تحليل تركيبة غازات العادم الناتجة عن طلاء الرش

1. تكوين ومكونات غازات نفايات طلاء الرش الرئيسية

تُستخدم عملية الطلاء على نطاق واسع في الآلات والسيارات والمعدات الكهربائية والأجهزة المنزلية والسفن والأثاث وغيرها من الصناعات.

المواد الخام للطلاء —— يتكون الطلاء من مواد غير متطايرة ومتطايرة، وتشمل المواد غير المتطايرة مادة الفيلم ومادة الفيلم المساعدة، ويستخدم عامل التخفيف المتطاير لتخفيف الطلاء، لتحقيق الغرض من سطح طلاء ناعم وجميل.

تنتج عملية رش الطلاء بشكل رئيسي رذاذ الطلاء وتلوث غازات النفايات العضوية، حيث يتحول الطلاء تحت تأثير الضغط العالي إلى جزيئات، وعند الرش، لا يصل جزء من الطلاء إلى سطح الرش، وينتشر مع تدفق الهواء ليشكل رذاذ الطلاء؛ غازات النفايات العضوية من تبخر المذيب، ولا يلتصق المذيب العضوي بسطح الطلاء، وتطلق عملية الطلاء والمعالجة غازات النفايات العضوية (تم الإبلاغ عن مئات المركبات العضوية المتطايرة، والتي تنتمي على التوالي إلى الألكانات، والألكانات، والأوليفينات، والمركبات العطرية، والكحول، والألدهيدات، والكيتونات، والإسترات، والإيثرات، وغيرها من المركبات).

2. مصدر وخصائص غازات عادم طلاء السيارات

يجب على ورشة طلاء السيارات إجراء المعالجة المسبقة للطلاء، والترسيب الكهربائي، ثم رش الطلاء على قطعة العمل. تشمل عملية الطلاء الرش، والتدفق، والتجفيف، وتنتج عن هذه العمليات غازات نفايات عضوية (مركبات عضوية متطايرة) ورذاذ الطلاء، لذا فهي تتطلب معالجة غازات النفايات في غرفة رش الطلاء.

(1) غازات النفايات من غرفة طلاء الرش

للحفاظ على بيئة عمل آمنة أثناء عملية الرش، ووفقًا لأحكام قانون السلامة والصحة المهنية، يجب تجديد الهواء باستمرار في غرفة الرش، مع ضبط سرعة التجديد ضمن نطاق 0.25 إلى 1 متر/ثانية. يتكون غاز العادم بشكل أساسي من المذيبات العضوية المستخدمة في رش الطلاء، وتشمل مكوناته الرئيسية الهيدروكربونات العطرية (ثلاثة أنواع من البنزين والهيدروكربونات غير الميثانية)، والإيثر الكحولي، والإسترات العضوية. ونظرًا لكبر حجم غاز العادم في غرفة الرش، فإن التركيز الكلي للغازات العضوية المنبعثة يكون منخفضًا جدًا، ويبلغ عادةً حوالي 100 ملغم/م³. إضافةً إلى ذلك، غالبًا ما يحتوي غاز العادم في غرفة الطلاء على كمية قليلة من رذاذ الطلاء غير المعالج، وخاصةً في غرف الرش الجافة. قد يُعيق رذاذ الطلاء الموجود في غاز العادم عملية معالجة غازات العادم، مما يستلزم معالجة مسبقة لها.

(2) غازات النفايات من غرفة التجفيف

بعد رش الطلاء وقبل جفافه، يُفضل تهوية غرفة الطلاء جيدًا. أثناء عملية التجفيف، تتطاير المذيبات العضوية الموجودة في طبقة الطلاء الرطبة. ولمنع حدوث انفجارات وتجمعات لهذه المذيبات داخل الغرفة، يجب أن يكون تدفق الهواء مستمرًا، مع ضبط سرعة الهواء عادةً على حوالي 0.2 متر/ثانية. يجب أن يكون تركيز غازات العادم في غرفة الطلاء مساويًا لتركيز غازات العادم في غرفة الطلاء، ولكن دون رذاذ الطلاء. يجب أن يكون التركيز الكلي لغازات العادم العضوية في غرفة الطلاء أعلى من تركيزها في غرفة الرش، وذلك حسب حجم العادم. عادةً ما يكون تركيز غازات العادم في غرفة الرش ضعف تركيزها في غرفة الرش، وقد يصل إلى 300 ملغم/م³. عادةً ما تُخلط هذه الغازات مع غازات العادم في غرفة الرش بعد معالجتها مركزيًا. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تُصرف مياه الصرف الصحي الناتجة عن الطلاء من غرفة الطلاء أيضًا.

