一種解決中小型餐館油煙處理難題的油煙分級處理系統設計

李 磊，陳玨州，梁秀德，朱 波

(江蘇大學 機械工程學院，江蘇 鎮江 212013)

0 引言

餐飲油煙是指食用油及食品在高溫條件下，經過熱氧化和熱裂解產生的大量揮發性物質，主要化學成分為飽和烴類、不飽和烴類、苯系物、多環芳烴、雜環化合物以及醛類等，其中，大部分為有毒有害物質，而苯系物、多環芳烴類等為致癌物質[1]。伴隨著我國餐飲業的快速發展，餐飲業油煙污染也呈現了出快速蔓延的趨勢。如今，餐飲業油煙污染已經成為僅次于工業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；(2)餐館的油煙凈化設施簡陋，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。經調查，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，設備運行成本往往較高，且其安全性(易著火)廣受質疑[5-6]。針對此現狀，文章設計了一種利用復合式油煙凈化技術的油煙分級處理系統，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 系統的主要創新點和關鍵技術

餐飲油煙組成成分主要包含由顆粒物和氣態有機物兩大類，現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，設備的保養費高。然而，大部分的油煙凈化處理技術都是針對型的，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。復合式地利用不同凈化技術，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濟效益。此油煙分級處理系統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、濕式噴淋凈化技術和吸附式過濾技術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、強風分離等，將油煙中的有害物質與油煙其他成分分離，將有害物質如苯系物、多環芳烴等有效存儲[7]。機械式油煙凈化技術應用原理簡單，結構也簡單，成本很低，作為系統的油煙預處理。

(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，實現油煙凈化[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，在系統中進行改進，一定程度內循環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能夠將油煙中氣溶膠清除50%～70%左右，同時，起到較好的除味作用。將該技術置于系統的最后一個油煙凈化環節，不僅可以在一定程度上去除排放廢氣的異味，而且在前幾個環節的凈化后，油煙的有害物質降低，延長了吸附材料的使用時間，改善了吸附式油煙凈化技術需要投入較多的成本，及時完善吸附材料的不足。

2 系統結構及原理

該油煙分級處理系統是主要由旋風分離器、慣性分離器、濕式噴淋器和過濾裝置構成，是一個針對油煙各個組成成分進行油煙凈化的復合式油煙凈化器。首先，系統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箱，油煙中轉箱設有可關閉或開啟的管道口，使系統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、風機、油煙管道、旋風分離器和帶防爆電機的慣性分離器；最后，經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、旋風分離器和帶防爆電機的慣性分離器的底部設置有集油瓶，用來收集廢油。油煙分級處理系統結構如圖1所示。

圖1 油煙分級處理系統結構

首先，油煙在風機的風壓作用下被吸入，由油煙管道經過油煙中轉箱進入到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處理，減輕油煙對風機的污染。油煙經過風機流入旋風分離器，油煙開始在旋風分離器中旋轉。旋風分離器利用離心力把固體顆粒或液滴從油煙中分離出來，使其集中到底部的收油瓶中。旋風分離器可以捕捉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動攪動油煙，不僅增大了系統的排風量，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。分離后的油煙再經過由吸水泵、裝有混合溶劑的水箱和濕式噴淋器產生的溶劑霧凈化，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藥品的液體霧，可以溶解吸收烴類和含氧氣態有機物。

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

整個系統由機械式油煙凈化環節將油煙中以PM2.5為主的顆粒物(TSP)和較大的油滴分離沉降，集中收集，濕式油煙凈化環節溶解油煙中的氣態有機物，吸附式油煙凈化環節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的污油處理廠和污水處理廠集中處理。

3 系統應用前景

我國現行的《飲食業油煙排放標準(試行)》(GB 18483—2001)依據餐館灶頭數將餐館劃分為大、中、小3個規模，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，應用此油煙分級處理系統。以平均每人用油量0.03 kg/d、平均揮發量占總耗油量的2.83%，每個灶頭排風量2 000 m3/h和烹飪時間7 h/d計算，則系統的油煙輸入量為36.4 g/h，油煙濃度為6.06 mg/m3，依照系統中凈化率最高的吸附式過濾環節的凈化率(90%)來計算經系統凈化后排放的氣體油煙濃度為0.61 mg/m3，遠小于《飲食業油煙排放標準(試行)》(GB 18483—2001)規定的最高允許排放濃度2.0 mg/m3[9]。(2)成本方面，該系統用吸附式油煙凈化技術來彌補機械式油煙凈化技術和濕式噴淋凈化技術凈化率不高的缺陷，而機械式油煙凈化環節和濕式噴淋凈化環節分離出大量的油煙有害物質，減輕了吸附式過濾環節的負擔，從而大大延長了活性炭等過濾材料的使用時長，降低了系統的運行成本。系統由多個設備組合而成，各個凈化環節的設備都可單獨存在，結構簡單，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)環保方面，系統的高凈化率極大減輕了油煙排放對大氣環境的污染，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濟效益。

4 結語

整個油煙分級處理系統利用原理簡單的多種油煙凈化技術，綜合其優缺點進行組合、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，為當今餐飲油煙污染難題的解決提供了一大助力。不過，此系統使用了濕式噴淋凈化法和吸附式油煙凈化法，導致其油煙凈化效率不高，難以維持太多灶頭的同時工作，只適合灶頭數少的中小型餐館。系統對污油和污水的處理依靠相關污油處理廠和污水處理廠(或安裝污水凈化器)，因此，需要我國加強相關污染處理廠的建設，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。