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电子行业有机废气处理工艺

作者:欧阳 来源:原创 日期:2016-12-15 15:28:44 人气:0

通过了解电子工业排放挥发性有机物(VOCs)所带来的主要环境问题和污染防治技术进展情况,认为VOCs污染减排是有技术支持的,经过对行业排放标准缺失和治污效果等问题的思考,建议制定电子工业VOCs排放标准或防治技术规范,将电子行业纳入国家VOCs排污收费试点范围,结合行业产污关键环节进行污染治理。

1、行业概况


中国是世界上第一大电子产品消费国,也是世界电子产品制造大国。进入21世纪以来,我国在通讯、高性能计算机、数字电视等领域取得一系列重大技术突破,电子及通讯设备制造业的产业规模、产业结构、技术水平均得到大幅提升,成为全球最大的制造基地,目前主要产品如手机、程控交换机、微型计算机、显示器、彩电、激光视盘机等产量在国际上均拔得头筹。2014年中国规模以上通信设备、计算机及其他电子设备制造业行业总资产为58168.5亿元,同比增长14.58%[1]。


2、产生的污染物


近年来,我们参加了部分电子工业VOCs调查,对企业的涂装工序VOCs产生点、废气集中处理设施进出口排放点、企业内外环境现状质量等进行现场VOCs监测。


2.1排放物质指标较多


在涂装或者喷涂车间排气筒出口、尾气VOCs处理设施进出口、涂装车间装置区域、调漆房、厂界上风、厂界下风等点位采集样品,经过监测数据分析,发现电子工业排放污染物包括甲苯、二甲苯、三甲苯、乙酸丁酯、甲基异丁酮、异丙醇和环己烷等多种化学物质。


按以下公式计算标准状态下某种挥发性有机物的浓度[2]。



通过调查和监测,并对不同产品涂装过程中各工序所产生VOCs的物种类型进行鉴别可知,涂装过程产生的VOCs物种数量较多,有的达8~10种,其中芳香烃所占比例最大,不同环节VOCs物种类型不完全相同。部分作业点虽设有集气装置(如调漆室、喷房过道等),但却没有保证其正常运行;集气设施运行不当,导致车间内无组织废气排放量大,部分作业地点浓度高达100mg/m3以上。举例:某喷涂车间污染物排放情况,从监测结果来看,涂装车间装置区域VOCs物种类型含有包括烷类、芳香类、酮类、酯类和醇类。监测结果见表1。电子行业涉及众多不同的产品生产工艺,参照国家《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996),仅对排放的部分污染物苯、甲苯、二甲苯等规定了排放限值,缺少电子行业特征污染物项目异丙醇、醛酮类、乙酸酯类等作为行业特殊控制的VOCs指标。



2.2涂装和烘干等工序过程为VOCs产污环节


随着现代电子工业的飞速发展,新的污染物也随之产生[3,4],电子工业企业生产过程中包含油墨、油漆原辅材料,涂料、有机溶剂的使用造成了VOCs挥发,有危险废物的产生,电子产品在使用中常常会有部分的零组件会处于高温,在此加温状态上容易逸散出苯类等挥发性有机物质(VOCs)的异味。电子工业表面涂装工艺和烘干等过程成为VOCs排放重要环节,文献调研显示,电子工业企业VOCs排放来源主要分为两部分:一是电路板加工和产品外壳生产,其主要排放的物质为:苯系物、醛酮类、酯类、卤代烃等;二是除苯系溶剂外,异丙醇、乙酸酯类、醛酮类也是我省电子工业行业生产过程中使用较为普遍的有机溶剂。把握行业产污(VOCs)节点为关键环节[5],明确主攻方向,减少盲目,对症下药,提出VOCs产污工序的治理措施,有效控制电子元件生产过程中所产生的污染,事半功倍。


3、行业发展带来的主要环境问题


电子工业等并非传统意义上的重点控制行业,其大气污染物主要来自涂料、有机溶剂使用过程中排放的VOCs。由于没有行业污染物排放标准,污染防治工作相对滞后,特征污染物无法做到有效控制,存在环境安全隐患。


3.1对大气环境的影响


挥发性有机物组分十分复杂,分为包括烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃的非甲烷碳氢化合物,包括醛、酮、醇、醚等的含氧有机化合物,卤代烃,含氮化合物,含硫化合物等多种物质。虽然大气中挥发性有机物浓度较低,但其在大气中的化学反应,会显著改变大气物理和化学性质,从而对空气质量产生不利影响。首先,大气中的挥发性有机物控制大气中臭氧的形成,进而形成光化学烟雾,带来极大危害。其次,VOCs在一定条件下会转化生成二次有机气溶胶,是细颗粒物PM2.5中的重要组分。因此,要降低颗粒物污染,去除光化学烟雾,提高城市空气质量,VOCs的控制势在必行[6]。


