（环境工程专业论文）组合式生物净化装置处理城市外排餐饮油烟研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 随着餐饮业等第三产业的发展，城市餐饮厨房外排油烟污染越来越严重，给 城市居民的生活和健康造成曰益严重的危害。研究和开发适合我国国情的、高效、 低耗、低成本的油烟净化技术，对有效控制锓饮业外排油烟污染，改善城市大气 坏境质量具有重要的现实意义。 为此，本文针对目前外排油烟净化领域的主要问题，首次提出采用生物、物 化方法联合净化城市餐饮厨房外排油烟。利用实验室模拟生成的城市餐饮油烟进 行了降解油烟污染物的微生物菌种驯化培养、组合式潘烟生物净化装置的设计及 其净化模拟餐饮油烟运行条件的研究。研究结果表明： 在加热温度为1 6 0 c ，空气流量在2 4 m 3 h 2 8 m 3 h 范围内可以生成浓度稳定 的油烟。采用针筒采样法进行模拟油烟气采样，样品用c c l 4 萃取，油烟萃出率 可达9 9 ，采用红外分光光度法对样品平行测定结果的重现率达到7 6 7 。 以模拟油烟作目标污染物对从城市生活污水处理厂氧化沟内取来的活性污 泥进行3 周的驯化培养后，采用菌落形态和分子生物技术相结合的方法鉴定出降 ， 解油烟的主要微生物菌种为芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、青霉菌和红冬孢酵母菌。 在烟气流量g = 2 8 m 3 h ，烟气加热温度t = 1 5 0 c 2 0 0 c ，喷淋液量为 0 9 l r a i n ，曝气深度h = 6 c m 时，油烟在通过生物泥浆净化油烟组合装置处理后， 油烟出e 1 浓度可由4 2 1 m g l 下降到o 0 5 m g l 左右，处堙效率稳定在9 0 左右， 最高可达9 8 8 。 以上研究结果说明，通过驯化培育降解油烟污染物的优势菌种，利用生物、 物化组合方法净化城市餐饮厨房外排油烟是有效的、可行的，可以为下一步的实 际应用提供理论基础。 关键词：组合装置；微生物驯化培养：微生物挂膜；餐饮油烟；生物净化 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h et h i r di n d u s t r y ，t h e p o l l u t i o nf r o mt h ec o o k i n gf u m e f r o mk i t c h e no fg o u r m e tg a l l e r i e sa n dc a t e r i n gt r a d e si nc i t i e sa r em o r ea n dm o r ew o r s ea n d d o i n gh a r mt ot h eh e a l t h o fc i t i z e n r e s e a r c h i n ga n dd e v e l o p i n gn e wc o o k i n gf u m ep u r i f y i n g t e c h n o l o g yw i t hh i g he f f i c i e n c ya n dl o wc o s th a v eb e c o m ear e a l i s t i ca n du r g e n tp r o b l e mt o c o n t r o lc i t ya i rp o l l u t i o n t h i sp a p e rf i r s t l ya p p l i e dac o m b i n e dt e c h n i q u e - “b i n - p h y s i c a la n dc h e m i c ”t op u r i f yt h e c o o k i n gf u m ef r o mk i t c 。h e no fg o u r m e tg a l l e r i e s a n 。d c a t e r i n gt r a d e si nc i t i e s ap i l o t 。s c a l e a v a i l a b i l i t yw a sd e v e l o p e db a s e do nt h er e p o r t sa n dt h ea u t h o r i d e a as e r i e so fe x p e r i m e n t s w e r ed o n et os t u d yh o wt od e t e r m i n ec o n c e n t r a t i o no fc o o k i n gf u m ef o r m e di nl a b o r a t o r y ， m i c r o o r g a n i s md o m e s t i c a t i n g ，o p e r a t i o n c o n d i t i o nw i t ha p i l o t - s c a l e c o m b i n e ds y s t e mo f b i o p u r i f y i n gt h ec o o k i n gf u m e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc o n c e n t r a t i o no ft h ec o o k i n gf u m ef o r m e di n l a b o r a t o r yw a s s t a t e dw h e nc o o k i n go i lw a sh e a t e dt o1 6 0，a n da i rf l u xw a si n2 4 2 8 m 3 h t h ec o o k i n g f u m ef o r n h e di nl a b o r a t o r yc a l ls a m p l e do ns y r i n g e ，a n ds a m p l e sw e r ee x t r a c t i o nw i t hd e a r o m a a e t h e rt od e t e r m i n eb yc c l t h ee x t r a c t i o nr a t eo fc o o k i n gf u m ec a nr e a c h9 9 a n dt h e r e p e t i t i v er a t i oo fv a l u e so fp a r a l l e ls a m p l e sd e t e r m i n e dc a nr e a c h7 6 7 t h et r i a lr e s u l t so f o fm i c r o o r g a n i s md o m e s t i c a t i n ga n dc o o k i n gf u m eb i o d e g r a d i n g s h o w e dt h a td o m e s t i c a t e dm i c r o o r g a n i s mw h i c hw a st a k e nf r o ma e r a t i n go x i d a t i o nc h a n n e lo f t h e s e w a g et r e a t m e n tp l a n t c a na d a p tt od e g r a d ep o l l u t a n t sf r o mc o o k i n gf u m e sa n dw e r e p r i m a r i l y i d e n t i f i e da st h eb a c i l l u ss u b t i l i s ，p s e u d o m o n a sa e r a g i n o s a ，p e n i c i l l u ma n d r h o d o s p o r i d i u mt o r u l o i d e s r e s u l t so ft h e o p e r a t i o n a lc o n d i t i o nt r i a l o ft h ep i l o t s c a l es y s t e ms h o w e dt h a tt o t a l r e m o v er a t eo fc o o k i n gf u m e sc a na t t a i n9 0 ，a n dm a x i m a lr e m o v er a t eo fc o o k i n gf u m e sc a n 桂林工学院硕士学位论文 a t t a i n9 8 _ 8 ，a n do u t l e tc o n c e n t r a t i o no ft h ec o o k i n gf u m e sw a sd e c r e a s e df r o m 4 2 1 m g lt o 0 0 5 m g lu n d e rt h e c o n d i t i o no ft h e f o l l o w i n g s ：g a sf l u x ：g ；2 4 ( m 3 ，h ) ，o i lh e a t i n g t e m p e r a t u r e ：t = 1 5 0 2 0 0 c ，a e r a t i n gd e p t h ：h = 6 c m ，c y c l i n gl i q u i df l u x ：l = 0 9 ( l m i n ) t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea v a i l a b i l i t ya n d f e a s i b i l i t y o ft h ec o m b i n e d t e c h n i q u e 。