電子行業VOCs的源頭控制與末端治理技術探討

陳 可

（深圳市環境工程科學技術中心有限公司，廣東 深圳 518057）

電子行業VOCs的源頭控制與末端治理技術探討

陳 可

（深圳市環境工程科學技術中心有限公司，廣東 深圳 518057）

電子行業是我國國民經濟的支柱產業，也是近年來VOCs污染防治的重點行業，通過對電子行業的VOCs產生環節的分析，探討了電子行業VOCs的源頭控制與末端治理技術。

電子行業；VOCs；源頭控制；末端治理

1 前言

近年來，我國大氣污染防治工作取得了積極進展，主要大氣污染物二氧化硫、氮氧化物等排放總量大幅度下降，但在城市化不斷推進、經濟迅猛發展的時代背景下，許多城市的大氣污染性質發生了巨大變化，形成了以煤煙型污染和光化學煙霧污染疊加產生的復合型大氣污染。研究表明，VOCs（揮發性有機化合物）污染對于灰霾和光化學煙霧都起到了關鍵作用，VOCs經過陽光照射，氧化后可生成臭氧，遇到合適的氣候條件就可能形成光化學煙霧，危害人體及其他生物健康；臭氧也會與灰塵等微小顆粒結合產生灰霾，進而降低能見度水平，影響空氣質量，危害人體健康。

重點行業VOCs污染防治目前已經成為我國提升大氣環境質量的重中之重。《國務院關于印發大氣污染防治行動計劃的通知》（國發〔2013〕37號）中明確要求“推進揮發性有機物污染治理”，環保部在“十二五”規劃中也明確提出了“加強揮發性有機污染物和有毒廢氣控制”的要求。

本文通過對電子行業的VOCs產生環節進行分析，探討了電子行業VOCs的污染防治策略，以及相應的源頭控制與末端治理技術，以期能有效提高電子行業的VOCs防治水平，減少VOCs排放，改善整體大氣環境質量。

2 電子行業的VOCs產污環節

電子行業作為發展最快的制造業之一，展示出生產工藝和產品出口的快速變化，已成為許多國家吸收高科技能力和發展傳統產業技術能力的風向標。電子制造業一般包括電子元件及部件、印制電路板、電真空器件、半導體制造、平板顯示器和電子終端產品裝配等幾大主要部分。

電子制造業中產生VOCs的環節主要包含涂裝和有機溶劑清洗。

（1）涂裝

出于對相關零配件的保護及美觀考慮，電子產品零配件一般都需要進行涂裝處理，其中以電子終端產品的外殼涂裝最為常見，如手機、打印機、電腦、相機等電子產品的外殼。

在電子產品表面涂裝過程中，涂料中有機溶劑的揮發會直接導致苯、甲苯、二甲苯等VOCs的大量排放，對大氣環境形成有機廢氣污染。以噴漆工藝為例，涂裝后干燥成膜的涂料利用率一般為30%左右，其余70%的涂料轉化成廢氣、廢水和廢渣排出，排入大氣中的有機廢氣占涂料使用量的35%～50%，比干燥成膜的涂料量還大。

（2）有機溶劑清洗

電子行業屬于精細制造業，并逐漸朝小型化、高密度以及高可靠性方向發展，先進的清洗工藝，也是絕大多數電子生產中不可缺少的工藝過程。出于對產品性能的要求，電子元件、印制電路板、半導體及平板顯示器在生產過程中，均有可能涉及到采用有機溶劑清洗油脂、油漬、灰塵和焊劑等殘余物。

有機清洗劑以其良好的清洗性能廣泛應用于電子行業的超聲波清洗或氣相清洗工藝中，常用的有機清洗劑包括三氯乙烯、二氯甲烷、丙酮、乙醇、異丙酮等。有機清洗劑的大量使用造成了其相應組分的大量揮發，尤其是VOCs的大量排放，造成嚴重的大氣污染。

3 電子行業VOCs源頭控制技術

3.1 低揮發涂料技術

3.1.1 使用低揮發涂料

（1）使用粉末涂料

粉末涂料是不含溶劑的由100%固體組成的粉末狀涂料。粉末涂料由特制樹脂、顏填料、固化劑及其它助劑，以一定的比例混合，再通過熱擠塑和粉碎過篩等工藝制備而成。

粉末涂料不含有機溶劑，成套裝置綜合投資小于傳統溶劑型涂料，粉末涂裝生產效率高，可一次獲得較厚的涂膜、容易實現自動化，且過噴的涂料可回收，再利用率高，這些都極大地增強了粉末涂裝的經濟性和環保性。

