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我國印刷業VOCs汙染狀況與控製對策

2016/4/8 11:42:20      點擊:

印刷業是典型的揮發性有機物(VOCs)排放源。總結了美國、歐盟、日本的印刷行業VOCs汙染控製法規、政策等,以及汙染控製技術,研究了我國印刷業VOCs汙染狀況。在以上基礎上,最後提出了我國開展印刷業VOCs汙染控製的一些建議。
 
  近年來,我國印刷業保持穩步增長的態勢,已成為繼美國、日本、歐盟之後的全球第四大印刷市場,為我國經濟的快速發展做出了巨大貢獻。與此同時,印刷油墨、膠黏劑、清洗劑等有機溶劑含量較高的原料大量消耗,在生產過程中排放了眾多VOCs汙染物。其中乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、**等多類物質具有毒性,對人體呼吸係統、肝髒和神經係統造成極大的危害。同時,這類物質也具有較強的光化學活性,可引發光化學煙霧、有機氣溶膠和近地層臭氧濃度過高等,導致區域環境空氣質量惡化。
 
  印刷業的VOCs汙染問題正逐漸引起政府和行業部門的關注。“十二五”期間我國將在重點區域首次啟動該類汙染的防治工作。目前進行該行業的汙染防治還存在著較多問題,主要包括對VOCs的排放數量、種類、主要汙染源等情況掌握不足,標準、管理製度、策略等管控手段缺失,相關清潔生產和末端治理技術發展落後。相比我國,美國、歐盟和日本等印刷業已通過製定和實施了一係列針對印刷業VOCs汙染防控的法規政策,促進了先進工藝和末端治理技術的發展應用,實現了VOCs汙染的削減。據報道,日本印刷油墨釋放的VOCs總量由2000年約13萬t降低至2008年7.3萬t[6]。美國印刷業VOCs排放量從1980年33萬t降低至2009年13萬t,平均年削減率為3.2%。歐盟27個成員國在1999~2009年期間的VOCs排放量保持在20~25.5萬t的水平,基本實現了汙染增長趨勢的遏製。
 
  歐美、日本取得的減排經驗可為我國今後印刷業的VOCs汙染防治工作提供寶貴的經驗借鑒。筆者總結美國、歐盟、日本等發達國家的印刷業VOCs汙染控製措施及控製技術,分析國印刷業的VOCs汙染狀況,並結合我國的實際情況提出汙染控製的對策建議,以期為該行業的綜合防治提供一定的參考。
 
  1國外印刷業VOCs汙染控製措施和技術
 
  1.1汙染控製措施
 
  1.1.1美國
 
  美國是最早開展VOCs汙染控製的發達國家。為使包含印刷業在內的工業VOCs汙染源得到有效控製,促進全聯邦實現國家臭氧濃度標準,美國大氣汙染綜合控製法律《清潔空氣法》中規定了環保署(EPA)、州、地方環保部門必須製定和頒布合理可行控製技術(RACT)法規、汙染源排放標準,新源審查(NewSourceReview)和排汙許可證製度(Permits)等多種控製管理法規。
 
  RACT法規屬於針對臭氧未達標區現有汙染源的技術型法規,其中RACT指合理可行的控製技術,是EPA以技術經濟性為首要考慮因素選擇的一類技術的總稱。RACT技術由EPA指定,並以控製技術指南的形式發布給州及地區環保局,由州及地區環保局參考指南確定本地區的RACT法規。1978年,EPA首先發布了《軟包裝印刷業控製技術指南》,1993年又發布另一份《膠印和凸印控製技術指南》,這2份指南成為大部分州及地區RACT法規的直接依據。截至2006年,EPA為提高削減要求而再次修訂上述指南時,全聯邦已有17,34個州及地區機構,分別頒布了膠印/凸版印刷業RACT法規和軟包裝印刷業RACT法規。法規中主要針對印刷耗材的VOCs含量及印刷設施排放廢氣的淨化效率值進行了規定,部分地區的法規見表1。
 

