（环境工程专业论文）不同洗涤剂净化油烟气溶胶实验研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 随着我国经济的发展和第三产业的兴起，饮食业也得到迅速发展，由饮食业所产生 的油烟废气日益成为严重困扰城市居民生活的问题。研究和开发一种适合我国国情的、 高效、低耗、低成本的油烟净化技术，对有效控制餐饮业外排油烟污染，改善城市大气 环境质量具有重要的现实意义。 为此，本文针对目前国内处理油烟的现状，通过实验室模拟餐饮油烟，利用组合式 油烟净化装置，采用清水、泥浆、木炭水混合物以及活性污泥作为洗涤剂进行油烟洗涤 净化研究。研究结果表明： 烟气流率、油烟浓度、液体喷淋量、填料类型、液相油浓度、油烟的传质系数是影 响洗涤效率的主要因素，其中液相油浓度、油烟的传质系数又受烟气流率、油烟浓度、 液体喷淋量的影响。以清水作洗涤剂优化了油烟气溶胶洗涤条件，即在烟气流率为 2 8 m 3 h 、烟气浓度大于4 m g m 3 、以木炭做二级洗涤塔填料、喷淋量为o 9l m i n 时， 油烟两级总洗涤效率可达到8 0 以上。 在优化条件下，清水、泥浆、木炭水混合物、活性污泥洗涤剂对油烟气溶胶的初始 洗涤效率分别为7 5 9 、8 1 2 、8 6 4 、9 5 1 ，并随时间逐渐下降到3 7 6 、4 3 3 、 5 3 6 、7 2 9 9 6 ，平均洗涤效率分别为5 8 8 ，6 7 4 、7 2 3 、8 3 9 ；大的油烟粒子被 不断去除，油烟粒子的去除效率分别达到4 6 、6 0 、6 8 、8 9 以上。 在清水中加入泥浆、木炭、活性污泥后，液相饱和油烟浓度不断下降，与清水中的 饱和油烟浓度( 1 3 0m g l ) 相比，液相饱和油烟浓度分别下降为9 0 1 2 m g l 、7 6 3 6m g l 、 4 7 8 7m g l 。而油烟在它们中的传质系数不断增大，分别由清水的1 0 1 2 增加到1 0 5 6 、 1 1 5 8 、1 3 1 4 。 活性污泥是一种优良的油烟洗涤剂，采用其进行级油烟洗涤处理，洗涤效率达到 了清水的两级净化总效率，从而可以简化处理装置，节省二级处理中泵的运行成本。 通过研究表明，在清水中添加泥浆粒子、炭粒、活性污泥等作为洗涤剂清洗油烟可 以提高对油烟的清洗效率，为餐饮油烟废气的处理应用提供了理论基础。 关键词：油烟气溶胶、组合装置、传质系数、洗涤净化 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n g 、以mt h ed e v e l o p m e n to f0 1 1 1 c o u n t r y se c o n o m ya n dt e r t i a r yo c c u p a t i o n , t h e c a t e r i n gt r a d eh a sb e e nd e v e l o p e dr a p i d l y o i lw a s t eg a sh a sb e c o m eam o r ea n dm o r es e r i o u s p r o b l e m i ti si m p o r t a n tt od e v e l o pag a sd e c o n t a m i n a t em e t h o dw h i c hi sh i g he f f i c i e n c y , l o w c o n s u m e ，l o wc o s ta n ds u i t a b l ef o rt h es i t u a t i o no f o u re o t m t r y , a n di ti sm e a n i n g f u lt ot h eg a s d i s c h a r g ec o n t r o la n d t h ei m p r o v e m e n to fc i t ya t m o s p h e r eq u a l i t y s oi nt h i sp a p e r , a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n ts i t u a t i o no fo i lw a s t eg a st r e a t m e n ti no u r c o u n t r y , t h r o u g hs i m u l a t i o no fc a t e r i n go i li nl a b ，u t i l i z a t i o no fc o m b i n e de x h a u s tp u r i f i c a t i o n e q u i p m e n t ，w es t u d yo nt h eo i lw a s h i n gc l a r i f i c a t i o nw i t hu s i n gp u r ew a t e r 、s l o p 、t h em i x t u r e o f c h a r c o a la n dw a t e r 、a c t i v