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包裝印刷是以美化、識別、宣傳商品為主要目的而采用的印刷方式和印后加工處理技術，是應用一般印刷技術成果，在一般印刷技術的基礎上發展起來并形成一個新的印刷工業體系。因此，包裝印刷不僅是現代包裝的重要組成部分，而且也是印刷技術領域的一個新的分支，成為中國一個舉足輕重的行業。

包裝印刷行業在生產過程中使用的溶劑型油墨，油墨含有50%～60%的揮發性組分；調整油墨粘度所需的稀釋劑更增加了有機廢氣的排放。在印制品干燥時，油墨所散發的揮發性組分的總含量占70%～80%，會有大量乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯以及甲苯、二甲苯等有機氣體揮發排放，對周邊環境和人體健康有很大危害。因此，有效治行業大氣污染已經成為亟待解決的重要問題。

1.2 生產工藝及廢氣來源

印刷工藝主要有平版印刷、凸版印刷、凹版印刷和孔版印刷。不同印刷工藝的VOCs來源和排放方式基本相同：VOCs來源于所使用的油墨及稀釋劑、復合用膠黏劑及設備清洗劑，可能的排放途徑有：油墨調配過程溶劑揮發、印刷過程油墨溶劑揮發、烘干階段、復合過程及設備清洗過程等。印刷生產工藝流程及主要VOCs排放環節如圖1所示：

圖1印刷生產工藝流程及主要VOCs排放環節

平版印刷企業所使用的油墨包括溶劑型油墨、植物大豆油墨、UV固化油墨和水性油墨，其中溶劑型油墨揮發性有機化合物含量較高，是平版印刷企業主要的VOCs排放源。此外，平版印刷在生產過程中所使用的有機溶劑型洗車水及潤版液等也是VOCs排放源之一。

凸版印刷通常用于產品包裝印刷，對于色彩要求不高的瓦楞紙包裝箱產品一般使用水性油墨，幾乎不存在VOCs排放，對于色彩鮮艷的薄膜制品則一般使用醇溶性油墨，印刷過程產生VOCs污染。

凹版印刷廣泛應用于包裝和特殊產品印刷領域，適用于薄膜、復合材料及紙張等介質，通常使用低粘度，高VOCs含量的油墨，印刷過程產生大量的VOCs，且成分復雜。

孔版印刷VOCs主要來源于油墨及清洗劑，使用溶劑型油墨時VOCs排放濃度相對較高。

復合工藝是指使用膠黏劑將不同的基材通過壓貼粘合形成二種或多種材料的組合的一種印后加工方式。包含干式復合、濕式復合、擠出復合、熱熔復合等工藝，其中干式復合工藝需要使用大量的膠黏劑和稀釋劑，VOCs排放量較大，且成分單一。

1.3 有機廢氣排放特性

印刷工藝與含VOCs原輔材料及VOCs排放特征見表1：

表1 印刷工藝與VOCs排放特征

目前來說油墨分為酯溶性油墨和醇溶性（也稱為水溶性）油墨，基于大部分標簽的材料為PVC，酯溶性油墨占據比例較大，酯溶性油墨中會含有乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚、異丙醇等組分，且耗量較大，而醇溶性油墨中大部分溶劑為乙醇。

印刷工藝過程中的排放特征是濃度低、風量大，濃度范圍主要在300～800mg/m3之間，每臺印刷機的排風量大約在30000～50000m3/h左右。由于其油墨組分多，故VOCs排放成分復雜。

干式復合工藝過程中的排放特征是濃度較高，風量相對較低，濃度范圍在1000～3000mg/m3。之間，并且由于粘膠劑配方單一，故排放VOCs成分簡單，為單一的乙酸乙酯。近年來，包裝行業內對于環保生產越來越重視，有意識采用水溶性復合膠水代替傳統乙酸乙酯膠水，隨著環保型原料的技術進步，復合生產的VOCs排放有望在不遠的將來得到徹底改善。但就目前來說，乙酸乙酯膠水復合仍然是主要的生產方式。

