بررسی آثار زیست محیطی و روش های بازیابی ترکیبات آلی فرار (مطالعه موردی: صنعت‌چاپ)- امیرمحمد جاویدانی؛ حسن اقدسی نیا- گروه عطران

0

به منظور حفظ محیط‌ زیست از آلوده‌ کننده‌ها ‌و همچنین بازیافت مواد با ارزش، جداسازی ترکیبات آلی فرار(VOCs) از جریان گازهای خروجی در فرایندهای صنعتی، امری ضروری می‌باشد.

سالانه میلیون ها تن VOCs به وسیله ی مواد دست ساز بشر وارد اتمسفر می شود.

حضور VOCs در هوا یک مشکل جدی برای سلامتی انسان ها می باشد و عوارض فراوانی به صورت حاد و مزمن در افراد بروز می‌ نماید.

بنابراین کنترل انتشار آنها از مهم ترین الزامات قانونی محیط‌ زیستی و بهداشتی صنایع می‌باشد.

در سال‌ های اخیر از روش‌ های مختلفی برای کنترل انتشار VOC ها استفاده شده‌ است که هر یک از این روش‌ها دارای معایب و مزایایی هستند و باید برای انتخاب هر یک از این روش ها نوع صنعت، کارایی حذف مورد نیاز، میزان غلظت و سمیت آلاینده، قابیلت اشتعال‌پذیری آن و… مدنظر قرار گیرد.

کلمات کليدي: ترکیبات آلی فرار، روش های بازیابی voc، آلودگی محیط زیست، صنعت چاپ

 مقدمه

رشد سريع و روند رو به گسترش صنعت، دستاوردهاي مهمي را براي انسان به ارمغان آورده ‌است.

در كنار اين پیشرفت‌ها كه آسايش و راحتي انسان‌ها را شامل شده، مسائل و مشكلات عديده‌ای از جمله آلودگي های محيط زيستي و به­ ويژه آلودگي هوا را به همراه داشته است، كه به تدريج به يكي از دغدغه‌هاي مهم جامعه بشري تبديل شده است.

آلودگي هوا طبق تعريف عبارت است از وجود يك يا چند ماده و يا مخلوطي از مواد مختلف در هوا، به مقدار يا مدت زماني كه باعث ايجاد عوارض بهداشتی و زيست محيطي شده يا مانع استفاده راحت از زندگي گردد.

منابع آلودگي هوا به دو دسته طبيعي و انسان ساخت تقسيم بندي مي­شوند.

با توجه به توسعه و پيشرفت صنايع مختلف و تكنولوژي، توسعه شهرها، ازدياد جمعيت و افزايش وسايل نقليه موتوري، سهم منابع انسان ساخت در انتشار برخي از آلاينده ‌ها، بيشتر از منابع طبيعي است. (  Shahzad kmal و همکاران، 2016)

يكي از عوامل مهم آلودگي هوا به‌ويژه در محيط ‌هاي بسته، تركيبات آلي فرار(VOCs) می‌باشد. براساس تعریفWHO(سازمان بهداشت جهانی) ترکیبات آلی فرار ترکیباتی هستند که در دمای معمولی (15/239 کلوین) و فشار اتمسفری (325/101 کیلو پاسکال) دارای فشار بخار بیشتر از 3/10 پاسکال می باشند.

VOCs، گروهی از ترکیبات شیمیایی بر پایه کربن هستند که به‌آسانی در دمای اتاق تبخیر می‌شوند (  Zhangو همکاران، 2017). این ترکیبات بعد از ذرات معلق، بیشترین فراوانی و تنوع انتشار را دارا می باشند.

منبع اصلی انتشار VOC ها شامل: پالایشگاه‌ های نفت، پتروشیمی ‌ها، صنایع شیمیایی، صنایع دارویی، صنایع نساجی، صنعت چاپ، کارخانه‌ های تولید حلال و مواد شوینده و… هستند.

مهم ترین VOC ها را می توان به ترکیبات هالوژن دار، آلدهید ها، الکل‌ ها، کتون‌ها و ترکیبات آروماتیک تقسیم کرد.

انتشار زیاد این مواد در محیط، منجر به بروز بیماری‌های پوستی، ریوی و سردرد به خصوص برای کارگرانی که با صنایع ذکر شده سروکار دارند؛ می شود.

علاوه بر این، موجب اثرات زیانبار زیست ‌محیطی ازجمله: تخریب لایه ازن، تولید اکسیدان‌ های فوتوشیمیایی، ایجاد باران‌ های اسیدی و تغییرات آب و هوا می گردد. ( حقیقی فرد و موسوی، 1393)

بنابراین لازم است از روش‌هایی بهره مند شد تا انتشار VOCs به محیط به حداقل رسانده شود. همچنین به منظور افزایش راندمان کلی در صنایعی که با VOCsسر و کار دارند، استفاده از روش‌هایی برای بازیابی این مواد و استفاده‌ مجدد از آن­ها باید مد نظر قرارگیرد. (Taicheng An و همکاران، 2014)

در این مقاله به بررسی اختصاصی اثرات زیست محیطی و روش­های کنترل و بازیابی VOCs در صنعت چاپ پرداخته شده است.

 راه های آلوده شدن محیط زیست توسط VOCs

تبخیر و تراکم[1]، فرایند‌های مکملی هستند که امکان می‌دهند VOCs در حد فاصل آب و هوا مبادله شوند. نیروی محرک برای هر دو فرایند، شیب غلظت بین فازهای هوا و آب است.

با توجه به برهمکنش آب، خاک و هوا، آلودگی یکی از آن‌ها منجر به آلودگی بقیه خواهد شد. بدین معنی که تشدید آلودگی هوا، آلودگی آب و خاک را در پی خواهد داشت.