es l u d g ea ss c o u r t h er e s u l ts h o w s ： & a sf l u x ，o i lc o n c e n t r a t i o n ，s p r a yf l u x ，t h et y p eo f p a d d i n g ，l i q u i do i lc o n c e n t r a t i o n ， t r a n s f e rc o e f f i c i e n to fo i la r et h ep r i m a r yf a c t o r si na f f e c t i o no fw a s h i n ge f f i c i e n c y a m o n g t h e m ，l i q u i do i lc o n c e n t r a t i o n 、t r a n s f e rc o e f f i c i e n to fo i lg a sa r ea f f e c t e db yg a sf l u x 、o i l c o n c e n t r a t i o n 、s p r a yf l u x u s i n gp u r ew a t e rs c o u rt oo p t i m i z et h ew a s h i n gc o n d i t i o no fo i l f u m ea e r o s o l ，n a m e l y , w i t hg a sf l u xo f2 8m j h ，o i lc o n c e n t r a t i o nl a r g e rt h a n4 m g m 3 ，u s i n g c h a r c o a la st h ep a d d i n go fs e c o n d a r yw a s h e r 、w it h s p r a yf l u xo fo 9 l m i n ，t h eo v e r a l l e f f i c i e n c yo ft w o - s t a g ec l a r i f i c a t i o no f o i li so v e r8 0 i nt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n , t h ei n i t i a lw a s h i n ge f f i c i e n c yo f p u r ew a t e r 、s l o p 、t h em i x t u r e o f c h a r c o a la n dw a t e r 、a c t i v es l u d g es c o u rt oo i lf u m ea e r o s o la r e7 5 9 、8 1 2 、8 6 4 、 9 5 1 r e s p e c t i v e l y , a n dt h ew a s h i n ge f f i c i e n c ya r ed e c r e a s e dt o3 7 6 、4 3 3 、5 3 6 、 7 2 9 r e s p e c t i v e l yw i t hi n c r e a s eo f t i m e ，t h ea v e r a g ew a s h i n ge f f i c i e n c ya r e5 8 8 、6 7 4 、 7 2 3 、8 3 9 ；t h eo i lg a so fb i gp a r t i c l es i z ea r ec o n t i n u o u s l yw i p eo f f , t h er e m o v a l e f f i c i e n c yo f o i lg a sp a r t i c l ea r eo v e r4 6 、6 0 、6 8 、8 9 r e s p e c t i v e l y a f t e ra d d i n gs l o p 、c h a r c o a l 、a c t i v es l u d g et op u r ew a t e r , t h ec o n c e n t r a t i o no fo i l ( 1 i q u i d p h a s es a t u r a t e d ) d e c r e a s e dc o n t i n u o u s l y , c o m p a r e d 诚t l lt h ec o n c e n t r a t i o no fs a t u r a t e do i li n p u r ew a t e r ( 1 3 0m e l ) ，t h ec o n c e n t r a t i o no fo i l ( 1 i q u i d p h a s es a t u r a t e d ) d e c r e a s et o 9 0 1 2 m g l 、7 6 3 5m g l 、4 7 8 7m g lr e s p e c t i v e l y