一種解決中小型餐館油煙處理難題的油煙分級處理系統(tǒng)設(shè)計

李 磊，陳玨州，梁秀德，朱 波

(江蘇大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

0 引言

餐飲油煙是指食用油及食品在高溫條件下，經(jīng)過熱氧化和熱裂解產(chǎn)生的大量揮發(fā)性物質(zhì)，主要化學(xué)成分為飽和烴類、不飽和烴類、苯系物、多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物以及醛類等，其中，大部分為有毒有害物質(zhì)，而苯系物、多環(huán)芳烴類等為致癌物質(zhì)[1]。伴隨著我國餐飲業(yè)的快速發(fā)展，餐飲業(yè)油煙污染也呈現(xiàn)了出快速蔓延的趨勢。如今，餐飲業(yè)油煙污染已經(jīng)成為僅次于工業(yè)污染和汽車尾氣的第三大空氣污染源，餐飲油煙治理問題迫在眉睫[2-3]。

我國餐飲油煙的排放來源主要有3大類，分別是路邊攤、中小型餐館和較大型的酒店餐廳[4]。其中，受到民眾投訴最多的當(dāng)屬中小型餐館一類，究其原因有兩點：(1)餐館選址多為住宅區(qū)；(2)餐館的油煙凈化設(shè)施簡陋，油煙處理效果不佳，或者根本不采取油煙污染防治措施，油煙長期直排。經(jīng)調(diào)查，一般小餐館的油煙治理成本在1萬元左右，而且很多高效的油煙凈化器主要運用的是高壓靜電分離技術(shù)，設(shè)備運行成本往往較高，且其安全性(易著火)廣受質(zhì)疑[5-6]。針對此現(xiàn)狀，文章設(shè)計了一種利用復(fù)合式油煙凈化技術(shù)的油煙分級處理系統(tǒng)，以期在較低的成本下，有效解決中小型餐館油煙凈化難題。

1 系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點和關(guān)鍵技術(shù)

餐飲油煙組成成分主要包含由顆粒物和氣態(tài)有機物兩大類，現(xiàn)有的油煙處理器往往都是將餐飲油煙的所有成分一次性處理，這就造成了一個普遍的現(xiàn)象：殘留物較少，清洗相對簡單的凈化器往往凈化率較低，對大氣環(huán)境的破壞大；凈化率高的處理器，其殘留的分解物較多，難清理，設(shè)備的保養(yǎng)費高。然而，大部分的油煙凈化處理技術(shù)都是針對型的，針對油煙的一類成分進行分離凈化，油煙的其他成分往往都凈化不足。復(fù)合式地利用不同凈化技術(shù)，分步針對油煙的不同組成成分可以達到良好的凈化效果和較高的經(jīng)濟效益。此油煙分級處理系統(tǒng)針對餐飲油煙的組成成分，綜合利用了機械式油煙凈化技術(shù)、濕式噴淋凈化技術(shù)和吸附式過濾技術(shù)分步對油煙的不同組成成分凈化，進而達到低成本，高凈化率的效果。

(1)機械式油煙凈化法，通過慣性碰撞、強風(fēng)分離等，將油煙中的有害物質(zhì)與油煙其他成分分離，將有害物質(zhì)如苯系物、多環(huán)芳烴等有效存儲[7]。機械式油煙凈化技術(shù)應(yīng)用原理簡單，結(jié)構(gòu)也簡單，成本很低，作為系統(tǒng)的油煙預(yù)處理。

(2)濕式噴淋凈化法，通過液體吸收，如水膜和噴霧等，去除油煙中的異味和SO2，NOx等氣體物質(zhì)，實現(xiàn)油煙凈化[8]。濕式噴淋凈化法凈化率較高，可以降低油煙的溫度，但比較耗水，且容易造成二次污染。所以，在系統(tǒng)中進行改進，一定程度內(nèi)循環(huán)用水并集中處理廢液，降低其運行成本，避免了二次污染。

(3)吸附式油煙凈化法，通過具有強吸附能力的活性炭顆粒以及其他孔徑材料來吸附油煙中顆粒物以及揮發(fā)性有機化合物，從而達到油煙凈化的目的。吸附式油煙凈化技術(shù)能夠?qū)⒂蜔熤袣馊苣z清除50%～70%左右，同時，起到較好的除味作用。將該技術(shù)置于系統(tǒng)的最后一個油煙凈化環(huán)節(jié)，不僅可以在一定程度上去除排放廢氣的異味，而且在前幾個環(huán)節(jié)的凈化后，油煙的有害物質(zhì)降低，延長了吸附材料的使用時間，改善了吸附式油煙凈化技術(shù)需要投入較多的成本，及時完善吸附材料的不足。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

該油煙分級處理系統(tǒng)是主要由旋風(fēng)分離器、慣性分離器、濕式噴淋器和過濾裝置構(gòu)成，是一個針對油煙各個組成成分進行油煙凈化的復(fù)合式油煙凈化器。首先，系統(tǒng)從左到右由門面房排油煙管道連接到油煙收集罩，又由油煙管道連接到可控油煙中轉(zhuǎn)箱，油煙中轉(zhuǎn)箱設(shè)有可關(guān)閉或開啟的管道口，使系統(tǒng)可進行單個灶頭或多個灶頭的油煙收集凈化；之后，再依次連接到U形加帶孔擋油煙板管道、風(fēng)機、油煙管道、旋風(fēng)分離器和帶防爆電機的慣性分離器；最后，經(jīng)油煙管道接到一個含有吸水泵、水箱、濕式噴淋器和氣體過濾裝置的集裝箱。在U形加帶孔擋油煙板管道、旋風(fēng)分離器和帶防爆電機的慣性分離器的底部設(shè)置有集油瓶，用來收集廢油。油煙分級處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油煙分級處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

