餐飲業油煙污染凈化技術
來源：重慶科凈管道設備有限公司 閱讀：1649 更新時間：2009-04-24 11:49
隨著經濟的快速發展，人民生活水平的不斷提高，我國餐飲業得到迅速的發展，但餐飲業油煙排放沒有得到有效的控制，大量未經過處理的油煙無序排放到大氣中，對環境造成了極大的危害，成為僅次于工業污染源和交通污染源的第三大污染源。國家環保總局于2000年頒布了《餐飲業油煙排放標準(試行)》（GB 18483－2001），規定飲食業單位必須安裝油煙凈化設備并達到規定的排放要求。
1 餐飲業油煙的危害
傳統的中式烹調以燃燒為主要方式，廚房的溫度高，并產生大量的油煙氣。油煙氣由油氣、油液滴和煙霧組成。據報道[1]44，油煙中含有75種以上的有機物，包括烷烴、醛酮類及其衍生物。當油煙的溫度達到300 ℃以上時，形成大量的自由基和脂質過氧化物，且脂溶性高，容易進入血液循環，對機體具有肺臟毒性、免疫毒性、致癌致突變性[2]，而且在體內誘導形成的自由基是癌癥的病理基礎之一[3]。同時食物烹調中產生的某些刺激性氣味隨油煙一起排放到周圍的環境中，對人體的呼吸系統、視覺器官和健康造成了極大的影響。其次油煙是一種氣溶膠，具有較強的粘附性、滲透性，往往和環境中的泥沙、灰塵等混合成為難以去除的粘稠油糊附著在周圍的建筑物上，難以清除[4]74。
2 餐飲業油煙凈化處理技術現狀
目前中式烹調的廚房中一般是安裝排油煙設備將油煙直接轉移到大氣中，雖然對廚房中的空氣污染有一定的緩解，但不能去除油煙中的污染物，對大氣帶來了嚴重的污染隱患[5]。
國內外采用的油煙治理技術在凈化機理上主要分為六大類：一類是采用過濾、慣性碰撞和吸附等凈化法；第二大類是靜電法；第三大類是水濕、噴霧、沖擊和液體吸收等濕處理法；第四大類是高溫、高能量燃燒、光解和催化法；第五大類是生物法；第六大類是多種設備組合的復合法。
餐飲業油煙處理的工藝流程一般是煙氣由集油煙罩收集之后通過主反應器得到凈化，位于油煙出口的排風裝置不間斷工作，一則為主油煙反應器提供動力，二則將已凈化的煙氣迅速排出。處理中主要的設備是主反應器，不同油煙凈化機理的反應器各不相同。
2.1 慣性碰撞原理凈化法
按慣性碰撞原理，通過強制使油煙氣流運動方向發生轉折，使油煙氣中的顆粒物在慣性作用下到達沉積面，與氣體中脫離。設備有折板式、濾網式和蜂窩波紋式等，在一些老式的餐飲業中使用較普遍。主要的優點是設備簡單，阻力不大，能耗較低，拆卸方便，適用于預處理。缺點是對小粒徑的油煙顆粒去除率較低，同時由于油煙中顆粒的粘度較大而帶來清洗困難。
設備選擇首先根據選定的設計風速和風機的風量，計算出慣性碰撞凈化器的橫截面積；為提高去除效果，沿氣流方向設置的擋板可分為3～6層或更多，阻力約為15～100 Pa。這樣，動力直徑小于10 μm顆粒物占38％（體積分數）的粉塵的有效去除率可達 80～90％[6]。
2.2 過濾吸附凈化法
采用過濾吸附的原理去除油煙中的顆粒物。當油煙通過濾層時，顆粒物由于動力捕集作用而被除去，大部分的油煙氣味也隨之去除，凈化效率要比慣性碰撞原理的設備高。
設備采用的過濾介質（如活性炭、纖維材料、球形濾料等），對設備的性能有關鍵性的影響。為提高效率，通常增加過濾介質厚度，但這也會導致設備阻力增加。過濾介質一般為一次性材料，使用周期短，必須定期更換；個別產品采用的過濾介質具有可燃性，須同時解決防火問題。此外，濾料的堵塞會導致凈化效率下降和設備阻力升高，這是過濾設備目前需要解決的問題。