h o w e v e rt h et r a n s f e rc o e f f i c i e n to f o i lg a s i nt h e mi n c r e a s ec o n t i n u o u s l y , f r o m1 0 1 2o f p u r ew a t e rt o1 0 5 6 、1 1 5 8 、1 3 1 4 a c t i v es l u d g ei saf i n ek i n do fo i ls c o u r , u s i n gi ta so i lw a s h i n gp r i m a r yt r e a t m e n t , t h e w a s h i n ge f f i c i e n c yr e a c h e st h eo v e r a l le f f i c i e n c yo ft w o s t a g ec l a r i f i c a t i o no fp u r ew a t e r , a c c o r d i n g l ys i m p l i f y i n gt h et r e a t m e n te q u i p m e n t ，s a v i n gt h en m n i n gc o s to fp u m pi nt h e p r o c e s so fs e c o n d a r yt r e a t m e n t m s t u d yi n d i c a t e s ，t h ew a s h i n ge f f i c i e n c yc a l lb ei m p r o v e dw h e ns l o pp a r t i c l e ， c h a r c o a l ，a n da c t i v es l u d g ew a sa d d e di n t op u r ew a t e r , i tp r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i s 南rt l l e l l 桂林工学院硕士学位论文 t r e a t m e n to fo i lg a s k e yw o r d s ：o i lf u l t l e ，a e r o s o l ；c o m b i n e de q u i p m e n t ；t r a n s f e rc o e f f i c i e n t ；w a s h i n g p u r i f i c a t i o n m 桂林工学院硕士学位论文 ! ! 苎! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! i = = = 二一= | i ! i ! ! ! 竺! ! 苎! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在廖雷教授指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并致以了谢 意。 学位论文作者( 签字) ： 至迭拯玺 签字日期：上竺7 乡- 尘一 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要 求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提 供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后 遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ：主苤鏊夔 指导教师签字：虚驻亟 签字日期：一么面方舌，d 桂林工学院硕士学位论文 ! 篁! ! ! ! ! ! ! 苎! ! ! ! ! ! 竺i i 一i i i ! i ! ! ! ! ! 1 1 1 餐饮油烟的污染 i 1 1 油烟的形成过程及形态组成 第一章绪论 食油分为植物油和动物油，植物油有豆油、菜籽油、花生油等，主要成份为亚麻酸、 亚油酸等不饱和脂肪，流动性好；动物油主要是猪油，主要成份为饱和脂肪酸甘油脂， 流动性差。烹调油烟是食油在烹饪过程中产生的污染物，食油的沸点比较复杂，烹调时 油分解的醛种类和数量取决于油温【l j 和烹调食物种类i z j ，主要成分的沸点约3 0 0 ；将 油加热到5 0 - - 1 0 0 。c 时，油面有轻微热气上升，所含低沸点分量和水份首先汽化，温度 上升到1 0 0 , - - , 2 7 0 时，较高沸点分量开始汽化，油泡较密，开始形成肉眼可见的油烟， 主要是由直径约i 0 。3 c m 以上的小油液滴组成；温度大于2 7 0 ( 2 后，高沸点的食油分量开 始汽化，开始形成大量“青烟，主要是由直径范围为1 0 。7 - 一1 0 1 c m 不为肉眼所见的微油 液滴所组成。此时，往油中加入食品，食品中所含水分急剧汽化膨胀，其中部分冷凝成 雾和油烟一起形成可见的油烟雾；与此同时，气体燃料( 天然气、液化气等) 、液体燃 料( 煤油、酒精等) 、或固体燃料( 煤、固体酒精等) 热分解生成直径为1 0 0 - - - - 2 0 0 u m 气相析出型烟尘p 】。