  和現有汙染源相比,美國對新源的控製更嚴格。1982-1984年,EPA出台了2部新汙染源實施標準———《柔性乙烯基和聚氨酯產品凹版塗布印刷排放標準》和《出版物凹版印刷排放標準》。分別要求相關設備的VOCs排放量低於1kg/kg固體使用量、16%溶劑使用量,並詳細規定了設備的VOCs排放量檢測方法、程序、周期、數據記錄和上報等要求。1996年,EPA製定了《印刷和出版業有害空氣汙染物排放標準》,該標準針對甲苯、二甲苯、乙苯、甲乙酮、甲醇、乙二醇和乙二醇醚類等VOCs為主的有害空氣汙染物(HAP),規定了基於最佳可行控製技術(BACT)的排放限值,相關單位必須采取BACT技術,使軟包裝印刷、出版物凹版印刷過程HAP排放量各自低於其原料使用量的5%和8%。
 
  新源審查類似於我國的環境影響評價製度,指新建或改建一項固定排放源時,必須首先進行新源排放分析,並報環境主管機構備案,獲得行政許可之後才可施工。但新源審查附帶了技術規定,要求臭氧未達標區汙染源須安裝最低排放速率(LAER)控製技術、臭氧達標區安裝BACT技術。
 
  排汙許可證製度是1990年清潔空氣法修正案新增的管理製度,針對主要汙染源(年排放量大於25t以上),規定新、改、擴建的企業固定排放源項目必須滿足新源審查、新汙染源實施標準、有害空氣汙染物排放標準等法規的控製要求,才能獲得建設允許。
 
  除上述法規的限製以外,美國還製定了旨在鼓勵和引導企業的汙染治理的激勵政策和扶助項目。
 
  1.1.2歐盟
 
  影響歐盟印刷業VOCs排放的2部重要控製法規是歐盟理事會1996年頒布的綜合汙染防控指令(1996/61/EC)和1999年的溶劑指令(1999/13/EC),其中綜合防控指令的要求比溶劑指令更為嚴格。
 
  綜合汙染防控指令要求各成員國對印刷業實行基於最佳可用技術(BAT)的排放許可製度,BAT信息由各成員國提交,最終由歐盟理事會統一以參考文件的方式向各成員國發布[18]。BAT文件包含軟包裝凹印和柔印、出版物輪轉凹印、熱固輪轉膠印3類印刷業汙染源的控製技術及其削減效率要求。溶劑指令規定了輪轉凹印、熱固輪轉膠印、旋轉絲網、複合等工藝的廢氣VOCs排放濃度限值及總溶劑逃逸限值,同時還提出了一種新的達標方式,即實行與排放標準等效的削減計劃[19]。指令頒布後,各成員國陸續地將其轉換成本國的法律法規,並出台配套的實施指導文件。
 
  與美國相似,部分歐盟成員國也建立了相關協助機構,如德國的清潔生產中心,提供工業領域的清潔生產技術和環境管理信息。另外,以德國為首的歐盟國家還通過環境管理體係認證、環保設備認證、行業倡議等方式,加強了原材料和生產過程的汙染管控工作。
 
  1.1.3日本
 
  日本早期的VOCs汙染控製始於《環境基本法》、《惡臭防止法》中對光化學氧化劑、惡臭物質的限製。1994年,《惡臭防止法》為印刷車間排放的甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、異丁醇等8種物質設置了廠界濃度限值。2006年4月,針對工業VOCs排放設施的控製法規正式實施。其中要求輪轉膠印用烘幹設備、凹印烘幹設備的排放濃度必須小於0.04%C和0.07%C(以碳原子個數計)[20]。法規同時還鼓勵其他未受限的設施實行自主減排,計劃到2010年通過法規規製和自主行動實現的VOCs減排量應達到在2000年基礎上分別削減10%和20%的目標。為促進該目標的實現,經濟產業省、環境省等政府部門與印刷產業聯合會(減排領導機構)交流全行業削減目標和行動計劃,發布了企業減排行為指南和開展“VOCs處理技術實證”項目。
 
