1. Formation et principaux composants des gaz résiduaires de peinture en aérosol
Le procédé de peinture est largement utilisé dans les secteurs de la mécanique, de l'automobile, des équipements électriques, des appareils ménagers, de la construction navale, du mobilier et autres industries.
Matières premières de la peinture — La peinture est composée de substances non volatiles et volatiles. Les substances non volatiles comprennent une substance filmogène et une substance filmogène auxiliaire. Un agent de dilution volatil est utilisé pour diluer la peinture, afin d'obtenir une surface de peinture lisse et esthétique.
Le procédé de pulvérisation de peinture produit principalement des brouillards de peinture et des polluants gazeux organiques. Sous l'action de la haute pression, la peinture est transformée en particules. Lors de la pulvérisation, une partie de la peinture n'atteint pas la surface à peindre et se diffuse avec le flux d'air pour former le brouillard de peinture. Les gaz organiques proviennent de la volatilisation du diluant. Le solvant organique ne se fixe pas à la surface de la peinture. Le processus de peinture et de séchage libère des gaz organiques (des centaines de composés organiques volatils ont été recensés, appartenant respectivement aux alcanes, aux oléfines, aux composés aromatiques, aux alcools, aux aldéhydes, aux cétones, aux esters, aux éthers et à d'autres composés).
2. Source et caractéristiques des gaz d'échappement des revêtements automobiles
Un atelier de peinture automobile doit effectuer un prétraitement de la peinture, une électrophorèse et appliquer la peinture au pistolet sur la pièce. Le processus de peinture comprend l'application de la peinture au pistolet, l'étalement et le séchage. Ces étapes produisent des gaz organiques (COV) et des effluents gazeux, nécessitant ainsi un traitement spécifique de ces gaz.
(1) Gaz résiduaires de la salle de peinture au pistolet
Afin de maintenir un environnement de travail sain lors de la pulvérisation, conformément à la loi sur la sécurité et la santé au travail, l'air de la cabine de pulvérisation doit être renouvelé en continu à une vitesse comprise entre 0,25 et 1 m/s. Les gaz d'échappement sont principalement composés de solvants organiques utilisés pour la peinture, notamment des hydrocarbures aromatiques (dont le benzène et d'autres hydrocarbures non méthaniques), des éthers d'alcool et des esters. Le volume important des gaz d'échappement de la cabine de pulvérisation explique la faible concentration totale de ces polluants organiques, généralement de l'ordre de 100 mg/m³. Par ailleurs, les gaz d'échappement contiennent souvent une faible quantité de brouillard de peinture non traité, en particulier dans les cabines de pulvérisation à sec. Ce brouillard peut entraver le traitement des gaz résiduaires, qui nécessite alors un prétraitement.
(2) Gaz résiduaires de la salle de séchage
Avant le séchage de la peinture au pistolet, il est important d'assurer une bonne ventilation. Le film de peinture humide contient des solvants organiques volatils qui se dégagent pendant le séchage. Afin de prévenir tout risque d'explosion lié à l'accumulation de ces solvants dans l'air ambiant, la ventilation de la salle de peinture doit être continue, avec une vitesse de renouvellement d'air généralement maintenue autour de 0,2 m/s. La composition des gaz d'échappement est identique à celle de la salle de peinture, mais ne contient pas de brouillard de peinture. La concentration totale de ces gaz est supérieure à celle de la salle de peinture, proportionnellement au volume d'échappement. Généralement, cette concentration est environ deux fois plus élevée dans la salle de peinture, pouvant atteindre 300 mg/m³. Ces gaz sont généralement mélangés à ceux de la salle de peinture après un traitement centralisé. De plus, les bassins de recyclage des eaux usées de la salle de peinture et de la surface doivent également évacuer les mêmes gaz d'échappement.
(3)Dgaz d'échappement en combustion
La composition des gaz résiduaires de séchage est plus complexe : outre le solvant organique, une partie du plastifiant ou du monomère de résine et d’autres composés volatils, elle contient également des produits de décomposition thermique et des produits de réaction. Le séchage des primaires électrophorétiques et des couches de finition à base de solvant génère des gaz d’échappement, mais leur composition et leur concentration diffèrent considérablement.
