包裝印刷業VOCs 排放現狀與減排對策分析—以云南省某市為例

陳 鑫，胡樂兵，包 云，鄧 鑫

（云南省生態環境科學研究院，云南省重金屬污染控制工程技術研究中心，云南 昆明 650034）

0 引言

云南省地處中低緯高原地區，較平原地區接收到更多紫外輻射有利于臭氧的產生[1]。近年來云南省空氣優良天數比率穩中有增，但隨著城市建設和社會經濟快速發展，2021年云南省空氣質量輕度污染天氣發生78d，其中以臭氧為首要污染物的超標天數24d，占超標天數的30.8%，相對于2020年O3污染首要占比19.10%顯著增加[2]。全省空氣污染由煤煙型污染轉化為以顆粒物和臭氧為特征的復合型污染[3]。

VOCs 來源廣泛，主要分為自然源及人為源，其中人為源主要包括工業源、農業源、交通源和生活源4 類[4]。揮發性有機物（VOCs）在污染環境的同時，參與大氣光化學反應，是對流層中臭氧（O3）和二次有機氣溶膠（SOA）的重要前體物[5-7]。據梁小明等人的研究，2018 年我國工業源VOCs 排放量為12698 kt，其中含VOCs 產品的使用環節VOCs 排放量為7478 kt；該環節中印刷核包裝印刷業是除工業涂裝外第二貢獻大的行業，排放量達1384.93kt[8]。印刷與包裝印刷業涉及油墨、潤版液、清洗劑、膠粘劑等大量含VOCs 原輔材料的使用，有機溶劑極易揮發到環境中，造成大氣環境污染同時危害人體健康[9,10]。

我國于2014 年發布《大氣揮發性有機物源排放清單編制技術指南（試行）》文件，對VOCs 源清單編制進行相關指導，相關學者相繼開展VOCs 排放清單編制工作。目前，我國學者多以區域為研究對象，采用排放因子法對工業源VOCs 排放量、空間分布特征進行研究[11-14]。印刷與包裝印刷業作為云南省VOCs 排放重點工業源之一，不同于京津冀地區印刷企業以包裝印刷和出版物印刷為主[15]，云南省印刷企業VOCs 排放以煙標印刷企業為主，目前云南省缺乏具體城市印刷及包裝印刷行業VOCs 排放特征研究及排放量核算研究。

本文以云南省某市包裝印刷行業為研究對象，對大型包裝印刷企業進行實地調研，在典型包裝印刷企業末端處理設施改造及其改造前后污染物排放量減排核算基礎上，對該市包裝企業VOCs減排空間進行估算，旨在為云南省包裝印刷業VOCs減排、合理選擇排放控制技術及后續地方標準的制定提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 研究對象

印刷是使用模擬或數字的圖像載體將呈色劑/色料轉移到承印物上的復制過程。印刷行業在調墨、供墨、設備清洗、印刷、烘干、膠黏等生產過程，因有機溶劑大量使用會產生VOCs，由于VOCs散逸點位多，企業環境管理水平薄弱，導致印刷與包裝印刷企業VOCs無組織排放量較大。印刷與包裝印刷行業生產工藝流程及主要VOCs產生環節如圖1所示。

圖1 印刷與包裝印刷行業生產工藝流程及主要VOCs產生

基于2021年包裝印刷行業VOCs基礎數據，對該市98家包裝印刷企業進行調查，其中，包裝裝潢及其他印刷共計53家，書、報刊印刷9家、本冊印制2家，其它諸如塑料金屬制品等承制物印刷共計34家。調查了各企業有機原輔材料使用情況、VOCs含量及末端治理設施等，同時獲取了該地區包裝印刷企業的活動水平、本土排放因子等數據。

1.2 排放量估算數據來源

研究中所使用的排放量估算數據主要通過以下幾種方式獲得：①通過98家企業問卷調研所獲得數據；②對9家排放量＞20 t包裝印刷企業現場調研所獲得數據；③官方網絡所公布統計年鑒的統計信息。

