1. Sự hình thành và các thành phần chính của khí thải sơn phun
Quy trình sơn được sử dụng rộng rãi trong máy móc, ô tô, thiết bị điện, thiết bị gia dụng, tàu thuyền, đồ nội thất và các ngành công nghiệp khác.
Nguyên liệu sơn — sơn bao gồm các thành phần không bay hơi và bay hơi, trong đó thành phần không bay hơi bao gồm chất tạo màng và chất phụ trợ tạo màng, chất pha loãng bay hơi được sử dụng để pha loãng sơn, nhằm đạt được mục đích bề mặt sơn mịn và đẹp.
Quá trình phun sơn chủ yếu tạo ra sương sơn và khí thải hữu cơ gây ô nhiễm. Sơn dưới tác dụng của áp suất cao bị phân tán thành các hạt, khi phun, một phần sơn không bám dính vào bề mặt cần phun, khuếch tán theo luồng không khí tạo thành sương sơn; khí thải hữu cơ phát sinh từ sự bay hơi của chất pha loãng, dung môi hữu cơ không bám vào bề mặt sơn, quá trình sơn và sấy khô sẽ giải phóng khí thải hữu cơ (đã được báo cáo là hàng trăm hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, lần lượt thuộc về ankan, ankan, olefin, hợp chất thơm, rượu, anđehit, xeton, este, ete và các hợp chất khác).
2. Nguồn gốc và đặc điểm của khí thải từ quá trình sơn phủ ô tô
Xưởng sơn ô tô cần thực hiện các bước tiền xử lý sơn, điện di và phun sơn lên phôi. Quy trình sơn bao gồm phun sơn, chảy và sấy khô, các công đoạn này sẽ tạo ra khí thải hữu cơ (VOC) và bụi phun, vì vậy cần xử lý khí thải trong phòng phun sơn.
(1) Khí thải từ phòng phun sơn
Để duy trì môi trường làm việc phun sơn, theo quy định của Luật An toàn và Sức khỏe Lao động, không khí trong phòng phun sơn cần được thay đổi liên tục, và tốc độ thay đổi không khí phải được kiểm soát trong khoảng (0,25~1) m/s. Thành phần chính của khí thải là dung môi hữu cơ của sơn phun, các thành phần chính là hydrocarbon thơm (ba benzen và tổng hydrocarbon không chứa metan), rượu ete, este dung môi hữu cơ. Do thể tích khí thải của phòng phun sơn rất lớn, nên tổng nồng độ khí thải hữu cơ thải ra rất thấp, thường khoảng 100 mg/m3. Ngoài ra, khí thải của phòng phun sơn thường chứa một lượng nhỏ sương sơn chưa được xử lý, đặc biệt là phòng phun sơn khô, sương sơn trong khí thải có thể gây cản trở quá trình xử lý khí thải, do đó cần phải xử lý sơ bộ khí thải.
(2) Khí thải từ phòng sấy
Sau khi phun sơn mặt, trước khi khô, cần có luồng khí lưu thông. Dung môi hữu cơ trong màng sơn ướt sẽ bay hơi trong quá trình khô, để ngăn ngừa tai nạn cháy nổ do tích tụ dung môi hữu cơ trong không khí trong nhà, phòng thông gió cần được thông gió liên tục, tốc độ gió thường được kiểm soát ở mức khoảng 0,2 m/s. Khí thải ra có thành phần tương tự như khí thải từ phòng sơn, nhưng không được chứa sương sơn. Tổng nồng độ khí thải hữu cơ trong phòng sơn cao hơn phòng phun sơn, tùy thuộc vào thể tích khí thải. Thông thường, nồng độ khí thải trong phòng phun sơn cao gấp khoảng 2 lần, có thể đạt đến 300 mg/m3, thường được trộn lẫn với khí thải phòng phun sơn sau khi xử lý tập trung. Ngoài ra, bể chứa nước thải sơn mặt cũng cần xả thải khí hữu cơ tương tự.
(3)Dkhí thải
Thành phần khí thải từ quá trình sấy phức tạp hơn, ngoài dung môi hữu cơ, một phần chất hóa dẻo hoặc monome nhựa và các thành phần dễ bay hơi khác, còn chứa các sản phẩm phân hủy nhiệt, sản phẩm phản ứng. Quá trình sấy lớp sơn lót điện di và lớp sơn phủ loại dung môi cũng có khí thải, nhưng thành phần và nồng độ của nó khác nhau rất nhiều.