最后，上述各阶段所形成的混合气体在离开锅灶上升过程中与液面 外的空气分子碰撞，温度迅速下降到6 0 以下，饱和蒸气压下降，形成含冷凝物的气 溶胶，气溶胶和被抽走的含烟尘气体一起，最终形成为食用油及食品在高温下的挥发物 及冷凝物气溶胶、水气及含烟尘气体所组成的烹调油烟气。主要反应式有：( 1 ) 油脂及 食物本身所含脂质热氧化分解，( 2 ) 食物中碳水化合物、蛋白质、氨基酸等发生米拉德 反应，上述反应的中间或终产物之间的相互作用形成的二次反应产物【4 】。 上述油烟气形成过程表明，从形态组成上看，餐饮业外排烹调油烟气包括颗粒物及 气态污染物两类。其中颗粒物粒径较小，一般小于l o u m ，又分为固体、液体两种，且 液体的粘度较大，所以餐饮业厨房烹调油烟气包含气、液、固三相。 1 1 2 油烟的性质 油烟是一种混合气体，以大气成分为主，但在相当多的时候，油烟中包含了在烹饪 过程中所形成的诸如燃料废气( 包括一氧化碳、二氧化碳、硫化物及氮化物等) 、燃料 颗粒( 如碳粒、灰尘等) 、食用油挥发物( 主要是蒸发的油蒸汽及微滴) 、水蒸气等，成 份相当复杂。总而言之，油烟是一种包含了气、固、液三相物质的多相流体。 油烟是一种气体状流体，其比重比洁净的空气略重，密度一般为i 3 0 k g m 3 1 3 4 桂林工学院硕士学位论文 苎! 苎苎苎! ! ! ! 竺! ! ! ! ! 苎! ! i 二i i l。 i l l 一 i i ! 竺! ! ! k g 岔( 空气为1 2 9 3k g m 3 ) 并具有以下的为气体所具备的物理特征 5 7 ： ( 1 ) 粘性：与所有的流体一样，由于受气体分子间力的作用，油烟在流动过程中 表现出一定的粘性。与液体有所不同，油烟的粘度随着温度的上升而降低。引起油烟温 度上升的因素可以是外界因素作用的结果( 如油烟受到炉灶、油锅的烘烤) ，也可以是 内部因素的作用( 如油烟在急速流动中气体分子间的碰撞以及与吸油烟机导流面的摩擦 都会引起升温) ，这些都可以导致油烟的粘度降低。而粘度的降低对油烟的流动带来很 大的影响。 ( 2 ) 膨胀性：和空气一样，油烟受热后会体积膨胀，遇冷后体积又会收缩。 ( 3 ) 可流动性：和空气一样，油烟具有良好的流动性，“在气体中相继的两个空间 区域里，只要有很小的压强差存在，就能使气体很快地运动 ，这正是吸油烟机工作原 理的基础。 ( 4 ) 边界层( 或附面层) ：油烟在流动过程中，会与导流面表面形成边界层( 即附 面层) ，由于边界层的油烟流动速度较低，从而对油烟的流动及油滴凝结产生影响。 由于油烟是一种混合型气体，所以还具备些洁净空气所没有的物理特征，这表现 在： ( 1 ) 扩散现象：油烟实际上是一团包含各种气体成分和微小的固体、液滴颗粒在 内的高温混合空气，所以油烟形成之后在上升的过程中，会与周围较冷的空气产生热交 换现象，并伴随着热交换现象所产生的对流向四周扩散。 ( 2 ) 凝结粘附现象：油烟的凝结粘附现象是油烟的特有现象，表现在油烟的扩散 过程或在被吸油烟机排出室外时，会由于周围较冷的空气进行热交换而导致油烟温度降 低，这时原来以气体形式存在或者以悬浮微粒存在的物质( 如水蒸气、油蒸汽等) 会夹 带着混合在一起的各种固体微粒沉积，粘附在室内物体以及吸油烟机的表面上，形成凝 油层，而且这种凝油层堆积的速度相当之快，可以在很短的时间内就形成较厚的油垢层。 1 1 3 餐饮油烟对人体健康以及对环境的影响 饮食业油烟的危害是显而易见的。食物在烹饪过程中所产生的油烟含有2 2 0 多种污 染物，化学成分十分复杂，其中主要有酮、醛、烃、脂肪酸、醇、芳香族化合物、酯、 内酯、杂环化合物等，包括苯并铊、挥发性亚硝胺等强烈致突变致癌物质。具体来说， 这些物质对人体的危害可以包括以下几个方面瞄9 】： ( 1 ) 吸收毒性：油烟中含有的液、固态颗粒物的直径大都在l o u m 以下，由于颗粒 较小，易于被从呼吸道吸入。油烟气溶胶几乎和气体或蒸汽样，受布朗运动的支配， 遵循流体运动规律，受气体动力作用可长期飘流在空气中，这种油烟被人体吸入后，使 2 桂林工学院硕士学位论文 人的呼吸道黏膜受损，吸收油烟后会是肺部和呼吸道受到一定程度的损伤。另外，陈宇 炼【1 0 1 在他的研究中也发现，较高浓度的油烟气可引起大鼠肺部炎症和组织细胞损伤， 志愿者短期接触烹调油烟会引起肺活量明显下降，进一步证实了较高浓度的油烟气具有 肺脏毒性。 ( 2 ) 致突变性：刘占琴【1 1 1 、席小平【1 2 l 等人的研究结果表明烹调油烟中存在着能引 起基因突变、d n a 损伤、染色体损伤等不同生物学效应的细胞遗传性物质，这些物质不 但具有遗传毒性，而且具有潜在致癌性。油烟的致变性与油品中亚麻油酸的浓度有关， 菜油和亚麻油有较强的致变性，且在无致变性的花生油样品中加入亚麻油酸，可使其致 突变实验转为阳性1 1 3 1 。 ( 3 ) 致癌性：厨房空气颗粒物中含有较高比例的苯并芘，在可吸入尘中苯并芘的 含量高达1 1 2 7 n g m g ，而苯并芘是已知致癌物。