一种解决中小型餐馆油烟处理难题的油烟分级处理系统设计

李 磊，陈珏州，梁秀德，朱 波

(江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013)

0 引言

餐饮油烟是指食用油及食品在高温条件下，经过热氧化和热裂解产生的大量挥发性物质，主要化学成分为饱和烃类、不饱和烃类、苯系物、多环芳烃、杂环化合物以及醛类等，其中，大部分为有毒有害物质，而苯系物、多环芳烃类等为致癌物质[1]。伴随着我国餐饮业的快速发展，餐饮业油烟污染也呈现了出快速蔓延的趋势。如今，餐饮业油烟污染已经成为仅次于工业污染和汽车尾气的第三大空气污染源，餐饮油烟治理问题迫在眉睫[2-3]。

我国餐饮油烟的排放来源主要有3大类，分别是路边摊、中小型餐馆和较大型的酒店餐厅[4]。其中，受到民众投诉最多的当属中小型餐馆一类，究其原因有两点：(1)餐馆选址多为住宅区；(2)餐馆的油烟净化设施简陋，油烟处理效果不佳，或者根本不采取油烟污染防治措施，油烟长期直排。经调查，一般小餐馆的油烟治理成本在1万元左右，而且很多高效的油烟净化器主要运用的是高压静电分离技术，设备运行成本往往较高，且其安全性(易着火)广受质疑[5-6]。针对此现状，文章设计了一种利用复合式油烟净化技术的油烟分级处理系统，以期在较低的成本下，有效解决中小型餐馆油烟净化难题。

1 系统的主要创新点和关键技术

餐饮油烟组成成分主要包含由颗粒物和气态有机物两大类，现有的油烟处理器往往都是将餐饮油烟的所有成分一次性处理，这就造成了一个普遍的现象：残留物较少，清洗相对简单的净化器往往净化率较低，对大气环境的破坏大；净化率高的处理器，其残留的分解物较多，难清理，设备的保养费高。然而，大部分的油烟净化处理技术都是针对型的，针对油烟的一类成分进行分离净化，油烟的其他成分往往都净化不足。复合式地利用不同净化技术，分步针对油烟的不同组成成分可以达到良好的净化效果和较高的经济效益。此油烟分级处理系统针对餐饮油烟的组成成分，综合利用了机械式油烟净化技术、湿式喷淋净化技术和吸附式过滤技术分步对油烟的不同组成成分净化，进而达到低成本，高净化率的效果。

(1)机械式油烟净化法，通过惯性碰撞、强风分离等，将油烟中的有害物质与油烟其他成分分离，将有害物质如苯系物、多环芳烃等有效存储[7]。机械式油烟净化技术应用原理简单，结构也简单，成本很低，作为系统的油烟预处理。

(2)湿式喷淋净化法，通过液体吸收，如水膜和喷雾等，去除油烟中的异味和SO2，NOx等气体物质，实现油烟净化[8]。湿式喷淋净化法净化率较高，可以降低油烟的温度，但比较耗水，且容易造成二次污染。所以，在系统中进行改进，一定程度内循环用水并集中处理废液，降低其运行成本，避免了二次污染。

(3)吸附式油烟净化法，通过具有强吸附能力的活性炭颗粒以及其他孔径材料来吸附油烟中颗粒物以及挥发性有机化合物，从而达到油烟净化的目的。吸附式油烟净化技术能够将油烟中气溶胶清除50%～70%左右，同时，起到较好的除味作用。将该技术置于系统的最后一个油烟净化环节，不仅可以在一定程度上去除排放废气的异味，而且在前几个环节的净化后，油烟的有害物质降低，延长了吸附材料的使用时间，改善了吸附式油烟净化技术需要投入较多的成本，及时完善吸附材料的不足。

2 系统结构及原理

该油烟分级处理系统是主要由旋风分离器、惯性分离器、湿式喷淋器和过滤装置构成，是一个针对油烟各个组成成分进行油烟净化的复合式油烟净化器。首先，系统从左到右由门面房排油烟管道连接到油烟收集罩，又由油烟管道连接到可控油烟中转箱，油烟中转箱设有可关闭或开启的管道口，使系统可进行单个灶头或多个灶头的油烟收集净化；之后，再依次连接到U形加带孔挡油烟板管道、风机、油烟管道、旋风分离器和带防爆电机的惯性分离器；最后，经油烟管道接到一个含有吸水泵、水箱、湿式喷淋器和气体过滤装置的集装箱。在U形加带孔挡油烟板管道、旋风分离器和带防爆电机的惯性分离器的底部设置有集油瓶，用来收集废油。油烟分级处理系统结构如图1所示。