b i o p h y s i c a la n dc h e m i c ”i np u r i f y i n gt h ec o o k i n gf u m ef r o mk i t c h e no fc a t e r i n g i n d u s t r i e sa n dt h et h e o r yb a s i cw a ss e tu pf o rt h ec o m b i n e dt e c h n i q u ea p p l i e dt os p o t k e y w o r d s ：c o m b i n e de q u i p m e n t ；m i c r o o r g a n i s md o m e s t i c a t i o n ； b i o 。m e m b r a n eg r o w t ho np a c k ；b i o p u r i f y i n go fc o o k i n gf u m e 桂林工学院硕士学位论文 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副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) ： 签字日期： 零p 专致 盟：6 ：竖 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。签铋巡 指导教师签字二2 萼乒 签字日期：叟21 ：眨 桂林工学院硕士学位论文 前言 近年来，随着我国经济的不断发展，旅游等第三产业蓬勃兴起，中餐服务业 迅速发展，导致烹调油烟大量排放。但长期以来我国餐饮业油烟排放没有控制标 准，大多数饮食店进行无组织排放，食物烹调所产生的油烟对人体健康和环境的 危害日趋严重，需要加强治理。据统计，因饮食业油烟引起的投诉占所有环保投 诉的4 0 1 1 1 。我国于2 0 0 0 年7 月1 日开始实旌的饮食业油烟排放标准( 试行) ， j ( 现已上升为：g b l 8 4 8 3 2 0 0 1 ) ，规定了饮食业单位油烟的最高允许排放浓度和 油烟净化设备的最低去除效率：2 0 0 1 年6 月4 日，国家环保总局发布饮食业 油烟净化设备技术要求及检测技术规范( h j t 6 2 2 0 0 1 ) ，规定了饮食业油烟净 化设备去除效率等性能的技术要求和检测规则【2 1 。开发高效的治理技术和设备， 使油烟排放达到国家排放要求，消除油烟污染，已是刻不容缓。 桂林工学院硕士学位论文 1 1 油烟污染概况 1 1 1 餐饮业油烟废气的产生 第1 章综述 饮食油烟主要来源于烹调食物时所用的食用油。饮食在烹调过程中，食油和 食物在高温下发生一系列复杂的物理、化学变化，蒸发出大量的热氧化分解物以 及食用油蒸汽、水蒸汽。热氧化物的一部分发生分解，以油雾形式散发到空气中 形成油烟气混合物，当温度达到食用油的发烟点( 1 7 0 ) 时出现初期的蓝青烟雾， 随着温度继续上升，分解及挥发速度随之加快，当温度达2 5 0 左右时，出现大 量烟气，并伴有刺鼻性的气味【3 1 ，大部分各种沸点的有害物质开始产生；如果长 时间持续在3 0 0 c 以上，则食用油完全分解为有害物上述各阶段所形成的混合 气体在离开锅灶上升的过程中与环境中的空气分子碰撞，温度迅速下降至6 0 ( 2 以下并冷凝成露”1 ，这就是人们常说的油烟。它是一种含有多种有害物的气溶胶， 是粒度在0 0 0 11 0 u r n 之间的可吸入颗粒【5 l ，它可以在空气中停留很长时间。 1 1 2 餐饮业油烟成分及形态组成 餐饮业油烟的成分极为复杂。研究表明，在其中检测到的成分至少有3 0 0 多 种，一是烹饪时候动植物油产生的油雾及其在高温下氧化裂解的产物，主要有脂 肪酸、烷烃、烯烃、醛酮、醇、酯等芳香化合物，其中至少有数十种危害人体健 康；二是燃烧所产生的污染物，有s 0 2 、c o 、n o x 、悬浮颗粒物等。 从形态组成上看，餐饮业油烟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1 0 u m ，又分为固体、液体两种，且液体的黏度较大，所以餐 2 桂林工学院硕士学位论文 饮业油烟包括气、液、固三相。 1 1 3 餐饮业油烟的危害性 油烟对人体健康的危害，油烟中含有多种有毒物质，我国传统烹饪过程中排 放的污染物有强致癌物和5 7 种有毒有害物质。具体来说这些物质对有机体可产 生以下几种毒害1 6 l ：吸收毒性吸收油烟会使肺部和呼吸道受到定的损伤。 1 0 0 例志愿受试者吸入菜籽油烟2 r a i n 后，受试者出现呛咳、胸闷、气短症状， 肺功能测定显示气道收缩，呼吸阻力增加。