※Dangers liés aux gaz d'échappement des peintures en aérosol :
L'analyse révèle que les gaz résiduaires des cabines de peinture, de séchage, de mélange et de traitement des eaux usées de peinture de finition présentent une faible concentration et un débit important. Leurs principaux composants polluants sont des hydrocarbures aromatiques, des éthers d'alcool et des esters de solvants organiques. Conformément à la norme globale d'émission pour la pollution atmosphérique, la concentration de ces gaz résiduaires est généralement inférieure aux limites d'émission. Afin de respecter les exigences de cette norme en matière de taux d'émission, la plupart des usines automobiles ont recours à l'émission en altitude. Bien que cette méthode permette de se conformer aux normes d'émission actuelles, les gaz résiduaires sont essentiellement des émissions diluées non traitées. La quantité totale de polluants gazeux rejetés par une ligne de peinture de carrosserie de grande taille peut atteindre plusieurs centaines de tonnes, ce qui nuit gravement à l'atmosphère.
Les brouillards de peinture dans les solvants organiques — benzène, toluène, xylène — sont des solvants fortement toxiques qui, lorsqu'ils sont utilisés dans l'atelier, peuvent provoquer, par inhalation par les voies respiratoires des travailleurs, des intoxications aiguës et chroniques. Ces intoxications affectent principalement le système nerveux central et le système hématopoïétique. L'inhalation à court terme de fortes concentrations (plus de 1500 mg/m3) de vapeurs de benzène peut provoquer une anémie aplasique. L'inhalation fréquente de faibles concentrations de vapeurs de benzène peut également provoquer des vomissements et des symptômes neurologiques tels que la confusion.
※Sélection de la méthode de traitement des gaz résiduaires pour la peinture et le revêtement par pulvérisation :
Lors du choix des méthodes de traitement organique, les facteurs suivants doivent généralement être pris en compte : le type et la concentration des polluants organiques, la température et le débit des gaz d’échappement organiques, la teneur en particules et le niveau de contrôle des polluants à atteindre.
1SPeinture à l'air libre à température ambiante
Les gaz d'échappement des cabines de peinture, de séchage et de mélange de peinture, ainsi que de la station d'épuration des eaux usées de la couche de finition, sont des gaz à température ambiante, peu concentrés et à fort débit. Leur composition principale en polluants est constituée d'hydrocarbures aromatiques, d'alcools, d'éthers et d'esters de solvants organiques. Conformément à la norme GB16297 « Norme globale d'émission pour la pollution atmosphérique », la concentration de ces gaz résiduaires est généralement inférieure aux limites d'émission. Afin de respecter les exigences de cette norme en matière de taux d'émission, la plupart des usines automobiles ont recours à l'émission en altitude. Bien que cette méthode permette de se conformer aux normes d'émission actuelles, les gaz résiduaires sont essentiellement des émissions diluées, sans traitement préalable. La quantité totale de polluants gazeux rejetés par une grande ligne de peinture de carrosserie peut atteindre plusieurs centaines de tonnes, ce qui nuit gravement à l'atmosphère.
Afin de réduire fondamentalement les émissions de polluants des gaz d'échappement, plusieurs méthodes de traitement peuvent être utilisées conjointement. Cependant, le coût du traitement des gaz d'échappement à grand volume est très élevé. Actuellement, la méthode étrangère la plus aboutie consiste à concentrer d'abord les gaz (à l'aide d'une roue d'adsorption-désorption permettant de concentrer le volume total environ 15 fois), afin de réduire la quantité totale à traiter, puis à utiliser une méthode destructive pour traiter les gaz résiduaires concentrés. Des méthodes similaires existent en Chine : l'adsorption des gaz résiduaires de peinture au pistolet à faible concentration et à température ambiante (sur charbon actif ou zéolite) est utilisée, suivie d'une désorption à haute température. Les gaz résiduaires concentrés sont ensuite traités par combustion catalytique ou par combustion thermique régénérative. Une méthode de traitement biologique des gaz résiduaires de peinture au pistolet à faible concentration et à température ambiante est en cours de développement. Bien que la technologie chinoise actuelle ne soit pas encore mature, elle mérite d'être suivie de près. Afin de réduire réellement la pollution publique due aux gaz résiduaires des revêtements, il est également nécessaire de résoudre le problème à la source, notamment en utilisant des godets rotatifs électrostatiques et d'autres moyens pour améliorer le taux d'utilisation des revêtements, ainsi qu'en développant des revêtements à base d'eau et d'autres revêtements respectueux de l'environnement.