以上兩種工序排放的溶劑氣體均易于吸附：溶劑的使用量大，環境污染嚴重，急需治理。

2治理方案選擇

2.1 常見處理方法比較

選擇有機廢氣處理方法，總體上應根據以下因素：有機污染物質的類型、有機污染物質濃度水平、有機廢氣的排氣溫度、有機廢氣的排放流量、微粒散發的水平、需要達到的污染物控制水平。

有機廢氣的處理方法種類繁多，特點各異，常用的有冷凝法、吸收法、燃燒法、催化法、吸附法、低溫等離子、生物法、蓄熱式氧化法等（見圖2）。

1）冷凝法：將廢氣直接冷凝或吸附濃縮后冷凝，冷凝液經分離回收有價值的有機物。該法用于濃度高、溫度低、風量小的廢氣處理，但此法投資大、能耗高、運行費用大，不適用于低濃度、大風量的包裝印刷尾氣治理。

2）吸收法：可分為化學吸收和物理吸收，一般不采用化學吸收。物理吸收是選用具有較小的揮發性的液體吸收劑，它與被吸收組分有較高的親和力，吸收飽和后經加熱解析冷卻后重新使用。該法用于大氣量、溫度低、濃度低的廢氣，裝置復雜、投資大，吸收液的選用比較困難，液體吸收法凈化率只有60%～80%，這種方法實際應用存在吸收效率不高，一般難以達到國家排放標準，而且存在著二次污染問題。

3）直接燃燒法：利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度（700～800℃），駐留一定的時間，使可燃的有害氣體燃燒。該法工藝簡單、設備投資少，但能耗大、運行成本高。對于處理低濃度、大風量的包裝印刷尾氣，選擇直接燃燒法太不經濟，而且浪費能源。

4）催化燃燒法：將廢氣加熱到200～300℃經過催化床, , , 燃燒，達到凈化目的。該法能耗低、凈化率高可達95%、無二次污染、工藝簡單操作方便。適用于小風量、高溫、高濃度的有機廢氣治理，不適用于低濃度、大風量的包裝印刷尾氣治理。

5）吸附法：

①直接吸附法：有機氣體直接通過活性炭，可達到95%的凈化率，設備簡單、投資小、操作方便，但需經常更換活性炭，若無再生裝置，則運行費用太高；因此可用于濃度低、污染物不需回收的場合。

②吸附回收法：有機氣體經活性炭吸附，該法利用活性炭等吸附劑吸附有機廢氣，接近飽和后用水蒸氣反吹活性炭進行脫附再生，水蒸氣與脫附出來的有機氣體經冷凝、分離，可回收有機液體。該法凈化效率較高，但要求提供必要的蒸汽量，適用于低濃度、大風量的包裝印刷尾氣治理。

③吸附——催化燃燒法：應用新型活性炭（多為蜂窩炭或纖維炭）吸附濃縮低濃度的有機廢氣，吸附接近飽和后引入熱空氣加熱活性炭，使有機廢氣脫附出來進入催化燃燒床進行無焰燃燒凈化處理，熱氣體在系統中循環使用或增設二級換熱器進行熱能回收。該法將低濃度的有機廢氣通過活性炭將其濃縮成高濃度的有機廢氣再通過催化燃燒徹底凈化。但催化劑容易失活，需定期更換催化劑，造成運行費用太高。

6）低溫等離子法：利用介質放電產生的等離子體以極快的速度反復轟擊廢氣中的氣體分子，去激活、電離、裂解廢氣中的各種成分，通過氧化等一系列復雜的化學反應，使復雜大分子污染物轉變為一些小分子的安全物質（如二氧化碳和水），或使有毒有害物質轉變為無毒無害或低毒低害物質。

該法消耗低，具有裝置簡單，易于操作，占地面積小，使用方便等優點，但是在實際應用中存在著凈化效率低的問題。

7）生物法：該法是基于成熟的生物處理污水技術上發展起來，具有能耗低、運行費用少的特點，在國外有一定規模的應用。其缺點在于污染物在傳質和消解過程中需要有足夠的停留時間，從而增大了設備的占地，同時由于微生物具有一定的耐沖擊負荷限值，增加了整個處理系統在停啟時的控制。該法目前在國內污水站廢氣治理中有少量應用，對工業廢氣治理的應用很少。