  此外,印刷業自身製定了一係列環保油墨標準,實現了油墨中的芳香烴、石油類溶劑及VOCs含量限製,推動了大豆油墨、低礦物油溶劑油墨的發展應用。從2001年起,印刷業陸續出台了《膠版印刷服務》、《凹版印刷服務》、《貼紙印刷服務》以及《絲網印刷服務》等標準,包括了材料采購、工藝、管理等各方麵的環保規定,作為“綠色印刷工廠”認證的評價依據。
 
  1.2控製技術
 
  美國、日本、歐盟主要對使用溶劑型油墨、膠黏劑的工藝廢氣進行處理,如熱固輪轉膠印、軟包裝凹印、軟包裝柔印、出版物凹印和軟包裝複合工藝,汙染控製技術包括源頭控製和末端治理2類。
 
  在源頭控製技術方麵,首要措施是調整原料配方或采取環保產品替代。美國EPA在RACT技術指南中專門提出了配方建議,如膠印工藝用潤版液中醇類含量應低於1.6%;醇類含量高於3%時,須於15.5℃下冷存;或采用5%含量的乙二醇醚類替代物或無醇潤版液;清洗劑要求20℃時蒸汽壓低於10mm汞柱或VOCs含量低於70%[21]。另一源頭控製措施是進行工藝技術改進。將相關設備更新為水性柔性版印刷、無水膠印、數字印刷等清潔生產技術設備,或采用密封的儲存溶劑設備、溶劑管道輸送係統、自動油墨傳送係統、潤版液循環淨化係統和自動清洗係統,以提高設備部件的自動化和密封程度,從而減少VOCs的逸散。
 
  在末端治理技術方麵,主流技術包括燃燒法(催化、熱力、蓄熱)、活性碳吸附、生物法及吸附-蒸餾、吸附濃縮-蓄熱燃燒、吸附濃縮-催化燃燒等組合工藝技術,處理效率普遍可達90%以上[21-23]。各種VOCs治理技術的選擇與廢氣組成、濃度、風量等參數有關。對高濃度但難以進行回收利用的有機廢氣,可采取熱力燃燒和催化燃燒法;對高濃度、溶劑種類單一的有機廢氣,如出版物凹版印刷、軟包裝複合工藝排放的甲苯、乙酸乙酯溶劑廢氣,可采取活性炭吸附-蒸餾精製的方法進行再生利用;對於低濃度、大風量的印刷廢氣,適宜采用吸附法、生物法、吸附濃縮-蓄熱燃燒或吸附濃縮-催化燃燒法。
 
  2我國印刷業VOCs汙染狀況與控製對策
 
  2.1汙染狀況
 
  改革開放以來,我國印刷方式以膠印和凹印技術為主,先進環保的柔印、數字印刷等技術的應用比例很小,因此,不可避免地存在傳統印刷方式中有機溶劑大量揮發的問題。加上長期以來缺乏法規、政策、技術等手段對汙染源進行監督和控製,導致當前絕大多數印刷企業排放的VOCs汙染尚未被治理。對廣東省印刷企業的調研發現,僅有一小部分企業在源頭上使用低VOCs油墨來預防汙染,或者安裝催化燃燒、吸附回收等末端技術設備對生產排放的含VOCs廢氣進行處理,而約70%~80%的多數企業未采取任何廢氣預防和治理設施。對這些企業的廢氣監測結果表明,印刷車間內和車間排氣口的總VOCs濃度達每立方米數十至數百毫克,見表2,其中軟包裝印刷、金屬包裝印刷由於溶劑型原料使用量較大,其汙染程度較其他印刷方式嚴重,均超過了《廣東省印刷行業VOCs排放標準》(DB44/815-2010)的規定。
 