(3)Dتجفيف غاز العادم

يُعدّ تركيب غازات نفايات التجفيف أكثر تعقيدًا، فبالإضافة إلى المذيب العضوي، وجزء من الملدّن أو مونومر الراتنج، ومكونات متطايرة أخرى، فإنه يحتوي أيضًا على نواتج التحلل الحراري ونواتج التفاعل. يُصدر كلٌّ من الطلاء التمهيدي الكهربائي والطبقة النهائية المُجففة بالمذيبات غازات عادمة، إلا أن تركيبها وتركيزها يختلفان اختلافًا كبيرًا.

※مخاطر غازات عادم بخاخ الطلاء:

من المعروف من التحليل أن غازات العادم المنبعثة من غرف الرش والتجفيف وخلط الدهانات ومعالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن طلاء السطح تتميز بتركيز منخفض وتدفق كبير، وأن المكونات الرئيسية للملوثات هي الهيدروكربونات العطرية وإيثرات الكحول والمذيبات العضوية الإسترية. ووفقًا لـ"المعيار الشامل لانبعاثات تلوث الهواء"، فإن تركيز هذه الغازات يقع عمومًا ضمن حدود الانبعاثات المسموح بها. ولمواجهة متطلبات معدل الانبعاثات في المعيار، تعتمد معظم مصانع السيارات أسلوب الانبعاث من ارتفاعات عالية. ورغم أن هذا الأسلوب يفي بمعايير الانبعاثات الحالية، إلا أن غازات العادم الناتجة عنه تُعدّ في جوهرها انبعاثات مخففة غير معالجة، وقد تصل الكمية الإجمالية للملوثات الغازية المنبعثة من خط طلاء هيكل السيارة الكبير إلى مئات الأطنان، مما يُلحق ضررًا بالغًا بالغلاف الجوي.

يُعد ضباب الطلاء في المذيبات العضوية - البنزين والتولوين والزيلين - مذيبًا سامًا قويًا، ويمكن أن يتسبب استنشاقه في هواء ورشة العمل في تسمم حاد ومزمن للعمال، ويؤدي بشكل رئيسي إلى تلف الجهاز العصبي المركزي والجهاز المكون للدم. كما أن استنشاق تركيز عالٍ (أكثر من 1500 ملغم/م3) من بخار البنزين لفترة قصيرة يمكن أن يسبب فقر الدم اللاتنسجي، بينما قد يؤدي استنشاق تركيز منخفض من بخار البنزين بشكل متكرر إلى القيء وأعراض عصبية مثل التشوش.

※اختيار طريقة معالجة غازات النفايات المستخدمة في طلاء الرش والطلاء:

عند اختيار طرق المعالجة العضوية، ينبغي مراعاة العوامل التالية بشكل عام: نوع وتركيز الملوثات العضوية، ودرجة حرارة العادم العضوي ومعدل تدفق التصريف، ومحتوى الجسيمات، ومستوى التحكم في الملوثات الذي يجب تحقيقه.

1Sطلاء بخاخ معالج في درجة حرارة الغرفة

تُعدّ غازات العادم المنبعثة من غرف الطلاء والتجفيف وخلط الدهانات ومعالجة مياه الصرف الصحي للطبقة النهائية غازات عادم بدرجة حرارة الغرفة، ذات تركيز منخفض وتدفق عالٍ، ويتكون معظمها من ملوثات هيدروكربونية عطرية، وكحول، وإيثرات، ومذيبات عضوية إسترية. ووفقًا للمعيار GB16297 "المعيار الشامل لانبعاثات تلوث الهواء"، فإن تركيز هذه الغازات العادمة يقع عمومًا ضمن حدود الانبعاثات المسموح بها. ولمواجهة متطلبات معدل الانبعاثات في المعيار، تعتمد معظم مصانع السيارات طريقة الانبعاث من ارتفاعات عالية. ورغم أن هذه الطريقة تُلبي معايير الانبعاثات الحالية، إلا أن الغازات العادمة تُعدّ في جوهرها انبعاثات مخففة دون معالجة، وقد تصل الكمية الإجمالية للملوثات الغازية المنبعثة من خط طلاء هيكل كبير إلى مئات الأطنان، مما يُلحق ضررًا بالغًا بالغلاف الجوي.

