熱轉印材料行業的VOCs治理分析

黃舜攀

（廣東智環創新環境科技有限公司，廣東 廣州 510045）

引言

VOCs即揮發性有機化合物，是室溫下飽和蒸汽壓達到133.32帕以上，使有機化合物轉變為氣態分子，進而在空氣中逸散。VOCs種類繁多，極其容易對環境造成光化學污染、霧霾天氣，諸如甲醛、苯、氯乙烯等VOCs，如果長期暴露，則容易對人體產生致癌效應、基于此，對熱轉印材料行業的VOCs治理研究具有現實意義。

1 熱轉印材料行業VOCs的產生源

在熱轉印材料行業中，VOCs的產生源集中在材料投放、化料研磨、中轉、涂布烘干、清洗等工序。

1.1 材料投放

熱轉印材料行業中用量較大的溶劑通常都是罐儲，材料主要通過管道進行輸送，其它助劑、樹脂、顏料等則需要由人工通過投料口進行添加，此時溶劑料桶打開、設備投料口打開的過程，均會有VOCs產生。

1.2 化料研磨

配制完成后的料需要將其放置到化療釜中進行集中混合、均勻攪拌，接著利用研磨機進行研磨，直到基料粒度符合使用要求，而研磨的過程也會產生些許VOCs[1]。

1.3 中轉過程

多數已經配制完成的物料均需要經過管道，直接輸送到涂布機的料槽內，但也有少數特殊料型需要由人工實施轉運，所以，作業人員將物料投入料桶、加入涂布料槽的過程，均會有不同量的VOCs產生。

1.4 涂布烘干

當物料配制完成之后，通常情況下都是利用布頭將其均勻涂抹在聚酯薄膜表面，使之覆蓋一層料膜，接著由傳送裝置將聚酯薄膜送入烘干系統，由系統自動實施烘干，然后作業人員只需要收卷、分切、包裝即可[2]。而涂布、烘干兩個環節均會產生大量的VOCs，但由于溶劑揮較快，涂布過程與烘干過程中污染是在密閉空間集中產生的，所以VOCs收集起來比較便利。

1.5 清洗過程

在熱轉印材料生產過程中，一旦需要切換產品，那么諸如料桶、料缸、料泵、拉缸、涂布機料槽等均需要進行一次徹底的清洗，而且對涂布機網輥也同樣安排人員定期做好清洗，所以器具清洗工序產生的VOCs也是非常嚴重的。

2 熱轉印材料行業VOCs治理的實踐策略

2.1 過程控制

在熱轉印材料行業中，每一個生產環節均有不同量的VOCs產生，所以必須從過程控制入手，始終堅持應收盡收、分質收集的基本原則，針對廢氣收集精心設計完善的收集系統，從而徹底擺脫以往的無組織排放，逐步構建有組織的排放控制模式[3]。在選用全密閉集氣罩、密閉空間時，必須檢查其是否處于微負壓狀態；倘若應用局部集氣罩，則要將距離集氣罩開口面最遠的位置確定為VOCs無組織排放位置，將風速控制在0.3 m/s以上。

2.1.1 投料中轉預防

熱轉印材料生產過程中，通過會應用到很多不同種類的物料，而含有VOCs，而VOCs治理最具難度的環節便是材料投放、中轉。一些用量較大的溶劑大多采取罐儲，通過管道進行輸送，這樣一來，能在一定程度上降低材料投放環節造成的VOCs逸散量；針對桶裝且含有VOCs的物料，建議加料的過程中首選泵入、真空吸收的方式，倘若是小批量料型、特殊料型的生產，建議以密閉料桶進行中轉，轉移途中保持容器口緊封。

2.1.2 工藝過程控制

在裝料階段，需要依托自動化控制系統來進行，此設備除了投料、采樣兩個環節，其它工序均保持完全密閉狀態。研磨工序也是如此，一定不能使用敞口的立式磨砂機，以密封式臥式磨砂機作為首選。值得注意的是，由于配套使用的拉缸無法做到完全密閉，所以在生產環節，需要操作人員基于操作特點、容器特性進行合理地設計及加工，打開時面積盡量控制到最小，同時利用薄膜進行覆蓋，這樣也可以達到一定的封閉效果[4]。涂布工序是生產過程中VOCs揮發量最大的，應設置單獨的涂布間，并保證該空間的密閉性，料槽、涂布頭也需要做好二次密閉。

2.1.3 清洗控制

在清洗料桶、料泵、拉缸、網輥的過程中，需要在專門的密閉式清洗間內進行，杜絕在其它作業區域進行，這樣就可以及時收集排出的VOCs，經過廢氣處理系統實施集中處理。此外，在清洗涂布機料槽的過程中，需要讓涂布間升始終處于密閉狀態，而且檢查好涂布工序的集氣系統運行是否穩定，確認無誤后方可著手清洗工作。