3.2VOCs物种具有毒性和致癌性,危及人类健康


有毒空气污染物是我国工业高速发展的副产物,组成范围不断扩大,危害日益严重,已成为我国新时期关系民生的环境问题。在美国EPA优先控制的187种污染物中有33种属于挥发性有机物,其中来自电子等行业的苯、三氯甲烷、四氯乙烯等已被WHO确定为对动物具有致癌和致畸性[7,8]。含有多种VOCs物种及其光化学产物对人体健康有直接危害,常见的如苯、甲苯、甲醛、乙醛等。这些有异味和恶臭、有毒有害挥发性有机物通过呼吸道、皮肤等进入人体,导致各种急慢性健康问题,包括粘膜刺激、炎症、心肺疾病、癌症等。


4、治污技术状况


近几年电子工业不断开发出清洁生产工艺,电子行业生产的装备水平与污染治理水平在许多方面已有较大发展,在电子企业的调研和监测中发现,企业已经用到了水帘柜、水喷淋、活性炭吸附、蓄热式热力焚烧技术(RTO)、低温等离子除臭器等污染控制技术,或者这些技术的组合使用。部分电子企业生产排污环节及污染防治措施见表2。



当前我国VOCs净化处理技术、设施方面的经验也都逐步成熟,电子工业VOCs污染治理成功的工程实例很多,企业通过努力可达到相应排放要求。如在某一电子公司,1号排气筒VOCs进口浓度25.46mg/m3,经过活性炭吸附等技术处理后,其排气筒VOCs出口浓度16.97mg/m3;在另一企业PCB制作工艺废气的处理方式,原来是直接排放,虽然浓度较低,但是未有净化处理,经过增加活性炭净化装置,减少挥发,估计每年减少3.7吨VOCs排放。因此,VOCs减排是有技术支撑的。近几年发展起来的低温等离子体技术[9],可在常温常压下操作,工艺流程简单,运行管理方便;对VOCs的适应性强、去除率高,有很好的除臭效果。调查发现企业用于有机废气的处理设施费用占企业产值比例0.02%~13.27%,运行费用更少,运行占企业产值0.002%~2.457%。


5、思考


5.1行业排放标准缺失问题


基于VOCs对人体健康和生态环境的重要影响,越来越多的研究者、机构关注其排放清单、减排技术和排放控制管理。北京市《大气污染物综合排放标准》(DB11/501-2007)中规定半导体及电子产品制造VOCs的限值现有企业为50mg/m3,新建企业为20mg/m3;天津市《工业企业挥发性有机化合物排放控制标准》(DB12/524-2014)规定电子工业VOCs最高允许排放浓度为80mg/m3;上海市《半导体行业污染物排放标准》(DB31/374-2006)规定VOCs最高允许排放浓度为100mg/m3。美国标准限值[10]对新、老(现)源一致,标准要求对工艺中排风口排放的有机HAP削减其总量的98%,或将其排放浓度控制在20ppmv以下,相当于50mg/m3。世界银行《污染预防和削减手册》中规定[11]电子制造业VOCs最高允许排放浓度为20mg/m3。有关国家或者地方标准,见图1所示。电子行业目前参照国家《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996),仅对排放的部分等污染物苯、甲苯、二甲苯等规定了排放限值,国内地方行业标准只有1~3个指标,不能面对行业排放污染物较多的实际问题;缺少行业特征污染物项目如苯系物、异丙醇、醛酮类、乙酸酯类等作为VOCs控制指标,也不能反映行业的生产特殊性。目前我国没有电子行业VOCs的标准限值标准,无法实现或者满足VOCs监控工作的需求。


5.2治污效果


当前我国VOCs净化处理技术、设施方面的经验也都逐步成熟,废气处理可改善现有企业周边的环境空气质量,降低电子企业污染物的排放尤其是挥发性有机污染物的排放,保护企业工人、周边居民的身体健康。



电子企业治污效果如何?现实往往不尽人意。调查发现,许多治污设施的设计处理能力、工艺等符合企业现有的污染治理要求,但超标排污现象依然存在。企业对环保工作重视程度不够、污染治理设施建设滞后引起超负荷运行、操作管理人员专业文化素质偏低引起操作不当以及处理设施被擅自改变、拆除或者闲置;集气设施运行不当,导致车间内无组织废气排放量大,部分作业地点浓度比较高。一些企业认为只要通过环保验收就可以高枕无忧了,而疏于维护管理导致不能发挥正常治污效果。有的企业废气吸附处理装置内活性炭长期未更换,已饱和,起不到吸附作用。既达不到预期治理效果,也造成污染治理设施资源浪费[12]。


6、结束语


电子工业等并非传统意义上的重点控制行业,其大气污染物主要来自涂料、有机溶剂使用过程中排放的VOCs。要把握好行业产污关键环节,减少盲目,达到治理污染目的。为了达到节能目标的实现,为环境保护管理提供依据,建议制定电子工业VOCs排放标准或防治技术规范,加强行业特征污染物如苯系物、异丙醇、醛酮类、乙酸酯类等作为VOCs控制指标,采取措施避免或减少电子工业污染;依法治污,将电子行业纳入国家VOCs排污收费试点范围,促进电子行业持续健康发展。


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