2Dtraitement des gaz résiduaires par séchage
Les gaz résiduaires de séchage appartiennent à la catégorie des gaz résiduaires à haute température et à concentration moyenne à élevée, et se prêtent au traitement par combustion. La réaction de combustion possède trois paramètres essentiels : la durée, la température et l’agitation, soit les conditions 3T. L’efficacité du traitement des gaz résiduaires dépend essentiellement du degré de combustion et du contrôle des conditions 3T. Le RTO permet de contrôler la température de combustion (820 à 900 °C) et le temps de maintien (1,0 à 1,2 s), tout en assurant l’agitation nécessaire (mélange homogène de l’air et des matières organiques). L’efficacité du traitement atteint 99 %, le rendement thermique est élevé et la consommation d’énergie est faible. La plupart des usines automobiles japonaises et chinoises utilisent couramment le RTO pour le traitement centralisé des gaz d’échappement issus du séchage (primaire, couche intermédiaire, couche de finition). Par exemple, la ligne de revêtement Huadu de la marque Dongfeng Nissan, utilisant le traitement centralisé des gaz d’échappement par RTO pour le séchage des couches, obtient d’excellents résultats et respecte pleinement les normes d’émission. Cependant, en raison du coût initial élevé des équipements de traitement des gaz résiduaires RTO, cette solution n'est pas rentable pour le traitement des gaz résiduaires à faible débit.
Pour une ligne de production de revêtements complète, si un traitement supplémentaire des gaz résiduaires est nécessaire, on peut utiliser un système de combustion catalytique ou un système de combustion thermique régénérative. Le système de combustion catalytique présente un faible investissement et une faible consommation d'énergie.
De manière générale, l'utilisation du platine comme catalyseur permet de réduire la température d'oxydation de la plupart des gaz résiduaires organiques à environ 315 °C. Les systèmes de combustion catalytique peuvent être utilisés pour le traitement des gaz résiduaires de séchage, et sont particulièrement adaptés aux applications utilisant un chauffage électrique pour le séchage. Le problème actuel réside dans la prévention de l'empoisonnement du catalyseur. D'après l'expérience de certains utilisateurs, pour les gaz résiduaires de séchage de peinture de surface, l'amélioration de la filtration et d'autres mesures permettent de garantir une durée de vie du catalyseur de 3 à 5 ans. Les gaz résiduaires de séchage de peinture électrophorétique sont sensibles à l'empoisonnement du catalyseur ; leur traitement par combustion catalytique doit donc être réalisé avec précaution. Sur la ligne de revêtement de carrosserie de véhicules commerciaux Dongfeng, les gaz résiduaires issus du séchage de l'apprêt électrophorétique sont traités par la méthode RTO, tandis que ceux issus du séchage de la peinture de finition sont traités par combustion catalytique, avec d'excellents résultats.
※Procédé de traitement des gaz résiduaires par revêtement de peinture en aérosol :
Les systèmes de traitement des gaz résiduaires issus de l'industrie de la peinture sont principalement utilisés pour le traitement des gaz résiduaires dans les ateliers de peinture, les usines de meubles, les industries de la construction mécanique, les usines de glissières de sécurité, ainsi que dans les ateliers de peinture des concessions automobiles. Il existe actuellement différents procédés de traitement, tels que la condensation, l'absorption, la combustion, la catalyse, l'adsorption, la bio-ingénierie et l'ionisation.
1. WMéthode de pulvérisation d'eau + adsorption et désorption sur charbon actif + combustion catalytique
Utilisation d'une tour de pulvérisation pour éliminer les brouillards de peinture et les matières solubles dans l'eau, après le filtre à sec, dans un dispositif d'adsorption sur charbon actif, tel que l'adsorption sur charbon actif complète, puis décapage (méthode de décapage avec décapage à la vapeur, chauffage électrique, décapage à l'azote), après le décapage du gaz (concentration augmentée de plusieurs dizaines de fois) par un ventilateur de décapage dans le dispositif de combustion catalytique, combustion en dioxyde de carbone et en eau, après rejet.
