熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)的VOCs治理分析

黃舜攀

（廣東智環(huán)創(chuàng)新環(huán)境科技有限公司，廣東 廣州 510045）

引言

VOCs即揮發(fā)性有機(jī)化合物，是室溫下飽和蒸汽壓達(dá)到133.32帕以上，使有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)分子，進(jìn)而在空氣中逸散。VOCs種類繁多，極其容易對(duì)環(huán)境造成光化學(xué)污染、霧霾天氣，諸如甲醛、苯、氯乙烯等VOCs，如果長(zhǎng)期暴露，則容易對(duì)人體產(chǎn)生致癌效應(yīng)、基于此，對(duì)熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)的VOCs治理研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)VOCs的產(chǎn)生源

在熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)中，VOCs的產(chǎn)生源集中在材料投放、化料研磨、中轉(zhuǎn)、涂布烘干、清洗等工序。

1.1 材料投放

熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)中用量較大的溶劑通常都是罐儲(chǔ)，材料主要通過管道進(jìn)行輸送，其它助劑、樹脂、顏料等則需要由人工通過投料口進(jìn)行添加，此時(shí)溶劑料桶打開、設(shè)備投料口打開的過程，均會(huì)有VOCs產(chǎn)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(jìn)行集中混合、均勻攪拌，接著利用研磨機(jī)進(jìn)行研磨，直到基料粒度符合使用要求，而研磨的過程也會(huì)產(chǎn)生些許VOCs[1]。

1.3 中轉(zhuǎn)過程

多數(shù)已經(jīng)配制完成的物料均需要經(jīng)過管道，直接輸送到涂布機(jī)的料槽內(nèi)，但也有少數(shù)特殊料型需要由人工實(shí)施轉(zhuǎn)運(yùn)，所以，作業(yè)人員將物料投入料桶、加入涂布料槽的過程，均會(huì)有不同量的VOCs產(chǎn)生。

1.4 涂布烘干

當(dāng)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(tǒng)，由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)施烘干，然后作業(yè)人員只需要收卷、分切、包裝即可[2]。而涂布、烘干兩個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)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(chǎn)生的，所以VOCs收集起來比較便利。

1.5 清洗過程

在熱轉(zhuǎn)印材料生產(chǎn)過程中，一旦需要切換產(chǎn)品，那么諸如料桶、料缸、料泵、拉缸、涂布機(jī)料槽等均需要進(jìn)行一次徹底的清洗，而且對(duì)涂布機(jī)網(wǎng)輥也同樣安排人員定期做好清洗，所以器具清洗工序產(chǎn)生的VOCs也是非常嚴(yán)重的。

2 熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)VOCs治理的實(shí)踐策略

2.1 過程控制

在熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)中，每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)均有不同量的VOCs產(chǎn)生，所以必須從過程控制入手，始終堅(jiān)持應(yīng)收盡收、分質(zhì)收集的基本原則，針對(duì)廢氣收集精心設(shè)計(jì)完善的收集系統(tǒng)，從而徹底擺脫以往的無組織排放，逐步構(gòu)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(shí)，必須檢查其是否處于微負(fù)壓狀態(tài)；倘若應(yīng)用局部集氣罩，則要將距離集氣罩開口面最遠(yuǎn)的位置確定為VOCs無組織排放位置，將風(fēng)速控制在0.3 m/s以上。