آزاد شدن ترکیبات آلی فرار در محیط زیست به وسیله فرآیند‌ها و مکانیسم‌های انتقال مختلفی انجام می‌شود.

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، فعالیت این ترکیبات در خاک و آب‌های زیرزمینی از طریق فرآیندهای تبخیر، انحلال، جذب سطحی و تخریب به وسیله میکروارگانیسم‌ها مورد توجه است. ( قربانی شهنا و همکاران، 1389)

VOCs در آب انحلال‌پذیرند و هنگامی که این ترکیبات در فاز آبی حل می‌شوند، توانایی حرکت با آب‌های زیر‌زمینی را پیدا می‌کنند.

گاه به جای انحلال، ممکن است پدیده جذب سطحی باعث انتقال مواد آلی به ذرات خاک شود. جذب سطحی از طریق کنترل خواص آلاینده مانند حلالیت و قطبیت قابل کنترل است.

با توجه به خصوصیات خاک، ترکیبات VOCs نسبت به ترکیبات آلیفاتیک ضعیف‌تر جذب خاک می‌شوند و بیشتر باعث آلودگی آب‌ها می گردند. (علیان و همکاران، 1393)

اثرات زیست محیطی VOC ها شامل آلودگی هوا، آلودگی خاک و آلودگی مربوط به آب می باشد. در ادامه به شرح هر یک از این آلودگی ها پرداخته شده است.

بررسی آثار زیست محیطی و روش های بازیابی ترکیبات آلی فرار (مطالعه موردی: صنعت‌چاپ)-عطران

بررسی آثار زیست محیطی و روش های بازیابی ترکیبات آلی فرار (مطالعه موردی: صنعت‌چاپ)-عطران

شکل1- فعالیت VOC ها در خاک و آب های زیر زمینی

1-2  VOCs و آلودگی هوا

سالانه میلیون‌ها تنVOCs به وسیله مواد دست‌ ساز بشر وارد اتمسفر می‌شود.

منبع تعداد زیادی از هیدروکربن های موجود در هوا، بخار بنزین یا دود خروجی از اگزوزها است. به عنوان مثال بر اساس تحقیقاتی که در اروپا صورت گرفت حدود 85 درصد بنزن موجود در هوا از منابع متحرک و تنها 15درصد از منابع ثابت می‌باشد. مطالعات در مورد هوای داخل منازل نشان می‌دهد که در مورد خانه‌هایی با عمر بیش از 1 سال، مهم ترین منبع VOCs لباس‌های خشکشویی شده، وسایل آرایشی، خوشبوکننده‌های هوا و مواد پاک‌کننده هستند و در ساختمان‌‌های نوساز مهم‌ترین منبع VOCs رنگ نقاشی و چسب می‌باشد.

همچنین بنزن که یک ماده سرطان‌زا برای انسان شناخته ‌شده‌ است؛ در تنفس افراد سیگاری حدود 10 مرتبه نسبت به افراد غیرسیگاری بیشتر است.

بعضی از ترکیبات آلی فرار موجب جلوگیری از رشد طبیعی گیاهان می‌شود و گروهی دیگر از ترکیبات آلی فرار باعث تشکیل ازن و مه دود می گردد.

به طور معمول این ترکیب در طبیعت یافت می‌شود ولی ورود مقادیر زیاد VOCs به اتمسفر پایینی (هوای نزدیک به ما) باعث به‌وجود ‌آمدن مقادیر ازن خطرناک می‌شود.

ازن در اتمسفر بالایی، یک لایه مهم محسوب شده که زمین را از آسیب‌های اشعه ماوراءبنفش خورشید حفظ می‌کند؛ درحالی که ازن در اتمسفر نزدیک زمین یک ترکیب خطرناک محسوب می‌شود که با سایر ترکیبات موجود در هوا ترکیب شده و موجب تشکیل مه‌دود می‌شود. (مکرمی و همکاران، 1389)

2-2  VOCs و آلودگی خاک

خاک شاید پیچیده‌ترین قسمت محیط‌ زیست است که شامل تعداد زیادی از VOCs با خصوصیات متفاوت می‌باشد.

آلودگی خاک با VOCs غالباً در نتیجه‌ی فعالیت و برخورد انسان با طبیعت است. مقادیر عظیمی از VOCs در صنایع نفت تولید می‌شود و بعضی از این ترکیبات به عنوان سوخت موتور یا به عنوان موادخام به مصرف صنایع شیمیایی می‌رسند.

صنایع شیمیایی با تولید مواد صنعتی و مصرفی، یک تولیدکننده مهم VOCs می‌باشند. از جمله مهم‌ترین آلاینده‌های خاک می توان آلکان‌ها و سیکلوآلکان‌ها، هیدروکربن‌های آروماتیک (بنزن و تولوئن)، فنل‌ها و… نام برد.

از عمده‌ترین خصوصیات ترکیبات آلاینده خاک، غیرقطبی بودن آن است.

برخی VOCs می­توانند به وسیله‌ی گیاهان و حیوانات و بر اثر تجزیه بیولوژیکی مواد آلی حاصل شوند.

آلودگی خاک با این ترکیبات ممکن است نتیجه‌ی مستقیم انتشار در نزدیکی جایگاه سوخت با مناطق صنعتی باشد.

