热转印材料行业的VOCs治理分析

黄舜攀

（广东智环创新环境科技有限公司，广东 广州 510045）

引言

VOCs即挥发性有机化合物，是室温下饱和蒸汽压达到133.32帕以上，使有机化合物转变为气态分子，进而在空气中逸散。VOCs种类繁多，极其容易对环境造成光化学污染、雾霾天气，诸如甲醛、苯、氯乙烯等VOCs，如果长期暴露，则容易对人体产生致癌效应、基于此，对热转印材料行业的VOCs治理研究具有现实意义。

1 热转印材料行业VOCs的产生源

在热转印材料行业中，VOCs的产生源集中在材料投放、化料研磨、中转、涂布烘干、清洗等工序。

1.1 材料投放

热转印材料行业中用量较大的溶剂通常都是罐储，材料主要通过管道进行输送，其它助剂、树脂、颜料等则需要由人工通过投料口进行添加，此时溶剂料桶打开、设备投料口打开的过程，均会有VOCs产生。

1.2 化料研磨

配制完成后的料需要将其放置到化疗釜中进行集中混合、均匀搅拌，接着利用研磨机进行研磨，直到基料粒度符合使用要求，而研磨的过程也会产生些许VOCs[1]。

1.3 中转过程

多数已经配制完成的物料均需要经过管道，直接输送到涂布机的料槽内，但也有少数特殊料型需要由人工实施转运，所以，作业人员将物料投入料桶、加入涂布料槽的过程，均会有不同量的VOCs产生。

1.4 涂布烘干

当物料配制完成之后，通常情况下都是利用布头将其均匀涂抹在聚酯薄膜表面，使之覆盖一层料膜，接着由传送装置将聚酯薄膜送入烘干系统，由系统自动实施烘干，然后作业人员只需要收卷、分切、包装即可[2]。而涂布、烘干两个环节均会产生大量的VOCs，但由于溶剂挥较快，涂布过程与烘干过程中污染是在密闭空间集中产生的，所以VOCs收集起来比较便利。

1.5 清洗过程

在热转印材料生产过程中，一旦需要切换产品，那么诸如料桶、料缸、料泵、拉缸、涂布机料槽等均需要进行一次彻底的清洗，而且对涂布机网辊也同样安排人员定期做好清洗，所以器具清洗工序产生的VOCs也是非常严重的。

2 热转印材料行业VOCs治理的实践策略

2.1 过程控制

在热转印材料行业中，每一个生产环节均有不同量的VOCs产生，所以必须从过程控制入手，始终坚持应收尽收、分质收集的基本原则，针对废气收集精心设计完善的收集系统，从而彻底摆脱以往的无组织排放，逐步构建有组织的排放控制模式[3]。在选用全密闭集气罩、密闭空间时，必须检查其是否处于微负压状态；倘若应用局部集气罩，则要将距离集气罩开口面最远的位置确定为VOCs无组织排放位置，将风速控制在0.3 m/s以上。

2.1.1 投料中转预防

热转印材料生产过程中，通过会应用到很多不同种类的物料，而含有VOCs，而VOCs治理最具难度的环节便是材料投放、中转。一些用量较大的溶剂大多采取罐储，通过管道进行输送，这样一来，能在一定程度上降低材料投放环节造成的VOCs逸散量；针对桶装且含有VOCs的物料，建议加料的过程中首选泵入、真空吸收的方式，倘若是小批量料型、特殊料型的生产，建议以密闭料桶进行中转，转移途中保持容器口紧封。

2.1.2 工艺过程控制

在装料阶段，需要依托自动化控制系统来进行，此设备除了投料、采样两个环节，其它工序均保持完全密闭状态。研磨工序也是如此，一定不能使用敞口的立式磨砂机，以密封式卧式磨砂机作为首选。值得注意的是，由于配套使用的拉缸无法做到完全密闭，所以在生产环节，需要操作人员基于操作特点、容器特性进行合理地设计及加工，打开时面积尽量控制到最小，同时利用薄膜进行覆盖，这样也可以达到一定的封闭效果[4]。涂布工序是生产过程中VOCs挥发量最大的，应设置单独的涂布间，并保证该空间的密闭性，料槽、涂布头也需要做好二次密闭。

2.1.3 清洗控制

在清洗料桶、料泵、拉缸、网辊的过程中，需要在专门的密闭式清洗间内进行，杜绝在其它作业区域进行，这样就可以及时收集排出的VOCs，经过废气处理系统实施集中处理。此外，在清洗涂布机料槽的过程中，需要让涂布间升始终处于密闭状态，而且检查好涂布工序的集气系统运行是否稳定，确认无误后方可着手清洗工作。