  在VOCs排放量方麵,國內外研究學者主要采用歐盟或美國的排放係數,各類別印刷工藝的排放係數的範圍在300~800kg/t之間,估算結果顯示我國印刷行業每年排放的VOCs約數十萬噸。魏巍等學者則通過調研我國各類印刷技術油墨的主要品種的VOCs含量和相應的產品結構比例信息,取VOCs含量和產品結構比例的加權平均值作為各類油墨的VOCs排放係數,其次結合各類油墨的表觀消費量進行估算,獲得2005年我國印刷業油墨使用過程的VOCs排放量約38.8萬t[24],相比直接采用國外的排放係數,該研究結果的不確定性相對較低。
 
  在借鑒魏巍等學者的研究方法的基礎上,收集了油墨、稀釋劑、膠黏劑等各類耗材的主要品種的VOCs含量[25-26]、產品結構比例信息以及各類耗材的表觀消費量[27-31],估算得到2009年我國印刷業未考慮控製水平下的VOCs排放量約為89.5萬t,見表3。
 

  其中,VOCs排放貢獻最大的部門是軟包裝複合膠黏劑,占32.49%,其餘依次是油墨清洗劑、油墨稀釋劑、凹印油墨、其他膠黏劑、膠印油墨和其他油墨;若按工藝類別劃分,複合工藝、印刷設備清洗活動、凹印工藝及熱固膠印工藝,是最主要的汙染源,應該進行重點控製。
 
  2.2控製對策建議
 
  2.2.1開展印刷業VOCs汙染調查和監測
 
  現階段,盡管我國已經重視VOCs汙染,但VOCs尚未納入到我國環保部門的日常環境監測和環境統計工作中,且有關我國印刷業VOCs汙染的調查研究工作開展較少,直接影響了行業和政府部門掌握VOCs汙染排放狀況和及時製定有效的減排措施。因此,必須首先廣泛開展印刷業VOCs汙染調查和監測。掌握清楚相關工藝類型企業的數量、規模、原輔材料的VOCs含量情況、排放的VOCs種類、濃度和汙染控製狀況等方麵的詳細數據和信息,從而為製定相關減排政策和法規,以及建立全國及地方層麵的印刷業VOCs排放清單奠定基礎。
 
  2.2.2製定印刷業VOCs排放標準和達標技術體係
 
  近年來,北京、廣東等地出台了專門針對相關印刷工藝的VOCs排放標準,但其他大部分地區仍未製定相關的標準。麵對印刷業的快速發展趨勢,應及早在參考國內外相關標準的先進經驗的基礎上,製定全國或地方級別的印刷行業VOCs排放標準。
 
  排放標準應覆蓋溶劑型複合工藝、凹印工藝、膠印工藝及設備清洗等重要汙染源,全麵規定油墨、潤版液、膠黏劑、清洗劑的VOCs含量限值、工藝廢氣有組織排放限值、溶劑逃逸限值,同時強化對企業生產工藝的管理要求,最大限度地減少VOCs的揮發逸散;建議在標準中增加相關達標規範程序的詳細說明,指導企業落實VOCs排放量估算、各類原料的VOCs含量檢測、廢氣排放濃度監測、汙染治理設備的運行效率監測以及數據記錄上報,有利於培養企業的守法意識,提高企業對汙染物的管控能力,推進環保部門的達標管理工作;美國的排放標準多數建立在RACT和BACT等技術基礎上,這保證了企業采用相應水平的控製技術後即可達到標準的要求,從而提高了標準的可行性,可適當借鑒這一做法,製定標準時考慮環保技術的發展情況,由環保部門統一製定與標準配套的技術指南或規範,引導企業選擇削減技術。
 
