金属包装印刷过程VOCs全过程控制措施及技术

张卫

广州同胜环保科技有限公司 广东广州 510230

摘要：金属包装印刷中的铝制罐印刷是有别于普通的平面印刷，是一种在弧形的金属表面进行印刷作业的。一般把它归类于连续高速曲面印刷，是一种特种的印刷技术。本文根据金属包装印刷制造过程中VOCs的排放情况特点，提供对应的控制措施，同时针对金属包装印刷中的铝制罐印刷烘干废气处理提供有效的净化技术

关键字：金属包装印刷； VOCs排放特点；VOCs控制措施或技术；

1、金属包装印刷的产污环节

金属包装印刷工艺过程的原材料存放、油墨调配、制版、印刷、烘干、印后加工、清洁、废弃物存放和处置等均会产生大量的VOCs。图1为包装印刷行业生产工艺与VOCs排污环节示意图。

图1 包装印刷行业生产工艺与VOCs排污环节示意图

2、金属包装印刷制造全过程VOCs控制措施或技术

（一）源头削减

（1）含VOCs原辅材料

金属包装印刷企业在2021年4月1日起使用的油墨中VOCs含量应符合表1的要求。在2020年12月1日起使用的胶黏剂、清洗剂和涂料中的VOCs含量应符合表1的要求。

表1 包装印刷行业原辅材料VOCs含量限值

原辅材料名称	类型					VOCs含量限值
油墨	溶剂油墨		凹印油墨			≤75%
			柔印油墨			≤75%
			喷墨印刷油墨			≤95%
			网印油墨			≤75%
	水性油墨		凹印油墨		吸收性承印物	≤15%
					非吸收性承印物	≤30%
			柔印油墨		吸收性承印物	≤5%
					非吸收性承印物	≤25%
			喷墨印刷油墨			≤30%
			网印油墨			≤30%
	能量固化油墨		胶印油墨			≤2%
			柔印油墨			≤5%
			网印油墨			≤5%
			喷墨印刷油墨			≤10%
			凹印油墨			≤10%
胶粘剂	溶剂型胶粘剂		聚氨酯类			≤400g/L
			丙烯酸酯类			≤510g/L
			其它			≤500g/L
	水基型胶粘剂		聚氨酯类			≤50g/L
			醋酸乙烯.乙烯共聚乳液类
			丙烯酸酯类
			其它
	本体型胶粘剂		聚氨酯类			≤50g/L
			其它
清洗剂	水基清洗剂					≤50g/L
	半水基清洗剂					≤300g/L
	有机溶剂清洗剂					≤900g/L
涂料	水性涂料	辊涂（片材）				≤480g/L
		喷涂				≤400g/L
	溶剂型涂料	辊涂		卷材		≤780g/L
				片材		≤680g/L
		喷涂				≤750g/L
	无溶剂涂料					≤100g/L
	辐射固化涂料	水性		喷涂		≤400g/L
				其它		≤150g/L
		非水性		喷涂		≤500g/L
				其它		≤200g/L

在同一个工序内，使用的油墨、清洗剂、胶黏剂、涂料等原辅材料均符合表2中低VOCs含量限值要求，排放浓度稳定达标的，相应生产工序可不要求建设末端治理设施，可不执行末端治理设施处理效率不应低于80%的要求。在同一个工序内，使用的原辅材料在同一个工序内，含量均小于10%，相应生产工序可不要求进行无组织废气收集。

表2 包装印刷行业低VOCs含量原辅材料限值

原辅材料名称	类型			VOCs含量限值
油墨	水性油墨	凹印油墨	吸收性承印物	≤15%
			非吸收性承印物	≤30%
		柔印油墨	吸收性承印物	≤5%
			非吸收性承印物	≤25%
		喷墨印刷油墨		≤30%
		网印油墨		≤30%
	能量固化油墨	胶印油墨		≤2%
		柔印油墨		≤5%
		网印油墨		≤5%
		喷墨印刷油墨		≤10%
		凹印油墨		≤10%
胶粘剂	水基型胶粘剂	聚氨酯类		≤50g/L
		醋酸乙烯.乙烯共聚乳液类
		丙烯酸酯类
		其它
	本体型胶粘剂	聚氨酯类		≤50g/L
		其它
清洗剂	水基清洗剂			≤50g/L
	半水基清洗剂			≤100g/L
涂料	无溶剂涂料			≤60g/L
	辐射固化涂料	喷涂		≤350g/L
		其它		≤100g/L