فرآیندهای جذب و دفع باعث نفوذ این ترکیبات در خاک می‌شوند. بنابراین آلودگی وارد سیستم خاک می‌شود و ممکن است جذب مواد آلی خاک گشته و در آب‌های زیرزمینی حل شود و یا مجدداً تبخیر و در اتمسفر رها شود. .(  Shahzad kmal و همکاران، 2016)

3-2  VOCs و آلودگی آب

آلاینده‌های اصلی در صنعت آب و فاضلاب، ترکیبات آلی می‌باشند. مقادیر متحیرکننده ای از مواد آلی(آفت کش‌ها، پاک کننده‌ها، حلال‌ها و…) در منابع آبی وجود دارد.

در میان این ترکیبات آلی، ترکیبات آلی فرار گروهی از آلاینده‌ها با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مشابه به وجود می‌آورند که اساساً آب گریز با تمایل به واکنش‌دهندگی پایین می‌باشند.

دسترسی به روش‌های حساس و پیشرفته آنالیز مواد برای به‌دست آوردن میزان غلظت آلاینده‌ها کافی است تا انسان را قادر به درک وسعت آلودگی محیط نماید.

منبع اصلی تخلیه VOCs به داخل آب‌ها، صنایعی همچون صنعت خشکشویی، جابجایی نفت خام و فرایند کلریناسون آب آشامیدنی می‌باشد.

با وجود سرعت بالای تبخیر VOCs به علت حجم بالای محصولات دفع شده به محیط، این ترکیبات در آب‌های طبیعی نیز یافت می‌شوند.

نیمه عمر VOCs در آب‌های سطحی به علت تبخیر و تجزیه، نسبت به آب‌های زیرزمینی بسیارکوتاه‌تر است.

برای مثال نیمه عمر 1و2دی کلرواتان در هوا 10 تا 190 روز است، در حالی که در خاک ماه‌ها ماندگار است.

تتراکلریدکربن به سرعت از آب‌های جاری تبخیر می‌شود (نیمه عمر0.3 تا 3 روز است)، اما مقاومت آن در آب‌های راکد و آب‌های زیرزمینی بیشتر است (نیمه عمر بین 30 تا 300 روز می باشد).

میزان آلودگی در مناطق مختلف و با شرایط محیط متفاوت است. بادهای مناطق صنعتی و سواحل آلوده باعث تبادل آلودگی بین آب و هوا در رسیدن به غلظت مناسب می گردد. ( گلفشان و مرتهب، 1393)

 3- بررسی اثرات زیست محیطی حلال‌های صنعت چاپ

مواد مصرفی مورد استفاده در صنعت چاپ، مواد و حلال‌های مضری هستند که به محیط‌زیست و افراد آسیب می‌رسانند. درشکل 2 فلوچارت کلی از صنعت چاپ نشان داده شده‌است.

شکل 2  فلوچارت کلی صنعت چاپ

 صنعت چاپ همانند صنایع دیگر آلاینده­هایی در فاز جامد، مایع و گاز تولید می­کند.

پساب­ های جامد در صنعت چاپ عبارت از: ظروف خالی، قوطی­ها، موادی که منقضی شدند و پساب­های فیلمی و کاغذی می باشند و  پساب­های مایع شامل: روغن­های روان‌کننده، پساب­ رنگ­ها، حلال­های پاک‌کننده، اسیدها وبازها هستند.

همچنین صنعت چاپ آلاینده ­ها و ترکیبات آلی فرار تولید می­کنند که به طور عمده از طریق شوینده­ها، جوهرها، الکل­ها و دیگر حلال ها منتشر می­شوند.

به علت تاثیری که آلاینده­های صنعت چاپ روی عصب می­گذارد، حلال­های آلی منتشر شده در صنعت چاپ مورد توجه سازمان بهداشت حرفه­ای قرار گرفته است.

براساس بندهای مصوب HSE در سال 1992، تمامی کارکنان صنعت چاپ ملزم به اقدامات عملیاتی مناسب برای جلوگیری از آسیب رساندن به کارگران شدند.

به این معنی که تا جایی که امکان دارد استفاده­ از حلال­ها حذف شود و با مواد غیرمضر دیگر جایگزین گردد.

همچنین استفاده از تهویه­ی مناسب، استفاده از سیستم­ های جداسازی و استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند ماسک از دیگر اقداماتی بود که صاحبان صنعت چاپ ملزم به رعایت آن بودند.

صنعت چاپ این قابلیت را دارد که از مواد جایگزین دیگری به جای حلال­های آلی استفاده نماید. این اقدام در حال حاضر در بعضی از کشورهای جهان در حال انجام است. ( Lin  و همکاران، 2017)

حلال های مورد استفاده در جوهر، نمونه­ای از برخی حلال‌های سمی مورد استفاده در صنعت چاپ است.

تقریباً هر حلال می­تواند سلامت انسان را به خطر بیندازد. میزان اثر آن برروی سلامت انسان بسته به نوع حلال، غلظت حلال و مدت زمانی که بدن در معرض آن قرار دارد؛ می­باشد.

راه ورود آن به بدن انسان معمولاً از طریق تنفس و تماس با پوست است. به علت فراریت بالای حلال­های مورد استفاده در صنعت چاپ، ممکن است بخارات حلال در هوا ایجاد شوند و در حین تنفس وارد ریه­ های کارگران گردند.

بخارات حلال به راحتی از غشای ریه عبور می­کنند و وارد جریان خون می­شود و به ‌سرعت در سراسر بدن گردش می­کنند.

اگر حلال ها در تماس با پوست قرارگیرند، ممکن است از این طریق وارد جریان خون شوند و به طور مستقیم به تمام قسمت­های بدن منتقل شوند.

حلال‌ها در نفوذ به چربی­های محافظ پوست متفاوت هستند. اما همه­ آن‌ها تاثیر مستقیمی روی پوست می­گذارند و می­توانند مشکلاتی نظیر التهاب، قرمز شدن و خارش شدید پوست ایجاد کنند.

