PCB行業(yè)油墨印刷有機(jī)廢氣特征分析及治理研究

孫永嘉，王騰驕

(南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司，江蘇 南京 210093)

印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB)是焊接各種集成芯片、晶體管、電阻器、電容器等元器件的基板，目前廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機(jī)、液晶顯示屏等多種產(chǎn)品。近年來隨著電子產(chǎn)品在生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用，PCB行業(yè)一直成增長趨勢，在日趨嚴(yán)格的環(huán)保形勢下，PCB行業(yè)因在廢水、廢氣、固廢方面具有高污染的特征受到了人們的關(guān)注[1]。

在印刷電路板的生產(chǎn)過程中會使用大量的油墨、稀釋劑等有機(jī)溶劑，而這些有機(jī)溶劑中揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的平均含量占比在50%以上[2]，在生產(chǎn)過程中這部分VOCs基本全部揮發(fā)進(jìn)入大氣環(huán)境中，因此印刷電路板行業(yè)是排放量較大的VOCs排放源之一。

本文以某印刷電路板企業(yè)為例，就其油墨印刷有機(jī)廢氣污染，分析了油墨印刷有機(jī)廢氣的特征，并著重論述了油墨印刷有機(jī)廢氣源強(qiáng)、廢氣治理工藝，最后分析了VOCs治理工程的環(huán)境效益。

1 油墨印刷有機(jī)廢氣特征分析

(1)排放量大，有機(jī)污染物種類多，有異味

印刷線路板行業(yè)對油墨、稀釋劑等有機(jī)溶劑使用量較大，而這些有機(jī)溶劑中VOCs含量較高，水基油墨、高固份油墨目前使用比例仍舊較少，導(dǎo)致該行業(yè)成為VOCs排放量較大的污染源之一。

根據(jù)該P(yáng)CB企業(yè)提供的油墨、稀釋劑等物質(zhì)的化學(xué)品安全技術(shù)說明(MSDS)，企業(yè)使用的油墨、稀釋劑、硬化劑等有機(jī)溶劑多達(dá)十幾種，其中VOCs物質(zhì)種類非常多[3]，如：丙烯酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、乙酸-1-甲氧基-2-丙基酯、1-甲氧基-2-丙醇、2-甲氧基-1-丙醇、萘等，以酯類、醚類、醇類VOCs物質(zhì)為主，這些物質(zhì)的嗅閾值較低，往往產(chǎn)生較大“異味”，影響周邊居民正常生活[4]。

(2)烘干廢氣中含有針絮狀顆粒物

PCB行業(yè)油墨印刷過程中本身不使用固體物質(zhì)，在調(diào)墨、印刷、涂布等過程中不產(chǎn)生顆粒物。但在烘干過程中，烘干溫度達(dá)145～160 ℃，油墨中的高沸點(diǎn)物質(zhì)揮發(fā)出來，在管道輸送過程中遇冷會形成針絮狀的顆粒物，該絮狀顆粒物粒徑較小，排放量大，比重輕。其外觀形態(tài)如圖1所示。

圖1 烘干廢氣中的針絮狀顆粒物

2 廢氣源強(qiáng)分析

PCB行業(yè)油墨印刷產(chǎn)生有機(jī)廢氣的生產(chǎn)環(huán)節(jié)有：調(diào)墨、印刷、涂布和烘干[5]。調(diào)墨是指將油墨、稀釋劑、固化劑等按照一定的比例混合、調(diào)勻，已達(dá)到生產(chǎn)使用條件；印刷工序是在印刷機(jī)上采用絲網(wǎng)印刷等方式將油墨印刷在線路板表面，此外印刷機(jī)需定期使用溶劑清潔；涂布工序是通過靜電噴涂方式將調(diào)配好的油墨涂布在線路板表面，該過程在密閉室內(nèi)常溫操作；烘干工序是將印刷涂布后的物件放置在烘箱內(nèi)高溫烘干，將油墨上的有用物質(zhì)(如感光材料等)固化在線路板上。

