設備投資低、運行成本低,但不能回收溶劑。
????④膜分離法
????膜分離法是一種高效的廢氣凈化分離方法,根據有機蒸汽混合體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同,而實現分離的過程,其核心部分是膜元件,為保證工藝過程順利進行,膜的進料側壓力要高于滲透后物流側的壓力。膜分離操作溫度為室溫,物質不易發生相變化,具有節能、高效的特點。

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