关于液晶面板行业生产设备清洗项目环保问题的探讨
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摘要：文本对液晶面板生产行业的下游清洗企业的清洗膜层、清洗工艺、污染物产排情况和治理措施进行了介绍，并对该类企业项目生产过程中的若干环保问题进行了探讨。
关键词：液晶面板行业;清洗;环保问题
中图分类号：X78 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）07-00-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.07.032
Abstract：This paper introduce the cleaning film，process，pollutant production and discharge、Control measures of equipment cleaning industry in LCD panel industry，and discuss problems of Environmental issues.
Keywords：LCD panel industry;Clean;Environmental issues
1 液晶面板生产行业现状及其设备清洗的必要性
二十一世纪是信息时代，新型显示技术是电子信息行业的支撑产业之一。液晶显示面板在整个电子信息产业链当中处于高端位置，也是计算机以及移动通信中断等数字化产品当中较为关键的部件[1]，因此涌现出了多家从事液晶面板生产的企业。液晶面板根据不同的材质和制造技术主要分为薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）、有机发光二极管（OLED）、有源矩阵有机发光二极体面板（AMOLED）等多种形式。這些面板生产工序基本分为阵列制程、彩膜制程、成盒制程、模组组装。
上述生产工艺中的关键设备，如物理气象沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、刻蚀（ETCH）、蒸镀、旋涂等工艺设备在长期使用中，设备腔室内表面将溅射或反应生成的膜层达到一定厚度后，将会影响正常生产，需要委托第三方清洗干净后再返回企业再循环使用。如何高效的将半导体器件表面清洁干净并达到相应的使用标准，已经成为了现阶段半导体制造过程中需要及时解决的问题[2]。
2 设备膜层介绍及清洗工艺
某从事该清洗行业的企业涉及到膜层按照清洗对象的不同，分为PVD设备内腔室的膜层（铝膜、铜膜、氧化钛膜）、CVD设备内腔室膜层（二氧化硅膜、氧化钛膜）、刻蚀设备内腔室膜层（氧化钛、有机物、二氧化硅）、蒸镀设备内腔室膜层（有机物、氟化锂、银）等。根据这些膜层的理化性质及设备基材的不同，清洗方式分为物理清洗和化学清洗，其中化学清洗按照药剂成分的不同分为有机清洗、酸洗、碱洗，具体介绍如下：
设备部件采用浸泡式置于清洗液中浸泡清洗，设备部件表面的膜层将会与清洗液发生化学反应，去除设备部件表面膜层，取出再用纯水清洗干净，达到洗净的目的。药剂浸泡清洗过程中将会发生各种化学反应，具体介绍如下：
氢氧化钾清洗：氢氧化钾与铝膜发生反应生成偏铝酸钾，偏铝酸钾溶于水中，反应方程式为：
氨水+双氧水清洗：氨水作为碱性环境，增强了双氧水的氧化性，双氧水与氮化钛反应生成Ti（OH）4胶体，Ti（OH）4体与氨水络合成为絮状沉淀，反应方程式为：
硝氟酸清洗：SiO2溶解在硝氟酸溶液中，在硝酸加强氧化的作用下，SiO2与氢氟酸生成四氟化硅，化学反应过程如下：
氢氧化钠清洗：设备部件上残留的光刻胶主要成分为树脂、溶剂，为酸性物质。氢氧化钠为强氧化物质，具有腐蚀性，可与酸性的光刻胶发生反应，使光刻胶从泵件表面剥离而达到清洗的目的。
有机溶剂清洗：NMP和丙酮均为极性溶剂，能溶解大部分极性的有机物。因此设备部件表面的有机发光材料可溶解于NMP中，光刻胶可溶解于丙酮中。
3 清洗工艺的污染物产生情况及治理工艺
3.1 废水污染物的产生情况及治理工艺
由于清洗膜层包括金属膜、有机物膜，清洗的药剂有酸碱试剂及有机试剂，因此清洗过程中产生的废水按照种类不同分为有机废水和无机废水。有机废水中含有较多的有机物呈悬浮状，因此COD、BOD、SS含量均较高。无机废水中除水质呈弱酸性或弱碱性外，还含有大量的金属物质，如Ag、Cu，此外SS较高，但水中的COD和BOD的浓度较有机废水更低。根据水质不同，应采取废水分类分质处理的原则。
有机废水处理：有机溶剂NMP和丙酮作为清洗液清洗后含有杂质，需先经蒸馏回收后，再与其他有机废水一同进入有机废水处理系统处理，以减轻污水站处理负荷。该有机废水处理系统包括前混凝沉淀、高锰酸钾酸钾氧化处理、进一步混凝气浮、终端过滤系统四道工序。经处理后的有机废水可达《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准。