图1 油烟分级处理系统结构

首先，油烟在风机的风压作用下被吸入，由油烟管道经过油烟中转箱进入到U形管道后，由于油烟与U形管道最低处斜放的带孔挡油烟板板相撞，较大的油滴和颗粒物会因为其吸附性附着在板上，然后受油滴和颗粒物的混合体积累和重力影响，污染物会流到集油瓶中。

其次，U形管道形成油烟的预处理，减轻油烟对风机的污染。油烟经过风机流入旋风分离器，油烟开始在旋风分离器中旋转。旋风分离器利用离心力把固体颗粒或液滴从油烟中分离出来，使其集中到底部的收油瓶中。旋风分离器可以捕捉5 μm以上的较大颗粒油珠，过滤效率达90%以上[9]。油烟到达惯性分离器，其中的防爆电机带动叶轮转动搅动油烟，不仅增大了系统的排风量，还加大了油烟中颗粒物和油滴的惯性力，使其从油烟中分离出来，流入底部的收油瓶。分离后的油烟再经过由吸水泵、装有混合溶剂的水箱和湿式喷淋器产生的溶剂雾净化，溶剂雾是水混合各种表面活性剂、乳化剂和可去除气味的化学药品的液体雾，可以溶解吸收烃类和含氧气态有机物。

最后，二次净化后的油烟经过活性炭等吸附式过滤物的净化过滤，除去残留的挥发性有机物和油烟异味，安全达标的排放。

整个系统由机械式油烟净化环节将油烟中以PM2.5为主的颗粒物(TSP)和较大的油滴分离沉降，集中收集，湿式油烟净化环节溶解油烟中的气态有机物，吸附式油烟净化环节去除油烟残余污染物和异味，达到一个高净化率的效果和低运行成本的效益。系统运行一定时间后，残留下来的主要就是废油和有害的溶解液。当废油聚集达到集油瓶的储存上限和溶剂液达到使用上限时，需将废油和溶解废液排出交由相应的污油处理厂和污水处理厂集中处理。

3 系统应用前景

我国现行的《饮食业油烟排放标准(试行)》(GB 18483—2001)依据餐馆灶头数将餐馆划分为大、中、小3个规模，1～2个为小型，3～5为中型，6个及以上为大型[10]。该油烟分级综合处理系统非常适用于1～3个灶头的中小型餐馆。

(1)实用性方面，以3个灶头、每天客流量为300人的餐馆为对象，应用此油烟分级处理系统。以平均每人用油量0.03 kg/d、平均挥发量占总耗油量的2.83%，每个灶头排风量2 000 m3/h和烹饪时间7 h/d计算，则系统的油烟输入量为36.4 g/h，油烟浓度为6.06 mg/m3，依照系统中净化率最高的吸附式过滤环节的净化率(90%)来计算经系统净化后排放的气体油烟浓度为0.61 mg/m3，远小于《饮食业油烟排放标准(试行)》(GB 18483—2001)规定的最高允许排放浓度2.0 mg/m3[9]。(2)成本方面，该系统用吸附式油烟净化技术来弥补机械式油烟净化技术和湿式喷淋净化技术净化率不高的缺陷，而机械式油烟净化环节和湿式喷淋净化环节分离出大量的油烟有害物质，减轻了吸附式过滤环节的负担，从而大大延长了活性炭等过滤材料的使用时长，降低了系统的运行成本。系统由多个设备组合而成，各个净化环节的设备都可单独存在，结构简单，易清洗，相对于市场上流行的高压静电油烟净化器等的维护成本要低得多。(3)环保方面，系统的高净化率极大减轻了油烟排放对大气环境的污染，而且其含有的废油收集装置，可对废油进行大量收集，收集到的废油可以交给相关回收厂回收利用制成肥皂和机械润滑油等用品[11]。在社会视角下，对比许多油烟净化器直接油滴分解去除的做法，回收利用的废油无疑将会成为一种可贵的资源财富，为社会带来可观的经济效益。

4 结语

整个油烟分级处理系统利用原理简单的多种油烟净化技术，综合其优缺点进行组合、利用，形成一种高净化率、易清洗、成本低、污染小的油烟净化系统，为当今餐饮油烟污染难题的解决提供了一大助力。不过，此系统使用了湿式喷淋净化法和吸附式油烟净化法，导致其油烟净化效率不高，难以维持太多灶头的同时工作，只适合灶头数少的中小型餐馆。系统对污油和污水的处理依靠相关污油处理厂和污水处理厂(或安装污水净化器)，因此，需要我国加强相关污染处理厂的建设，完善污染处理的运行体制，以使油烟污染得到更合理、更全面的处理。