2. Wméthode de pulvérisation d'eau + adsorption et désorption sur charbon actif + récupération de la condensation
On utilise une tour de pulvérisation pour éliminer les brouillards de peinture et les substances solubles dans l'eau. Après filtration à sec, l'adsorption se fait dans un dispositif à charbon actif jusqu'à saturation, puis un procédé de dégazage est appliqué (par exemple, à la vapeur, par chauffage électrique ou à l'azote). Après traitement, les gaz résiduaires sont concentrés, condensés et séparés pour récupérer les matières organiques valorisables. Cette méthode est utilisée pour le traitement des gaz résiduaires à forte concentration, basse température et faible volume d'air. Cependant, elle présente un coût d'investissement élevé, une forte consommation d'énergie et des coûts d'exploitation importants. De plus, la concentration des gaz d'échappement de peinture (notamment le « trois-benzènes ») est généralement inférieure à 300 mg/m³, mais le volume d'air est important (souvent supérieur à 100 000 m³ dans un atelier de peinture automobile). Enfin, la composition en solvants organiques des gaz d'échappement de peinture automobile rend leur recyclage difficile et susceptible de générer une pollution secondaire. C'est pourquoi cette méthode est généralement évitée pour le traitement des gaz résiduaires de peinture.
3. Wméthode d'adsorption de gaz AST
Le traitement des gaz résiduaires de peinture par adsorption peut se diviser en adsorption chimique et adsorption physique. Cependant, la faible réactivité chimique des gaz résiduaires contenant du « trois-benzènes » explique que l'adsorption chimique soit généralement évitée. L'adsorption physique, moins volatile, absorbe les composés ayant une forte affinité pour le chauffage, le refroidissement et la réutilisation en vue d'une analyse de saturation. Cette méthode est utilisée pour le déplacement d'air, à basse température et à faible concentration. Son installation est complexe, l'investissement important et le choix du fluide d'adsorption plus difficile. De plus, elle présente deux risques de pollution.
4. Aéquipement d'adsorption de carbone activé + oxydation photocatalytique UV
(1) : adsorption directe du gaz organique par le charbon actif, pour atteindre un taux de purification de 95 %, équipement simple, faible investissement, fonctionnement pratique, mais nécessite un remplacement fréquent du charbon actif, faible concentration de polluants, pas de récupération. (2) Méthode d'adsorption : adsorption du gaz organique sur le charbon actif, désorption à l'air saturé du charbon actif et régénération.
5.UNéquipement d'adsorption de carbone activé + plasma basse température
Après une première adsorption sur charbon actif, les gaz résiduaires sont traités par un équipement plasma à basse température, conformément aux normes de traitement des gaz. La méthode ionique utilise le plasma (plasma ionique) pour la dégradation des gaz résiduaires organiques, l'élimination des odeurs, la destruction des bactéries et des virus, et la purification de l'air. Cette technologie de pointe est reconnue internationalement et considérée par les experts nationaux et internationaux comme l'une des quatre technologies environnementales majeures du XXIe siècle. Son principe repose sur la décharge pulsée à haute tension sous forme de plasma, générant un grand nombre d'ions oxygène actifs. L'activation des gaz produit divers radicaux libres actifs, tels que OH, HO₂, O, etc. Ces radicaux permettent la dégradation, l'oxydation et d'autres réactions physico-chimiques complexes du benzène, du toluène, du xylène, de l'ammoniac, des alcanes et d'autres composés organiques résiduels, sans sous-produits toxiques, évitant ainsi toute pollution secondaire. Cette technologie se caractérise par une très faible consommation d'énergie, un faible encombrement, une utilisation et une maintenance simples, et est particulièrement adaptée au traitement de gaz à composition variée.
Bbref résumé :
Il existe aujourd'hui de nombreux types de méthodes de traitement sur le marché. Afin de respecter les normes de traitement nationales et locales, nous optons généralement pour une combinaison de plusieurs méthodes de traitement des gaz résiduaires, en fonction de notre propre processus de traitement.
Date de publication : 28 décembre 2022