（2）印刷工艺

金属包装印刷产品需优化设计，在满足产品功能的前提下尽可能减少图文不符覆盖比例、印刷色数、墨层厚度。

（二）过程控制

（1）储存

①油墨、稀释剂、胶黏剂等VOCs物料应储存在密闭的容器或包装袋中。

②盛装VOCs物料的容器或包装袋应存放于室内，或存放于设置有雨棚、遮阳和防渗设施的专用场地。盛装VOCs物料的容器或包装袋在非取用状态时应加盖、封口及保持密闭。

③废油墨、废清洗剂、废活性炭、废擦机布等含VOCs的危险废物，需分类放置于贴有标识的容器或包装袋内，并加盖、封口及保持密闭，及时转运、处置，减少在车间或危险库中的存放时间。

（2）调配

油墨、胶黏剂等VOCs物料的调配过程应采用密闭设备或在密闭空间内操作，废气应排至VOCs废气收集处理系统。无法密闭的，则采取局部气体收集措施，废气排至VOCs废气收集处理系统。

（3）输送

①液态VOCs物料应采用密闭管道输送。采用非管道输送方式转移液态VOCs物料时，应采用密闭容器。

②向墨槽中添加油墨或稀释剂时需采用漏斗或软管等接驳工具，减少供墨过程中VOCs的逸散。

（4）印刷

①印刷过程应在密闭空间内操作，废气应排至VOCs废气收集处理系统。无法密闭的，应采取局部气体收集措施，废气应排至VOCs废气收集处理系统。

②使用溶剂型油墨的凹版、凸版印刷工艺需配备封闭挂到的印刷机，或采取安装墨槽盖板，改变墨槽开孔形状等措施，缩小供墨系统敞开液面的面积。

③送风或吸风口应避免正对墨盘，防止溶剂加速挥发。

（5）复合/覆膜/涂布/上光

①复合、覆膜、涂布及上光过程应在密闭设备或密闭空间内操作，废气应排至VOCs废气收集处理系统。无法密闭的，应采取局部气体收集措施，废气应排至VOCs废气收集处理系统。

②使用溶剂型胶黏剂的复合或覆膜工序，应采取安装胶槽盖板或对复合/覆膜机进行局部围挡等措施，减少VOCs的逸散。

（6）烘干

①提高烘箱的密闭性，减少应烘箱漏风造成的VOCs无组织排放。

②控制烘箱的送风量、排风量，使烘箱内部保持微负压。

（7）清洗

①集中清洗应在密闭设备或密闭空间内操作，废气应排至VOCs废气收集处理系统。无法密闭的，则采取局部气体收集措施，废气应排至VOCs废气收集处理系统。

②根据生产需要和操作规程，合理控制油墨清洗剂的使用量。

（三）末端治理建议

实用的VOCs末端治理技术众多，主要包括吸附、燃烧（高温焚烧和催化燃烧）及其组合技术，下表3 列出了主要控制技术的优缺点：

表3 常见VOCs控制技术之优点比较
控制技术装备		优点	缺点
吸 附 技 术	吸附 系统	1.初设成本低； 2.能源需求低； 3.适合多种污染物； 4.臭味去除有很高的效率；	1.无再生系统时吸附剂更换频繁； 2.不适合高浓度废气； 3.废气湿度大时吸附效率低； 4.不适合含颗粒物状废气，对废气预处理要求高； 5.热空气再生时有火灾危险； 6.对某些化合物（如酮类、苯乙烯）吸附时受限；
	旋转式吸附 系统	1.结构紧凑，占地面积小； 2.连续操作、运行稳定； 3.床层阻力小； 4.适用于低浓度，大风量的废气处理； 5.脱附后废气浓度浮动范围小；	1.对密封件要求高，设备制造难度大、成本高； 2.无法独立完全处理废气，需要与其它废气处理装置组合使用； 3.不适合含颗粒物状废气，对废气预处理要求高；
燃 烧 技 术	TO/TNV	1.污染物适用范围广； 2.处理效率高（可达95%以上）； 3.设备简单；	1.操作温度高，处理低浓度废气时运行成本高； 2.处理含氮化合物时可能造成烟气中NOx超标； 3.不适合含硫、卤素等化合物的治理； 4.处理低浓度VOCs时燃料费用高；
	CO	1.操作温度较直接燃烧低，运行费用低； 2.相较于TO，燃料消耗量少； 3.处理效率高（可达95%以上）	1.催化剂易失活（烧结、中毒、结焦），不适合含有S、卤素等化合物的净化； 2.常用贵金属催化剂价格高； 3.有废弃催化剂处理问题； 4.处理低浓度VOCs时燃料费用高；
	RTO	1.热回收效率高（>90%），运行费用低； 2.净化效率高（95%~99%）； 3.适用于高温气体；	1.陶瓷蓄热体床层压损失且易阻塞； 2.低VOCs浓度时燃料费用高； 3.处理含氮化合物时可能造成烟气中NOx超标； 4.不适合处理易自聚化合物（笨乙烯等），其会发生自聚现象，产生高沸点交联物质，造成蓄热体堵塞； 5.不适合处理硅烷物质，燃烧生成固体尘灰会堵塞蓄热陶瓷或切换阀密封面；
	RCO	1.操作温度低，热回收效率高（>90%），运行成本较RTO低； 2.高去除率（95~99%）	1.催化剂易失活（烧结、中毒、结焦），不适合含有S、卤素等化合物的净化； 2.陶瓷蓄热体床层压损大且易阻塞； 3.处理含氮化合物时可能造成烟气中NOx超标； 4.常用贵金属催化剂成本高； 5.有废弃催化剂处理问题； 6.不适合处理易自聚、易反应等物质（笨乙烯），其会发生自聚现象，产生高沸点交联物质，造成蓄热体堵塞； 7.不适合处理硅烷物质，燃烧生成固体尘灰会堵塞蓄热陶瓷或切换阀密封面；
其他组合技术	沸石浓缩转 轮+ RTO/CO/RCO	1.去除效率高； 2.适用于大风量低浓度废气； 3.燃料费较省； 4.运行费用较低；	1.处理含高沸点或易聚合化合物时，转轮需定期处理和维护； 2.处理含高沸点或易聚合化合物时，转轮寿命短； 3.对于极低浓度的恶臭异味废气处理，运行费用较高
	活性炭+CO	1.适用于低浓度废气处理； 2.一次性投资费用低； 3.运行费用较低； 4.净化效率较高（≥90%）	1.活性炭和催化剂需定期更换； 2.不适合含颗粒物状废气； 3.不适合处理含硫、卤素、重金属、油雾、以及高沸点、易聚合化合物的废气； 4.若采用热空气再生，不适合环已酮等酮类化合物的处理