无机废水处理：无机废水中涉及贵重金属铜和银，需要回收预处理。含铜的物理清洗废水中的铜呈颗粒状，可直接通过物理沉淀回收，再排入综合废水处理系统。化学清洗废水中的银则需通过投加盐酸产生氯化银沉淀回收银后，再排入综合废水处理系统。含氨废水也需要预处理，采用次氯酸钠氧化法将氨水反应生成氮气去除大部分氨氮后排排入综合废水处理系统。含氟综合废水处理系统采用氯化钙絮凝沉淀法去除废水中各种悬浮物和氟化物。经处理后的无机废水可达《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准。
含银废水回收银系统反应方程式：
含氨废水预处理系统反应方程式：
含氟废水综合处理系统反应方程式：
废水处理后的排放浓度与标准值对比如下：
3.2 废气污染物的产生情况及治理工艺
清洗药剂涉及酸、碱、有机溶剂，因此产生的废气包括酸性废气（含氢氟酸、硝酸）、碱性废气（氨气）、有机废气（含丙酮和NMP），此外还有反应过程中生成的氮氧化物。 酸性废气处理系统（含氮氧化物）：采用四级串联的碱喷淋反应塔处理，反应塔第一级净化塔，溶液采用NaOH+NaClO2，通过NaClO2把废气中低价态的氮氧化成﹢4价态的二氧化氮，二氧化氮极易溶于水形成硝酸，同时硝酸和塔内的氢氧化钠发生中和反应，降低废气的pH值;然后进入第二级净化塔和第三级净化塔，溶液采用 NaOH+Na2S，Na2S把所有高价态的氮全部还原成氮气;最后进入第四级净化塔，溶液采用 NaOH+NaClO，通过NaClO与硫化氢发生中和反应生成硫酸、硫酸与氢氧化钠发生中和反应;最后达标排入大气。该套处理系统对该企业的酸性废气（含氮氧化物）处理效率可达90%以上。反应机理如下：
第一级塔内药水：NaOH+NaClO2;
氧化反应：NaClO2 + NO → NO2↑+ NaClO
NO2 + H2O → HNO3 + NO↑
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
第二级塔内药水：NaOH + NaS;
还原反应：NO2 + NO + NaS + H2O → N2↑+H2S↑+ NaNO3
第三级塔内药水：NaOH+NaS;
还原处理：NO2 + NO + NaS + H2O → N2↑+H2S↑+ NaNO3
第四级塔内药水：NaOH+NaClO。
中和反应：H2S+NaClO → H2SO4 +H2O+NaCl
H2SO4 +2NaOH →Na2SO4 +2H2O
碱性废气处理系统：碱性废气（氨气）先进入第一只塔内进行酸碱中和反应，同时氨气被水吸收后和硫酸反应生成稳定的硫酸铵盐;废气进入第二只塔内时，使用氢氧化钠中和废气中可能含有的硫酸。该套处理系统对该企业的碱性废气处理效率可达90%以上。反应机理如下：
第一级塔内药水：H2SO4;
中和反应：NH3 + H2SO4 → NH4HSO4
第二级塔内药水：NaOH。（中和处理）
中和反应：H2SO4 + NaOH → Na2SO4 +H2O
有机废气处理系统：因废气中的丙酮和NMP均易溶于水，因此先经水洗塔吸附大量的丙酮和NMP后，再进入UV光解装置在紫外光的照射下将有机物分解成CO2和水，最后再经活性炭纤维网吸附残留的有机物。该套处理系统对该企业的有机废气处理效率可达90%以上。
废气处理后的排放浓度与标准值对比如下：
3.3 清洗工序污染物产排情况统计
该企业清洗过程中废气污染物和废水污染物产生量、削减量、排放量如下：
4 清洗工序中有关环保问题的探讨
液晶面板行业设备清洗企业清洗的部件膜层涉及到有机物膜、普通膜层和重金属膜层等多种膜层。膜层种类繁多、成分复杂，部分膜层带有重金属及难处理的有机物，加之清洗过程中将会使用多种酸、碱、有机溶剂等，因此产生的废水和废气中污染物也种类繁多、成分复杂。企业應对进厂部件上的膜层先进行详细的物理和化学检测，确定清楚膜层的成分、性质和厚度之后，再有针对性的采取相应的清洗工艺。同时，清洗过程中产生的酸碱废气应按照环保要求采取分类收集、分类处理的原则，有机废气应根据产生浓度、风量选择合适的处理工艺，确保处理过程中的废气能满足地方排放标准和国家排放标准。清洗过程中产生的废水同样要注意分类分质处理，并应高度注意辨别水中是否有第一类污染物，若涉及第一类污染物应采取合理的处理工艺处理，确保车间或车间处理设施排放口浓度达标排放。
5 结论
液晶面板行业设备清洗企业作为新兴行业，可有效延长液晶面板生产企业关键生产设备的使用寿命，大大降低液晶面板生产企业的运行成本，有利于衍生信息产业的下游产业链，带动区域的经济发展，具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。但是，清洗过程中不可避免的会产生废水、废气等污染物，但只要严格按照环保要求选择合理的处理方式和处理工艺，确保各项污染物的合理处置和达标排放，不会对环境产生不利影响。此外，各级环境保护部门在日常工作中，应尤其注意监管，确保液晶面板行业在良好的经济效益、社会效益的基础上，也带来良好的环境效益。
参考文献
[1]龚耕.国内液晶显示面板行业发展中存在的问题及解决对策[J].中国高新技术企业，2016（32）：6-9.
[2]袁文勋，张海兵，邢开璞.半导体制造中清洗技术的研究新进展阐述.科技创新与应用，2016（28）：69-71.
收稿日期：2019-05-31
作者简介：张丽梅（1984-），注册环境影响评价工程师，研究方向为环境影响评价。
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