هنگامی‌که مغز به مدت طولانی در معرض حلال­ها قرار گیرد، سبب تغییرات رفتاری، عواقب احساسی و شخصیتی، اختلال حافظه، اختلالات خواب و کاهش توانایی ذهنی می‌شود.

پوست، ریه­ ها و چشم­ها می­توانند از طریق حلال­ها تحریک شوند و آسیب ببیند. اثرات بلند مدت قرار‌گرفتن در معرض حلال می­تواند باعث آسیب به چندین عضو اصلی بدن مانند کبد و کلیه شود.

همچنین حلال­ ها می­توانند نوزادان در رحم زنان را نیز تحت تاثیر قرار دهند. ( Jelena و همکاران، 2012)

4- مشخصات ویژه حلال های صنعت چاپ

متداول­ترین حلال به کار رفته در صنعت چاپ شامل پارافین­ها، استرها، آروماتیک­ها، کتون­ها و الکل ها می باشند.

از طرفی ترکیبات مشخص به کار رفته در صنعت چاپ عبارت از: سیلکوهگزان، ایزوپروپانول، تولوئن،  ایزوبوتانول، زایلن، سیلکوهگزانول، اتیل بنزن، اتیل استات، دی اتیل بنزن، استون، متانول، متیل اتیل کتون، اتانول، متیل‌ایزوبوتیل‌کتون هستند. به طور کلی با توجه به تحقیقات انجام گرفته میزان ترکیبات آلی به کار رفته در صنعت چاپ را به صورت، 50 درصد آلکن ها، 25 درصد الکل ها، 15 درصد آروماتیک ها و  10 درصد کتون ها دسته بندی کرد. ( Jelena و همکاران، 2012)

5- روش های کنترل حلال‌های صنعت چاپ

تقریباً یک سوم کارخانه­های چاپ در جهان اقدامی جهت حذف یا جایگزین کردن حلال­های آلی نداشته­ اند. 5 درصد از آنها که سعی در انجام این کار داشته نتایج نامطلوبی داشتند. 4درصد در حال تلاش و بررسی برروی امکان حذف یا جایگزینی حلال­های آلی هستند.

محبوب­ترین ماده­ی جایگزین برای حلال­های آلی یک نوع ماده­ای است که برپایه مرکبات حلال‌های آلی قدیمی نیز با محصولات ایمن تر مانند Envirowash و Safewash و Citruswash جایگزین شدند.

از 200 کارخانه­ی مورد بررسی، تعداد 75 عدد از آنها از سیستم­ های استخراج حلال خروجی استفاده می‌کردند، 95 عدد دستگاه تهویه عمومی را مجبور کردند، 43 تا از هر 2 روش برای بهینه کردن بخارات حلال استفاده می‌کردند. 114 تا از تهویه طبیعی (در سال­های باز و پنجره و ….) استفاده می‌کردند.

در حالی‌که 16 تا از هیچ نوع تهویه­ای استفاده نمی­کردند. البته ذکر این نکته ضروری است که تهویه طبیعی به عنوان یک روش تهویه مؤثر، مناسب نیست، زیرا بسته به فصل و میزان باد، میزان تهویه ممکن است متفاوت باشد. (Andrade و همکاران، 2012)

6- کنترل مهندسی VOCها برای بسته‌بندی و تزئین محصولات

منبع اصلی انتشار VOCها در بسته‌بندی و تزئین محصولات چاپی، محتوای VOC در جوهرها می‌باشد. اقدامات کنترل مهندسی که در این ‌باره توصیه شده‌اند، در ابتدا بر استفاده مؤثر از جوهر، مانند کاهش عمق حکاکی و به‌کارگیری سیستم تأمین جوهر مرکزی، تمرکز داشته و سپس به استفاده از جوهر با محتوای VOC کمتر و در انتها به سایر اقدامات مهندسی از جمله سیستم تقطیر حلال و تخریب تخلیه حلال پرداخته‌اند.

به طور عمده آلودگی هوای پیرامون کارخانه چاپ ناشی از حلال­های آلی به کار رفته در جوهرها می­باشد. به خصوص این امر در فرایندهای روتروگراور، فلکسوگرافی و چاپ روی صفحه (Screen printing) صادق است.

همچنین حلال­های به کار رفته در مواد پاک‌کننده، ذخیره‌سازی و توزیع حلال­ها (معمولاً ایزوپروپانول به‌ویژه در صنعت چاپ) نیز منابع مهم انتشار ترکیبات آلی هستند.

استفاده از چسب­ ها به‌ویژه در بخش انتشارات یکی‌ دیگر از منابع نشر حلال‌های آلی می باشند. با این وجود می توان گفت که، روش‌های کنترل حلال های آلی به کار رفته در صنعت چاپ را فاکتورهای جایگزینی (replace)، کاهش (reduce)، بازیابی (recovery) و تخریب (destroy) شامل می شوند. (Andrade و همکاران، 2012)

1-6 روش جایگزینی

در بعضی از فرآیندهای چاپ مثل فلکسوگرافی و چاپ روی صفحه، می توان به جای استفاده از جوهرهای برپایه حلال­های آلی، از جوهرهای برپایه آب، استفاده نمود. همچنین، با استفاده از روش‌های اشعه ماورابنفش، مادون قرمز یا تابش الکترون ها به منظور بهبود ترکیبات به کار رفته در جوهر استفاده می­کنند. ( Jelena و همکاران، 2012)

2-6 روش کاهش

امکان کاهش حلال از طریق برنامه‌های مدیریت حلال امکان پذیر است. تغییرات در شیوه­های عملیاتی، به خصوص در حین ذخیره‌سازی و اداره‌کردن حلال­ها، می­تواند منجر به کاهش اتلاف مواد فرار شود.