بهدف الحدّ بشكل جذري من انبعاثات ملوثات غازات العادم، يمكن استخدام عدة طرق لمعالجة هذه الغازات معًا، إلا أن تكلفة معالجة غازات العادم ذات الحجم الكبير للهواء مرتفعة للغاية. حاليًا، تُعدّ الطريقة الأجنبية الأكثر نضجًا هي التركيز أولًا (باستخدام عجلة الامتزاز والتحلل لزيادة الكمية الإجمالية بنحو 15 ضعفًا)، وذلك لتقليل الكمية الإجمالية المراد معالجتها، ثم استخدام طريقة التدمير لمعالجة غازات العادم المركزة. توجد طرق مماثلة في الصين، حيث تُستخدم طريقة الامتزاز أولًا (باستخدام الكربون المنشط أو الزيوليت كمادة ماصة) لامتزاز غازات نفايات طلاء الرش منخفضة التركيز عند درجة حرارة الغرفة، ثم تحلل الغاز عند درجة حرارة عالية، ومعالجة غازات العادم المركزة باستخدام الاحتراق التحفيزي أو الاحتراق الحراري التجديدي. يجري تطوير طريقة المعالجة البيولوجية لغازات نفايات طلاء الرش منخفضة التركيز عند درجة حرارة الغرفة، ولا تزال التقنية المحلية في مرحلة غير ناضجة، ولكنها تستحق الاهتمام. من أجل الحد فعلاً من التلوث العام الناتج عن غازات نفايات الطلاء، نحتاج أيضاً إلى حل المشكلة من مصدرها، مثل استخدام الأكواب الدوارة الكهروستاتيكية وغيرها من الوسائل لتحسين معدل استخدام الطلاءات، وتطوير الطلاءات المائية وغيرها من الطلاءات الصديقة للبيئة.

2دمعالجة غازات النفايات الجافة

يُصنف تجفيف غازات العادم ضمن غازات العادم متوسطة وعالية التركيز وعالية الحرارة، وهو مناسب للمعالجة بطريقة الاحتراق. تتضمن عملية الاحتراق ثلاثة عوامل رئيسية: الزمن، ودرجة الحرارة، والاضطراب، أي ما يُعرف بظروف الاحتراق الثلاثية (3T). تعتمد كفاءة معالجة غازات العادم بشكل أساسي على مدى كفاية تفاعل الاحتراق، وتعتمد بدورها على التحكم في ظروف الاحتراق الثلاثية (3T). تتيح تقنية الأكسدة الحرارية الإشعاعية (RTO) التحكم في درجة حرارة الاحتراق (820-900 درجة مئوية) وزمن الاحتراق (1.0-1.2 ثانية)، مع ضمان الاضطراب اللازم (خلط الهواء والمواد العضوية بشكل كامل)، مما يرفع كفاءة المعالجة إلى 99%، ويحافظ على معدل حرارة عالية، ويقلل من استهلاك الطاقة التشغيلية. تستخدم معظم مصانع السيارات اليابانية والصينية تقنية الأكسدة الحرارية الإشعاعية (RTO) لمعالجة غازات العادم الناتجة عن التجفيف (الطبقة التمهيدية، والطبقة المتوسطة، والطبقة النهائية) بشكل مركزي. فعلى سبيل المثال، يُظهر خط طلاء سيارات الركاب "هوادو" من شركة دونغفنغ نيسان، الذي يستخدم المعالجة المركزية لغازات عادم تجفيف الطلاء بتقنية الأكسدة الحرارية الإشعاعية (RTO)، نتائج ممتازة، ويلبي تمامًا متطلبات لوائح الانبعاثات. ومع ذلك، ونظرًا لارتفاع تكلفة الاستثمار لمرة واحدة في معدات معالجة غازات النفايات RTO، فإنها ليست اقتصادية لمعالجة غازات النفايات ذات التدفق المنخفض لغازات النفايات.

