印刷行業VOCs排放特征與控制對策研究
——以廣東省某印刷企業為例

程義君，黃俊霖，吳家浩

（深圳中環博宏環境技術有限公司，廣東深圳 518000）

印刷行業是推動我國文化傳播和國民經濟增長的重要產業部門，也是我國工業源揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）排放的重要貢獻源[1]。2018年，我國印刷行業VOCs 排放量約1.39×106t，相比2010年增加46.4%，占全國VOCs 總排放量的11%[2，3]。VOCs 是O3形成的關鍵前體物，遇NOx 并經陽光照射氧化后可生成O3，在合適的氣象條件下能形成光化學煙霧，進而降低大氣能見度水平，并危害人體呼吸道健康[4，5]。2019年6月，生態環境部發布《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》（以下簡稱《方案》），《方案》明確提出包裝印刷行業將是工業源VOCs 綜合整治的重點。因此，控制印刷行業VOCs 排放已成為我國大氣O3污染治理的重要抓手[6]。廣東省作為我國工業生產大省，是工業產品重要的生產和出口基地，為包裝印刷行業的發展奠定了堅實基礎?！笆濉逼陂g，廣東省生態環境廳將VOCs 納入大氣污染物的總量控制指標，并積極推進包含印刷等重點行業的綜合整治，表明印刷行業VOCs 排放管控已成為當地遏制O3污染趨勢和打贏藍天保衛戰的關鍵舉措。

為了解印刷行業目前的VOCs 排放特征與管控現狀，筆者選取廣東某沿海城市作為研究區域，調研印刷行業在產的典型代表企業，重點分析印刷行業原輔料使用現狀、生產車間和末端設施的VOCs 排放特征，匯總VOCs 排放管控目前存在的主要問題，并從源頭控制、過程管控、末端治理等全過程為印刷行業VOCs 無組織排放控制提供對策建議，以期為“十四五”時期提升該行業VOCs 治理水平提供科學指導和經驗借鑒。

1 印刷行業產排污環節與原輔料使用概況

1.1 工藝流程與VOCs 產排環節

印刷生產一般包含印前、印刷和印后加工等3 個工藝過程。印前是指制版、金屬制罐的涂布或成罐等工序；印刷是指油墨調配和輸送、在機上光、烘干、橡皮布清洗、墨路清洗等工序；印后則指裝訂、表面裝飾、包裝成型等工序，其中裝訂工序包含精裝、膠裝、騎馬訂裝，表面裝飾工序包含覆膜、上光、燙箔、模切，包裝成型工序涵蓋膠黏劑、光油的調配和輸送、復合、烘干、糊盒、制袋、裝裱、裁切等。

印刷行業屬典型的溶劑使用VOCs 排放源，VOCs排放源于油墨、膠黏劑、稀釋劑、清洗劑、潤版液、光油等溶劑的使用過程。印刷工藝流程中VOCs 主要產生于含VOCs 原輔材料（油墨、膠黏劑、光油等）的調配和輸送，印刷、潤版、烘干、清洗等工序及原輔材料貯存、危險廢物貯存。其中，出版物、紙包裝等的平版印刷工藝VOCs 主要來自于潤版和清洗工序，塑料包裝的凹版印刷工藝VOCs 主要來自于印刷和復合工序。

1.2 原輔料使用概況

為了解研究區印刷行業涉VOCs 原輔料的使用現狀，筆者基于全國第二次污染源普查數據，篩選VOCs排放量大于3 t/a 的大型印刷企業作為研究對象。2020年8月詳細調查2 家典型印刷企業代表的原輔料類型、原輔料主要成分及VOCs 含量、原輔料年度使用量及使用環節，各項數據記錄如表1所示。

表1 大型印刷企業原輔料使用情況

從原輔料使用類型來看，雖然兩家企業所使用的油墨基本已采用VOCs 含量低于1%的大豆油墨、水性油墨和UV 油墨進行替代，但未完全實現低揮發性源頭替代。調配、潤版、清洗等工藝環節均使用高含量VOCs 物料，稀釋劑、潤版液、清洗劑的VOCs 比例幾乎為100%。不同種類的涉VOCs 原輔料使用比例分別是潤版液（48.34%）>稀釋劑（28.18%）>光油（15.67%）>溶劑油墨（2.28%）>膠黏劑（0.39%）。從涉VOCs 原輔料的用量差異來看，企業β（117.22 t/a）明顯高于企業α（10.43 t/a），且企業β 投入生產的VOCs 質量以及VOCs年度排放量分別是企業α 的14.6 倍和6.3 倍。因此，高揮發性原輔料使用量大的企業應列入區域印刷行業VOCs 減排的首要控制對象。