根據(jù)企業(yè)提供數(shù)據(jù)，當(dāng)企業(yè)產(chǎn)能達(dá)30萬平方米線路板時，VOCs產(chǎn)生量約為178 t/a，受操作方式、溫度、時間等的影響，調(diào)墨、印刷、涂布和烘干等工序揮發(fā)的VOCs占比不同，調(diào)墨、印刷、涂布工序產(chǎn)生的VOCs量占比相對較小，烘干工序產(chǎn)生VOCs量占比相對較低，一般占80%以上。

該企業(yè)調(diào)墨工序集中在調(diào)墨間內(nèi)進(jìn)行，調(diào)墨點(diǎn)位共1處，采用上吸式集氣罩捕集廢氣；印刷機(jī)5臺，為方便工人操作，印刷機(jī)建立密閉隔間，在隔間上部均勻設(shè)置抽風(fēng)口捕集廢氣；涂布機(jī)1臺，涂布機(jī)為半密閉式，在涂布機(jī)頂部均勻設(shè)置抽風(fēng)口捕集廢氣。上述點(diǎn)位廢氣捕集總風(fēng)量為15000 m3/h，VOCs產(chǎn)生濃度約為70 mg/m3，產(chǎn)生速率為1.05 kg/h。

該企業(yè)設(shè)有印刷烘干箱6臺，涂布烘干箱1臺，烘干箱密閉，頂部設(shè)有若干抽風(fēng)口捕集廢氣，各烘干箱匯總風(fēng)量為12000 m3/h，VOCs產(chǎn)生濃度約為1785 mg/m3，產(chǎn)生速率為21.4 kg/h。

綜上分析，油墨印刷廢氣不同環(huán)節(jié)產(chǎn)生的VOCs濃度具有明顯的差異，可以劃分為低濃度有機(jī)廢氣和高濃度有機(jī)廢氣，其中調(diào)墨、印刷、涂布工序產(chǎn)生的有機(jī)廢氣屬于低濃度有機(jī)廢氣，烘干廢氣屬于高濃度有機(jī)廢氣。

3 廢氣治理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前已有催化燃燒、活性炭吸附、沸石轉(zhuǎn)輪+RTO焚燒、活性炭吸附脫附-催化燃燒等多種技術(shù)應(yīng)用于線路板有機(jī)廢氣的治理中[5]，但具體選擇哪種治理工藝，應(yīng)綜合考慮廢氣源強(qiáng)、投資運(yùn)行費(fèi)用、凈化效率、達(dá)標(biāo)可行性等多個因素，比選得出。本工程按照分類收集治理的原則，并綜合考慮上述因素，最終選擇考慮采用干式過濾+ RTO焚燒處理工藝治理高濃度有機(jī)廢氣，采用二級活性炭吸附處理工藝治理低濃度有機(jī)廢氣，工程投資運(yùn)行費(fèi)用相對較低，且滿足VOCs高去除率的要求。

RTO焚燒是將有機(jī)廢氣引入蓄熱體預(yù)熱后進(jìn)入燃燒室內(nèi)，燃燒室始終保持在760 ℃以上溫度，廢氣中的有機(jī)物在高溫下被氧化分解為CO2和水達(dá)到凈化的目的，該工藝在處理高濃度有機(jī)廢氣具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢[7]。

活性炭吸附法是目前處理低濃度有機(jī)廢氣的主流工藝之一，活性炭具有吸附廣譜性，比表面積較大，對油墨印刷廢氣中的苯類、酯類、醚類等污染物均有較好的吸附性能，廢氣經(jīng)過活性炭床層時，廢氣中的有機(jī)物會被吸附濃集在活性炭表面，使廢氣得到凈化[8]。

3.1 高濃度有機(jī)廢氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高濃度有機(jī)廢氣系統(tǒng)處理工藝流程圖如圖2所示。