※Nguy hiểm của khí thải từ sơn phun:
Qua phân tích, người ta nhận thấy khí thải từ phòng phun sơn, phòng sấy, phòng pha sơn và phòng xử lý nước thải sơn phủ bề mặt có nồng độ thấp và lưu lượng lớn, thành phần chính của chất gây ô nhiễm là hydrocarbon thơm, ete rượu và dung môi hữu cơ este. Theo “Tiêu chuẩn phát thải tổng hợp về ô nhiễm không khí”, nồng độ của các khí thải này nhìn chung nằm trong giới hạn phát thải. Để đáp ứng yêu cầu về tỷ lệ phát thải trong tiêu chuẩn, hầu hết các nhà máy ô tô đều áp dụng phương pháp phát thải ở độ cao lớn. Mặc dù phương pháp này có thể đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải hiện hành, nhưng khí thải về cơ bản là khí thải loãng chưa được xử lý, và tổng lượng khí thải gây ô nhiễm từ một dây chuyền sơn phủ thân xe lớn có thể lên tới hàng trăm tấn, gây hại nghiêm trọng đến bầu khí quyển.
Khói sơn trong dung môi hữu cơ — benzen, toluen, xylen — là những dung môi độc hại mạnh, khi thải vào không khí trong xưởng, công nhân sau khi hít phải qua đường hô hấp có thể bị ngộ độc cấp tính và mãn tính, chủ yếu gây tổn thương hệ thần kinh trung ương và hệ tạo máu. Hít phải hơi benzen nồng độ cao (trên 1500 mg/m3) trong thời gian ngắn có thể gây thiếu máu bất sản, thường xuyên hít phải hơi benzen nồng độ thấp cũng có thể gây nôn mửa, các triệu chứng thần kinh như lú lẫn.
※Lựa chọn phương pháp xử lý khí thải cho sơn phun và chất phủ:
Khi lựa chọn phương pháp xử lý hữu cơ, cần xem xét các yếu tố sau: loại và nồng độ chất ô nhiễm hữu cơ, nhiệt độ khí thải hữu cơ và lưu lượng xả, hàm lượng chất rắn lơ lửng, và mức độ kiểm soát ô nhiễm cần đạt được.
1Sphun sơn ở nhiệt độ phòng
Khí thải từ phòng sơn, phòng sấy, phòng pha sơn và phòng xử lý nước thải lớp phủ cuối cùng là khí thải ở nhiệt độ phòng, nồng độ thấp và lưu lượng lớn, thành phần ô nhiễm chính là hydrocarbon thơm, rượu, ete và dung môi hữu cơ este. Theo tiêu chuẩn GB16297 “Tiêu chuẩn phát thải tổng hợp gây ô nhiễm không khí”, nồng độ của các khí thải này nhìn chung nằm trong giới hạn phát thải. Để đáp ứng yêu cầu về tỷ lệ phát thải trong tiêu chuẩn, hầu hết các nhà máy ô tô đều áp dụng phương pháp phát thải ở độ cao lớn. Mặc dù phương pháp này có thể đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải hiện hành, nhưng khí thải về cơ bản là khí thải loãng không qua xử lý, và tổng lượng khí thải gây ô nhiễm thải ra từ một dây chuyền sơn thân xe lớn có thể lên tới hàng trăm tấn, gây hại nghiêm trọng đến bầu khí quyển.
Để giảm thiểu triệt để lượng khí thải gây ô nhiễm, có thể kết hợp nhiều phương pháp xử lý khí thải, nhưng chi phí xử lý khí thải với lưu lượng khí lớn rất cao. Hiện nay, phương pháp nước ngoài tiên tiến hơn là trước tiên cô đặc (sử dụng bánh xe hấp phụ-giải hấp để cô đặc tổng lượng khí khoảng 15 lần), nhằm giảm tổng lượng khí cần xử lý, sau đó sử dụng phương pháp phá hủy để xử lý khí thải đã được cô đặc. Ở Trung Quốc cũng có các phương pháp tương tự, trước tiên sử dụng phương pháp hấp phụ (than hoạt tính hoặc zeolit làm chất hấp phụ) để hấp phụ khí thải phun sơn ở nồng độ thấp, nhiệt độ phòng, sau đó giải hấp khí ở nhiệt độ cao, xử lý khí thải đã được cô đặc bằng phương pháp đốt xúc tác hoặc đốt nhiệt tái sinh. Phương pháp xử lý sinh học khí thải phun sơn ở nồng độ thấp, nhiệt độ thường đang được phát triển, công nghệ trong nước hiện chưa hoàn thiện nhưng rất đáng quan tâm. Để thực sự giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải từ quá trình sơn phủ, chúng ta cũng cần giải quyết vấn đề từ gốc rễ, chẳng hạn như sử dụng cốc quay tĩnh điện và các biện pháp khác để nâng cao hiệu suất sử dụng sơn phủ, phát triển sơn phủ gốc nước và các loại sơn phủ thân thiện với môi trường khác.