致突变性。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。 致癌性。烹调油烟中的一些致突变物同时也具有致癌性。厨房空气颗粒物中含有 较高比例的b a p ，而b a p 是已知致癌物。免疫毒性。多数研究发现，烹调油烟 能影响有机体的细胞免疫、巨噬细胞功能、抗肿瘤效应、免疫监视功能，从而使 免疫功能下降。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f 。 ： 油烟对环境的污染，主要表现为黏性较强的挥发性油类物质，经较长时间后 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，又影响观瞻。同时也是种热污染源，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， 又成为火灾隐患因此，其油烟废气正和工业废气、机动车尾气一起，被视为大 气的三大“污染杀手”之一l 引。 桂林工学院硕士学位论文 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，油烟里问隙性排放，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 2 餐饮油烟净化技术的现状 1 2 1 国内餐饮油烟净化技术研究现状 目前国内饮食业油烟污染控制技术主要是工业通风除尘技术的改进或简单 组合，可分为机械式、过滤式、静电式、湿式和复合式5 类i 蚰，这些技术开发成 本低、见效快，在控制餐饮油烟中油雾气溶胶污染方面取得了良好效果。其特点 总结如下： 4 桂林5 - _ 学院硕士学位论文 ( 1 ) 机械式：主要是利用油烟颗粒物的质量大于空气质量这一原理，通过 重力、离心力将油烟颗粒物从油烟气中分离下来，包括沉降器、旋风分离器和惯 性分离器。用得较多的设备为工业上惯用的惯性分离除雾设施，主要有金属纺织 网罩、格栅等，这些设备目前在家用厨房抽油烟机中广泛采用，在一些老式餐饮 业中使用亦较普遍。其原理为通过强制使油烟气气流运动方向发生强烈转折，使 油烟气中的颗粒物在惯性作用下到达沉积面而从气体中脱离出来。杨杰 1 0 1 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。这种方法的主要优点是设备简单、操作简单、造价低廉、压降 较小( 通常为5 0 2 0 0 p a ) ：弊端在于对小粒径颗粒去除率低，总去除率亦较低， 通常为5 0 7 0 ，对挥发性气味去除作用较差，而且由于油烟中颗粒物粘度很 大，清洗维护工作量较大，限制了其在餐饮业油烟净化中的推广应用随着我国 城市环保执法的要求愈来愈严，这一方法在餐饮业油烟净化中的应用愈来愈受到 限制。 ( 2 ) 过滤式：原理是油烟气通过过滤材料，油烟颗粒物在碰撞、拦截和扩 散作用下被捕集于滤料中得到净化这种技术的关键是滤料的选择，主要是一些 吸油性能较高的高分子复合材料，其中活性炭合成布、合成滤芯等过滤材料能同 时去除油烟中的异昧。1 9 9 8 年，羌宁等1 1 1 l 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，净化性能不变的情况下，阻力降低了2 5 倍此种 方法的优点是净化设备体积小，净化效率高，通常可达9 0 以上。运行稳定可靠。 更换下来的滤料可以燃烧且燃烧过程中无异味，因此使用后的滤料可通过锅炉进 桂林工学院硕士学位论文 行焚烧处理而不会造成二次污染。但设备压降很大，如玻璃纤维滤床压降高达 1 5 0 0 p a ，因捕集物粘度很大，滤料更换麻烦，废弃处置时会产生二次污染等。这 些问题使织物过滤法的应用受到一定限制 ( 3 ) 静电式：工作原理是将油烟气引入高压电场，使油烟气中颗粒物荷电， 在电场力作用下向集尘极运动，并沉积下来而从油烟中脱除。主要设备是对工业 用的双区电沉积、冲洗双区电除尘器改型后的设备。2 0 0 2 年，孙作达等【1 2 1 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。主要特点是设备紧凑，占地面积小，净化效率高，通常可达9 0 以上，压降较小。但由于集尘极上油烟冷凝物粘度较高，常造成集尘极清洗困难， 使维护工作量增大，且用清洗法清除集尘极上的颗粒物时又易产生废液的二次污 染问题：对挥发性气味去除效果较差。另外，对中小型餐饮业而言，静电沉积型 油烟净化器设备投资费用较高，使静电沉积法目前的推广应用受到一定限制。 ( 4 ) 湿式：原理是通过气液接触使油烟气颗粒物从气相向液相转移，从而 达到挣化的目的。