  2.2.3建設VOCs汙染源長效管理控製機製
 
  發達國家對印刷業VOCs排放控製具有完善的管理製度,促進了VOCs汙染防治法規、政策得到有效的貫徹落實。應借鑒國外的管理思路,將印刷業VOCs汙染預防與控製的要求適當納入到現有環境管理體係中。可逐步建設包括環境影響評價、排汙申報和排汙許可證製度的VOCs汙染源長效管控機製,從而實現對汙染企業的有效監管,確保企業達標。
 
  在建設長效管理製度時,可以考慮:在環境影響評價製度規定中補充VOCs汙染評價指標,要求新、改、擴建印刷汙染設施項目環評時,須進行VOCs監測分析、預測和評估以及采取最佳預防削減技術措施;排汙申報和排汙許可證製度都是汙染源監督管理的重要手段,鑒於我國這2項製度實踐經驗尚淺的情況,可先選擇在有條件的園區、企業進行排汙申報製度試點和許可證製度試點,取得成功經驗後,再逐步向全國推廣。排汙申報實行由印刷企業負責提供原始資料,證明VOCs排放物質濃度、排放量、汙染設備控製效率等數據真實可靠,由環保部門負責嚴格核查的方式。VOCs排汙許可證製度必須遵循持證、按證排汙原則和總量控製原則,在摸清現有排放源、準確估算排放量的基礎上,確定本地VOCs總量控製目標和分配削減指標,即可按法定程序頒發排汙許可證。
 
  2.2.4設計激勵政策和扶助項目
 
  印刷行業中占絕大多數的是中小型企業,這些企業的生產技術水平較為落後,且難以籌集治理汙染資金而導致治理水平很低。為鼓勵這部分企業的汙染防治行為,可參考國外的經驗,設計有效的VOCs防治激勵政策和扶助項目。例如包括:對引進使用先進清潔生產和末端治理設備,研發新技術、新工藝、新材料,實行環保認證的企業,提供融資渠道、資金補貼和稅收優惠;在政府采購活動中優先考慮環境友好型企業;加大對違法排汙企業的處罰力度等,並由政府部門組織其他部門開展扶助項目,如汙染防治技術信息的谘詢和推薦等。
 
  2.2.5發展先進的VOCs汙染控製技術
 
  我國印刷行業的汙染控製技術整體水平較為落後,體現在環保型原料、綠色印刷技術和有機廢氣治理技術的研發能力薄弱。為此,今後應加強印刷業與科研院所、印刷設備製造業、油墨製造業、有機廢氣治理業等部門的合作,整合各方優勢,增強先進清潔生產技術和末端治理技術的研發創新能力。另一方麵,注重大力推廣國內外應用較為成熟的VOCs汙染防治技術設備,如吸附、吸附濃縮-催化燃燒、吸附濃縮-蓄熱催化燃燒法。
 
  2.2.6推行環保認證工作
 
  環保認證可以提高認證企業內部的產品質量水平以及環境管理水平。可通過規範印刷業環境標誌認證、ISO14000環境管理體係認證等認證過程,鼓勵企業開展認證工作,推動企業將環境保護和循環經濟的思想融入企業生產、經營與管理的決策中,在產品采購、設計、加工、運輸、銷售、廢物處置等各環節和全過程進行VOCs汙染防治。
 
  3結語
 
  歐美、日本等國的經驗證明:印刷業VOCs汙染防治是一項持久艱巨的係統工程,同時也是促進行業長期健康發展的重要機遇。我國應通過開展係統深入的行業VOCs排放調查和監測,重點製定一套完善的排放標準及達標技術輔助體係,並逐步健全管理、政策、項目、技術、認證等其他手段,積極推動印刷業VOCs汙染防治工作,促進該行業實現可持續發展。
(來源:中國包裝印刷產業網)
文章鏈接:中國包裝印刷產業網 http://www.ppzhan.com/news/Detail/46742.html