包裝印刷行業的VOCs排放主要集中在印刷、烘乾、複合和清洗等生產工藝過程中，主要來源於油墨、粘合劑、塗布液、潤版液、洗車水，溶劑等含VOCs的物料的自然揮發和烘乾揮發。軟包裝印刷是VOCs廢氣排放大戶，估算超過120萬噸/年。
從2015年起，包裝印刷業被國家列為VOCs排汙收費試點行業，軟包裝印刷行業面臨巨大環保壓力，軟包裝行業的VOCs治理是一個系統工程。
軟包裝印刷廢氣具有以下特點：廢氣風量大濃度低；廢氣風量、濃度變化大；開機、換單時間不固定；溶劑成分複雜多變；不受控部分多，包含墨槽封閉性、烘箱密閉性、車間環境氣流流向、車間溫度等。
因此，包裝印刷行業VOCS廢氣治理工況異常複雜，從二十世紀九十年代起，我國廣大軟包裝從業者及相關學者就不斷探索VOCS廢氣排放的治理技術路線，經歷了活性炭吸附、溶劑回收、催化燃燒、轉輪+RTO、等離子分解、光催化分解等各種技術。
這些治理技術，要麼處理不達標，要麼能耗巨大，要麼會產生二次汙染，一直沒有獲得良好的經濟和社會效益，在軟包裝印刷行業並沒被使用者認可。
通過對近30多家軟包裝企業實際案例應用跟蹤發現，“減風增濃+RTO”技術路線，有效的解決了包裝印刷車間有組織廢氣的淨化問題，對印刷車間無組織廢氣處理的效果微乎其微，如何全面的解決軟包裝印刷車間無組織的VOCs廢氣排放成為需要探索的新課題。
本文以一個標準的軟包裝印刷車間為例進行計算說明，該車間配置4臺10色車速200m/min的印刷機和2臺車速150m/min的幹復機，車間全部密閉，空調送風。
▲包裝印刷廢氣整體解決方案流程圖
一、車間總體佈局規劃
此軟包裝印刷車間的環保治理要求即要滿足管道排風和車間內部環境環保VOCS排放≤50mg/m3的標準，又要滿足GMP認證淨化要求，還要滿足工業製造企業節能將耗要求。
該印刷車間物流通道設計在印刷機的兩側，通道寬度為6米。印刷機操作側設計人流通道，寬度為3米。印刷機兩兩背對背放置。2臺幹復機邊放在車間的端頭。
車間長度45米，寬度40米，有效使用面積1800M2。印刷機淨高度為3.3米，帶加末色長烘箱和翻轉料架後印刷機高度為3.7米，此印刷車間吊頂高為4米。進排風管道設置在吊頂上方。
▲車間佈局圖
二、車間環境無組織氣流管理及收集
此車間按照GMP要求建設，為10萬級淨化車間。GMP標準中第四十八條，規定潔淨區與非潔淨區、不同級別潔淨區之間的壓差應當不低於10pa，不同功能區之間也應當保持適當的梯度。
印刷車間的物流通道設計為空調恆溫正壓區，印刷車間的人流通道設計為降溫正壓區，印刷機和印刷機的後部設計為高溫負壓區。正壓區為進風區域，負壓區為排風區域。這樣車間整體靜態氣流是由印刷機四周向印刷機後部流動的。
當然，排風抽風、設備的運行、人員的移動等會形成對氣流流向的擾動。將印刷機四周做保溫隔斷，對印刷機進行封閉，如圖：
▲保溫隔斷
隔斷外的通道區域形成+10Pa的正壓區，隔斷裡面區域形成-10Pa的負壓區，隔斷外部空調氣流會透過隔斷縫隙向隔斷裡面流動。由於印刷機源源不斷的從墨槽下部和烘箱縫隙處大量抽走無組織氣流，造成印刷機後部為負壓區域，空調的不斷進風使印刷機四周形成正壓區域，這樣既可很好的控制住無組織VOCs廢氣的飄散。由於GMP要求車間正壓，會有部分氣流透過車間門窗外溢，由於量不大，本方案忽略不計。
在隔斷內的印刷機油墨槽下部設置LEL減風增濃系統進風地排風抽氣管，這些風抽入到印刷機乾燥熱風系統作為乾燥新風，印刷機每色地排抽風600m3/h；同時印刷烘箱負壓進風做為另一部分LEL減風增濃系統進風，印刷機每色烘箱負壓抽風200m3/h；這樣總的每臺印刷機有組織排廢抽風8000 m3/h，廢氣濃度達到3.5g/m3-5g/m3。
在幹復機上膠工位設置隔斷，對上膠工位無組織廢氣揮發進行隔離，隔斷內部主動風機排廢抽氣，使隔斷內部形成-1Pa的負壓區，隔斷外部空調氣流會透過隔斷縫隙向隔斷裡面流動。隔斷抽氣做為幹復機烘箱加熱進氣，進氣量為4000 m3/h；幹復機烘箱負壓進氣1000 m3/h；這樣總的每臺幹復機有組織排廢抽風5000 m3/h，廢氣濃度達到4.5g/m3-5.5g/m3。
以上有組織廢氣由排風機送入RTO設備進行淨化處理。車間總體有組織廢氣抽氣量為42000m3/h，廢氣濃度在3.5g/m3-5.5g/m3之間。