首先，油煙在風(fēng)機的風(fēng)壓作用下被吸入，由油煙管道經(jīng)過油煙中轉(zhuǎn)箱進入到U形管道后，由于油煙與U形管道最低處斜放的帶孔擋油煙板板相撞，較大的油滴和顆粒物會因為其吸附性附著在板上，然后受油滴和顆粒物的混合體積累和重力影響，污染物會流到集油瓶中。

其次，U形管道形成油煙的預(yù)處理，減輕油煙對風(fēng)機的污染。油煙經(jīng)過風(fēng)機流入旋風(fēng)分離器，油煙開始在旋風(fēng)分離器中旋轉(zhuǎn)。旋風(fēng)分離器利用離心力把固體顆?；蛞旱螐挠蜔熤蟹蛛x出來，使其集中到底部的收油瓶中。旋風(fēng)分離器可以捕捉5 μm以上的較大顆粒油珠，過濾效率達90%以上[9]。油煙到達慣性分離器，其中的防爆電機帶動葉輪轉(zhuǎn)動攪動油煙，不僅增大了系統(tǒng)的排風(fēng)量，還加大了油煙中顆粒物和油滴的慣性力，使其從油煙中分離出來，流入底部的收油瓶。分離后的油煙再經(jīng)過由吸水泵、裝有混合溶劑的水箱和濕式噴淋器產(chǎn)生的溶劑霧凈化，溶劑霧是水混合各種表面活性劑、乳化劑和可去除氣味的化學(xué)藥品的液體霧，可以溶解吸收烴類和含氧氣態(tài)有機物。

最后，二次凈化后的油煙經(jīng)過活性炭等吸附式過濾物的凈化過濾，除去殘留的揮發(fā)性有機物和油煙異味，安全達標(biāo)的排放。

整個系統(tǒng)由機械式油煙凈化環(huán)節(jié)將油煙中以PM2.5為主的顆粒物(TSP)和較大的油滴分離沉降，集中收集，濕式油煙凈化環(huán)節(jié)溶解油煙中的氣態(tài)有機物，吸附式油煙凈化環(huán)節(jié)去除油煙殘余污染物和異味，達到一個高凈化率的效果和低運行成本的效益。系統(tǒng)運行一定時間后，殘留下來的主要就是廢油和有害的溶解液。當(dāng)廢油聚集達到集油瓶的儲存上限和溶劑液達到使用上限時，需將廢油和溶解廢液排出交由相應(yīng)的污油處理廠和污水處理廠集中處理。

3 系統(tǒng)應(yīng)用前景

我國現(xiàn)行的《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 18483—2001)依據(jù)餐館灶頭數(shù)將餐館劃分為大、中、小3個規(guī)模，1～2個為小型，3～5為中型，6個及以上為大型[10]。該油煙分級綜合處理系統(tǒng)非常適用于1～3個灶頭的中小型餐館。

(1)實用性方面，以3個灶頭、每天客流量為300人的餐館為對象，應(yīng)用此油煙分級處理系統(tǒng)。以平均每人用油量0.03 kg/d、平均揮發(fā)量占總耗油量的2.83%，每個灶頭排風(fēng)量2 000 m3/h和烹飪時間7 h/d計算，則系統(tǒng)的油煙輸入量為36.4 g/h，油煙濃度為6.06 mg/m3，依照系統(tǒng)中凈化率最高的吸附式過濾環(huán)節(jié)的凈化率(90%)來計算經(jīng)系統(tǒng)凈化后排放的氣體油煙濃度為0.61 mg/m3，遠(yuǎn)小于《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 18483—2001)規(guī)定的最高允許排放濃度2.0 mg/m3[9]。(2)成本方面，該系統(tǒng)用吸附式油煙凈化技術(shù)來彌補機械式油煙凈化技術(shù)和濕式噴淋凈化技術(shù)凈化率不高的缺陷，而機械式油煙凈化環(huán)節(jié)和濕式噴淋凈化環(huán)節(jié)分離出大量的油煙有害物質(zhì)，減輕了吸附式過濾環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)，從而大大延長了活性炭等過濾材料的使用時長，降低了系統(tǒng)的運行成本。系統(tǒng)由多個設(shè)備組合而成，各個凈化環(huán)節(jié)的設(shè)備都可單獨存在，結(jié)構(gòu)簡單，易清洗，相對于市場上流行的高壓靜電油煙凈化器等的維護成本要低得多。(3)環(huán)保方面，系統(tǒng)的高凈化率極大減輕了油煙排放對大氣環(huán)境的污染，而且其含有的廢油收集裝置，可對廢油進行大量收集，收集到的廢油可以交給相關(guān)回收廠回收利用制成肥皂和機械潤滑油等用品[11]。在社會視角下，對比許多油煙凈化器直接油滴分解去除的做法，回收利用的廢油無疑將會成為一種可貴的資源財富，為社會帶來可觀的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

整個油煙分級處理系統(tǒng)利用原理簡單的多種油煙凈化技術(shù)，綜合其優(yōu)缺點進行組合、利用，形成一種高凈化率、易清洗、成本低、污染小的油煙凈化系統(tǒng)，為當(dāng)今餐飲油煙污染難題的解決提供了一大助力。不過，此系統(tǒng)使用了濕式噴淋凈化法和吸附式油煙凈化法，導(dǎo)致其油煙凈化效率不高，難以維持太多灶頭的同時工作，只適合灶頭數(shù)少的中小型餐館。系統(tǒng)對污油和污水的處理依靠相關(guān)污油處理廠和污水處理廠(或安裝污水凈化器)，因此，需要我國加強相關(guān)污染處理廠的建設(shè)，完善污染處理的運行體制，以使油煙污染得到更合理、更全面的處理。