2.1.4 裝卸儲存控制

針對日常生產環節用量較大的溶劑，最好使用密封儲罐、氮封進行儲存，這樣就可以將VOCs物料的小呼吸損耗控制到最低，而且有助于阻絕氧氣，起到了良好的靜電控制效果。灌裝儲存的溶劑需要以罐車通過底部裝載的方式進行運輸，溶劑輸送時一律通過密封管道。其它類型的、含有VOCs的物料一律采用桶裝密封的儲存方式，在使用后如果出現剩余，則要將剩余物料加蓋密封嚴實，使之始終保持潔凈[5]。原料轉移是需要特別注意的環節，不得在原料使用作業區外進行、不得敞口進行。堅持按需采購，有效控制可揮發性原料的庫存，而且這類原料盡量控制使用頻率，以即買即用、零庫存管理為終極管理目標。

2.2 末端治理

現階段，各個行業領域針對VOCs治理已經研發出一些有效處理辦法，且在長期應用中逐漸走向成熟，具有極強的適用性，在末端治理方面發揮出顯著應用優勢。

2.2.1 冷凝法

不同種類的有機物在不同溫度下呈現出飽和蒸汽壓通常會存在一定差異，冷凝法正是利用此種差異，利用冷凝器將有機物冷凝成為液體狀態，進而從氣相中分離出來，此種方法適用于處理VOCs流量在300 m3/h的氣體以及成分單一且回收利用價值高的高濃度有機廢氣。雖然冷凝法在實際應用中表現出極高的凈化程度，到因為操作流程繁瑣、存在難度，常溫冷卻水的冷凝效果不夠理想，通常要應用冷卻水實施降溫處理，如果氣體濃度較低的情況下，不僅一次性投資高，而且需要投入的運維成本也相對較高。也正因為如此，冷凝法多作為前置處理措施，應該用于吸附法、膜分離等處理方法之前，以此來達到回收VOCs的目的，有效降低后續處理的負荷，諸如表面冷凝、接觸冷凝都是應用比較普遍的冷凝法。

2.2.2 吸收法

吸收法主要分為物理吸收、化學吸收兩種手段，其中前者是根據物理性質差異實現分離，結合相似相溶、溶解度的基本原理，應用與VOCs性質類似的非極性、弱極性的吸收劑，此類吸收劑通常有著高沸點、低揮發的特點，外化學性質相對穩定，可以進行長期使用，諸如礦物油、水型復合溶劑、高沸點有機溶劑等屬于應用比較普遍的吸收劑，針對易溶于水的VOCs一般需要應用水相、液相的有機物溶劑實施物理吸收，其余性質的VOCs則需要應用酸液、堿液的溶劑實施化學吸收即可[6]。吸收法的應用優勢在于操作便捷、回收率高、適用范圍廣、工藝成熟，但是在吸收劑選擇、富吸收劑處理方面也存在一定難度，倘若未能妥善處理，極其容易導致二次污染。此外，從技術層面而言，盡管吸收法有著顯著的實踐價值，但如果要大范圍內實施VOCs的廢氣治理，通常需要耗費大量的水資源，所以吸收法僅適用于小范圍的VOCs治理。

2.2.3 吸附法

吸附劑本身是具備吸附功能，此種方法就是利用這種功能對氣體中的VOCs進行選擇性分離，對于風量大、溫度低、濕度低、濃度低的VOCs氣體回收處理有著極強的適用性。吸附法在實際應用中，具有去除效果理想、能耗較低、無毒無害、技術成熟等優勢，但是由于設備體積偏大，對于空間要求較高，而且工藝比較復雜。吸附法分為許多種，比如流動床吸附、固定床吸附、濃縮輪吸附等，針對表面存在分子引力、化學鍵能的固體，可利用有機物分子，將固體表面的廢氣吸附、富集起來，這里提及的有機分子就是吸附劑，比如活性炭、硅膠、沸石、纖維結構合成材料等。

2.2.4 膜分離法

此種方法是從海水淡化研究的高效分離方法中演變而來的，屬于選擇性透過技術。具體而言，各種氣體分子在通過選擇性膜的過程中，表現出的擴散滲透率是存在差異的，在膜兩側一旦施加一定推動力，有機選擇滲透膜便會把氣體分為兩種物流，無法通過膜的氣體就是已經脫除VOCs的潔凈空氣，被順利排放，通過膜的有機氣體則會受到循環式冷凝處理。膜分離法適用于濃度達到1 000 mg/m3的VOCs氣體，所產生的回收處理效果比較理想，回收率至少可以達到90%。運行效果良好、無二次污染是膜分離法在實際應用中的顯著優勢，而且回收完成的VOCs無需要進行后期處理[7]。但是此種方法所應用到的設備普遍造價較高，但是國家在此方面給予了諸多支持，使得此項技術逐步走向成熟，設備價格更加趨于合理，因此未來膜分離法的應用前景非常廣闊。