8）光催化氧化法：該法是通過光催化氧化反應凈化消除揮發性有機氣體。所謂光催化氧化反應，就是讓太陽光或其他一定能量的光照射光敏半導體催化劑時，激發半導體的價帶電子發生帶間躍遷，即從價帶躍遷到導帶，從而產生光生電子（e-）和空穴（h+）。此時吸附在納米顆粒表面的溶解氧俘獲電子形成超氧負離子，而空穴將吸附在催化劑表面的氫氧根離子和水氧化成氫氧自由基。而超氧負離子和氫氧自由基具有很強的氧化性，能使有機污染物氧化至產物二氧化碳和水。利用光催化氧化工藝處理廢氣是一種應用前景非常廣闊的方法。但是目前大多數還在是運用于室內空氣的凈化，主要用于處理低濃度有機廢氣領域，有效運用于較高濃度有機廢氣處理的工業應用還很少，處理效率得不到保證。

9）蓄熱式氧化法：該法是利用天然氣或燃料油燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到825℃，滯留一定的時間（0.5～1秒），使可燃的有害物質進行高溫分解變為無害物質。本法的特點：工藝簡單、去除率高，通過蓄熱材料回收熱量，可以達到90%～95%的熱回收率，運行費用較少，尤其對于一些復雜組分處理效果較好。

圖2 含有機廢氣凈化方法之廢氣流量與濃度范圍

VOCs末端處理技術的優點、缺點和適用范圍，對比如表2。

表2 廢氣末端治理技術對比

2.2 治理方案確定

在包裝生產中，由于干復工藝的廢氣風量小、濃度較高、VOCs排放成分單一，此處廢氣建議采用活性炭纖維吸附+水蒸氣脫附再生回收技術、顆粒活性炭吸附+氮氣保護再生回收技術，將回收的溶劑（乙酸乙酯）經過提純后進行再利用。

對于印刷工藝來說，由于廢氣具有大風量、低濃度、成分復雜不具有回收價值等特點，此處廢氣建議采用旋流板塔+過濾器+沸石濃縮轉輪設備（濃縮倍率5～20倍）+ 蓄熱式焚化爐（RTO）+熱能回用處理后達標排放。每座沸石轉輪濃縮設備可處理風量約100000 m3/h （需視廢氣成分/濃度/性能需求調整），若常溫廢氣風量大，可以并聯沸石濃縮轉輪（使處理風量增加），并藉由此設備本身高濃縮之特性，使脫附后廢氣風量大幅降低，可降低整體系統設置成本及RTO爐操作成本。

對于印刷工藝設備是間歇工作的場合下，此處廢氣建議采用吸附濃縮+催化燃燒+熱能回用處理后達標排放。

2.3 主要設計依據

根據國家及行業相關標準和規范，主要涉及依據如下：

《中華人民共和國環境保護法》；

《中華人民共和國大氣污染防治法》；

《大氣污染物綜合排放標準》 GB 16297-1996；

《惡臭污染物排放標準》 GB 14554-93；

《吸附法工業有機廢氣治理工程技術規范》 HJ 2026-2013；

《催化燃燒法工業有機廢氣治理工程技術規范 》 HJ 2027-2013；

《工業企業噪聲測量規范》GBJ122-88；

《工業與民用供配電系統設計規范》GB 50052-2009；

《通風與空調工程施工質量驗收規范》GB 50243-2002；

北京市地方標準DB11/1201-2015《印刷業揮發性有機物排放標準》；

天津市地方標準DB 12/524-2014《工業企業揮發性有機物排放控制標準》；

上海市地方標準DB 31/872-2014《 印刷業大氣污染物排放標準》；

廣東省地方標準DB 44/815-2010《 包裝印刷行業揮發性有機化合物排放標準 》。

3 技術方案介紹

3.1活性炭纖維吸附+水蒸氣脫附再生回收技術方案

3.1.1方案概述

干復工藝排出的廢氣具有風量小、濃度較高、VOCs排放成分單一等特點，此處廢氣建議采用活性炭纖維吸附+水蒸氣脫附再生回收技術、顆粒活性炭吸附+氮氣保護再生回收技術，將回收的溶劑（乙酸乙酯）經過提純后進行再利用。