▲隔斷內外風壓分佈圖
實際使用中，印刷機烘箱不可能絕對負壓，在進料口、出料口總會溢出一定的廢氣，而這部分廢氣由於已經經過減風增濃了，濃度在3.5g/m3-5g/m3。
在筆者實際測量中，這部分溢出廢氣量因印刷機機型不同而變化很大，最高可達100m3/h，最小也有30m3/h，相當於每個色組每小時釋放到車間100-500g/h。
同時，雖然印刷機油墨槽下部設置LEL減風增濃系統進風地排風抽氣管，但仍然有一部分溶劑揮發到車間，作者經過大量測量數據並根據正態分佈計算，這部分每個色組每小時釋放到車間50-200g/h；這樣總的每臺印刷機給車間帶來1500-7000g/h 的VOCs逸散到車間成為無組織廢氣。
幹復機也同樣，進料口、出料口200m3/h，最小也有50m3/h，相當於每臺幹復機每小時釋放到車間225-1100g/h；同時，膠槽溶劑揮發到車間，大約100-600g/h；這樣總的每臺幹復給車間帶來325-1700g/h 無組織廢氣；車間總體無組織廢氣量約為：7-32kg/h。
為了儘量減少無組織VOCs廢氣的產生，需要給墨槽、墨桶、膠槽、膠桶加裝密封蓋子，需要改善印刷烘箱進出料附近的風嘴吹風方向，儘量減少烘箱溢風。通過密封管理後，車間總體無組織廢氣量約為：4.2-28.8kg/h。
通過氣壓壓差分區和氣流圍擋，可以有效的將車間無組織廢氣集中到印刷機及印刷機後部。為有效的將這部分VOCs廢氣收集、銷燬，印刷機、幹復機後部設置無組織廢氣抽氣管，將無組織廢氣變成有組織廢氣。
印刷機每臺無組織廢氣抽氣量為20000m3/h，幹復機每臺無組織廢氣抽氣量為5000m3/h，這樣車間總體無組織廢氣抽氣量為90000m3/h。產生了新的90000m3/h的有組織廢氣，廢氣濃度在47mg/m3-320mg/m3之間，通過濃縮進入RTO處理。
三、車間空調的規劃
根據車間GMP10萬級淨化要求，車間換氣次數12次/h，壓差≥10Pa，氣流流速小於0.54m/s，車間溫、溼度：冬季20~22℃;夏季 24~26℃;波動±2℃。
冬季溼度30-50%，夏季溼度50-70%；車間空間體積為7200 m3，換氣量要大於90000m3/h；由於有組織抽風排氣和無組織抽風排氣總量為132000m3/h，因此車間空調進風設計為135000 m3/h；空調溫差20℃，空調選擇功率為65萬大卡；採用循環風可以降至20萬大卡。
因此，在每臺印刷機操作側上方設置空調送風管道，每條管道設置6個出風口，風速1.5m/s；車間兩端物流通道上方設置空調送風管道，共2條，每條管道設置3個出風口，風速2m/s。
四、無組織廢氣的處理方法
車間無組織廢氣抽氣量為90000m3/h、廢氣濃度在47mg/m3-320mg/m3之間，目前最為有效的處理方法就是沸石轉輪濃縮+RTO技術路線。
選用一臺10萬風量的沸石轉輪，處理效率大於90%，濃縮倍率15倍，脫附風量為6000 m3/h。該系統總用電功率122KW，脫附用熱30萬大卡，佔地面積10米X8米。
濃縮後的廢氣濃度達到1.5g/m3-5g/m3之間，和有組織廢氣並聯後一起送入RTO焚燒，基本可以實現熱量平衡，不需要額外補充天然氣。該印刷車間通過採用本技術方案，即實現了有組織廢氣的治理又完成了無組織廢氣治理，車間內部、廠區外部無明顯臭味，環境監測和排煙口監測均達標。
同時高濃度廢氣抽入RTO爐進行高溫氧化焚燒，VOCs高溫後分解的同時會放出大量的熱能，RTO裝置可以將這些熱能充分的回收，再送回印刷機，節約了印刷機的乾燥能耗。最終實現了即達標排放又節能增效的目標。
五、總結
減風增濃後軟包裝印刷車間現場異味和安全風險會比以前明顯增加，如何有效統籌控制比較困難，這涉及到建築設計、工廠佈局、暖通、淨化、流體多個交叉學科等，以及印刷機上墨設計、烘箱設計、現場封閉和氣流組織等。
本文作者結合自己經驗與相關計算，給出了包裝印刷車間VOCs整體治理一種解決方案。希望更多企業和學者對包裝印刷VOCs治理深度治理不斷研究，提升行業治理水平。
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