经测试发现油烟中苯并芘、二苯并葸含 量都很高【1 4 1 ，被人体吸入后，对鼻、眼、咽喉粘膜有较强的刺激，可引起鼻炎、咽喉 炎、气管炎等呼吸道疾病，会不定期导致慢性中毒，诱发呼吸和消化系统癌症，同时还 可能引起基因突变 1 5 l 、d n a 损伤和细胞损伤【1 6 1 ，使人体免疫能力下降【i o l 。因此，有关 资料表明，在致肺癌因素中，油烟是仅次子“深度呼吸的危险因素。在从事餐饮业油 烟的工作人员中，鼻咽癌的发病率也远远高于从事其他行业的人员，人群中有5 1 5 6 的肺鳞癌和6 0 9 9 的肺腺癌的发生应归于油烟气污染。如果能消除吸烟和餐饮业的污 染，可使肺癌发病率减少8 5 以上。 ( 4 ) 免疫毒性：陈华【1 7 1 、周亚美1 16 】等人的研究发现烹调油烟能影响机体的细胞免 疫、巨噬细胞功能、抗肿瘤效应、免疫监视功能，从而使机体的免疫功能下降。 ( 5 ) 生殖毒性：油烟会干扰精子的产生与成熟，并可能对后代造成不良影响。油 烟对人体健康的影响与烹调温度、油品种类、食物种类和烹调方法、接触时间等因素密 切相关。因此，有意识地加强自我保护和改善饮食结构，在一定程度上可降低油烟对人 体的危害埔。2 0 j 。 油烟除了对人体造成一定的危害外，它对环境也带来不可忽视的污染，主要表现 在黏性较强的挥发性油类物质，经过长时间后会粘结在墙壁，各种器壁表面，并发出霉 味，使器壁表面发黑，清洗极为困难，既破坏环境卫生，又影响美观。同时也是一种热 污染源，这一影响在炎热的夏季尤为突出。另外，油烟为气溶胶，其中的液态颗粒物在 排气筒及出口处遇冷凝聚，形成粘稠的油滴，油滴又与环境中的泥沙、尘土混合成难以 消除的油渍，附着在排气筒内壁和管道接口外壁以及周围的建筑物体上，天长日久，既 影响环境卫生，又成为火灾隐患【2 1 1 。 桂林工学院硕士学位论文 ! ! ! ! ! ! 竺竺! ! ! ! ! ! ! ! ! 竺! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! i ；。! i ! ! ! ! 1 1 1 4 餐饮业油烟污染现状 中国历来提倡“民以食为天”，传统饮食文化的复杂、特殊，各类烹饪技术繁多， 与其他国家不同，煎、炒、炸、烤类食物较多。特别是现在随着人民生活水平的不断提 高，饮食水平的逐渐改善，餐饮业的迅速发展，饭店、宾馆的日益增多，都不可避免地 造成了日益严重的油烟污染问题，引起了社会各界的关注。 由于客观和历史的原因，大多数城市的饮食业单位缺乏科学规划和合理布局，饮食 业数量多，分布广，油烟呈间隙性排放，成分复杂，局部污染严重。一般分布在人口密 集的居民区内，或盘踞在“上住下商”的楼底，或与住宅为邻。饮食业多为个体经营， 存在小、散、乱等特点，环保管理难度很大。而且目前大部分饮食业都是无组织排放， 未经过任何处理直接低空排放，仅有少部分比较大的饮食单位在环保部门的要求下安装 油烟净化设备、建有排烟管道和抽风设施，但效果也不尽如人意。 原来，城市居民的投诉热点为噪声、t s p 、沙尘、汽车尾气等，现在随着油烟污染 的日益严重，油烟已成为城市居民的又一大投诉热点。特别是有些饭店宾馆位置特殊， 或设置在市中心，或设置在办公楼和居民楼的底层，或在居民区的里边，油烟污染问题 就更加突出。 1 1 5 饮食业油烟污染防治对策 为了控制油烟的无序排放，减少对环境的污染，必须加强对油烟的排放管理，因此 需从以下几个方面着手l 2 2 】： ( 1 ) 对现有饮食业单位的管理 对现有饮食业单位，环境保护部门应加强对其进行现场检查和监督管理，对本辖区 内现有饮食业的数量、规模、分布以及油烟处理情况进行全面调查，做到心中有数。限 期治理群众反映强烈、居民集中地区的严重污染企业，逾期不达标的，应依据大气污 染防治法的规定予以处罚。还应制定符合当地实际情况的饮食业油烟治理实施方案， 逐步推广安装油烟净化设备，实现全部达标排放。 ( 2 ) 对油烟净化设备的管理 油烟净化设备的日常维护、清洗是确保油烟净化效率的关键。为防止净化设备成为 摆设，环保部门应要求餐饮业与生产厂家要签订清洗、维护合同，保证油烟排放长期达 标。环保部门还应定期监测油烟的排放浓度和净化效率，确保油烟净化设备能正常运行。 ( 3 ) 对新建饮食业单位的管理 对新、改、扩饮食业单位，应严格执行“三同时制度和建设项目环境影响评价审 批手续。居民住宅楼底层禁止建设可能扰民的饮食业单位，可通过建设“饮食一条街， 4 桂林工学院硕士学位论文 等措施，把饮食业单位集中在一个地方。新、改、扩饮食业单位必须安装油烟净化设备， 在开业前需向环境保护部门申请验收，未经验收或者验收不合格的不得擅自投入生产或 使用。确保新、改、扩饮食业单位的油烟能达标排放，控制新污染源的产生。 ( 4 ) 对露天餐饮摊点的管理 环境保护部门应制定政策，取缔占街占道的露天烧烤、煎炸、蒸煮食品摊点。环保、 工商、卫生等部门应相互配合，加大对饮食业油烟污染综合治理的力度。 ( 5 ) 加大饮食业油烟污染防治的宣传力度 环保部门应利用传媒大力宣传饮食业油烟污染的危害性和防治工作的重要性。要充 分发挥新闻媒体的监督作用，大造舆论声势，同时利用环保投诉热线( 1 2 3 6 9 ) 和建立 网上投诉平台，直接让群众参与，树立全民环保意识，增强饮食业单位油烟污染治理的 意识。 