根据气液接触的方式不同，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、刘祖文等 i ”l 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、油污和碳烟溶于液体中，相互凝聚，最后被金属网阻截， 污染物从金属网滑落近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，由捧气管捧出通过对某宾馆厨房的油烟和火烟治理实践表明； ，厨房营业时所产生的油烟和火烟经过净化器净化后污染物基本消除。捧放的气体 黑度小于林格曼1 级；1 9 9 9 年，林斌等i 1 开发出了集油烟捕集与净化功能为 6 桂林工学院硕士学位论文 体的水雾水膜式油烟净化装置，其原理是通过特制的喷嘴在罩内的空阃形成水 雾、水膜，油烟通过引风机负压吸到罩内后，油雾粒子与水雾、水膜充分接触， 经过惯性作用、截留作用、扩散作用而沾附在水滴上，水滴依靠本身的重力下降 到罩的底挡板上，底挡板向罩里边的沟槽倾斜，沾附了油珠的水流到沟槽后，通 过回水管流到循环水箱，水箱做成特殊的形式兼起隔油池的作用因为油的比重 小于水，油珠依靠自身的浮力上升到水面，聚集成油层后撤除或自动流出加以回 收。去除了浮油后的水再通过循环泵打到罩内循环使用循环水定期更换，废弃 的循环水加入破乳剂去除乳化油后达标捧放在水箱中加入除味剂，与水均匀混 ： 合，除味剂在罩内与油烟中的异味分子基团发生氧化还原反应而使异味得到去 除。当液气比在l ：5 0 0 l ：1 0 0 0 之间时，其净化油烟粒子的效率为8 3 9 4 ，净化苯并芘的效率为4 6 8 液体洗涤法技术较为成熟，油烟的净化效率较 高，且设备压降较小，通过改变洗涤液的性质还可以同时去除油烟气中的气味和 有毒有害气体成分冲击式是依靠抽油烟机的动力，使油烟气冲击水体，如陈喜 山等【1 5 】在2 0 0 1 年开发的将含油烟气的气流通过净化装置的折返式通道，高速冲 击溶液表面，使洗涤液翻腾飞溅和雾化，激起大量的泡沫和雾滴，与气流中的油 烟雾滴充分接触，将其乳化和溶解，达到净化油烟的目的，在风速为1 5 2 5 m s 内，洗涤液中吸收剂的质量浓度应在5 左右时，洗涤效率在8 5 9 2 之间， ， 装置阻力为2 5 0 4 0 0 p a 之间但湿式除尘器对亚微米级的颗粒物净化效率较低； 洗涤废液未能较好解决，目前直接将洗涤废液捧入下水道，易产生二次污染问题； 另外洗涤液的消耗常常造成运行费用的增高。这些问题都在一定程度上限制了液 体洗涤法的推广应用 ( 5 ) 复合法：复合法又称组合法，是将除尘技术与气态污染物净化技术有 机结合起来，利用除尘技术除尘效果较好，气态污染物净化技术能有效去除有害 气体和异味的优点，克服除尘技术在去除挥发性气体上和气态污染物净化技术在 7 桂林工学院硕士学位论文 除尘上的不足，可大大提高油烟的总体净化效率。因此，根据油烟污染的特点， 结合现有油烟处理工艺优势，应用新的废气治理理论原理，开发针对油烟治理的 新型组合工艺应该是一个优先方向。组合形式大体可分为两2 类，一类是干法组 合，是由干法除尘技术( 机械法、过滤法、静电法) 和干式气态污染物净化技术 ( 吸附法、焚烧法、催化氧化法) 的排列组合，如1 9 9 9 年，邓九兰等【1 6 l 研制的采 用旋风分离器与吸附过滤器的组合方式就是干法组合的应用，油烟气先进入旋风 分离筒离心分离，8 5 油烟粒子被抛到旋风筒内表面而除去，然后气体进入吸附 过滤段，吸附过滤段采用抽屉式设计，双层结构，过滤吸附材料选用憎水珍珠岩、 ： 陶粒和焦炭等单独使用或组合使用，用做吸附过滤剩余的油烟，这些材料吸油效 果好，吸附量大，像憎水珍珠岩可吸附自身重量5 1 0 倍的油，最后用粒状活性 炭和活性纤维毡吸附油烟中的气态污染物( 气味) 。设备压降为4 5 0 7 5 0 p a ，处理 烟气温度小于1 2 0 c ，油烟净化效率大于9 5 ，有害气体净化效率大于9 0 ，滤料一 般为半年到一年更换一次，更换下来的滤料可再生后循环使用；这种组合工艺对 油烟净化效率大予9 5 ，有害气体净化效率大于9 0 。但是，由于油污的固有粘性 使得分离器韵收集极板附着的油污层增厚，过滤净化器的滤料充满油污，会导致 净化效果下降，需要频繁的清洗收集板或更换滤料，不能连续不断的运行，另外， 复合设备多采用串连组合方式，流程加长，阻力增大，成本也较高。 另一类是湿法组合方式，是由湿法除尘技术( 自激洗涤法、喷淋洗涤法、液 膜洗涤法和文丘里洗涤法) 与湿式气态污染物净化技术( 吸收法、生物降解法) 的排列组合，这种组合方式净化油烟的机理是先通过液体洗涤除去大部分油烟粒 子和可溶性挥发气体，然后吸收剂吸收或生物降解去除难溶性有机挥发性气体。 如在2 0 0 0 年，徐方成等人【1 7 l 研制的采用旋流吸收技术加特种旋风除尘技术复合方 式净化饮食业厨房油烟就是此类组合法的应用，即先用水基润湿剂吸收异味，并 润湿粗化油烟小粒子，然后利用离心惯性力分离油滴，其油烟粒子净化效率可达 8 桂林工学院硕士学位论文 8 7 9 0 ，而异味净化率仅为为5 2 6 4 。