2.1.4 装卸储存控制

针对日常生产环节用量较大的溶剂，最好使用密封储罐、氮封进行储存，这样就可以将VOCs物料的小呼吸损耗控制到最低，而且有助于阻绝氧气，起到了良好的静电控制效果。灌装储存的溶剂需要以罐车通过底部装载的方式进行运输，溶剂输送时一律通过密封管道。其它类型的、含有VOCs的物料一律采用桶装密封的储存方式，在使用后如果出现剩余，则要将剩余物料加盖密封严实，使之始终保持洁净[5]。原料转移是需要特别注意的环节，不得在原料使用作业区外进行、不得敞口进行。坚持按需采购，有效控制可挥发性原料的库存，而且这类原料尽量控制使用频率，以即买即用、零库存管理为终极管理目标。

2.2 末端治理

现阶段，各个行业领域针对VOCs治理已经研发出一些有效处理办法，且在长期应用中逐渐走向成熟，具有极强的适用性，在末端治理方面发挥出显著应用优势。

2.2.1 冷凝法

不同种类的有机物在不同温度下呈现出饱和蒸汽压通常会存在一定差异，冷凝法正是利用此种差异，利用冷凝器将有机物冷凝成为液体状态，进而从气相中分离出来，此种方法适用于处理VOCs流量在300 m3/h的气体以及成分单一且回收利用价值高的高浓度有机废气。虽然冷凝法在实际应用中表现出极高的净化程度，到因为操作流程繁琐、存在难度，常温冷却水的冷凝效果不够理想，通常要应用冷却水实施降温处理，如果气体浓度较低的情况下，不仅一次性投资高，而且需要投入的运维成本也相对较高。也正因为如此，冷凝法多作为前置处理措施，应该用于吸附法、膜分离等处理方法之前，以此来达到回收VOCs的目的，有效降低后续处理的负荷，诸如表面冷凝、接触冷凝都是应用比较普遍的冷凝法。

2.2.2 吸收法

吸收法主要分为物理吸收、化学吸收两种手段，其中前者是根据物理性质差异实现分离，结合相似相溶、溶解度的基本原理，应用与VOCs性质类似的非极性、弱极性的吸收剂，此类吸收剂通常有着高沸点、低挥发的特点，外化学性质相对稳定，可以进行长期使用，诸如矿物油、水型复合溶剂、高沸点有机溶剂等属于应用比较普遍的吸收剂，针对易溶于水的VOCs一般需要应用水相、液相的有机物溶剂实施物理吸收，其余性质的VOCs则需要应用酸液、碱液的溶剂实施化学吸收即可[6]。吸收法的应用优势在于操作便捷、回收率高、适用范围广、工艺成熟，但是在吸收剂选择、富吸收剂处理方面也存在一定难度，倘若未能妥善处理，极其容易导致二次污染。此外，从技术层面而言，尽管吸收法有着显著的实践价值，但如果要大范围内实施VOCs的废气治理，通常需要耗费大量的水资源，所以吸收法仅适用于小范围的VOCs治理。

2.2.3 吸附法

吸附剂本身是具备吸附功能，此种方法就是利用这种功能对气体中的VOCs进行选择性分离，对于风量大、温度低、湿度低、浓度低的VOCs气体回收处理有着极强的适用性。吸附法在实际应用中，具有去除效果理想、能耗较低、无毒无害、技术成熟等优势，但是由于设备体积偏大，对于空间要求较高，而且工艺比较复杂。吸附法分为许多种，比如流动床吸附、固定床吸附、浓缩轮吸附等，针对表面存在分子引力、化学键能的固体，可利用有机物分子，将固体表面的废气吸附、富集起来，这里提及的有机分子就是吸附剂，比如活性炭、硅胶、沸石、纤维结构合成材料等。

2.2.4 膜分离法

此种方法是从海水淡化研究的高效分离方法中演变而来的，属于选择性透过技术。具体而言，各种气体分子在通过选择性膜的过程中，表现出的扩散渗透率是存在差异的，在膜两侧一旦施加一定推动力，有机选择渗透膜便会把气体分为两种物流，无法通过膜的气体就是已经脱除VOCs的洁净空气，被顺利排放，通过膜的有机气体则会受到循环式冷凝处理。膜分离法适用于浓度达到1 000 mg/m3的VOCs气体，所产生的回收处理效果比较理想，回收率至少可以达到90%。运行效果良好、无二次污染是膜分离法在实际应用中的显著优势，而且回收完成的VOCs无需要进行后期处理[7]。但是此种方法所应用到的设备普遍造价较高，但是国家在此方面给予了诸多支持，使得此项技术逐步走向成熟，设备价格更加趋于合理，因此未来膜分离法的应用前景非常广阔。