1 2 油烟废气净化处理技术现状与发展趋势 1 2 1 国内油烟净化处理技术现状 餐饮服务业油烟的污染是城市大气污染的新问题，用新技术治理油烟污染是我国环 保工作的新课题。虽然中式烹调为我国所特有，但对烹调油烟污染防治的研究起步较晚。 我国从2 0 世纪8 0 年代开始出现油烟净化设备，设备的去除率、投资、运行管理、二次 污染和所占空间是开发利用的关键点。随着环保要求的提高，我国的环保科技水平和环 保技术产业也得到了飞速的发展，并已研究开发出4 0 多种油烟治理新技术和新设备。 目前，油烟治理技术【2 3 】主要有机械式技术、洗涤去除技术、静电技术、复合技术、 等离子体油烟净化技术等，下面就这几种治理技术进行简要的介绍。 1 2 1 1 机械式技术 该技术主要是采用过滤、旋风离心、活性炭吸附等收集油烟雾。这种处理方法的处 理效果与其设计、控制参数及使用的材料有关。 采用过滤的方式处理油烟雾，是在油烟雾通过格栅、油雾网罩等时通过改变气流方 向而使油烟雾颗粒靠惯性与碰撞从气流中分离流入油槽。过滤方式采用的滤料大多为亲 油性的高分子材料，成本低，此类材料对油的吸附性能较一般滤料强1 0 倍以上，且不 含卤素元素、氮等燃烧时产生有毒有害污染物的成分，过滤法常采用类似风箱的旁插式 结构，更换方便，深受用户青睐。一般来讲，过滤方式处理油烟雾存在着滤料使用时间、 动力消耗、滤料与处理效果间的矛盾。滤速大，动力消耗多，处理效果差，但滤料使用 时间长：滤速小，处理效果好，但滤料使用时间短；此外滤料过风面积越大，动力消耗 s 桂林工学院硕士学位论文 ! ! ! ! ! 苎! ! 竺! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 竺! i ii 一ii i j 一i ! i i ! ! 竺! ! 越多，处理效果越好。1 9 9 8 年，羌宁等1 2 4 彩1 通过实验找到了较合适的滤料，并建立了 一种新型的油烟气过滤净化方法：滤料的布置采用与气流平行的布置方式，与传统的垂 直布置方式相比，在净化性能不变的情况下，阻力降低了2 5 倍。过滤方式处理油烟雾 存在不易准确判断何时要更换滤料的问题，只能凭经验及过滤箱有无油滴来判断。它对 气溶胶的去除率为8 0 3 - - 9 2 9 ，但无法去除辣椒、胡椒等刺激性异味。 旋风分离方式是让油烟雾从进口切线方向进入旋风筒，在筒内强烈旋转，逐渐沿筒 壁螺旋运动下降，强烈旋转所产生的离心力把油雾抛向筒体内表面，集积在壁面的油烟 雾相互粘连形成大的油滴，在重力作用下逐渐降至筒体底部，定期排放。由于离心作用 及油烟雾中油的粘性，使气体中的油滴极易同附在筒壁上的油粘连，净化油烟雾效果更 好。8 5 以上的油烟雾在旋风分离过程中被除去。杨杰1 2 6 j 在1 9 9 8 年设计的三级冲击折 射式油烟净化装置，采用下排烟式，当油烟经风机后首先高速通过筛网，然后冲击炉渣 层表面，经反射作用再次通过筛网进入挡板滤室，这样油烟中的油滴经过高速反射和多 次冲击碰撞吸附而从气体中分离。同时，由于在筛网、炉渣和挡板表面逐渐形成的油膜 粘层依靠油的互融作用对挥发性气体进行吸附净化。 活性炭吸附方式是让油烟雾通过吸附过滤层，该层吸附油烟雾中的小颗粒气溶胶。 这种方式对气溶胶的去除率为4 0 - - - 7 0 ，且对气味的净化有明显的作用。但一般刚开 始安装时吸附效果好，随着油烟雾的附着，吸附能力会逐渐减弱，必须经常更换滤料， 故运行成本高，由于风阻过大，造成工作间油烟雾排除不佳，只有增加风机引风量，从 而产生噪声污染，额外增加噪声治理费用。 机械式技术对小粒径的颗粒污染物的去除率低，总去除率也较低，但设备简单、压 降较小，并且初期投资较少。由于其维修量小，因而日常维护简单、方便。 1 2 1 2 洗涤去除技术 洗涤去除技术【l9 j 是使吸收液与油烟接触，污染物从气相转移到液相而得以去除。 它的效率主要与洗涤液的性质、液滴直径及颗粒物直径有关。该技术比较简单、投资少、 占地小、易于操作维护，而且可去除油烟中的可溶性有害气体。缺点是阻力大、能耗高、 对亚微米级粒子效率低，而且洗涤液由于吸收了污染物而需加以处理，存在二次污染。 目前它在油烟治理中实际应用较多，其设备有文氏洗涤塔、喷淋塔等，其中以可喷淋高 效洗涤剂的运水烟罩较为常见。洗涤技术的去除效率不一，水喷淋一般在4 0 - - - 7 5 ， 运水烟罩可达8 5 - - 9 2 ，多组分洗涤吸收液法可高达9 6 3 。该技术可适用于中小规模 的饮食业单位的厨房油烟处理。根据气液接触的方式不同，洗涤去除技术又可分为液膜 式、喷淋式和冲击式3 种：喷淋式则使烟气通过喷淋产生的水雾而达到净化效果，郑展 飞【2 7 】、刘祖文等【2 8 】在1 9 9 2 年和1 9 9 9 年先后研制的油烟和火烟净化器，利用环形喷头 6 桂林工学院硕士学位论文 和金属网形成的液膜来净化油烟或火烟，其原理是厨房油烟或火烟由风管进入净化器， 经过此液膜的净化，油雾、油污和油烟溶于液体中，相互凝聚，最后被金属网阻截，污 染物从金属网滑落进入净化器底部后随液体排出。液体中的污染物在净化器底部的储液 池中过滤清除，过滤后的液体进入液体循环器循环使用。净化后的气体经脱水板脱水后， 由排气管排出。