（2）使用水性涂料

水性涂料以水為溶劑，使成膜物質均勻分散或溶解在水中，也稱水基涂料，制備水性涂料的關鍵是在高分子化合物的分子上引入親水性基團，獲得水溶性樹脂。水性涂料一般由水性樹脂、顏料、填料和其它助劑組成。

水性涂料以水作為溶劑和稀釋劑，使用過程中可基本消除存在的有機溶劑，更符合環保要求。采用水性涂料涂裝，可消除VOCs對大氣環境的污染及對人體健康的危害。

（3）使用UV涂料

UV涂料（紫外光固化涂料）是利用紫外光的能量引發涂料中的低分子預聚體及作為活性稀釋劑的單體分子之間的聚合及交聯反應，最終得到硬化漆膜，實質是通過形成化學鍵實現化學干燥。

UV涂料的組成包含活性稀釋劑、低聚物、光引發劑、助劑。從組成特點來看，UV涂料是一種無溶劑或基本無溶劑的涂料，且使用非有機溶劑的活性稀釋劑，成膜過程中無VOCs揮發到大氣中，UV涂料不需要加熱干燥，較常規的熱干燥涂料可節省能源75%～90%。UV涂料稀釋劑的改變，可大大改變傳統油性涂料揮發性稀釋劑大量產生VOCs的狀況。

（4）使用高固體分涂料

普通涂料中一般含有約40%的可揮發有機成分，涂裝后基本都會揮發到大氣中，不僅造成了涂層缺陷，而且也污染了環境。因此提高涂料的固含量，降低其可揮發成分，也成為“綠色涂料”的發展方向。高固體分涂料一般要求固體分含量在60%～80%或更高，有機溶劑的使用量大大低于傳統溶劑型涂料，涂裝過程中產生的VOCs量大大減少，降低了對大氣環境的不利影響。

3.1.2 采用低VOCs的涂裝工藝

（1）靜電噴涂

目前使用傳統液體噴涂、人工手噴的作業方式，涂料浪費量大、環境污染嚴重。靜電噴涂是利用高壓靜電電場使帶負電的涂料微粒沿著電場相反的方向定向運動，并將涂料微粒吸附在工件表面的一種噴涂方法。

靜電噴涂可大大提高涂料的利用率，可達80%～90%，一般較手工噴涂可節約涂料約60%，在減少有機溶劑逸散和污染的同時也改善了生產操作的勞動衛生條件。

（2）電泳涂裝

電泳涂裝是利用外加電場使懸浮于電泳液中的顏料和樹脂等微粒定向遷移并沉積于電極之一的基底表面的涂裝方法。

電泳涂裝包括電泳、電沉積、電滲、電解等電化學反應過程。電泳涂裝采用水溶性涂料，可避免有機溶劑的使用，且涂裝效率高，涂料的利用率高達90%～95%，與傳統有機溶劑噴涂法相比，不僅節省了原材料，也大大減少了VOCs的排放量。

3.1.3 采用低VOCs的涂裝裝備

（1）噴漆室的封閉化設計

噴漆室按供排風方式分類，可分為敞開式和封閉式（供風型）。敞開式僅裝備有排風系統，而無獨立的供風裝置，直接從車間內抽風，但由于噴漆室不封閉，因而容易造成漆霧和溶劑氣體逸散到車間甚至大氣中。封閉式噴漆室有獨立的供排風系統，從廠房外吸入新鮮空氣，不會出現廢氣逸散，可保證廢氣充分收集至末端處理系統，可在較大程度上控制VOCs在生產車間的無組織排放。

（2）改進噴槍

傳統噴槍油漆的利用率僅約為30%，會浪費大量涂料并污染環境。使用高流量低壓力（HVLP）噴槍代替傳統噴槍，油漆的利用率可達到60%以上，大幅提高了噴涂傳遞效率并節省了油漆用量，從而可有效減少噴涂工序產生含VOCs的廢氣。

（3）實現設備自動化

通過設備更新，實現涂裝生產線的自動化，可改變人工噴涂的不精確性帶來的涂料使用的浪費，可實現涂料的精準使用并大大節省原材料。涂裝采用自動線，便于將廢氣集中并充分收集后直接送往末端設施處理，改變了人工噴涂造成大量有機溶劑逸散至整個車間的狀況。

3.2 清洗劑低揮發技術

3.2.1 采用水基清洗劑

電子行業的清洗工藝較多采用的是傳統型的溶劑型清洗劑，該類清洗劑雖然非常成熟，且大多具有良好的清洗效果，但存在毒性高、產生溫室效益、破壞臭氧層、有機污染嚴重等缺點，正逐步被水基清洗劑等環保型清洗劑替代。