همینطور تغییرات فنی از جمله کاهش عمق قلم زنی در روترگراور می­تواند مصرف حلال­های آلی را کاهش دهد. ( Jelena و همکاران، 2012)

3-6 بازیابی

چنانچه در فرآیندی از یک حلال استفاده شود، به عنوان مثال تولوئن در چاپ روتروگراور روزنامه ها و مجلات، می­توان به منظور بازیابی و استفاده مجدد از آن، جذب سطحی کربن فعال یا دیگر جاذب­ها، را استفاده نمود.

مخلوطی از حلال­ ها ممکن است با این روش بازیابی شوند، با این وجود، استفاده­ی ‌مجدد آن‌ها بلافاصله عملی نیست و حلال­های بازیابی شده، به واحدهای بازفراوری (reprocessing) یا تخریب حلال ها(destruction)فرستاده می­شود.

در روش تخریب حلال­ها، از روش اکسیداسیون استفاده می­کنند که از این طریق حلال­های آلی به کربن دی اکسید و آب تبدیل می­شوند. روش­های مختلف دیگر به صورت زیر دسته­بندی می‌شود:

1- سوزاندن؛ که شامل روش‌های حرارتی و کاتالیستی می‌باشد. با این تفاوت که روش کاتالیستی هم به گرما نیاز دارد ولی در مقایسه با روش حرارتی نیاز به سوخت اضافی کمتری دارد.

2- بیولوژیکی؛ که شامل استفاده از بیوفیلترها و استفاده از تصفیه‌کننده‌های زیستی می‌باشد.

در عمل، سوزاندن حرارتی متداول‌ترین روش برای از بین بردن ترکیبات آلی منتشر شده از فرآیندهای چاپ می­باشد. روش­های تخریب اغلب بیش از 90 درصد کارایی دارند، اما به این معنی نیست که 90 درصد از مواد منتشره از بخش­های ذخیره سازی، حمل و نقل و پاک کننده‌ها و … را از بین برود.  ( Jelena و همکاران، 2012)

7- بازیابی حلال با سیستم تقطیر حلال

استفاده از یک نوع از حلال مانند تولوئن در چاپ غلطکی مجلات، بروشورها و کاتالوگ‌ها، را می‌توان از لحاظ اقتصادی برای استفاده مجدد و از طریق سیستم بازیابی حلال، احیاء نمود.

مخلوط‌ هایی از حلال‌ها را نیز می‌توان برای استفاده مجدد بازیابی نمود اما این کار نیاز به یک دوره زمانی دارد و در نتیجه نمی‌توان آن‌ها را بلافاصله مورد استفاده مجدد قرار داد.

با استفاده از جایزه اهدا شده توسط آژانس حفاظت محیط‌زیست ایالات متحده (USEPA)، در یک دانشگاه و یک مرکز پساب صنعتی، برآوردی برای حداقل‌سازی و پیشگیری از آلودگی برای سیستم‌های تقطیر حلال در صنعت چاپ انجام شده است.

طبق نتایج دانشگاه Old Dominion University Norfok، ویرجینیا، 1996، آنالیز هزینه‌های نصب یک سیستم تقطیر حلال 5 گالنی در یک کارخانه با مقیاس متوسط (95 کارمند)، نشان‌دهنده کاهش چشمگیر در هزینه‌های ماهیانه ناشی از خرید حلال (ذخیره‌سازی 81 درصد از هزینه‌های سالیانه حلال پاکسازی) و کاهش هزینه‌های دفع پساب (5/62 درصد هزینه برای دفع پساب حلال‌های مایع) بوده است. ( Lin  و همکاران، 2017)

8- تخریب حلال

تخریب حلال های صنایع چاپ را می‌توان از طریق اکسیداسیون به کربن‌دی‌اکسید و آب انجام داد. تکنیک‌های تخریب شامل سوزاندن و روش‌ های بیولوژیکی مانند فیلترهای زیستی و اسکرابرهای زیستی می‌باشند.

همانگونه که به آن در قبل اشاره شد، سوزاندن به دو دسته سوزاندن گرمایی و سوزاندن کاتالیستی طبقه‌بندی می‌شود؛ در عمل، سوزاندن گرمایی روشی است که بطور بسیار گسترده‌ای برای تخریب VOCها به‌کار می‌رود.

سوزاندن کاتالیستی نیز توسط انرژی حرارتی اتفاق می‌افتد اما سوخت اضافی کمتری مورد نیاز دارد. کارایی تکنیک‌های تخریب می‌تواند تا بیش از 90 درصد باشد. اما، منابع فرار مانند انتشارات ناشی از ذخیره‌سازی، حمل‌ونقل و پاک‌سازی را نمی‌توان از طریق این تکنیک‌ها برطرف نمود. (Andrade و همکاران، 2012)

طبق کتاب راهنمای اقدامات تولید پاک‌کننده برای صنعت چاپ که توسط کنسول بهره‌وری هنگ‌کنگ تألیف شده است، می‌توان یک سیستم جمع‌آوری گاز تخلیه‌شده را مستقیماً در مرحله چاپ برای چاپ غلطکی شاخه‌ای یا چاپ صفحه‌ای نصب نمود تا VOCهای منتشر شده از واحدهای چاپ، ماشین‌های خشک‌کن و قفسه‌های چاپ را حذف کند.

سیستم جمع‌آوری گاز تخلیه‌شده می‌تواند مستقیماً در میز چاپ نصب گردد تا گاز خروجی را به تانکر جذب با فیبر کربن فعال هدایت نموده تا VOCها را از این گاز خروجی حذف کند.