1 9 9 9 年，林斌【2 9 j 等开发出集排烟、净化于一体的水雾水膜式厨房油烟 去除装置，它的关键点在于喷嘴在较低的泵压下形成的伞状水膜和在其下部形成的雾化 效果极佳的水雾。该装置安装使用方便且价格适宜，尤其适用于中小饭店。陈喜山【3 0 】 等应用自激原理净化油烟。在油烟处理中，当含有油烟的气流高速冲击溶液表面时，使 洗涤液翻腾飞溅和雾化，机器大量的泡沫和雾滴，与气流中油烟雾滴充分接触将其乳化 和溶解，达到净化的目的。在洗涤处理中，吸收液的处理效果和范围是其应用和推广的 关键。居德金【3 l 】等通过实验寻找到了一种多功能高效吸收液，该吸收液提高了对油雾 和烟尘的去除效率，对气态污染物二氧化硫也有较高吸收率。 1 2 1 3 静电技术 静电技术【1 9 1 是利用阴极在高压电场中发射的电子与空气分子碰撞，使油雾颗粒荷 电，在电场力的作用下在阳极极板上被捕集。这种技术中极板间距、放电极形状、电压 是影响除尘效率的关键因素。采用这种技术的装置占地少、阻力小、噪声和能耗低，运 行费用低。但其造价高、结构复杂，在运行中粘性颗粒物易污染电极，对有害气体去除 能力差。静电技术采用静电力直接作用于颗粒物，因而去除效率可达8 5 - - 一9 5 ，特别 对微细颗粒物也有很高的去除率。对于空间狭小的饮食业单位，静电技术是其首选。2 0 0 2 年，孙作达等【3 2 】分析了传统的静电和高频静电净化烹饪油烟技术的缺陷，拟用电极电 离极化油烟微粒，在磁场偏转力、气态涡流、阴极静电吸引和同性同电位相斥的不粘油 技术复合作用下净化油烟。 根据极板是否用水清洗，可将静电技术分为湿式和干式两种。目前，多数静电设备 是干式静电除尘，电极易被油烟中的粘性物质附着，形成油膜层，需要不断刮除。即使 利用传统的湿式静电除尘技术水洗电极，电极也会被油层所覆盖，且清洗液还产生二次 污染。许德玄【3 3 】等发明了一种水电极静电油烟净化器的湿式静电设备，解决了这些难 题。该设备将传统的静电除尘中的接地极板改为由循环水线形成的放电电极，而高压电 极作为收集电极。在设备运行过程中随时水洗高压电极和接地电极，使其在高效去除油 雾的同时，对循环水进行净化和油水分离。而且接地细水线在雾化气体放电时，也能除 去循环水中的臭味和部分有害化学成分。该设备能在长期稳定运行的同时，达到防腐蚀、 无噪声、无臭味且无污水排放。 7 桂林工学院硕士学位论文 1 2 。1 。4 复合技术 传统的油烟治理技术都有其不易克服的缺点，近来出现了将基本净化技术进行组合 运用的趋势，即开发复合方法。将两种或两种以上的油烟治理技术联合使用，优势互补， 提高治理效果，如旋风分离与过滤分离结合、过滤与洗涤结合、离心分离与静电沉积结 合等。复合技术去除效率一般很高，但占地大，结构复杂，不易操作维护。复合技术一 般由机械处理作为预处理单元，后加上静电处理单元或湿法处理单元构成净化系统。有 除味要求的敏感排放区域，在静电或湿法处理单元后再加一活性炭吸附单元作为后处理 单元。复合技术把不同的技术特点组合在一个系统，充分发挥各自的技术专长组成一个 经济合理、净化效率高的优化系统。 李中山1 3 4 】等根据吸附原理，采用下排烟方式，用引风机将油烟气引入冲击折射式 油烟气过滤装置，过滤装置分三级，一级用筛网吸附，二级用炉渣吸附，三级用挡板吸 附。这种方法系统阻力小、投资少、安装较方便。邓九兰p 5 】等采用旋风分离与吸附过 滤相结合的方式净化油烟及有害气体，根据该方法研制出了系列复合式油烟及有害气体 净化设备。此设备具有结构紧凑、更换材料方便、系统噪声低等特点。刘祖文【2 8 l 等用 液膜法和金属网过滤相结合的方法治理油烟取得了较好的效果，净化后气体中的污染物 基本消除，排放的气体黑度小于林格曼l 级。 马春生【3 6 】和袁昌砂j 3 7 j 在2 0 0 1 年、2 0 0 3 年，先后研制应用流体力学原理和分子碰撞 理论，研制出一种物理与化学作用相结合的新型的饮食业油烟净化装置，其基本原理是 在风机的负压作用下，油烟进入净化装置入风室后，烟气与净化装置中旋转( 由电机拖 动) 的滚筒和洗涤室中的净化溶液进行冲击，此时，旋转的滚筒不断地切割烟气，与烟 气进行第一次碰撞与分离，油烟进入滚筒后，又与旋转滚筒的另一侧进行第2 次碰撞与 分离，经过冲击和2 次碰撞作用后，分离的油烟随着部分浸泡在洗涤室中的旋转滚筒和 滚筒中的滚球将油烟清除，油烟在洗涤室内与化学溶液进行中和和净化。经过净化后的 烟气到达脱水装置进行脱水，然后从净化装置的出风口排出。洗涤室中的溶液，只需按 排烟量的中和效果来确定其溶液量和更换时间。洗涤室的水位控制是由安装在净化装置 外的水位控制阀来进行调节的，水位控制阀的调节星d 可控制水量，又可调节装置的阻力 大小。其平均净化效率可达8 8 4 。该装置具有良好的通风与油烟净化效果，便于调节， 操作管理方便，不需经常清洗和维修，耗水量小等优点。但该设备结构复杂，运行时耗 电量较大，仍然需要消耗大量化学试剂。对于复合技术，目前还在以下方面进行研究【3 8 l ： 液体洗涤和金属网复合净化油烟气机理研究；洗涤废液的处理与循环利用；滤网 结构形式的研究：复合式油烟气净化装置的结构参数优化设计研究；复合式油烟气 净化系统的自动控制设计，实施补水、补药剂的自动化，架设水箱液面观察装置；将 8 桂林工学院硕士学位论文 变频调速技术应用到油烟气净化系统中，达到节能目的。 