水基清洗劑是一種以表面活性劑為主要成分，水為溶劑，與多種助劑復配而成的環保清洗劑，其中表面活性劑含量為10%～40%，常用非離子表面活性劑與陰離子表面活性劑的復配物，由于無有機溶劑成分，水基清洗劑的應用在一定程度上減少了電子行業VOCs的產生。水基清洗劑配方的自由度大，可針對不同性質的污染物調整配方，再配合加熱、刷洗、噴淋噴射、超聲波清洗等物理清洗手段，能取得更好的清洗效果。

3.2.2 研制免洗型產品

助焊劑是電子行業SMT工藝過程中關鍵的連接材料。傳統的電子焊接廣泛使用松香基型活性助焊劑，焊接后一般需要對殘留焊劑進行清洗。通過研制并開發免清洗的助焊劑，既可避免后續清洗工序中使用有機清洗劑，也可從源頭控制VOCs的釋放。

4 有機廢氣末端治理技術

電子行業種類多、數量大，VOCs排放及治理狀況不盡相同。目前小型電子企業的廢氣處理設施多數簡陋，基本缺乏有效的VOCs去除設備，主要用排風設施將廢氣排入大氣；大型電子企業采取了對有機溶劑吸附、吸收、催化燃燒等末端處理措施，可在一定程度上減少VOCs排放。

一般認為，對于高濃度（＞5000mg/m3）或較昂貴、有價值的VOCs，宜采用吸附法、吸收法、冷凝法、膜技術等加以回收循環再利用，而對于中等濃度或低濃度（＜1000mg/m3）的VOCs，采用一定的技術將其降解、銷毀（催化燃燒技術、直接燃燒法、生物降解、光催化降解、等離子體技術）是較經濟、合理的治理辦法。

電子行業涂裝及有機清洗產生的一般為大風量、低VOCs濃度的有機廢氣，結合筆者調研中了解的電子企業廢氣末端治理情況，建議重點采用吸附-催化燃燒技術、活性炭吸附技術等末端治理技術。

（1）吸附-催化燃燒技術

對于大流量、低濃度的有機廢氣，直接采用燃燒或催化燃燒技術成本較高，而采取吸附法及催化燃燒相結合的方法，可利用活性炭吸附處理低濃度和大氣量的特點，又綜合催化床處理適中流量、高濃度的優勢，形成集成技術。采用活性炭吸附，在接近飽和后引入熱空氣進行脫附、解析，脫附后廢氣引入催化燃燒床無焰燃燒，將其徹底凈化，催化燃燒放出的熱量可以通過間壁換熱器來預熱進入活性炭吸附床脫附氣體，降低系統需要的能量，大大降低能耗。

根據現場調研情況，吸附-催化燃燒技術是成功運用最多、可達標排放的工藝，由此可見該工藝在實際應用中是相對較成熟的。特別是在單純“活性炭吸附技術”后續缺乏活性炭更換工作的有效監督及廢氣監測工作未能符合要求的情況下，吸附后的催化燃燒能有效解決這些問題，保證了末端治理后的達標排放。

（2）活性炭吸附技術

該技術即為有機廢氣經活性炭吸附，從而達到凈化廢氣中有機物的目的，凈化率可達95%以上，且設備簡單、投資小，但活性炭更換頻繁，增加了裝卸、運輸、更換等工作程序，故運行費用也會相應增加。

根據現場調研情況，發現部分采用活性炭吸附技術的企業，對吸附飽和后的活性炭，并未按更換工作要求進行，故而使末端處理設施成了擺設。鑒于該工藝的實際應用情況，企業采用活性炭吸附技術，必須加強末端治理方面的環保專項監管工作，監督內容應包括：活性炭按要求定期更換，切實有效地對末端廢氣排放進行監督性監測等。

[1] 朱領地.涂料清潔生產工藝[M].北京：化學工業出版社，2005.

[2] 劉子蓮，吳松平，羅道軍.電子工藝用清洗劑的現狀及發展趨勢[J].電子工藝技術，2010，31（5）：258-266.

[3] 閻勇.噴烤漆行業有機廢氣處理技術[J].中國涂料，1999（1）：34-38.

[4] 韓忠峰.噴涂廢氣的全過程控制[J].現代涂料與涂裝，2007，10（1）：14-16.

Probe into Source Control and End-treatment Technology of VOCs in Electronic Industry

CHEN Ke
(Shenzhen Environmental Engineering and Science & Technology Center Co., Ltd, Shenzhen Guangdong 518057, China)

The electronic industry is the stanchion industry in national economy and is the key industry of VOCs pollution prevention & control in recent years. Through the analysis on VOCs production in the electronic industry, the paper probes into the source control and end-treatment technologies of VOCs in the electronic industry.

electronic industry; VOCs; source control; end-treatment

X701

A

1006-5377（2014）08-0047-04