2.1.1 投料中轉(zhuǎn)預(yù)防

熱轉(zhuǎn)印材料生產(chǎn)過程中，通過會(huì)應(yīng)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(huán)節(jié)便是材料投放、中轉(zhuǎn)。一些用量較大的溶劑大多采取罐儲(chǔ)，通過管道進(jìn)行輸送，這樣一來，能在一定程度上降低材料投放環(huán)節(jié)造成的VOCs逸散量；針對(duì)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(chǎn)，建議以密閉料桶進(jìn)行中轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)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(dòng)化控制系統(tǒng)來進(jìn)行，此設(shè)備除了投料、采樣兩個(gè)環(huán)節(jié)，其它工序均保持完全密閉狀態(tài)。研磨工序也是如此，一定不能使用敞口的立式磨砂機(jī)，以密封式臥式磨砂機(jī)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(chǎn)環(huán)節(jié)，需要操作人員基于操作特點(diǎn)、容器特性進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)及加工，打開時(shí)面積盡量控制到最小，同時(shí)利用薄膜進(jìn)行覆蓋，這樣也可以達(dá)到一定的封閉效果[4]。涂布工序是生產(chǎn)過程中VOCs揮發(fā)量最大的，應(yīng)設(shè)置單獨(dú)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(wǎng)輥的過程中，需要在專門的密閉式清洗間內(nèi)進(jìn)行，杜絕在其它作業(yè)區(qū)域進(jìn)行，這樣就可以及時(shí)收集排出的VOCs，經(jīng)過廢氣處理系統(tǒng)實(shí)施集中處理。此外，在清洗涂布機(jī)料槽的過程中，需要讓涂布間升始終處于密閉狀態(tài)，而且檢查好涂布工序的集氣系統(tǒng)運(yùn)行是否穩(wěn)定，確認(rèn)無誤后方可著手清洗工作。

2.1.4 裝卸儲(chǔ)存控制

針對(duì)日常生產(chǎn)環(huán)節(jié)用量較大的溶劑，最好使用密封儲(chǔ)罐、氮封進(jìn)行儲(chǔ)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(chǔ)存的溶劑需要以罐車通過底部裝載的方式進(jìn)行運(yùn)輸，溶劑輸送時(shí)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(chǔ)存方式，在使用后如果出現(xiàn)剩余，則要將剩余物料加蓋密封嚴(yán)實(shí)，使之始終保持潔凈[5]。原料轉(zhuǎn)移是需要特別注意的環(huán)節(jié)，不得在原料使用作業(yè)區(qū)外進(jìn)行、不得敞口進(jìn)行。堅(jiān)持按需采購，有效控制可揮發(fā)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(biāo)。

2.2 末端治理

現(xiàn)階段，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域針對(duì)VOCs治理已經(jīng)研發(fā)出一些有效處理辦法，且在長(zhǎng)期應(yīng)用中逐漸走向成熟，具有極強(qiáng)的適用性，在末端治理方面發(fā)揮出顯著應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.2.1 冷凝法