從吸附工藝來講，水蒸氣脫附再生回收技術依然是主流技術，工藝不斷得到了不斷完善，故在此處重點介紹。

3.1.2工藝流程

ACF系列活性炭纖維吸附回收有機廢氣裝置設置多個吸附器，共用一套管路系統，運行時吸附器依次進入吸附狀態。有機廢氣經預處理后由吸附器下部進入吸附器內部，穿過活性炭纖維，凈化后的氣體由吸附器頂部排出。當達到動態吸附飽和后，吸附器自動切換到脫附狀態，蒸汽由吸附器頂部進人，穿過活性炭纖維，將被吸附的有機廢氣脫附出來并帶出吸附器進入冷凝器，有機廢氣和水蒸氣的混合物經冷凝流入分層槽，進行分層回收；脫附干凈的吸附器進入干燥再生工序，進入下一個吸附循環。分層槽中的廢水進入污水處理系統。

本處理工藝由6個主要工藝步驟組成：預處理（根據具體工況而定）、吸附、蒸汽脫附、負壓抽干、干燥降溫及計量回收。工藝流程圖如圖3所示：

圖3 炭纖維吸附+水蒸氣脫附再生回收工藝流程

3.2沸石濃縮轉輪設備+蓄熱式焚化爐（RTO）技術方案

3.2.1方案概述

印刷工藝排出的廢氣具有大風量、低濃度、成分復雜不具有回收價值等特點，此處廢氣建議采用旋流板塔+過濾器+沸石濃縮轉輪設備（濃縮倍率5～20倍）+ 蓄熱式焚化爐（RTO）+熱能回用處理后達標排放。每座沸石轉輪濃縮設備可處理風量約100000 m3/h （需視廢氣成分/濃度/性能需求調整），若常溫廢氣風量大，可以并聯沸石濃縮轉輪（使處理風量增加），并藉由此設備本身高濃縮之特性，使脫附后廢氣風量大幅降低，充分收集有機廢氣燃燒產生的熱能，用于裝置運行或為企業提供能源，可降低整體系統設置成本及RTO爐操作成本。

3.2.2工藝流程

（1）預處理

因廢氣中含有一定量易固化雜質具有粘性，若未經去除直接進入吸附裝置，這些易固化雜質極易粘附在吸附材料上，造成吸附材料有效吸附面積降低，甚至造成吸附材料微孔堵塞，嚴重影響吸附效果、增加系統阻力甚至給系統造成安全隱患，因此在進入沸石分子篩前必須有效去除廢氣中的漆霧雜質。因此本工藝在吸附系統前設置旋流板塔+過濾器作為預處理器，利用旋流板塔內水氣噴霧以及過濾器自身的精巧結構高效去除廢氣中的粉塵及塵雜物質，從而確保由風機抽風引入的廢氣中所含塵雜在進入吸附材料前得到有效的攔截過濾。

旋流板塔除塵機制主要是塵粒與液滴的慣性碰撞，離心分離和液膜粘附等。這種塔板由于開孔率較大，允許高速氣流通過，因此負荷較高，處理能力較大，壓降較低，操作彈性較大。旋流塔板葉片如固定的風車葉片，氣流通過葉片時產生旋轉和離心運動，吸收液通過中間盲板均勻分配到個葉片，形成薄液層，與旋轉向上的氣流形成旋轉和離心的效果，噴成細小液滴，甩向塔壁后。液滴受重力作用集流到集液槽，并通過降液管流到下一塔板的盲板區。具有一定風壓、風速的待處理氣流從塔的底部進，上部出。洗滌液從塔的上部進，下部出。氣流與洗滌液在塔內作相對運動，并在旋流塔板的結構部位形成很大表面積的水膜，從而大大提高了洗滌效果。每一層的吸收液經旋流離心作用掉入邊緣的收集槽，再經導流管進入下一層塔板，進行下一層的洗滌除雜塵處理段。循環液應及時排入污水處理設施中并進行補充新鮮水確保其洗滌效果。