2 印刷行業VOCs 排放特征

2.1 低效收集處理產生較高排放量

基于原輔料臺賬和產污環節實測數據的研究結果顯示，使用溶劑型油墨、膠黏劑、光油的印刷工藝VOCs 產污濃度為100~5 000 mg/m3；尤其是烘干工序，VOCs 產污濃度是清洗、調配、上光、印刷的數十倍[7]，表明VOCs 含量高的原輔料在使用過程中遇熱極易產生無組織逸散。為強化VOCs 的無組織排放控制，由生態環境部發布的《揮發性有機物無組織排放控制標準》（GB 37822—2019）規定，VOCs 質量占比大于等于10%的含VOCs 產品在使用過程應保證VOCs 的密閉收集，即生產過程的無組織VOCs 需經管道密閉收集運輸至末端處理設施，避免產生無組織逸散?，F場調研發現，研究區兩家印刷企業雖配置了廢氣收集設施，但距集氣罩覆蓋下方操作臺面最遠處的風速低于0.3 m/s，不滿足GB 37822—2019 關于VOCs 廢氣收集系統集氣罩的設置要求；且印刷車間未完全密閉，多個出入口處于敞開狀態，不滿足負壓收集條件。根據北京市生態環境局發布的《揮發性有機物排污費征收細則》可知，VOCs 在非密閉空間區域內無組織排放但通過抽風設施排入處理設施，且采用外部集氣罩作為廢氣收集系統的，其車間VOCs 收集效率為60%[8]。因此，本次調研企業的VOCs 實際收集效率低于60%，并存在明顯的無組織排放現象。

廢氣收集效率和末端處理效率過低將可能造成溶劑使用型企業VOCs 排放量升高，進而增強區域在弱高壓、副高壓、臺風外圍等不利氣象條件下的O3污染程度。從固定源排放口監測數據來看，企業α、企業β 的TVOCs 平均濃度水平分別為1.92 mg/m3、4.43 mg/m3，遠低于《印刷行業揮發性有機物排放標準》（DB 44/815—2010）Ⅱ時段規定的最高允許排放濃度（120 mg/m3）；從末端處理現狀來看，研究區印刷行業采用UV 光解+活性炭的末端工藝對VOCs 的平均去除率僅為25.2%，據此可推算出企業α、企業β 進入末端處理設施前的TVOCs 平均濃度也僅分別為2.57 mg/m3、5.92 mg/m3，同樣滿足（DB 44/815—2010）的排放要求。從末端設施運維狀態來看，企業β 未按設計方案啟用UV 光解設施，末端工藝對車間污染物無削減作用，且進入末端設施前的VOCs 濃度可能比推算結果要更低。而造成進入末端設施前的VOCs 濃度偏低主要原因在于使用大風量風機收集車間廢氣，工藝過程產生的VOCs 經大量空氣混合稀釋后導致末端設施的進氣濃度大幅度減小。

因此，印刷行業的VOCs 排放管控不僅要重視低揮發性源頭替代，還要強化生產及儲存過程的無組織收集效率，同時要適當采取“減風增濃”措施，并結合高效處理工藝以提高末端處理效率，確保能穩定削減VOCs 的總量排放。

2.2 OVOCs 成為優先控制污染物

為確定研究區印刷行業VOCs 排放源成分譜，2020年8月針對上述2 家大型印刷企業固定源排放口采集了氣袋樣品和DNPH 樣品，并根據《環境空氣揮發性有機物的測定罐采樣氣相色譜-質譜法》（HJ 759—2015）和《環境空氣醛、酮類化合物的測定高效液相色譜法》（HJ 683—2014）分別對氣袋樣品和DNPH樣品進行VOCs 組分和OVOCs 組分分析，測試分析結果如圖1所示。

從圖1可知，乙醛、戊醛、己醛、甲醛、丙醛、二氯甲烷這6 種VOCs 是研究區印刷行業固定排放源的主要排放組分，合計共占TVOCs 的83.26%。尤其是乙醛和戊醛，質量濃度占比均超過15%。除甲苯、正戊烷、丁烯醛及上述6 種污染物外，其余組分占比之和不足4%。由于企業α 和企業β 所使用的潤版液、清洗劑、光油含有烷烴、苯類等碳氫化合物，而UV 光解易產生醛類等不完全氧化的副產物[9]，從而導致廢氣排放口OVOCs 組分占比較高。