不同種類的有機(jī)物在不同溫度下呈現(xiàn)出飽和蒸汽壓通常會(huì)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(jī)物冷凝成為液體狀態(tài)，進(jìn)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(jià)值高的高濃度有機(jī)廢氣。雖然冷凝法在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出極高的凈化程度，到因?yàn)椴僮髁鞒谭爆?、存在難度，常溫冷卻水的冷凝效果不夠理想，通常要應(yīng)用冷卻水實(shí)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(yùn)維成本也相對(duì)較高。也正因?yàn)槿绱?，冷凝法多作為前置處理措施，?yīng)該用于吸附法、膜分離等處理方法之前，以此來達(dá)到回收VOCs的目的，有效降低后續(xù)處理的負(fù)荷，諸如表面冷凝、接觸冷凝都是應(yīng)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(xué)吸收兩種手段，其中前者是根據(jù)物理性質(zhì)差異實(shí)現(xiàn)分離，結(jié)合相似相溶、溶解度的基本原理，應(yīng)用與VOCs性質(zhì)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(diǎn)、低揮發(fā)的特點(diǎn)，外化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，可以進(jìn)行長(zhǎng)期使用，諸如礦物油、水型復(fù)合溶劑、高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑等屬于應(yīng)用比較普遍的吸收劑，針對(duì)易溶于水的VOCs一般需要應(yīng)用水相、液相的有機(jī)物溶劑實(shí)施物理吸收，其余性質(zhì)的VOCs則需要應(yīng)用酸液、堿液的溶劑實(shí)施化學(xué)吸收即可[6]。吸收法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)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(dǎo)致二次污染。此外，從技術(shù)層面而言，盡管吸收法有著顯著的實(shí)踐價(jià)值，但如果要大范圍內(nèi)實(shí)施VOCs的廢氣治理，通常需要耗費(fèi)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(duì)氣體中的VOCs進(jìn)行選擇性分離，對(duì)于風(fēng)量大、溫度低、濕度低、濃度低的VOCs氣體回收處理有著極強(qiáng)的適用性。吸附法在實(shí)際應(yīng)用中，具有去除效果理想、能耗較低、無毒無害、技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)，但是由于設(shè)備體積偏大，對(duì)于空間要求較高，而且工藝比較復(fù)雜。吸附法分為許多種，比如流動(dòng)床吸附、固定床吸附、濃縮輪吸附等，針對(duì)表面存在分子引力、化學(xué)鍵能的固體，可利用有機(jī)物分子，將固體表面的廢氣吸附、富集起來，這里提及的有機(jī)分子就是吸附劑，比如活性炭、硅膠、沸石、纖維結(jié)構(gòu)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(shù)。具體而言，各種氣體分子在通過選擇性膜的過程中，表現(xiàn)出的擴(kuò)散滲透率是存在差異的，在膜兩側(cè)一旦施加一定推動(dòng)力，有機(jī)選擇滲透膜便會(huì)把氣體分為兩種物流，無法通過膜的氣體就是已經(jīng)脫除VOCs的潔凈空氣，被順利排放，通過膜的有機(jī)氣體則會(huì)受到循環(huán)式冷凝處理。膜分離法適用于濃度達(dá)到1 000 mg/m3的VOCs氣體，所產(chǎn)生的回收處理效果比較理想，回收率至少可以達(dá)到90%。運(yùn)行效果良好、無二次污染是膜分離法在實(shí)際應(yīng)用中的顯著優(yōu)勢(shì)，而且回收完成的VOCs無需要進(jìn)行后期處理[7]。但是此種方法所應(yīng)用到的設(shè)備普遍造價(jià)較高，但是國家在此方面給予了諸多支持，使得此項(xiàng)技術(shù)逐步走向成熟，設(shè)備價(jià)格更加趨于合理，因此未來膜分離法的應(yīng)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(duì)熱轉(zhuǎn)印材料生產(chǎn)時(shí)所排放出來的VOCs作為燃料實(shí)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(shí)際使用時(shí)，需要以燃燒爐窯、專用燃燒器作為輔助設(shè)備，該技術(shù)的不足之處在于過高的燃燒溫度必然會(huì)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(zhì)多的空間內(nèi)使用。

2.2.6 熱力焚燒法

如果可燃性VOCs濃度相對(duì)偏低的情況下，此時(shí)應(yīng)該利用燃料達(dá)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(duì)應(yīng)溫度，比如氮?dú)?、二氧化碳等，可以說，VOCs就如同助燃?xì)怏w、燃燒對(duì)象一般。經(jīng)過長(zhǎng)期的VOCs治理實(shí)踐，結(jié)果顯示蓄熱式氧化焚燒技術(shù)的應(yīng)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(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳，進(jìn)而釋放出大量熱能，只需要對(duì)這些熱能進(jìn)行回收便可實(shí)現(xiàn)二次利用[8]。這一技術(shù)的不足在于，進(jìn)口部位極其容易被鹽類物質(zhì)堵塞，氣動(dòng)閥門因?yàn)殚L(zhǎng)期操作故障頻發(fā)，而且VOCs焚燒處理時(shí)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(xiàn)出的良好效果，所以已經(jīng)得到國際公認(rèn)，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(duì)于C-H、C-C鍵可以起到一定的破壞作用，促進(jìn)污染物的置換反應(yīng)，最終生成二氧化碳和水。曾有研究人員利用脈沖電暈法對(duì)含苯廢氣進(jìn)行了一次治理實(shí)驗(yàn)，將電壓設(shè)定為140 kv，接著進(jìn)行混合電暈，此時(shí)所去除的苯超過82.7%。可見，對(duì)于濃度較低的有機(jī)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(shí)驗(yàn)，依托技術(shù)加持，能夠?qū)ξ廴疚镌斐?6%以上的破壞度。還有利用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行脫色處理，等待兩個(gè)小時(shí)之后，脫色率大約能達(dá)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(chǎn)物的成本比較復(fù)雜，甚至容易帶來二次污染。