各类技术都有其一定的适用范围，其对废气组分及浓度、温度、湿度、风量等因素有不同的要求，因此在选用治理技术时，应仓技术可行性和经济性多方面进行考虑。

综上，根据多年的工程实践经验，具体处理技术建议如下：

（1）柔板印刷、涂布、上光等常温VOCs废气的处理

柔板印刷、涂布、上光等常温VOCs废气的处理建议采用“吸附浓缩+燃烧”或“燃烧”的工艺进行处理。目前较为成熟的技术路线为“活性炭吸附/沸石分子筛吸附浓缩+RTO”工艺。

（2）柔板印刷、涂布、上光等烘干高温高浓度VOCs废气的处理

柔板印刷、涂布、上光等烘干高温高浓度VOCs废气的处理建议采用“燃烧”的工艺进行处理。目前较为成熟的技术路线为“减风增浓+RTO/RCO”。

（3）其他

①调配、清洗等工序产生的无组织废气经收集后建议采用“活性炭吸附浓缩+燃烧”或其他等效的方式进行处理。也可以与印刷、涂布、上光等废气合并处理。

②间歇式、小风量废气可采用活性炭吸附等治理工艺进行处理，根据VOCs处理量、活性炭处理能力等对活性炭进行定期再生或更换。

（4）非正常工况

①VOCs治理设施发生故障时，或由于非正常工况所产生的废气超出治理设施处理能力时，对应的生产设备或工艺操作应立即停止，敞开的墨槽、胶槽等应采取措施进行封盖，待治理设施或生产设施恢复正常后，再开始生产。

②做好非正常工况相关记录。

3、排放限值

车间或生产设施排气筒排放的VOCs废气，以及厂界、厂区VOCs无组织废气应符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）、《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822-2019）限值要求。有更严格的地方标准的，执行地方标准。

4、台账记录

（一）生产设施运行管理信息

①产品产品信息：主要产品产品按照订单或班次进行记录，每笔订单或每班次记录一次。

②原辅材料信息：含VOCs原辅材料的名称、VOCs含量、采购量、使用率、库存量，按照购买批次记录，每批次记录一次。

（二）污染治理设施运行管理信息

①有组织废气治理设施：废气处理设施进出口的监测数据。废气处理设施关键参数。废气处理设施相关耗材的更换、购买、处置记录。

②无组织废气排放控制：无组织废气收集系统及控制措施运行、维护、管理等信息，记录频次原则上不低于1次/d。

6、结论

（1）VOCs的全过程控制需从源头削减、过程控制和末端处理等三个方面进行。

（2）金属包装印刷VOCs的处理最有效的技术是燃烧工艺。

参考资料

1. 杨莉娴，黄萍，赵建国等. 我国印刷业VOCs污染状况与控制对策 [J].包装工程，2012（3）:125-131

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