圖1 印刷行業固定排放源VOCs 組分特征

從物種類別來看，2 家企業固定源VOCs 排放都是以OVOCs 所占比例最高，企業α 和企業β 的OVOCs 所占比例均超過80%。除OVOCs 外，因原輔料VOCs 種類含量及末端處理效率的差異，企業α 的烷烯烴類和芳香烴類占比分別達到或接近8%，鹵代烴類僅1.14%；而企業β 的鹵代烴類和烷烯烴類占比則分別有8.53%、4.05%，芳香烴類不足1%，如圖2所示。謝軼嵩等[10]研究南京市印刷行業VOCs 排放特征發現，無論是平板印刷、凹版印刷亦或是凸版印刷工藝，其排放的VOCs 均以OVOCs 為主，占比介于36.01%~57.75%；王紅利等[11]也證實包裝印刷源排放的VOCs以OVOCs 貢獻最大，占比可達85%；實際上主要是受水性原料替代和末端治理設施等控制政策的影響[12]。由于OVOCs 具備極高的光化學反應活性，可與大氣對流層的OH·自由基及O3分子反應生成兼具極性和吸附性的二次氣溶膠，并影響著大氣能見度和輻射平衡[13]。因此，從排放角度考慮，研究區印刷行業VOCs治理應優先控制OVOCs。

圖2 印刷行業固定排放源VOCs 物種類別與占比

3 印刷行業VOCs 排放控制對策

3.1 源頭控制

在源頭控制上，地方生態環境主管部門一方面可聯合安全生產監督管理部門，對采購及使用涉VOCs原輔料的企業進行備案管理和重點監管；另一方面可組織專家或確定典型標桿企業對印刷行業開展低揮發性原輔料替代可行性的技術攻關，全面掌握該行業現有涉VOCs 工序采用低揮發性原輔料的技術可行性及經濟可行性，進一步開展原輔料替代。此外，印刷行業協會還可通過積極推進四大通用工序（涂料、油墨、膠粘劑及清洗劑使用）低VOCs 替代示范項目，并以此為抓手，樹立行業先進典型，推動VOCs 污染治理模式從“底線約束”向“先進帶動”持續轉變，實現VOCs 治理的“創新驅動”。

3.2 過程控制

在過程控制上，應遵循“應收盡收、分質收集”的原則，科學設計廢氣收集系統，將無組織排放轉變為有組織排放進行控制，具體工藝過程的無組織排放控制應綜合考慮以下4 個方面：一是使用溶劑型油墨的凹版、柔版印刷機宜采用封閉刮刀，或通過安裝蓋板、改變墨槽開口形狀等減少供墨系統敞開液面，從而減少VOCs 的逸散；二是控制印刷單元（主要是供墨系統）環境溫度，防止高溫造成溶劑逸散速度增加，避免送風或吸風口正對墨盤，造成溶劑逸散速度增加；三是提高烘箱的密閉性，減少因烘箱漏風造成的無組織排放，并控制烘箱送、排風量，使烘箱內部保持微負壓；四是優化印刷機清洗方式，墨槽、印版、墨桶等清洗應在密閉裝置或密閉空間內進行，產生的廢氣應收集處理。清洗完成后，沾染有油墨或清洗劑的廢抹布等應放入密閉容器，防止VOCs 逸散。

3.3 末端治理

在末端治理上，針對印刷行業單一低效的末端治理設施或組合工藝，從管理有效性來看，地方生態環境主管部門和環保產業協會應根據企業VOCs 治理設施的實際建設情況和運行效果來建設VOCs 治理設施單位庫，減少企業的環保低效投資，規范VOCs 治理設施服務單位。從技術可行性來看，若生產車間收集的廢氣中非甲烷總烴初始排放速率≥3 kg/h，末端應配置廢氣處理設施，處理效率應大于80%。為降低OVOCs和TVOCs 排放量，對于中低濃度的溶劑型印刷工藝VOCs 治理可采用“旋轉式分子篩吸附濃縮+RTO（Regenerative Thermal Oxidizer，蓄熱式熱氧化）”或“活性炭吸附/旋轉式分子篩吸附濃縮+CO（Catalytic Oxidation，催化燃燒）”工藝，從而實現末端VOCs 的高效凈化。

4 結論

（1）印刷行業不同企業VOCs 排放量差異主要源于涉VOCs 原輔料使用量不同，油墨雖已基本實現低揮發性源頭替代，但清洗劑、潤版液、膠黏劑依然使用高揮發性產品，低揮發性源頭替代有待強化；

（2）從VOCs 排放管控現狀來看，企業生產車間未完全密閉，無組織排放現象突出，因車間增設大風量風機收集VOCs 而導致末端設施進氣濃度下降，末端VOCs 削減作用低效；

（3）固定源排放的VOCs 由OVOCs、烷烯烴類、芳香烴類和鹵代烴類組成，其中OVOCs 所占比例超過80%，是印刷行業的優先控制污染物；

（4）印刷行業VOCs 排放控制需以實現源頭、過程和末端的全方位減排為出發點，其中，源頭排放控制應從“底線約束”向“先進帶動”持續轉變，過程排放控制則遵循“應收盡收、分質收集”的原則，末端治理應統籌考慮管理有效性和技術可行性，確保實現區域行業VOCs 排放總量的高效削減。