2Dxử lý khí thải rying
Khí thải sấy thuộc loại khí thải nhiệt độ cao, nồng độ trung bình và cao, thích hợp cho phương pháp xử lý bằng đốt. Phản ứng đốt có ba thông số quan trọng: thời gian, nhiệt độ và nhiễu loạn, tức là điều kiện đốt 3T. Hiệu quả xử lý khí thải về cơ bản phụ thuộc vào mức độ đầy đủ của phản ứng đốt và khả năng kiểm soát điều kiện 3T của phản ứng đốt. Hệ thống RTO có thể kiểm soát nhiệt độ đốt (820~900℃) và thời gian lưu (1,0~1,2s), đồng thời đảm bảo nhiễu loạn cần thiết (không khí và chất hữu cơ được trộn đều), hiệu quả xử lý đạt tới 99%, tỷ lệ nhiệt thải cao và tiêu thụ năng lượng vận hành thấp. Hầu hết các nhà máy ô tô Nhật Bản và Trung Quốc thường sử dụng RTO để xử lý tập trung khí thải sấy (sấy lớp sơn lót, lớp sơn trung gian, lớp sơn phủ). Ví dụ, dây chuyền sơn Huadu của nhà máy sơn xe khách Dongfeng Nissan sử dụng hệ thống xử lý tập trung khí thải sấy sơn bằng RTO cho hiệu quả rất tốt, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về quy định khí thải. Tuy nhiên, do chi phí đầu tư ban đầu cao cho thiết bị xử lý khí thải RTO, nên việc xử lý khí thải với lưu lượng nhỏ không hiệu quả về mặt kinh tế.
Đối với dây chuyền sản xuất sơn phủ hoàn chỉnh, khi cần thêm thiết bị xử lý khí thải, có thể sử dụng hệ thống đốt xúc tác và hệ thống đốt nhiệt tái sinh. Hệ thống đốt xúc tác có chi phí đầu tư thấp và tiêu thụ năng lượng đốt thấp.
Nhìn chung, việc sử dụng bạch kim làm chất xúc tác có thể giảm nhiệt độ oxy hóa của hầu hết các khí thải hữu cơ xuống khoảng 315℃. Hệ thống đốt xúc tác có thể được sử dụng để xử lý khí thải sấy khô thông thường, đặc biệt thích hợp cho các trường hợp sử dụng nguồn điện sấy bằng điện, vấn đề hiện có là làm thế nào để tránh hiện tượng nhiễm độc chất xúc tác. Theo kinh nghiệm của một số người dùng, đối với khí thải sấy sơn bề mặt thông thường, bằng cách tăng cường lọc khí thải và các biện pháp khác, có thể đảm bảo tuổi thọ của chất xúc tác là 3-5 năm; khí thải sấy sơn điện di dễ gây nhiễm độc chất xúc tác, vì vậy việc xử lý khí thải sấy sơn điện di bằng phương pháp đốt xúc tác cần phải cẩn thận. Trong quá trình xử lý và chuyển hóa khí thải của dây chuyền sơn thân xe thương mại Đông Phong, khí thải sấy sơn lót điện di được xử lý bằng phương pháp RTO, và khí thải sấy sơn phủ được xử lý bằng phương pháp đốt xúc tác, hiệu quả sử dụng rất tốt.
※Quy trình xử lý khí thải bằng phương pháp phun sơn:
Hệ thống xử lý khí thải công nghiệp phun sơn chủ yếu được sử dụng để xử lý khí thải phòng phun sơn, khí thải nhà máy sản xuất đồ nội thất, khí thải ngành công nghiệp sản xuất máy móc, khí thải nhà máy sản xuất lan can, khí thải phòng phun sơn trong ngành sản xuất ô tô và các cửa hàng 4S ô tô. Hiện nay, có nhiều quy trình xử lý khác nhau, chẳng hạn như: phương pháp ngưng tụ, phương pháp hấp thụ, phương pháp đốt cháy, phương pháp xúc tác, phương pháp hấp phụ, phương pháp sinh học và phương pháp ion.
1. WPhương pháp phun nước + hấp phụ và giải hấp bằng than hoạt tính + đốt xúc tác
Sử dụng tháp phun để loại bỏ sương sơn và các chất hòa tan trong nước, sau khi lọc khô, đưa vào thiết bị hấp phụ bằng than hoạt tính, ví dụ như khi than hoạt tính đã hấp phụ đầy, sau đó tiến hành quá trình tách khí (phương pháp tách khí bao gồm tách hơi nước, gia nhiệt điện, tách khí nitơ). Sau khi tách khí (nồng độ tăng lên hàng chục lần), khí được quạt tách đưa vào thiết bị đốt xúc tác để đốt cháy thành carbon dioxide và nước, sau đó thải ra môi trường.