1.3 排放量估算方法

包裝印刷業VOCs排放主要來源于含VOCs原輔材料使用。采用排放因子法計算VOCs排放量，計算公式如式（1）所示。

式中：E—VOCs排放量，kg；Pi—有機原輔材料i對應的VOCs排放系數，kg/t（以有機溶劑使用量記）；Mi—有機溶劑i的使用量，t；ηj—工段j控制技術的平均去除效率，%；αj—工段j廢氣收集效率，%。廢氣收集效率和去除效率根據各企業實際情況調研確定。

2 調研城市包裝印刷行業VOCs 排放現狀

2.1 調研城市包裝印刷企業VOCs排放量估算

對調研城市98家包裝印刷企業進行問卷調研，對9家排放量在20 t以上的重點企業進行實地調研。調研內容包括各類含VOCs原輔材料使用量、各類原輔材料VOCs含量、涉VOCs使用過程末端治理設施的安裝率、去除率。

結果表明，該市98家包裝印刷企業中無處理設施企業32家，對剩余66家企業處理設施統計如圖2所示。由圖2可知，該市包裝印刷企業主要采用活性炭吸附法和低溫等離子體法作為末端凈化手段，兩者占比共計69.69%。活性炭吸附法及低溫等離子體法存在工藝簡單、前期投入成本低的優點；低溫等離子體法存在處理效率低，對VOCs分解不確定的問題[16]。活性炭吸附法需要活性炭吸附飽和后及時更換，且包裝印刷行業吸附VOCs后的廢活性炭為危險廢物，后期維護成本較高，而該市部分企業缺乏后期活性炭更換及維護臺賬。2家企業采用“負壓收集+沸石轉輪濃縮+蓄熱式熱力焚化爐（RTO）”技術，其余企業廢氣收集未能做到負壓收集且處理方式低效。

圖2 調研城市包裝印刷行業VOCs治理情況

該市98家包裝印刷企業原輔材料使用情況及VOCs含量信息如表1所示。根據式（1）計算調研城市9家排放量20 t以上重點包裝印刷企業排放因子、排放量及減排空間，結果如表2所示。

表1 包裝印刷調研企業含VOCs原輔材料概況

表2 VOCs排放量大于20t包裝印刷企業VOCs排放因子及排放量

由表2得知，該市各企業間排放因子有顯著差異，主要原因為原輔材料使用類型配比及末端處理技術不同。整體而言，源頭替代方面調研中調研城市大型包裝印刷企業均有水性原輔材料對溶劑型材料不同程度的替代，末端治理技術方面大型煙標企業普遍采用活性炭吸附技術，企業2、3使用“沸石轉輪濃縮+蓄熱式熱力焚化爐（RTO）”進行末端治理。相同原輔材料使用及末端治理技術企業，其排放因子區別主要取決于原輔材料使用配比，稀釋劑及乙醇使用量增加將導致排放因子增加。

核算該市2021年印刷與包裝印刷業主要原料用量及處理工藝后，計算出VOCs產生量4060.01 t。

2.2 典型企業VOCs減排情況分析

煙標生產的兩大主要工藝為凹版印刷和膠版印刷，其中，凹版油墨主要以溶劑型油墨、水性油墨為主，膠版印刷主要以紫外光固化（UV）油墨為主[17]。對該市一家專業卷煙煙標專用紙生產企業進行調研，該公司配置有10臺凹版印刷機、1臺膠版印刷機及燙金模切機等設備。從圖3企業主要生產環節及VOCs排放環節可以看出，在印前油墨調配，印中印刷、烘干，印后上光、膠定及烘干等環節均有VOCs排放。