该工艺虽然处理油烟粒子的效率较 高，但其异味( 挥发性气体) 去除效果仍然不高，且吸收剂怎样回收，分离下来 的油滴怎么处理的问题都有待于解决 1 2 2 国外餐饮油烟净化技术研究现状 欧美国家的餐饮业具有多蒸煮、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1 1 8 之2 1 ，这些技术成本较高，尚不适合我国国情。 ( 1 ) 热氧化焚烧法：原理为利用热推进的氧化反应，将油烟气中的有害有 毒成分转换成无害状态，为了使所有的捧放物燃烧完全、熟效率最佳，同时又保 持n o x 排放的最低限量，所采用的技术是复杂的。1 9 9 7 年斯特林亚洲公司开发 的专利产品一多级燃烧系统1 2 3 1 ，可以在高效处理快餐业油炸废气的同时采用焚 烧产生的废热来加热烹调油，达到有效利用热量的目的，特另0 适合于大型油炸食 品加工厂、大型餐饮业，是一项较有竞争力的新技术。但该方法设备庞大，存在 热量控制的安全性问题，投资在1 0 万元以上。 ( 2 ) 催化净化法：催化净化法有自净化催化法和催化氧化净化法两种。自 净化催化法的原理是采用各种具有白净化功能的催化剂，在烹调过程中于烹调温 度上通过催化氧化燃烧将油液滴转化为c 0 2 和水蒸汽，从而消除污染和臭味。自 净化催化剂( s e l f c l e a n i n g c a t a l y s ts c - 催化剂) 基本上由催化剂，耐热性粘结剂和 泥浆( 多孔性) 组成，烧结在开口式灶具内壁上。在1 9 9 9 年，日本已开发出此类健 化剂并应用于烹调废气处理中，主要形式有：低熔点l i 玻璃粘合的t m n 0 2 ，分子 筛和铁氧体及由有机粘合剂粘合的金属氧化物【2 4 1 ，这些催化剂除了具有净化排气 的特点之外，同时还具有热渗透性远红外发射功能，可达到改善烹调速度和菜肴 味色的功能，特别适合于中小型餐饮业及家庭烹调使用自净化催化法的缺点是 9 桂林工学院硕士学位论文 灶具与催化剂的一体化使得催化剂容易堵塞，而且更换和再生困难，造价较高， 只适用于小型饮食油烟的净化。催化氧化净化法是将油烟气中的有机物在催化剂 的作用下于一定温度完全氧化为对环境无害的c 0 2 和h 2 0 我国郑州大学的叶长 明 2 s l 在2 0 0 2 年进行了以贵重金属作催化剂，a 1 2 0 3 蜂窝陶瓷作载体催化氧化净化 油烟的研究但还未见应用方面的报道 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j 这些技术虽然成本低、见效快，但是这些技术的处理 方法是“非破坏性”的，油烟经过物理方法处理后，仍需经过二次处理。由于油烟 ， j 粒子特殊的粘性，易堵塞滤孔、覆盖电极，常导致处理设备失效，同时，油性粒 子具有疏水性，在洗涤油烟和设备时需要使用表面活性剂、乳化剂等来改善油水 混合性能，从而导致二次污染和成本升高；欧美发达国家的餐饮业主要采用热氧 化焚烧法和催化剂净化法处理油烟，属于化学处理法，化学法需引入新的物质， 如果反应不完全会产生新的污染物，而且剧烈的化学反应往往伴随光和热的产 生，会带来安全性问题，成本也较高，因此，化学法只有在工艺比较成熟、安全 ， 较有保障条件下发达国家的大中型饮食企业使用，而在国内鲜有运用。因此，针 对现有油烟净化技术的不足，进行技术创新或通过技术集成，开发新一代油烟处 理技术十分必要 1 3 废气生物处理技术研究发展方向 废气生物处理是一项新技术，由于生物反应器涉及到气、液、固相传质与生 化降解过程，影响因素多而复杂，有关的理论研究和实际应用还不够深入、广泛， 许多问题需要进一步探讨和解决，大致有如下几个方面1 2 4 】： ( 1 ) 高效优势菌种的筛选 在原有菌种的基础上通过选择最佳生长条件，筛选出能高效降解各种恶臭有 1 0 桂林工学院硕士学位论文 毒气体的优势菌种，从而缩短反应启动时间、加快生物反应进程、提高处理效率。 ( 2 ) 生物菌群研究 处理废水的生物膜反应器中生物膜从表到内分为好氧菌层、兼性好氧菌层和 厌氧菌层，这使微生物对有机污染物的净化作用得以全面发挥，剩余污泥量也因 厌氧菌层的存在大大降低。处理废气时，漉体的性质和流动状态都发生了变化， 研究存在的菌种类型也将迸一步促进生物技术在废气治理中的应用。 ( 3 ) 填充物的特性研究 填充物的比表面积、孔隙率等直接影响着反应器的生物量以及整个填充床的 ： 压降及填充床是否易堵塞等问题。更重要的是，填充物对液固传质分配系数有 较大影响。同时，填料的使用寿命也直接影响整个装置的运行费用。因此，填科 特性研究可以改善反应器运行状况，节省运行费用。 ( 4 ) 动态负荷研究 目前，大多数实际生产的尾气均是非常态负荷气流，气量与浓度都处在时刻 的变化过程中，因此，模拟动态负荷可解决一系列实际运用中碰到的问题。 ( 5 ) 反应动力学模式研究 反应动力学既是研究污染物降解速率以及微生物增长速率与污染物浓度、生 物量等因素之间的定量关系，而这些关系直接决定着降解速率与污染物的去除效 率。