علاوه‌براین، VOCهای گاز تخلیه‌شده را می‌توان از طریق سوزاندن (مستقیم یا کاتالیستی)، روش‌های اکسیداسیون بیولوژیکی (از جمله بستر فیلتر بیولوژیکی، اسکراب بیولوژیکی و برج‌های فیلتر نشت بیولوژیکی) و… مورد فرآوری قرار داد. (Andrade و همکاران، 2012)

این اقدام کنترلی برای شرکت‌های چاپ جدید بوده و در دست انتظار برای به‌کارگیری توسط سازندگان است. طبق مطالعات انجام شده، هرچه غلظت‌های VOCهای ورودی بیشتر باشد، کارایی کار با VOCها نیز بیشتر خواهد بود.

مانند روش جذب با کربن فعال، غلظت متوسط VOCهای ورودی بین ppm 1000 و ppm10000 بوده و کارایی این فرآوری به بیش از 95 درصد می‌رسد. (Andrade و همکاران، 2012)

9- جایگزینی جوهرهای مبتنی بر حلال با جوهرهای سازگار با محیط‌زیست برای محصولات چاپی

پس از مدیریت و اقدامات کنترل مهندسی پیشنهاد شده برای دو مورد از بزرگ‌ترین انتشارات محصولات چاپی، توصیه‌هایی برای کاهش محتوای VOC در جوهر برای سومین و چهارمین منابع انتشارات چاپی ارائه شده‌اند، زیرا پیشگیری همواره بهتر از درمان می‌باشد.

بهتر است به جای اینکه از تجهیزاتی برای حذف VOCها استفاده شود، از تولید VOCها و انتشار آن‌ها جلوگیری نمود تا از انتشارات فرار آن‌ها جلوگیری کرده و هزینه‌های زیاد برای تجهیزات کنترل انتهای لوله را کاهش داد.

استفاده از جوهرهای جدید سازگار با محیط‌زیست از جمله جوهرهای روغن سبزیجات و جوهرهای قابل فرآوری با UV برای مطبوعات و محصولات انتشاراتی، انتخاب خوبی می‌باشد. ( Jelena و همکاران، 2012)

تغییر جوهرهای رایج به جوهرهای تهیه شده از روغن سبزیجات (مانند روغن دانه سویا): در حال حاضر، محبوب‌ترین روغن سبزیجات مورد استفاده در صنعت چاپ، جوهرهای سویا می‌باشند.

در بین آن جوهرهای سازگار با محیط‌زیست، جوهرهای مبتنی بر سویا نسبتاً مقرون‌به‌صرفه در نظر گرفته شده و دارای اثر چاپی فوق‌العاده‌ای می‌باشند که می‌توان با استفاده از آن‌ها به کارایی مناسبی در کاهش انتشارات VOCها دست یافت.

آن‌ها می‌توانند انتشار VOCها را بطور چشمگیری تا 75-60 درصد کاهش دهند. آن‌ها برای تنظیم شاخه‌ای شبکه‌های غیرگرمایشی و شاخه صفحه‌ای مناسب هستند.

اگرچه قیمت آن‌ها 8-5 درصد بیشتر از جوهرهای رایج می‌باشد، اما هیچ سرمایه اصلی مازاد دیگری برای تجهیزات چاپ نیاز نداشته و جوهر کمتری برای چاپ استفاده می‌شود؛ بنابراین، آن‌ها می‌توانند منجر به افزایش ظرفیت چاپ تا 10-15درصد و حتی کاهش هزینه گردند. ( Jelena و همکاران، 2012)

خصوصیات جوهرهای سویا برای تکنیک‌های چاپ مطبوعاتی بسیار مناسب می‌باشد، زیرا خاصیت جذب روزنامه باعث می‌شود که محتوای روغن در جوهرها، جذب کاغذ شده و رنگی را بر روی سطح چاپ برجای بگذارد تا فرآیند چاپ تکمیل شود.

بنابراین، کاربرد جوهر سویا در چاپ مطبوعات بسیار توصیه‌ شده است. به جز چاپ مطبوعات، جوهرهای سویا برای نسخه‌های چاپی heatset، چاپ نامه‌های مطبوعاتی و… نیز مناسب می‌باشند.

در ایالات متحده آمریکا، یک سوم کمپانی‌های مطبوعاتی از جوهرهای روغن سویا استفاده می‌کنند. اغلب روزنامه‌ها از جوهر سویا برای چاپ رنگی استفاده می‌کنند.

تاکنون قیمت‌های جوهرهای رنگی روغن سویا قادر به رقابت با جوهرهای رنگی مبتنی بر نفت بوده است. در طولانی مدت، جوهر سویای سیاه به دلیل داشتن اثر چاپی خوب و کارایی زیاد، دارای یک مزیت رقابتی قوی در چاپ روزنامه می‌باشد (در صورت چاپ کپی‌هایی با تعداد بیشتر، هزینه کاهش می‌یابد). ( Jelena و همکاران، 2012)

10- ارزیابی کارایی و هزینه برای جوهرهای سازگار با محیط‌زیست

در مطالعات انجام شده، یک ارزیابی از کارایی و هزینه جهت تعیین ارزشمندی انجام شد تا تعیین گردد که آیا جایگزینی جوهرهای رایج با جوهرهای سازگار با محیط‌زیست برای تکنیک‌های چاپی آن‌ها مناسب می‌باشد یا خلاف آن ثابت می گردد.

