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浅析书刊印刷企业VOCs 来源及治理措施
前沿导读

对于书刊印刷行业来讲,关停限产不是方法,最好办法就是企业要树立正确的意识,找到污染的源头,做好预防工作,从根本上将污染问题降到最低。


 

近两年来,在雾霾横行的环境下,印刷业被推到了环保的风口浪尖上,书刊印刷业也不例外,成了环保部门重点监管执法的对象。对政府部门出台的高压政策,虽然书刊印刷人一肚子委屈,但抱怨过后,印刷人开始理智的分析问题并积极地制定应对措施。


普通意义上的挥发性有机化合物就是指熔点低于室温、沸点范围在50~260摄氏度之间的挥发性有机化合物;环保意义上的定义是指具有挥发性的非甲烷总烃(烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃)、含氧有机化合物(醛、酮、醇、醚等)、卤代烃、含氮化合物、含硫化合物等。挥发性有机物的危害性极大,一旦大量地排放到空气当中,也将造成巨大的环境危害。


VOCs是挥发性有机物的总称,VOCs中部分化合物对人体具有急性和长期的毒性;另一方面,大多数VOCs化合物具有光化学反应活性,特别是近年来工业VOCs排放迅速增加,是导致城市灰霾和光化学烟雾的主要原因之一。目前国内对VOCs排放清单的研究表明:VOCs排放主要来源于溶剂使用、流动源、固定燃烧源等,其中溶剂使用对VOCs排放的贡献率较为突出,主要包括印刷业、家具制造业、涂料使用、制鞋业等。


一、书刊印刷企业中的VOCs来源


多方数据表明,目前书刊印刷行业VOCs排放主要来源于印刷、胶订、覆膜、上光和烫金等工艺过程,图1所示数据显示了各种原材料对VOCs产生的影响。

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图1 书刊印刷企业中VOCs产生来源及比例(数据来源于环科院)

(一)印刷工艺

书刊印刷过程中VOCs排放主要来源于油墨、润版液、清洗剂、稀释剂的使用,根据对北京印刷企业的调查了解,目前仍有少部分企业使用溶剂型油墨,溶剂型油墨一般由颜料、填充剂、辅助剂和连接料溶剂组成,溶剂中常含有乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、甲苯、二甲苯、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯等VOCs。有研究证明,溶剂型油墨中一般含有大约50%的有机可挥发性物质,印刷过程中加热干燥时,颜料中混合的VOCs会释放出来。印刷过程中,上墨面积越大、墨层越厚,释放的VOCs会越多。


目前书刊印刷企业中平版胶印机使用的润版液大部分是离子型润版液,乙醇、异丙醇和乙二醇是该类润版液中主要的添加剂。乙醇(酒精)能很好地改善润版液在印版上的铺展性能,可以减少润版液的使用量,还可以减少油墨过度乳化和纸张吸水后膨胀现象,此外还可以防止纸张拉毛等现象,对改善印刷工艺、提高印刷质量很有帮助,因此在印刷企业广泛使用。但乙醇的挥发性强,几乎100%逸散到大气中,造成VOCs产生。


(二)胶订工艺

胶订上胶的部位在书脊和侧边,EVA热熔胶由基本树脂、增粘剂、粘度调节剂和抗氧剂等成分组成。热熔胶的基本树脂是乙烯和醋酸乙烯在高温高压下共聚而成的。所用的热熔胶也有区别,热熔胶热熔的温度一般为120℃~200℃。在加热过程中,热熔胶中的挥发性有机物会挥发到空气中产生VOCs。


(三)覆膜工艺

覆膜是将塑料薄膜涂上粘合剂与纸印刷品加热加压后使之粘合在一起,形成纸塑合一的产品加工技术。国内覆膜使用的粘合剂主要有聚氨酯类、橡胶类以及热塑高分子树脂等,覆膜过程中粘合剂受热会释放VOCs。