通过反应机理的研究，可以找出决定反应速度的内在依据，有效地控制和调 节反应速度，最终提高污染物的净化效率。 ( 6 ) 设备研究开发 在吸收国外成果的基础上注重设备的研究开发，包括过程参数自动控制系 统，布水、布气系统等，为实现生物处理废气产品的成套化、系列化、标准化奠 定基础 1 1 桂林工学院硕士学位论文 1 4 餐饮油烟生物处理技术进展及现状 餐饮油烟的生物处理首先是由广西桂林工学院的廖雷1 2 6 1 在2 0 0 1 年开始进行 研究的，通过用城市污水处理厂氧化沟污泥驯化培养得到假单胞菌群，在不锈铝 拉西环填料上挂膜。当入口气体油浓度低 2 m g l 时。通过控制适宜的液体喷淋 量，生物膜填料塔一级净化效率可维持在8 0 上，最大去除量为l o o m g ，( l - h ) ； 2 0 0 3 年浙江大学的郑连英1 2 7 】从土壤中分离出一株高效降解油烟的假单胞菌，并以 梧桐树木块作为填料的生物滤塔进行净化油烟的研究，当气体停留时间大于2 0 s ， 进气负荷为8 0 4 0 0 9 ( m 3 h ) 时，油烟去除效率可达到9 0 以上j 温度是影响菌体 生长和代谢的重要因素，此生物滤塔在1 0 - 4 5 。c ，油烟去除率达到7 0 以上，在 3 0 1 2 最佳，油烟去除率达到9 9 2 5 ：2 0 0 4 年，又从受油烟污染的土壤中分离筛选 出4 株能够不同程度地降解菜油假单胞菌，并对其中降解能力较强的菌株z 1 进行 了生长条件优化，即在温度为3 0 c ，p h = 7 ，摇床转速2 1 0 r 。r a i n - 1 。接种量1 时生 长较快。同时，在空塔气速0 2 1 。2 c m s 一、停留时间l o 4 0 s 的试验范围内，利 用生物滤塔，研究对其油烟废气的降解性能，分析了浓度、流量、湿度对降解能 力的影响试验运行结果表明。微生物菌株z 1 活性较强，对油烟具有较强的降解 能力和抗负荷冲击力。 从以上油烟生物处理研究可以看出，从事这方面研究工作的还是不多，对降 解油烟微生物菌种研究过于单一( 主要为假单胞菌) ，对于油烟这种多相态、多 污染成分的目标污染物显然不够全面，而且培养条件研究不够全面，一些重要的 生长因素，如营养因素没有涉及在油烟生物净化装置方面，集中于对生物滴滤 塔的净化油烟的运行条件的研究，缺少净化机理方面的探讨生物滴滤塔在净化 难溶性有机废气方面有独特的优势，但由于油烟废气温度较高，冷却后黏度增大， 含有油烟粒子，在运行过程中填料层容易堵塞。因此，油烟废气生物处理的难点 在于怎样实现多相态、多种有机污染物的协同处理。 1 2 桂林工学院硕士学位论文 1 5 本试验研究目的及内容 1 5 1 研究目的 根据上述生物法净化废气技术存在的问题及研究发展方向。本课题提出采用 曝气生物滤池和生物滴滤塔的二级处理组合方法净化油烟进行研究，通过技术集 成将洗涤、吸收和生物降解技术融为于一体，以解决油烟这种含有多相态，多成 分污染物的废气净化技术问题。通过对微生物的混合培养、纯培养，最终得到我 们所想要的微生物菌种，并对微生物进行拍照和纯培养，以确定我们所需要的微 生物的种类。通过我们培养的微生物在组合装置内进行油烟雾的微生物处理实 验，分析微生物处理油烟雾的效果。简单的说，就是驯化生物泥浆，利用泥浆粒 子的吸附效应提高对油烟污染物的洗涤效率，而避免使用昂贵的化学表面活性 剂；同时，利用微生物降解洗涤下来的油烟污染物，以提高设备的有效作用时间， 免去设备的拆卸和擦洗油污的烦恼，延长设备的使用寿命。 1 5 2 研究内容 为了实现上述研究目标，需要进行以下内容的研究： ( 1 ) 餐饮油烟模拟及测试方法研究 通过对桂林市区典型餐饮业油烟排放源进行调查，取得详细数据。在此基础 上，进行实验室条件下的餐饮油烟模拟，研究在气相和液相条件下的采样方法和 浓度测试方法，为油烟净化研究做准备； ( 2 ) 组合式油烟生物净化装置的设计 根据餐饮油烟的多相态、多污染成分的特点，选择合适的湿式除尘技术和废 气生物处理技术进行组合设计，形成具有良好洗涤功能和生物降解性能的组合式 油烟生物净化装置； 桂林工学院硕士学位论文 ( 3 ) 活性污泥的驯化与优势微生物分离鉴定 以城市生活污水处理厂氧化沟内的活性污泥作为菌源，以模拟餐饮油烟作为 目标污染物，在实验室进行较长时问培养，优胜劣汰，得到适合降解目标污染物 的优势菌种；对驯化后的优势微生物进行接种、分离培养，并采用菌落形态和分 子生物学技术进行鉴定； ( 4 ) 利用组合式生物净化装置进行净化油烟实验，研究优势微生物浓度、气体 流量、油烟浓度、曝气深度、液相油烟浓度、喷淋液量和微生物生长等因素对净 化效果的影响，优化净化条件； 。 ( 5 ) 通过对选用吸收液及过滤材料对油烟处理效果的对比，得到最佳的设备运 行配置。 1 4 桂林工学院硕士学位论文 第2 章生物泥浆净化油烟组合装置 油烟生物净化法的设想主要是针对油烟中同时含有液、固、气三相污染物， 且其粘度较高。