圖2 高濃度有機(jī)廢氣處理工藝流程圖

(1) 預(yù)處理

為避免烘干過程產(chǎn)生的針絮狀顆粒物對RTO廢氣處理系統(tǒng)的影響，本工程設(shè)置了廢氣預(yù)處理裝置，采用干式過濾(粗效(G4)+中效(F6)+中高效(F9))組合進(jìn)行顆粒物的預(yù)處理。該方法對粒徑大于1 μm的顆粒物的去除效率達(dá)90%以上[6]。

(2)蓄熱式焚燒爐

本工程蓄熱式焚燒爐為三床式，三個蓄熱床層分別處于進(jìn)氣、排氣和清掃狀態(tài)，并不斷切換循環(huán)進(jìn)行。整個系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器(PLC控制系統(tǒng))自動控制運(yùn)行，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置有冷啟動程序、升溫控制程序、應(yīng)急關(guān)停程序等，保證系統(tǒng)溫度運(yùn)行。

主要工藝參數(shù)如下：蓄熱體采用蜂窩式陶瓷蓄熱體，蓄熱體截面風(fēng)速為1.2 m/s，廢氣在燃燒室內(nèi)的停留時間1 s，燃燒室內(nèi)溫度控制在760～860 ℃，閥門自動切換，切換時間75～90 s，廢氣出口排放溫度在120 ℃左右。

3.2 低濃度有機(jī)廢氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

低濃度有機(jī)廢氣(調(diào)墨、印刷廢氣)采用二級活性炭(串聯(lián))吸附廢氣處理工藝，屬于更換式活性炭吸附法，活性炭吸附飽和后需進(jìn)行更換。

活性炭吸附器構(gòu)造形式：采用上填下卸式，共設(shè)有4個裝碳口，4個卸碳口，內(nèi)部設(shè)有2個立式活性炭床層，床層內(nèi)部設(shè)有氣流均布板，氣流從中間進(jìn)，兩側(cè)出，保證活性炭均勻有效吸附。

主要工藝參數(shù)如下：活性炭類型為顆粒活性炭，四氯化碳吸附率60%，碘值1000 mg/g，總裝填量為1.5 t，過濾氣速0.56 m/s。

4 環(huán)境效益分析

4.1 VOCs減排效果

RTO系統(tǒng)對VOCs去除效率不低于99%，二級活性炭吸附系統(tǒng)對VOCs的去除效率為90%，VOCs凈化效率高，可實(shí)現(xiàn)VOCs減排量175.5 t/a，同時出口VOCs排放濃度和排放速率滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

4.2 二次污染

本工程采用的廢氣治理系統(tǒng)在高效去除VOCs的同時，也會產(chǎn)生二次污染，其中高濃度有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)中的干式過濾器需定期更換，產(chǎn)生廢過濾器；低濃度有機(jī)廢氣處理系統(tǒng)中活性炭吸附飽和后，也需要進(jìn)行更換，產(chǎn)生廢活性炭。廢活性炭和廢過濾器均作為危險(xiǎn)廢棄物，委托第三方有資質(zhì)單位安全處置。

5 結(jié) 語

(1)PCB行業(yè)油墨印刷有機(jī)廢氣具有排放量大、有機(jī)污染物種類多、有異味等特征，且烘干廢氣中含有針絮狀顆粒物；

(2)按VOCs濃度劃分，油墨印刷廢氣可劃分為低濃度有機(jī)廢氣和高濃度有機(jī)廢氣，其中調(diào)墨、印刷、涂布工序產(chǎn)生的有機(jī)廢氣屬于低濃度有機(jī)廢氣，烘干廢氣屬于高濃度有機(jī)廢氣；

(3)油墨印刷廢氣應(yīng)進(jìn)行分類收集治理，低濃度有機(jī)廢氣可采用二級活性炭吸附系統(tǒng)處理，高濃度有機(jī)廢氣可采用干式過濾+RTO焚燒處理系統(tǒng)處理，上述廢氣處理系統(tǒng)對VOCs去除效率高，減排量大，取得了明顯的環(huán)境效益，同時會產(chǎn)生廢過濾器、廢活性炭等二次污染。