2. WPhương pháp phun nước + hấp phụ và giải hấp bằng than hoạt tính + phương pháp thu hồi ngưng tụ
Sử dụng tháp phun để loại bỏ sương sơn và các chất hòa tan trong nước, sau khi lọc khô, đưa vào thiết bị hấp phụ bằng than hoạt tính, ví dụ như than hoạt tính đã hấp phụ đầy, sau đó tiến hành quá trình tách (phương pháp tách bằng hơi nước, gia nhiệt điện, tách bằng nitơ), sau khi xử lý, khí thải được cô đặc bằng phương pháp hấp phụ và ngưng tụ, nước ngưng tụ được tách để thu hồi các chất hữu cơ có giá trị. Phương pháp này được sử dụng để xử lý khí thải có nồng độ cao, nhiệt độ thấp và lưu lượng khí thấp. Tuy nhiên, phương pháp này có chi phí đầu tư cao, tiêu thụ năng lượng lớn và chi phí vận hành cao. Đối với khí thải sơn phun có nồng độ “ba benzen” và các khí thải khác thường thấp hơn 300 mg/m3, nồng độ thấp, lưu lượng khí lớn (lưu lượng khí của xưởng sơn sản xuất ô tô thường trên 100.000), và do thành phần dung môi hữu cơ trong khí thải sơn ô tô khó tái chế và dễ gây ô nhiễm thứ cấp, nên trong xử lý khí thải sơn thường không sử dụng phương pháp này.
3. Tâyphương pháp hấp phụ khí ase
Xử lý khí thải sơn phun bằng phương pháp hấp phụ có thể chia thành hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý. Tuy nhiên, do khí thải “ba benzen” có hoạt tính hóa học thấp nên thường không sử dụng hấp phụ hóa học. Chất hấp phụ vật lý hấp thụ các chất ít bay hơi hơn, và hấp thụ các thành phần có ái lực cao hơn bằng cách gia nhiệt, làm nguội và tái sử dụng để phân tích độ bão hòa hấp thụ. Phương pháp này được sử dụng cho việc thay thế không khí, nhiệt độ thấp và nồng độ thấp. Tuy nhiên, việc lắp đặt phức tạp, chi phí đầu tư lớn, việc lựa chọn chất hấp phụ khó khăn hơn và có hai loại ô nhiễm.
4. Mộtthiết bị hấp phụ than hoạt tính + oxy hóa quang xúc tác UV
(1): Hấp phụ trực tiếp khí hữu cơ bằng than hoạt tính, đạt hiệu suất làm sạch 95%, thiết bị đơn giản, vốn đầu tư nhỏ, vận hành thuận tiện, nhưng cần thay than hoạt tính thường xuyên, nồng độ chất gây ô nhiễm thấp, không thể thu hồi. (2) Phương pháp hấp phụ: Khí hữu cơ được hấp phụ trong than hoạt tính, than hoạt tính bão hòa không khí để giải hấp và tái tạo.
5.MỘThấp phụ than hoạt tính + thiết bị plasma nhiệt độ thấp
Sau khi hấp phụ bằng than hoạt tính, sau đó xử lý khí thải bằng thiết bị plasma nhiệt độ thấp, sẽ xử lý theo tiêu chuẩn phóng điện khí. Phương pháp ion là sử dụng plasma (plasma ion) để phân hủy khí thải hữu cơ, loại bỏ mùi hôi, tiêu diệt vi khuẩn, vi rút, làm sạch không khí. Đây là công nghệ cao được quốc tế đánh giá cao, các chuyên gia trong và ngoài nước gọi là một trong bốn công nghệ khoa học môi trường quan trọng nhất của thế kỷ 21. Điểm mấu chốt của công nghệ này là thông qua sự phóng điện xung điện cao áp tạo ra một lượng lớn ion oxy hoạt tính (plasma), kích hoạt khí, tạo ra nhiều gốc tự do hoạt tính như OH, HO2, O, v.v., phân hủy benzen, toluen, xylen, amoniac, ankan và các khí thải hữu cơ khác, oxy hóa và thực hiện các phản ứng hóa lý phức tạp khác, đồng thời tạo ra sản phẩm phụ không độc hại, tránh gây ô nhiễm thứ cấp. Công nghệ này có đặc điểm tiêu thụ năng lượng cực thấp, chiếm ít không gian, vận hành và bảo trì đơn giản, đặc biệt thích hợp cho việc xử lý các loại khí có thành phần khác nhau.
BTóm tắt ngắn gọn:
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều phương pháp xử lý khí thải khác nhau, để đáp ứng các tiêu chuẩn xử lý quốc gia và địa phương, chúng ta thường sẽ kết hợp nhiều phương pháp xử lý để xử lý khí thải, lựa chọn phương pháp phù hợp với quy trình xử lý thực tế của mình.
Thời gian đăng: 28-12-2022