بالنسبة لخط إنتاج الطلاء المكتمل، عند الحاجة إلى معدات إضافية لمعالجة غازات العادم، يمكن استخدام نظام الاحتراق التحفيزي ونظام الاحتراق الحراري التجديدي. يتميز نظام الاحتراق التحفيزي بانخفاض تكلفة الاستثمار واستهلاك طاقة الاحتراق.

بشكل عام، يُمكن استخدام البلاتين كعامل حفاز لخفض درجة حرارة أكسدة معظم غازات النفايات العضوية إلى حوالي 315 درجة مئوية. يُمكن استخدام نظام الاحتراق الحفزي لمعالجة غازات نفايات التجفيف العامة، وهو مناسب بشكل خاص لأنظمة التجفيف التي تستخدم التسخين الكهربائي. تكمن المشكلة الحالية في كيفية تجنب تلف العامل الحفاز. من واقع تجربة بعض المستخدمين، بالنسبة لغازات نفايات تجفيف الطلاء السطحي، يُمكن ضمان عمر افتراضي للعامل الحفاز يتراوح بين 3 و5 سنوات من خلال زيادة ترشيح غازات النفايات واتخاذ تدابير أخرى. أما غازات نفايات تجفيف الطلاء الكهربائي فهي عرضة لتلف العامل الحفاز، لذا يجب توخي الحذر عند معالجتها باستخدام الاحتراق الحفزي. في عملية معالجة غازات النفايات وتحويلها في خط طلاء هياكل المركبات التجارية دونغفنغ، يُعالج غاز نفايات تجفيف الطبقة التمهيدية الكهربائية بطريقة الأكسدة الحرارية المتجددة (RTO)، بينما يُعالج غاز نفايات تجفيف الطبقة النهائية بطريقة الاحتراق الحفزي، وقد كانت النتائج جيدة.

※عملية معالجة غازات النفايات الناتجة عن طلاء الرش:

تُستخدم أنظمة معالجة غازات نفايات صناعة الرش بشكل أساسي في معالجة غازات نفايات غرف رش الطلاء، ومصانع الأثاث، وصناعة الآلات، ومصانع حواجز الأمان، ومصانع السيارات، وغرف رش الطلاء في مراكز خدمة السيارات (4S). وتتوفر حاليًا طرق معالجة متنوعة، منها: التكثيف، والامتصاص، والاحتراق، والتحفيز، والامتزاز، والمعالجة البيولوجية، والمعالجة الأيونية.

1. Wطريقة رش الماء + امتزاز وإزالة امتزاز الكربون المنشط + الاحتراق التحفيزي

باستخدام برج الرش لإزالة رذاذ الطلاء والمواد القابلة للذوبان في الماء، وبعد الترشيح الجاف، في جهاز امتصاص الكربون المنشط، مثل امتلاء امتصاص الكربون المنشط، ثم التجريد (طريقة التجريد مع التجريد بالبخار، التسخين الكهربائي، التجريد بالنيتروجين)، وبعد غاز التجريد (زيادة التركيز عشرات المرات) بواسطة مروحة التجريد إلى جهاز الاحتراق التحفيزي، الاحتراق إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، بعد التفريغ.

2. وطريقة رش الماء + الامتزاز والتحلل بالكربون المنشط + استعادة التكثيف

تُستخدم أبراج الرش لإزالة رذاذ الطلاء والمواد القابلة للذوبان في الماء، وبعد الترشيح الجاف، تُنقل المواد إلى جهاز امتصاص الكربون المنشط، حيث يتم امتصاصها بالكامل، ثم تُنقل إلى عملية التجريد (باستخدام البخار، أو التسخين الكهربائي، أو النيتروجين). بعد معالجة غازات العادم، يتم تكثيفها، ثم يُفصل المكثف لاستخلاص المواد العضوية القيّمة. تُستخدم هذه الطريقة لمعالجة غازات العادم ذات التركيز العالي، ودرجة الحرارة المنخفضة، وحجم الهواء المنخفض. إلا أن هذه الطريقة تتطلب استثمارًا كبيرًا، واستهلاكًا عاليًا للطاقة، وتكاليف تشغيل مرتفعة. عادةً ما يكون تركيز البنزين الثلاثي في ​​غازات عادم طلاء الرش أقل من 300 ملغم/م³، مما يؤدي إلى انخفاض التركيز وكبر حجم الهواء (غالبًا ما يتجاوز حجم الهواء في ورش طلاء السيارات 100000 متر مكعب). ونظرًا لتركيب المذيبات العضوية في غازات عادم طلاء السيارات، وصعوبة إعادة تدوير المذيبات، وسهولة إنتاج تلوث ثانوي، فإن هذه الطريقة لا تُستخدم عادةً في معالجة غازات العادم.