圖3 典型企業主要生產環節及VOCs排放環節

有機廢氣治理設施改造前項目采用的是集氣罩加活性炭吸附工藝，改造后公司對凹印機及膠印機烘干廢氣采用“負壓收集+沸石轉輪濃縮+蓄熱式熱力焚化爐（RTO）”，如圖4所示。改造后，生產線產生廢氣通過預處理設備進行降溫、過濾后進入濃縮機，大部分廢氣經濃縮機的吸附區凈化后排放到大氣中。剩余廢氣經過冷卻區和脫附區濃縮成高濃度廢氣進行VOCs 脫附，混合箱利用RTO高溫煙氣加熱脫附氣體。濃縮廢氣通過主風機的增壓進入RTO，RTO燃燒器根據VOCs的濃度變化（反映為溫度變化）自動調節天然氣的供應量，維持熱平衡。經過RTO氧化處理的凈化廢氣通過排氣筒達標排放到大氣中。

圖4 改造后有機廢氣處理工藝簡圖

改造前后揮發性有機物減排效果如表3所示，改造前VOCs排放量為90.12 t，改造后排放量為17.20 t，減排量為72.92 t。

2.3 調研城市包裝印刷業VOCs減排控制對策

（1）采用低揮發性有機原輔材料。在改造方面水性油墨較普通油墨單價高約10%～15%，企業改溶劑型油墨生產線為水性油墨生產線將涉及生產線改造升級，如生產線烘干系統升級費用約為5～10 萬/條。優化生產工藝使用水性油墨等低揮發性原輔材料，從源頭上減少VOCs 排放。包裝印刷行業實現VOCs 減排的同時，會在不同程度上增加企業的治理成本，整體而言，通過源頭改造措施可減少油墨、潤版液、清洗劑的用量，原輔材料總體成本可持平或略有上升，在企業可承受范圍內。

（2）加強無組織排放管理。提高生產過程中的無組織揮發性有機物收集，能進行VOCs密閉和廢氣收集的進行密閉操作，無法進行密閉操作的，盡量采用減排或局部密閉方式減少VOCs逸散。就該城市過程管理方面，不少企業已采用集中供墨系統，可節省油墨使用3%～8%。

（3）對VOCs 排放量大的企業進行廢氣深度治理。末端治理技術改造上，吸附脫附回收技術，建設投資200～500 萬元不等，RTO 建設費用300～500 萬元不等，單純更換式活性炭裝置一般投資30～60 萬元。基于典型案例進行過程控制及末端處理后可以計算出，采用末端治理改造技術后企業排放因子下降了80.92%，參照典型企業改造方案，該市排放量＞20 t 的包裝印刷企業可削減949.98 t VOCs 排放。采用末端治理技術改造的企業應加強凈化設施的維護和保養，防治VOCs 廢氣泄漏，確保設施的正常運轉。

3 結論

（1）包裝印刷業是該市重要支柱產業之一，2021年該市包裝印刷業有機原輔材料消耗量約為14913.38 t，VOCs排放因子為272.24 kg/t，VOCs排放量約為4060.01 t。

（2）從VOCs 排放因子來看該市各企業間排放因子有顯著差異，主要原因為原輔材料使用類型配比及末端處理技術不同，大型包裝印刷企業產值與排放因子呈負相關，說明隨著企業產值規模增加，企業在環保投入上有所增加，導致企業排放因子降低。調研城市排放量＞20 t 的包裝印刷企業通常為大型煙標印刷企業，其原輔材料配比基本已完成優化。

（3）典型企業進行過程控制及末端處理后，企業排放因子下降80.92%，參照典型企業改造方案，該市排放量＞20 t的包裝印刷企業可削減949.98 t VOCs排放。對于中小型排放企業通過源頭改造措施可減少油墨、潤版液、清洗劑的用量，原輔材料總體成本可持平或略有上升，在企業可承受范圍內。

（4）優化涉VOCs 原輔材料使用類型及品質，提升末端治理措施效率。科學涉VOCs 原輔材料使用配比，減少高VOCs 含量的原輔材料稀釋劑的使用，均可有效降低該市包裝印刷行業VOCs排放量。整體而言，大型企業優化過程控制及末端處理技術，小型企業優化涉VOCs 原輔材料使用類型及品質是控制調研城市包裝印刷業VOCs減排的最佳選擇。