نتایج نشان داد که، برای جوهرهای مبتنی بر آب، برای فلکسوگرافی، حکاکی و چاپ صفحه‌ای مناسب هستند. با استفاده از آن‌ها، کیفیت محصول مشابه با محصولات رایج با تجهیزات جدید می‌باشد و محتوای VOC در جوهرها را می‌توان تا 20-5 درصد کاهش داد؛ اما، شرکت‌‌های چاپ باید هزینه اصلی جدیدی را برای تجهیزات متحمل شوند و انرژی بیشتری را برای خشک کردن جوهرها استفاده نمایند. (Andrade و همکاران، 2012)

در مورد جوهرهای به‌دست آمده از روغن سبزیجات،  مناسب شبکه تنظیم شاخه‌ای غیرگرمایی و شاخه صفحه‌ای می‌باشند.

با استفاده از آن‌ها، کیفیت محصول مشابه با محصولات رایج بوده و حتی دارای رنگ‌های روشن‌تری می‌باشد. محتوای VOC در جوهرها را می‌توان تا 40-25 درصد کاهش داد و کارخانه‌های چاپ باید تا 8-5 درصد هزینه‌هایی بیشتر از قبل را متحمل شوند؛ اما، هیچ سرمایه‌گذاری جدیدی نیاز نخواهد بود.

این جوهرهای به دست آمده از روغن سبزیجات که در بین آن‌ها، جوهرهای سویا بطور متداول‌تری استفاده می‌شوند، به شدت برای تکنیک‌های چاپ شاخه‌ای توصیه شده‌اند زیرا جوهر کمتری برای چاپ مورد نیاز خواهد بود و در نتیجه هزینه را می‌توان با افزایش ظرفیت چاپ، کاهش داد.

برای جوهرهای قابل فرآوری با UV و EB، آن‌ها برای شاخه و شاخه صفحه‌ای مناسب می‌باشند.

بزرگ‌ترین مزیت این جوهرها این است که آن‌ها به هیچ‌وجه شامل VOC نیستند؛ اما، هزینه جوهر زیاد بوده و کمپانی‌های چاپ باید متحمل سرمایه تجهیزات و هزینه حفاظت کارگران در برابر UV و EB شوند. علاوه‌براین، کیفیت چاپ ممکن است دارای وضوح کمتری باشد. (Andrade و همکاران، 2012)

11- نتیجه گیری

یک روش مؤثر برای کنترل انتشارات VOC در کارگاه‌های چاپ با انتشار زیاد برای محصولات بسته‌بندی و تزئین، اجرای یک برنامه کلی مدیریتی در سبد اقدامات مدیریتی برای تشخیص، تصحیح و پیشگیری از مشکلات ناشی از انتشار VOCها می‌باشد.

هدف این برنامه مدیریتی این است که یک مدیر برای مسائل کنترل VOC تخصیص داده شده و افرادی را برای آگاهی از اثرات مضر VOCها بر سلامتی و اقدامات کاری در کارگاه‌های چاپ جمع‌آوری نمود.

برای رسیدن به این هدف، باید بازبینی فعالیت‌های عادی، ارتباط با کارگران، توسعه مقررات کنترل انتشار VOC، ترتیب دادن یک برنامه آموزشی و ثبت سوابق صورت گیرد تامدیر کنترل انتشار VOC بتواند مشکلات احتمالی ناشی از فرآیندهای چاپ و حلال آلی مورد استفاده را شناسایی نماید؛ طراحی مهندسی نامناسب تجهیزات چاپ و ماشین‌آلات و عملکرد سیستم‌های تهویه و فیلتراسیون را تشخیص دهد. ( Jelena و همکاران، 2012)

علاوه‌بر برنامه مدیریتی کنترل انتشار VOCها، اقدامات کاری خوب که حتی برخی از آن‌ها هیچ هزینه‌ای در بر ندارند، می‌توانند انتشار VOCها را بطور مؤثری در عملیات عادی کاهش دهند.

آن اقدامات کاری بر ذخیره کاغذ، مصرف و کار با حلال‌های آلی برای پاکسازی، موقعیت مناسب تجهیزات چاپ و کارگران برای انتشار VOC و جهت‌های جریان باد متمرکز می‌باشند.

برای جلوگیری از تنفس VOCها توسط افراد، بایستی حالت عملیات دستی را به عملیات مبتنی بر فناوری اطلاعات تغییر داد تا برخی از فرآیندهای عملیاتی دستی را با نمونه‌های مکانیکی آن‌ها جایگزین نمود.

اقدامات کنترل مهندسی توصیه‌شده برای محصولات چاپی بسته‌بندی و تزئین، در ابتدا بر مصرف مؤثر جوهر مانند کاهش عمق حکاکی و اجرای یک سیستم تأمین جوهر مرکزی متمرکز بوده و سپس، دربرگیرنده استفاده از جوهرهایی با محتوای VOC کمتر و سایر اقدامات مهندسی از جمله سیستم تقطیر حلال و تخریب تخلیه حلال می‌باشند. ( Jelena و همکاران، 2012)

جهت اقدامات کنترل مهندسی، کاهش عمق حکاکی و تنظیم یک سیستم تأمین جوهر مرکزی توصیه شده‌اند زیرا این‌ها اقدامات پیشگیری‌کننده‌ای هستند.