3. غربطريقة امتزاز غازات العادم

يمكن تقسيم معالجة غازات نفايات طلاء الرش بالامتصاص إلى امتصاص كيميائي وامتصاص فيزيائي، ولكن نظرًا لانخفاض النشاط الكيميائي لغازات نفايات "ثلاثي البنزين"، لا يُلجأ عادةً إلى الامتصاص الكيميائي. يمتص سائل الامتصاص الفيزيائي المواد الأقل تطايرًا، ويمتص المكونات ذات الألفة العالية. يمكن تحليل امتصاص التشبع عن طريق التسخين والتبريد وإعادة الاستخدام. تُستخدم هذه الطريقة في حالات إزاحة الهواء، ودرجات الحرارة المنخفضة، والتركيزات المنخفضة. إلا أن تركيبها معقد، وتتطلب استثمارًا كبيرًا، ويصعب اختيار سائل الامتصاص، كما أنها تُسبب تلوثًا من نوعين.

4. أمعدات امتزاز الكربون المنشط + الأكسدة التحفيزية الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية

(1): يتم امتصاص الغاز العضوي مباشرة من خلال الكربون المنشط، لتحقيق معدل تنقية يصل إلى 95%، باستخدام معدات بسيطة، واستثمار منخفض، وتشغيل مريح، ولكن يلزم استبدال الكربون المنشط بشكل متكرر، وانخفاض تركيز الملوثات، ولا يمكن استعادته. (2) طريقة الامتصاص: يتم امتصاص الغاز العضوي في الكربون المنشط، ثم يتم إزالة الامتصاص من الهواء المشبع بالكربون المنشط وإعادة التجديد.

5.أامتزاز الكربون المنشط + معدات البلازما منخفضة الحرارة

بعد امتزاز الكربون المنشط أولاً، ثم معالجة غازات النفايات باستخدام معدات البلازما منخفضة الحرارة، يتم معالجة غازات النفايات وفقًا لمعايير التفريغ الأيوني. تعتمد هذه الطريقة على استخدام بلازما الأيونات لتحليل غازات النفايات العضوية، وإزالة الروائح الكريهة، وقتل البكتيريا والفيروسات، وتنقية الهواء. تُعد هذه التقنية من التقنيات المتقدمة عالميًا، ويُصنفها الخبراء محليًا ودوليًا ضمن أهم أربع تقنيات في مجال علوم البيئة في القرن الحادي والعشرين. يكمن سر هذه التقنية في استخدام تفريغ نبضي متوسط ​​الجهد على شكل عدد كبير من أيونات الأكسجين النشطة (البلازما)، لتنشيط الغاز وإنتاج أنواع مختلفة من الجذور الحرة النشطة، مثل OH وHO2 وO، وغيرها. تعمل هذه التقنية على تحليل غازات النفايات العضوية، مثل البنزين والتولوين والزيلين والأمونيا والألكانات، من خلال تفاعلات فيزيائية وكيميائية معقدة، مع إنتاج نواتج ثانوية غير سامة، مما يمنع التلوث الثانوي. تتميز هذه التقنية باستهلاكها المنخفض للغاية للطاقة، وصغر حجمها، وسهولة تشغيلها وصيانتها، وهي مناسبة بشكل خاص لمعالجة مختلف أنواع الغازات.

Bملخص موجز:

توجد الآن أنواع عديدة من طرق المعالجة في السوق، ولتلبية معايير المعالجة الوطنية والمحلية، فإننا عادةً ما نختار عدة طرق معالجة مجتمعة لمعالجة غاز النفايات، وذلك بما يتماشى مع عملية المعالجة الفعلية الخاصة بهم.