旋流塔后端采用過濾器作為第二級預處理設備。其改進后的結構主要由組合濾網+蜂窩活性炭組成。組合濾網層設置有多層過濾材料。進入其中的粉塵顆粒和水霧，一般隨氣流作慣性運動或無規則布朗運動或受某種場力的作用而移動，當微粒運動撞到纖維介質時，由于范德華力的作用使得微粒粘到纖維表面。進入過濾介質的顆粒有較多撞擊介質的機會，撞上介質就會被粘住，較小的顆粒相互碰撞會相互粘結形成較大顆粒而沉降。通過上述作用實現對粉塵、水霧的攔截過濾。過濾器內設置蜂窩活性炭層，可以進一步去除漆霧粉塵，且能截留廢氣中高沸點有機物，確保后端轉輪正常運行。

過濾器配置壓差報警，實時監控內部濾網阻力變化，當阻力達到設定值時，系統報警并提示更換過濾棉，確保系統穩定運行。

圖4 旋流板塔外形圖

圖5 過濾器外形圖

表2 過濾器參數

圖6 過濾器內部照片

（2）沸石轉輪系統

涂裝廢氣通過旋流板塔及過濾器去除漆霧后進入沸石轉輪吸附，吸附后的潔凈氣體達標后經煙囪排放。冷卻氣通過沸石轉輪冷卻區預加熱后再經過熱交換器升溫至所需的脫附溫度，進入沸石轉輪的脫附區，脫除吸附在分子篩內的有機組分。

（3）RTO系統

脫附后的廢氣由脫附風機加壓進入RTO爐，通過氣缸帶動擋板運動，反復切換執行進氣/排氣操作。

RTO爐中采用燃氣燃燒器對廢氣進行加熱，使燃燒室溫度控制在850℃左右，確保VOCs氧化完全。經高溫氧化處理后的廢氣經蓄熱層回收熱量后經煙囪達標排放。

當RTO系統需要停車、檢修時，廢氣由旁路管經煙囪直接排空。

工藝流程如圖7所示：

圖7 沸石濃縮轉輪設備+蓄熱式焚化爐（RTO）工藝流程

3.3吸附濃縮+催化燃燒技術方案

3.3.1方案概述

如果印刷工藝設備是在間歇工作的場合下，此處廢氣建議采用預處理+吸附濃縮+催化燃燒+熱能回用處理后達標排放。

3.3.2工藝流程

本裝置工藝流程為：吸附濃縮—解吸脫附—催化燃燒的工藝流程。采取單氣路工作（參見圖8）方式，由2個活性炭吸附器，一個催化燃燒器（輔之低壓風機、閥門等構成）。廢氣經預處理除去粉塵、顆粒狀物質后，送入活性炭吸附器A，當活性炭吸附器A接近飽和時，首先將處理氣體自動切換到活性炭吸附器B（活性炭吸附器A停止吸附操作），然后用熱氣流對活性炭吸附器A進行解吸脫附，將有機物從活性炭上脫附下來。在脫附過程中，有機廢氣已被濃縮，濃度較原來提高幾十倍，達2000ppm以上，濃縮廢氣送到催化燃燒裝置，被成為二氧化碳與水排出。

完成解吸脫附以后活性炭吸附器A進入待用狀態，待活性炭吸附器B接近飽和時，系統再自動切換回來，同時對活性炭吸附器B進行解吸脫附，如此循環工作。

當有機廢氣的濃度達到2000ppm以上時，催化床內可維持自燃，不用外加熱。這個方案不僅大大節省了能量的消耗，而且由于催化燃燒器的處理能力僅需原廢氣處理量的1/10（3000m3/h），所以同時也降低了設備投資。本方案既適合于連續工作，也適合于間斷工作。

單臺活性炭吸附器的解吸脫付大約需要2～3小時。

吸附風機用變頻器控制，可以依照需要的風量或者裝置入口的凈負壓來進行調節