کاهش عمق حکاکی در حکاکی غلطکی می‌تواند مصرف جوهر را کاهش دهد. تنظیم یک سیستم تأمین جوهر مرکزی برای قرار دادن جوهر تحت فرآوری مرکزی، می‌تواند اتلاف جوهر را تا حدود 70 تا 80 درصد کاهش دهد و درنتیجه انتشارات VOCها تا 15 تا 30 درصد کاهش می‌یابند. (Andrade و همکاران، 2012)

نصب سیستم تقطیر حلال نیز برای صنایع چاپ توصیه شده است زیرا می‌تواند باعث صرفه‌جویی چشمگیری در هزینه‌های ماهیانه ناشی از کاهش خرید حلال شده (سالانه 81درصد در هزینه‌های حلال پاکسازی صرفه‌جویی می‌گردد)، هزینه‌های دفع پساب را کاهش دهد (5/62 درصد هزینه برای دفع پساب حلال مایع) و برای کاهش انتشارات VOC از طریق بازیابی آن‌ها مؤثر می‌باشد. (Andrade و همکاران، 2012)

جوهرهای مبتنی بر آب برای شرکت‌های بزرگ‌مقیاس چاپ توصیه شده‌اند زیرا این نوع از جوهرها پرهزینه‌تر از انواع رایج آن‌ها بوده و نیاز به ماشین‌آلات جدیدی است، اما کیفیت محصول چاپی خوب خواهد بود.

جوهرهای تهیه‌شده از روغن سبزیجات برای شاخه شبکه غیرگرمایشی و شاخه صفحه‌ای مناسب می‌باشند. با استفاده از آن‌ها، کیفیت محصول مشابه با محصولات رایج بوده و حتی دارای رنگ‌های روشن‌تری نیز می‌باشد. محتوای VOCها در جوهرها را می‌توان تا 25-40درصد کاهش داد.

جوهر های سویا به شدت برای تکنیک‌های چاپ شاخه‌ای توصیه شده‌اند زیرا جوهر کمتری برای چاپ موردنیاز بوده و درنتیجه با افزایش ظرفیت چاپ، هزینه کاهش می‌یابد. (Andrade و همکاران، 2012)

به‌طور خلاصه، چاپ برای بسته‌بندی و تزئین بزرگ‌ترین و دومین منبع بزرگ انتشار VOCها در صنعت چاپ می‌باشد.ب

رای مدت طولانی، برنامه مدیریتی و اقدامات کاری راه‌حل‌های اصلی برای اصلاح اقدامات کاری نامناسب در صنعت چاپ می‌باشند که در آن قابلیت بهبود وجود دارد و بدین‌ترتیب کاهش VOCها ناشی از منابعی از جمله مصرف جوهر و حلال‌های آلی دارای آینده روشنی می‌باشد. (Andrade و همکاران، 2012)

منابع

جعفرزاده حقیقی فرد ن.، موسوی م.، (1393). ” مروری بر روش های تصفیه بیولوژیکی سیستم های بیوفیلتراسیون برای حذف مواد آلی فرار (VOCS)              از هوای آلوده”، کنفرانس ملی علوم و مهندسی محیط زیست.

قربانی شهنا ف ، گلببابی ف.، حامدی ج.، (1389). “فناوری نوین در تصفیه زیستی ترکیبات آلی فرار هوا “، مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی همدان،     دوره هفدهم، شماره 1.

علی یان ف.، علی یان ا.، علی یان ث.، اعلی یان م.، (1393)” مطالعه برخی ترکیبات آلی فرار و بررسی اثر آن‌ها برانسان و حیوان از طریق هوا”، اولین  همایش ملی محیط زیست.

مکرمی ح.، موسوی غ.، تقوی م.، (1389). ” روش­های کنترل ترکیبات آلی فرار (VOCs) از جریان هوای آلوده، اولین همایش کشوری دانشجویی عوامل اجتماعی موثر بر سلامت

گلشان ب.، مرتهب ح.، (1393) “حذف ترکیبات آلی فرار از آب /پساب توسط فرایند جداسازی غشائی” ، دومین همایش بین­المللی نفت، گاز و پتروشیمی.

shahzad kmal M., Shaikh A.,  Razzak  M., Hossein M (2016), “Catalytic oxidation of volatile ovganic Compounds (VOCs) – A revieew Atmos pheric Environment, Vol 140, pp 117-134.

Zhang X. , Gao B.,  Elise Creamer A., Cao Ch., Li Y,. (2017)” Adsorption of VOCs onto engineered carbon materials, Journal of Hazardous  Materials. Vol 338,  pp 102-123.

lin, Y. , Li G., Zhigui H., Jiangyao Ch., Zhang Ch., (2014)” Pollution profiles and health risk assessment of VOCs emitted during e-waste dismantling process associated with different dismantling methods” Environment International ,pp186-194.

Lin W. ,(2017)”Volatile Organic Compounds (Vocs) Emission Estimate of Printing Industry in the Pearl River Delta Region Hardcover –The university of Hong Kong.

Jelena K., Maric B., Adamovic D., Mihailovic A., Grujic S.,(2012)” Register of hazardous materials in printing industry as a tool for sustainable development management Renewable an sustainable Energy Reviews , pp 60-667.

Andrade C., Gomez M., M.C . Taboada G.,  Bello B., (2012)” Management strategy for hazardous waste from atomized SME application to the printing industry . Journal of cleaner production; pp 214-229.

[1] – در اینجا تبخیر، جابجایی VOCs فاز مایع به جو و تراکم، جابجایی VOCs از جو به آب می باشد.

[2]- مه‌دود شبیه ابر قهوه‌ای رنگ ناخوشایندی است که در اطراف بیشتر شهرها معلق است و باعث بروز بیماری‌های تنفسی و قلبی شده و به محیط‌زیست آسیب می‌رساند.

[3] – حلال­های برپایه آب شامل ترکیباتی نظیر الکل و آمین می­باشد که نسبت ترکیبات آلی به‌کار رفته در آن به طور کلی از 5 تا 20 درصد، می‌باشد

اشتراک:

درباره نویسنده

نظرات بسته اند

برچسب‌ها : % % % % % % % % % % %
Call Now Button