2.3 精細(xì)管控

現(xiàn)階段，部分熱轉(zhuǎn)印材料企業(yè)存在著VOCs無組織排放的現(xiàn)象，比如工藝無組織排放、儲(chǔ)罐呼吸與泄露的逸散、原材料裝卸環(huán)節(jié)的逸散、污水處理環(huán)節(jié)的逸散、生產(chǎn)設(shè)備泄漏、采樣過程的排放、冷卻水系統(tǒng)的釋放、突發(fā)事故的排放、固體物料堆放的釋放等。面對(duì)上述現(xiàn)象，企業(yè)必須從實(shí)際情況出發(fā)，精心編制污染防治方案，將VOCs治理落實(shí)落細(xì)。首先，以環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件、排序許可證為依據(jù)，梳理VOCs產(chǎn)生源，并整理為清單，這樣才能針對(duì)性地實(shí)施污染防治策略，加強(qiáng)日常管控，提高治污管控的精準(zhǔn)度。其次，根據(jù)《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》的具體要求，邀請(qǐng)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行泄漏檢測(cè)、維護(hù)檢修的工作，針對(duì)直接關(guān)系到VOCs泄漏問題的設(shè)備、管線組件，逐一進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果儲(chǔ)存在檔案中，為后續(xù)的檢測(cè)、修復(fù)提供信息依據(jù)[9]。最后，關(guān)注車間、密閉間的密閉性，除作業(yè)人員進(jìn)出、物料運(yùn)輸之外，其余時(shí)間必須要保證門窗是處于完全封閉，如果發(fā)現(xiàn)管道穿墻、設(shè)備改造挖洞、老化破損漏洞等問題，應(yīng)第一時(shí)間安排技術(shù)人員予以修復(fù)。

工藝改進(jìn)也是精細(xì)管控不可忽視的環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)基于現(xiàn)有生產(chǎn)工藝實(shí)施調(diào)整優(yōu)化，在生產(chǎn)前期有效控制VOCs的產(chǎn)生源?；诖?，建議從工藝設(shè)備改進(jìn)入手，全面使用全自動(dòng)密閉一體化生產(chǎn)技術(shù)，根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)條件逐步采購新設(shè)備，用于替換現(xiàn)有的設(shè)備、裝置將廢氣的產(chǎn)生量控制到最少。以無泄漏泵為例，其在實(shí)際應(yīng)用中讓生產(chǎn)工藝得到優(yōu)化，有機(jī)溶劑的用量大大減少，因此揮發(fā)性有機(jī)物的產(chǎn)生量也是有限的。

3 結(jié)語

綜上所述，在熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)中，VOCs排放一直都是環(huán)境保護(hù)方面的薄弱環(huán)節(jié)，受到社會(huì)各界的高度重視，VOCs的產(chǎn)生源頭集中在材料投放、化料研磨、中轉(zhuǎn)、涂布烘干、清洗等工序，當(dāng)前尚無法通過源頭替代的方式對(duì)VOCs排放加以控制，因此必須著眼于過程控制、末端治理、精細(xì)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(yè)可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)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(xù)強(qiáng)化VOC整體治理水平，促使管控能力得到進(jìn)一步提升，逐步推動(dòng)熱轉(zhuǎn)印材料行業(yè)走上綠色化之路，為構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)貢獻(xiàn)力量。