2.2.5 直接燃烧法

直接燃烧法也可以叫做直接火焰燃烧法，主要是对热转印材料生产时所排放出来的VOCs作为燃料实施燃烧处理，适用于VOCs浓度高、热值高、不可回收利用的废气，燃烧温度一般需要保持在1 100摄氏度。此种方式在实际使用时，需要以燃烧炉窑、专用燃烧器作为辅助设备，该技术的不足之处在于过高的燃烧温度必然会有大量氮氧化物生成，存在着二次污染问题，外加有明火，不适合在易燃易爆介质多的空间内使用。

2.2.6 热力焚烧法

如果可燃性VOCs浓度相对偏低的情况下，此时应该利用燃料达到辅助燃烧的目的，此方法就是热力焚烧法。辅助燃料可以将气体的燃烧温度大幅度提升，从而将VOCs气体氧化无害组分对应温度，比如氮气、二氧化碳等，可以说，VOCs就如同助燃气体、燃烧对象一般。经过长期的VOCs治理实践，结果显示蓄热式氧化焚烧技术的应用效果作为理想，此种方法在处理VOCs的过程中，主要是利用VOCs能和氧气反应，将其转化为水、二氧化碳，进而释放出大量热能，只需要对这些热能进行回收便可实现二次利用[8]。这一技术的不足在于，进口部位极其容易被盐类物质堵塞，气动阀门因为长期操作故障频发，而且VOCs焚烧处理时容易生成有毒气体。

2.2.7 放电等离子体法

此种方法因在有害气体处理上表现出的良好效果，所以已经得到国际公认，主要是利用高压放电得到等离子体，这样就能获得大量的活性粒子、高能电子，对于C-H、C-C键可以起到一定的破坏作用，促进污染物的置换反应，最终生成二氧化碳和水。曾有研究人员利用脉冲电晕法对含苯废气进行了一次治理实验，将电压设定为140 kv，接着进行混合电晕，此时所去除的苯超过82.7%。可见，对于浓度较低的有机废气，采用放电等离子体法处理是具备可行性的。再比如热离子体的PFCs裂解实验，依托技术加持，能够对污染物造成96%以上的破坏度。还有利用此项技术进行脱色处理，等待两个小时之后，脱色率大约能达到99%。放电等离子体法的不足之处在于氧化不够彻底，所消耗的能力非常高，而且降解产物的成本比较复杂，甚至容易带来二次污染。

2.3 精细管控

现阶段，部分热转印材料企业存在着VOCs无组织排放的现象，比如工艺无组织排放、储罐呼吸与泄露的逸散、原材料装卸环节的逸散、污水处理环节的逸散、生产设备泄漏、采样过程的排放、冷却水系统的释放、突发事故的排放、固体物料堆放的释放等。面对上述现象，企业必须从实际情况出发，精心编制污染防治方案，将VOCs治理落实落细。首先，以环境影响评价文件、排序许可证为依据，梳理VOCs产生源，并整理为清单，这样才能针对性地实施污染防治策略，加强日常管控，提高治污管控的精准度。其次，根据《挥发性有机物无组织排放控制标准》的具体要求，邀请专业检测机构定期进行泄漏检测、维护检修的工作，针对直接关系到VOCs泄漏问题的设备、管线组件，逐一进行识别，并将识别结果储存在档案中，为后续的检测、修复提供信息依据[9]。最后，关注车间、密闭间的密闭性，除作业人员进出、物料运输之外，其余时间必须要保证门窗是处于完全封闭，如果发现管道穿墙、设备改造挖洞、老化破损漏洞等问题，应第一时间安排技术人员予以修复。

工艺改进也是精细管控不可忽视的环节，强调基于现有生产工艺实施调整优化，在生产前期有效控制VOCs的产生源。基于此，建议从工艺设备改进入手，全面使用全自动密闭一体化生产技术，根据自身经济条件逐步采购新设备，用于替换现有的设备、装置将废气的产生量控制到最少。以无泄漏泵为例，其在实际应用中让生产工艺得到优化，有机溶剂的用量大大减少，因此挥发性有机物的产生量也是有限的。

3 结语

综上所述，在热转印材料行业中，VOCs排放一直都是环境保护方面的薄弱环节，受到社会各界的高度重视，VOCs的产生源头集中在材料投放、化料研磨、中转、涂布烘干、清洗等工序，当前尚无法通过源头替代的方式对VOCs排放加以控制，因此必须着眼于过程控制、末端治理、精细管控的途径，特别是末端治理，涉及到冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法、直接燃烧法、热力焚烧法、放电等离子体法等多种方法，企业可以根据生产现状以及VOCs治理需求，审慎选择、积极采取治理方法，力求取得理想化的末端治理成效，持续强化VOC整体治理水平，促使管控能力得到进一步提升，逐步推动热转印材料行业走上绿色化之路，为构建环境友好型社会贡献力量。