2.2.5 直接燃燒法

直接燃燒法也可以叫做直接火焰燃燒法，主要是對熱轉印材料生產時所排放出來的VOCs作為燃料實施燃燒處理，適用于VOCs濃度高、熱值高、不可回收利用的廢氣，燃燒溫度一般需要保持在1 100攝氏度。此種方式在實際使用時，需要以燃燒爐窯、專用燃燒器作為輔助設備，該技術的不足之處在于過高的燃燒溫度必然會有大量氮氧化物生成，存在著二次污染問題，外加有明火，不適合在易燃易爆介質多的空間內使用。

2.2.6 熱力焚燒法

如果可燃性VOCs濃度相對偏低的情況下，此時應該利用燃料達到輔助燃燒的目的，此方法就是熱力焚燒法。輔助燃料可以將氣體的燃燒溫度大幅度提升，從而將VOCs氣體氧化無害組分對應溫度，比如氮氣、二氧化碳等，可以說，VOCs就如同助燃氣體、燃燒對象一般。經過長期的VOCs治理實踐，結果顯示蓄熱式氧化焚燒技術的應用效果作為理想，此種方法在處理VOCs的過程中，主要是利用VOCs能和氧氣反應，將其轉化為水、二氧化碳，進而釋放出大量熱能，只需要對這些熱能進行回收便可實現二次利用[8]。這一技術的不足在于，進口部位極其容易被鹽類物質堵塞，氣動閥門因為長期操作故障頻發，而且VOCs焚燒處理時容易生成有毒氣體。

2.2.7 放電等離子體法

此種方法因在有害氣體處理上表現出的良好效果，所以已經得到國際公認，主要是利用高壓放電得到等離子體，這樣就能獲得大量的活性粒子、高能電子，對于C-H、C-C鍵可以起到一定的破壞作用，促進污染物的置換反應，最終生成二氧化碳和水。曾有研究人員利用脈沖電暈法對含苯廢氣進行了一次治理實驗，將電壓設定為140 kv，接著進行混合電暈，此時所去除的苯超過82.7%。可見，對于濃度較低的有機廢氣，采用放電等離子體法處理是具備可行性的。再比如熱離子體的PFCs裂解實驗，依托技術加持，能夠對污染物造成96%以上的破壞度。還有利用此項技術進行脫色處理，等待兩個小時之后，脫色率大約能達到99%。放電等離子體法的不足之處在于氧化不夠徹底，所消耗的能力非常高，而且降解產物的成本比較復雜，甚至容易帶來二次污染。

2.3 精細管控

現階段，部分熱轉印材料企業存在著VOCs無組織排放的現象，比如工藝無組織排放、儲罐呼吸與泄露的逸散、原材料裝卸環節的逸散、污水處理環節的逸散、生產設備泄漏、采樣過程的排放、冷卻水系統的釋放、突發事故的排放、固體物料堆放的釋放等。面對上述現象，企業必須從實際情況出發，精心編制污染防治方案，將VOCs治理落實落細。首先，以環境影響評價文件、排序許可證為依據，梳理VOCs產生源，并整理為清單，這樣才能針對性地實施污染防治策略，加強日常管控，提高治污管控的精準度。其次，根據《揮發性有機物無組織排放控制標準》的具體要求，邀請專業檢測機構定期進行泄漏檢測、維護檢修的工作，針對直接關系到VOCs泄漏問題的設備、管線組件，逐一進行識別，并將識別結果儲存在檔案中，為后續的檢測、修復提供信息依據[9]。最后，關注車間、密閉間的密閉性，除作業人員進出、物料運輸之外，其余時間必須要保證門窗是處于完全封閉，如果發現管道穿墻、設備改造挖洞、老化破損漏洞等問題，應第一時間安排技術人員予以修復。

工藝改進也是精細管控不可忽視的環節，強調基于現有生產工藝實施調整優化，在生產前期有效控制VOCs的產生源。基于此，建議從工藝設備改進入手，全面使用全自動密閉一體化生產技術，根據自身經濟條件逐步采購新設備，用于替換現有的設備、裝置將廢氣的產生量控制到最少。以無泄漏泵為例，其在實際應用中讓生產工藝得到優化，有機溶劑的用量大大減少，因此揮發性有機物的產生量也是有限的。

3 結語

綜上所述，在熱轉印材料行業中，VOCs排放一直都是環境保護方面的薄弱環節，受到社會各界的高度重視，VOCs的產生源頭集中在材料投放、化料研磨、中轉、涂布烘干、清洗等工序，當前尚無法通過源頭替代的方式對VOCs排放加以控制，因此必須著眼于過程控制、末端治理、精細管控的途徑，特別是末端治理，涉及到冷凝法、吸收法、吸附法、膜分離法、直接燃燒法、熱力焚燒法、放電等離子體法等多種方法，企業可以根據生產現狀以及VOCs治理需求，審慎選擇、積極采取治理方法，力求取得理想化的末端治理成效，持續強化VOC整體治理水平，促使管控能力得到進一步提升，逐步推動熱轉印材料行業走上綠色化之路，為構建環境友好型社會貢獻力量。