(四)上光工艺

上光涂料的基本组成主要由主剂、助剂和溶剂三部分组成。主剂分为天然树脂和合成树脂;助剂包括固化剂、表面活性剂、增塑剂等;常用的溶剂有芳香烃类、酯类和醇类等。在上光过程中溶剂受热会有少量的VOCs释放出来。


(五)烫金(电化铝烫印)工艺

烫金工艺使用的印箔一般由几层不同的材料组成,依次是粘胶层、铝膜层、保护层、隔离层、基膜层。其中的粘胶层中含有有机溶剂,在烫印过程中,粘胶层受热从而释放出VOCs。


二、VOCs治理措施  


对于VOCs的减排从源头控制、生产工艺的改造、末端治理以及厂房的设计等都需要注意,只有找到污染的源头,做好预防工作,才能从根本上将污染问题降到最低。同时也和印刷过程中的材料选择,以及企业管理执行和控制能力密切关联。 


(一)源头控制

1.原辅材料替代

(1)使用新型环保油墨。

推广和使用无污染、环保型的油墨是印刷行业减排VOCs的根本措施。目前比较普遍的新型环保型油墨主要有水性油墨、植物油油墨、UV固化油墨、水性UV油墨等。其中水性油墨最为广泛使用,水性油墨的连结料主要分水分散型和水稀释型。水分散型的连结料是在水中通过乳化的单体聚合所得,它是两相体系,其中油相以颗粒状在水相中分散,虽不能够被水溶解,但能够被水稀释,所以也可以认为是水包油乳液型。水稀释性油墨可以使用的树脂类型有很多种,比如顺丁烯二酸树脂、紫胶、马来酸树脂改性虫胶、乌拉坦、水溶性丙烯酸树脂和水性氨基树脂等。水性油墨几乎不会向大气散发VOCs。


(2)润版液中醇类添加量应≤5%。

目前市场上已出现的无醇润版液基本满足了平张印刷机和高速轮转印刷机的使用要求,技术比较成熟。每日量度润版液的VOC含量及其传导值,并把有关资料绘制成图表,从而为润版液制订最可接受的传导值范围。


(3)不使用煤油或汽油做为清洗剂。

冷固轮转、单张纸胶印过程中大多数清洗用品都存在挥发性有机物。现在国内外很多印刷企业已经摒弃了汽油作为清洗剂,取而代之的是专门的油墨清洗剂(W/O乳液型),这种油墨清洗剂应该大力推广。


(4)不应使用溶剂型上光油,采用水性光油。

新型水性光油溶剂含量非常低,可以广泛使用,大约可以降低20%的有机挥发物排放量,也可减少工厂空气的有机挥发物浓度,保障操作人员的健康。


(5)不应使用溶剂型书刊装订用胶黏剂,胶黏剂有害物质应符合HJ/T220的要求。


2.改良工艺过程

书刊印刷企业可以通过改良工艺措施,减少生产操作过程中VOCs的逸散。

(1)安装中央供墨系统。

在印刷车间,为了降低油墨的损耗,减少油墨在不同印刷机的存放量,可以设置中央供墨系统,把油墨集中处理。中央供墨系统不但可以减低挥发性有机物的排放,还可以减少人手加墨而出现的潜在浪费。据统计,集中供墨系统可以减少约15%~30%的有机挥发物排放。


(2)采用自动清洗橡皮布装置。

在印刷机上引入自动清洗橡皮布装置不仅可以减少停机清洗滚筒的时间,而且还可以避免清洗过程所产生的废物,减少有机挥发物的排放,据测算,可以整体降低20%~30%有机挥发物的排放。


(3)改进烘干系统。

印刷设备烘干系统中,可以改进空气喷嘴系统,降低热空气的流动速度,减少能量消耗。同时为了保持干燥效率,降低风速不能简单的通过调低风扇转速,而要在保持干燥效率的前提下,改进喷嘴系统。目前市场上很多新型烘干装置实现了直接测量印刷品表面温度,而不是测量烘箱内的空气温度,这样可以及时对承印物表面的温度变化作出反应,节省能源的同时降低了VOCs的排放。