1 2 1 5 等离子体油烟净化技术 这是最新开发的油烟净化技术。其原理是在利用高压静电法的同时，在前端设置等 离子场，利用其高能量所激发的大量活性自由基对油烟粒子进行降解，使其粘度下降； 在产生等离子体的同时，高频放电产生的瞬时高能量，能打开一些有害气体的化学键， 分解成单质原子或无害分子。本方法去除率7 0 - - - 9 0 ，系统阻力 3 0 0 p a 。 通过上述油烟治理技术的介绍，国内的油烟净化技术由于各自的特点都存在一些 不尽人意的地方以及相关的影响因素，概括起来包含以下几点【3 9 1 ： ( 1 ) 火烟问题应引起重视：火烟是指炉灶燃烧的烟尘，不同于油烟的成分，目前 大部分单位均并入油烟系统一并处理，因温度过高，且有明火，易造成机械吸附式、高 压静电式净化系统火灾，对油烟排风系统和净化效果有一定影响。国内有单位开发出火 烟处理净化器单独处理炉灶的火烟。 ( 2 ) 系统设计问题：无论采用何种净化技术来净化油烟，应把净化技术处理系统 作为一个整体来考虑，要保证饮食业油烟排放系统功能的正常使用，又要使排放油烟达 标。现存在油烟污染治理时，认为安装一台设备即可，而未研究灶眼多少、排风系统的 风量风压、噪声污染情况、排风系统管路情况等进行系统设计，造成了设备没法用或不 能达标的情况时有发生。 ( 3 ) 风量与净化系统匹配问题：存在2 类不匹配问题，一类是排风系统风机风量 与灶眼数不匹配，厨房后堂存在排风不畅或排风量浪费；一类是排风系统风量与所设计 的净化系统处理能力不匹配，有的单位为减少投资，存在小马拉大车，排放不达标问题。 ( 4 ) 风阻与排油烟系统技术性能：风阻是油烟净化系统中除净化效率外另一个重 要的技术指标，在饮食业油烟净化设备技术要求及检测技术规范中，对此有具体要 求，如机械吸附式净化设备和复合式净化设备的本体阻力应小于6 0 0 p a ，湿式油烟净化 设备和高压静电式净化设备本体阻力应小于3 0 0p a 。在实际应用中排风系统要有大于 此阻力的余压时，安装净化器后方可不影响排风功能的正常使用。实际工作中常不进行 系统设计，有的酒店排风系统没有余压，安装净化器后造成整个系统瘫痪。 ( 5 ) 净化效率决定处理程度：净化效率和油烟排放浓度是饮食业油烟净化排放 标准( 试行) ( 6 8 1 8 4 8 3 2 0 0 1 ) 中明确规定的指标，无论何种规模的饮食业，其油烟排 放浓度均为2 o m g m 3 ，而大、中、小型饮食业油烟的去除率分别为8 5 、7 5 、6 0 。 ( 6 ) 狰化技术二次污染f 1 题：饮食业油烟排放和净化过程中易产生的二次污染有 含油废水、废油、及风机噪声污染。对湿法处理的含油废水应采取切实可行的油水分离 技术或生化处理技术使处理出水达标或满足城市集中处理迸网标准。各种油烟净化技术 9 桂林工学院硕士学位论文 产生的废油应妥善处理，防止“地沟油进入市场，危害人类健康。 1 2 2 国外餐饮油烟净化技术研究现状 国内对油烟的净化分离技术和设备进行了一定的研究，相继开发出惯性分离、洗涤、 吸附、静电沉积、热氧化焚烧、催化剂净化等油烟净化技术以及机械阻尼过滤器、蜂窝 式、水膜湿法、碳纤维吸附过滤、运水烟罩和复合式等油烟净化设备，在国内，这些方 法、技术应用得相当普遍。国外多采用催化燃烧法对油烟进行净化，用于油烟净化处理 的催化剂要求碳氢化合物氧化活性高、颗粒物去除效率高、压降小和设计紧凑的性能， 因此一般采用以陶瓷蜂窝或金属蜂窝为载体的贵金属催化剂i a o 。f u l 4 1 - 4 2 等认为采用直 通孔结构( s f c ) 的蜂窝载体，虽然有高的几何表面和较小的压降，但传质效果差，不适 易于油烟净化；与s f c 相比，交叉孔结构( o c f c ) 的蜂窝载体提高了传质速率，延长了 气凝胶的停留时间。薄壁o c f c 结构的金属蜂窝载体催化剂具有压降小、传质速率高、 颗粒物去除效果好和便于设计的优点，特别适宜于油烟净化。e n g e l h a r d 公司研制开发 的用于去除炭烤炉油烟的c h a r c a t 9 1 0 t m 催化剂压降小，无需附加热源，操作简便，净 化效果好【4 引。 目前，国外油烟净化领域的研究主要是以商业开发为目的，由e n g e l h a r d 公司为主 的催化剂研制厂研制。由于缺少政府基金支持和保护商业机密的原因，无论是研究水平 还是应用效果均远远落后于对其他两类气体污染物的研究( 以机动车尾气为代表的移动 源气体排放和以燃煤电厂为代表的工业固定源气体排放) 。到目前为止，还没有发现关 于油烟净化机理方面的研究报道。 国外对油烟污染十分重视，已开发出商业化的油烟催化净化系列装置，但缺乏对分 子尺寸大、浓度低的含氧有机化合物的催化净化机理的研究。在欧美国家，餐饮业具有 多蒸煮、少油炸的习惯，其排放的油烟含油浓度相对较低，大型餐饮业及食品加工厂一 般采用热氧化焚烧法处理，中小型餐饮业一般采用催化剂净化法处理 4 4 4 8 】，这些技术成 本较高，尚不适合我国国情。 归纳起来，目前我国餐饮行业主要通过物理处理技术来净化油烟，如机械法、过滤 法、静电法和湿法等。这些技术虽然成本低、见效快