其化学成分主要是有机物，种类较多，水溶性较差同时，油烟 排放源是以中小型排放源为主，数量多、分布广因此，需要设计适合于油烟这 种特殊污染气体的生物处理装置，为油烟生物处理实验提供工艺和装置准备。 2 1 试验装置设计原则 考虑到油烟中含有固、液、气三相污染物的特点以及酒店、宾馆厨房场地比 较狭窄的因素，新型油烟生物反应器的设计应该遵循以下原则： ( 1 ) 组合式原则：油烟中同时含有液、固、气三相污染物，以油烟粒子污 染为主，且其粘度较高，其化学成分主要是有机物，种类较多。设计的装置需要 考虑运用物理、化学和生物技术的组合方法来同时净化颗粒污染物、挥发性有机 物和异昧： ( 2 ) 生物净化原则：油烟作为人们生活的副产物，在自然界必然存在微生 物作用下的白净化过程。生物法净化油烟是由微生物参与的生物化学反应过程， 是利用微生物的生命活动将油烟污染物进行降解，作为食物被微生物吸收合成细 胞组成物质，并排出简单的、无害的无机物( 二氧化碳和水) ，因其具有廉价、 安全、方便以及无二次污染的优点，故本研究首先要考虑采用生物净化油烟； ( 3 ) 湿法处理原则：生物降解反应一般是在液相条件下进行的，对于油烟 的生物净化，油烟污染物同样需要先经过由气相转入到液相或固相表面的液膜中 的传质过程，然后才能在液相或固相的表面被微生物降解而除去，由此，油烟的 生物净化必然在工艺上要求湿法除尘与生物降解技术结合起来，设计组合式生物 1 5 桂林工学院硕士学位论文 反应器才能达到生物处理的目的： ( 4 ) 耐冲击负荷强，由于油烟排放源的j 非放量和排放强度变化较大，因此， 构建的净化反应器需要能适应不同的油烟排放源，具有良好的耐冲击负荷的能 力； ( 5 ) 装置结构紧凑，占地少；由于饭店宾馆位置特殊，或设置在市中心， 或设置在办公楼和居民楼的底层，或在居民区里边，餐饮业一般都设在商住楼店 面和道路两侧的，没有设置烟道，也没有建立规范的烟囱，没有为环境保护设施 留足治理空间，给油烟污染源治理造成极大困难因此，设计油烟净化装置时， 应小巧或往空间方向考虑： ( 6 ) 能耗低，能利用烟气自身的热能自动调控反应器的温度： ( 7 ) 喷淋液循环利用，无二次污染； ( 8 ) 装置应无堵塞现象，操作简便。 桂林工学院硕士学位论文 2 2 试验装置及运行机理 图2 1 组合式油烟洗涤净化装王 根据上面生物净化油烟装置设计原则，本论文设计的组合式油烟洗涤净化装 置如图2 1 所示：由烟气生成系统和油烟洗涤系统组成。油烟生成系统由空压机、 电炉、油瓶、转子流量计和采样装置等组成油烟的生成过程是在三口烧瓶中加 入油烟冷凝液( 由抽排油烟机收集而来) 和食用调和油( 金龙鱼牌) ，插入量程 为3 0 0 的温度计，通过调节加热电压控制瓶中油温，空压机以特定的压力 ( 0 1 2 m p a ) 将空气压入缓冲瓶，进入转子流量计，调节流量，再导入三口烧瓶 液态油中，与加热的油气混合形成油烟。油烟洗涤系统由洗涤槽、洗涤塔二级串 联而成实验时，生成的油烟在压力作用下经管道进入洗涤槽，通过自激水体， 将油烟颗粒污染物可溶性气态污染物洗涤下来，再通过支撑板孔进入洗涤塔内， 经过填料的空隙与喷淋下来的循环液逆流接触，一些油烟污染物被进一步洗涤并 1 7 桂林工学院硕士学位论文 随液体进入洗涤槽，最后，气体从塔顶排出。 2 3 试验装置的设计 为了将上述装置各系统有机的组合在一起，形成集洗涤、过滤和生物降解于 一体的模拟油烟生物净化反应器，需要进行结构设计和功能设计，以达到本研究 目标的要求。需对模拟油烟生物净化反应器的总体结构进行设计，包括了洗涤槽、 填料塔、温度控制器，曝气头、过滤头、循环泵等组成部分下面即对其各部分 结构和功能进行设计。 2 3 1 洗涤槽结构和功能设计 洗涤槽的设计参数：设计洗涤水量为0 ，0 4 5 m 3 ，曝气深度为3 - 9 c m ，沉降区高 度取l o o m m ，扩散区高度取l o o m m ，总高度h = o 3 m 。可算得洗涤槽截面面积。即： s = q h = 0 0 5 0 3 = 0 1 6 m 2 截面定为矩形，长宽比为1 ：1 ，通过计算可得截面长宽分别为4 0 0 m m ，则洗 涤槽尺寸为4 0 0 m m x 4 0 0 m m x 3 0 0 m m 由硬质塑料板材加工而成的，槽底部设置一曝气头，曝气头距槽底约5 0 m m ， 通过进气管与集气罩相连，顶部盖板上垂直连接一填料塔；洗涤槽内放置一层约 l o o m m 高的填料，洗涤液是由自来水和驯化的活性污泥组成混和液。 洗涤槽设有曝气装置，温控装置，废液排出口，进水口和循环液过滤等附属 装置；洗涤槽的设计功能是起到贮水冲击水浴式除尘器和曝气生物滤池的双重作 用在风机的抽吸作用下，集气罩收集油烟及一部分空气经进气管到达曝气头， 从曝气头喷出的油烟气流高速冲击液体，使洗涤液翻腾飞溅和雾化、激起大量的 泡沫和雾滴、与气流中的油烟雾滴接触将其乳化和溶解、达到油烟污染物与气相