(4)采用润版液过滤回收系统。

润版液过滤回收系统可以去除润版液中的油墨、纸粉等杂质,保持水质清洁,维持理想的水墨平衡状态。清洁的水质减少了印刷上的许多麻烦,还避免了因油墨粘附造成的管道堵塞,降低了印刷机的维护成本,同时,不需频繁地换水清洗冷却水箱,提高生产效率,降低了润版液、酒精等化学药剂的成本,还帯来了零排污或少排污的环保效应。


(二)末端治理

1.生产厂房封闭

印刷企业应该对生产车间进行封闭,减少废气的无组织排放。密闭措施指的是挥发性有机物通过密闭管道直接排入处理设施,不向大气无组织排放;或在密闭空间区域内无组织排放但通过抽风设施排入处理设施,无组织排放区域、人员、物料进出口均处于负压操作状态,并设有压力监测器。


2.VOCs集中处理

使用含挥发性有机物原辅材料的生产活动(清洗、调墨等)及设备(印刷机、覆膜机、复合机等)产生的挥发性有机物应通过局部或整体集气系统导入挥发性有机物处理设备或排放管道,达标排放。


目前应用比较多的VOCs治理技术主要有两个阶段:回收与销毁。回收技术主要有吸附、吸收、冷凝及膜技术四类。销毁技术主要有催化燃烧、热力燃烧、生物处理、等离子体、光催化及光氧化技术六类。回收技术与销毁技术交叉搭配使用,可以产生多种综合治理方案。


(三)加强生产管理

印刷行业生产管理的完善与否对企业VOCs的排放也有重要的影响,企业应成立环保管理委员会,委任一名高管分管环保工作,有具体负责人制定和推行减排计划。教育并让各层级员工参与减排计划下的各项决定及改善措施。定期检讨和审核减排计划及措施,以利持续改善。


油墨、清洗剂、润版液、胶黏剂、有机溶剂等含挥发性有机物的原辅材料在储存和输送过程中应保持密闭,使用过程中随取随开,用后应及时密闭,以减少挥发。


废吸附剂应交由持有危险废物经营许可证的单位进行处置或综合利用;废油墨、废清洗剂、废溶剂、沾有油墨或溶剂的棉纱、抹布等废弃物应放入具有标识的密闭容器中,定期处理,并记录处理量和去向。 


编排印刷机的操作,减少颜色转换,从而减低需转换印墨的次数。


只在清洁印墨及油污时才使用溶剂。在使用溶剂清洁印刷设备前,先抹去多余的印墨。使用自动开关的溶剂分配器。只取足够分量的溶剂,以完成清洁工作。利用柱塞罐或挤压式胶瓶润湿而非浸湿抹布,从而控制溶剂的使用量。


尽量延长印刷机抹布的使用时间;第一次揩抹时可使用旧的抹布,第二次揩抹时才使用清洁的抹布。拧干脏的抹布并收集挤出的溶剂再从新使用,例如供清洗设备处理脏的机械配件。


环境保护是我国的一项基本国策,在十八届五中全会上提出了“十三五”时期的五大发展理念:创新、协调、绿色、开放、共享。全国多个省市陆续出台了印刷企业VOCs排放收费方案并开始执行。印刷企业控制VOCs排放势在必行。VOC的治理,关键就是要“治”,重点是“理”。只有从根本上找到问题的根源才能彻底解决问题,只求结果不求过程并不能将问题解决。所以,对于书刊印刷行业来讲,关停限产不是方法,最好办法就是企业要树立正确的意识,找到污染的源头,做好预防工作,从根本上将污染问题降到最低,从而彻底实现绿色印刷,做到清洁生产。


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