據有關資料介紹，羽毛是各種纖維材料中蓬松能力最強的物質，羽毛由結構穩定的角質蛋白組成，耐酸堿，并且其表面有一層羽毛脂蠟，對動植物油脂有極大的親和力[7]。根據這些特征，纖維材料常常選用經處理的羽毛。
利用活性炭有較大的比表面積的特性來吸附油煙，凈化效率高，占地小，能有效地去除油煙中的有害氣體[1]45。但由于油煙中的顆粒物粘度較高造成壓降較大，而且活性炭容易飽和，造成運行費上升。目前主要應用在多級油煙凈化中最后一級。
2.3 液體洗滌法
油煙氣通過特殊的氣體分布裝置與吸收液接觸，將油煙氣中的顆粒物從氣相中脫離到液相中。工作時，噴嘴霧化混合液與吸入的油煙充分接觸，達到高效洗滌的目的，然后經洗滌室上面的葉輪將殘留的油霧、大氣及其他的物質甩掉，達到除油和隔煙的效果。優點是凈化效率高，但對小顆粒去除效率則較差，同時吸收液不能直接排入下水道，否則會導致二次污染。此外，由于凈化設備多安裝在室外，在北方冬季使用需解決防凍問題。
通常采用的設備為工業上廣泛使用的各類高效濕式除塵器如篩板塔、沖擊式水膜除塵器等，目前常用的設備是集收煙罩和凈化與一體的運水煙罩[8]。設備在工作狀態上，常在自來水中加入各種表面活性劑、乳化劑來改善油煙的親水性，加入適當的化學藥品去除油煙中的氣味和部分揮發性有機氣體。
2.4 高壓靜電沉積法
工作原理是由220 v電壓通過變壓器變壓到上萬伏，然后經鎮流器轉換成直流電，在兩極板之間構成一個強電場，帶電荷的油煙顆粒物在極板之間受到重力、電極引力和風場動力作用。顆粒物的荷電量隨粒徑的增長而增大，因此大顆粒受到電場力的作用大。優點是凈化效率高、體積小、能耗低，且可根據凈化效率需要靈活設置多級電場[9]80。缺點是集塵極上油煙冷凝物粘度較高，常造成集塵清洗困難，同時極板粘油會使效率下降，日常維護工作量較大。
主要設備是工業用的雙區電沉積、沖擊雙區電除塵器改型后的設備。油煙在風機的推動下，經裝在設備進口處的分離器進行機械分離，被分離后的油煙均勻進入電場，在高壓電場的作用下，產生靜電沉積，煙氣被電離，油份被沉積，再經臭氧凈化處理后排放。
2.5 熱氧化焚燒法
原理是利用熱推進氧化反應，將油煙氣中的有害成分轉換為安全狀態，為保證所有的排放物燃燒安全，熱效率最佳，同時又能保持氮氧化物排放的最低限量，國外采用多級燃燒系統[10]。
多級焚燒工藝的反應主體是焚燒爐，煙氣進入焚燒裝置后，即可氧化引燃，然后在燃燒室內進行燃燒。由于多級焚燒采用控氣熱裂解式燃燒系統，因此在焚燒裝置內采用獨立分段式供氣導入助燃空氣，為了保證缺氧燃燒，導入的助燃空氣量低于理論空氣量。由于主燃室為缺氧燃燒，因此所產生的廢氣中含有大量的氫氣、一氧化碳及碳氫化合物等高熱值的可燃氣體。為了進一步完全熱裂解焚化，二次燃燒使燃燒氣體有足夠的滯留時間，比較徹底地破壞油煙中有毒有害氣體，并使燃燒效率維持在99.9％以上。
此技術應用在大型的油炸食品加工廠、大型的餐飲業產生的油煙氣，取得了一定的經濟效益和環保效益。
2.6 光解氧化法
為解決油煙處理中動力直徑小于1 μm的揮發性有機物的收集，國外應用紫外光法。紫外線光譜分A、B、C三個波段，其光波長分別為 315～400 nm，280～315 nm，100～280 nm。B波段紫外燈常用于滅菌、殺毒。C波段紫外光能產生強烈的光輻射并使空氣產生大量的臭氧。
光解法主要是利用波長為185 nm的紫外線輻射光，當油煙、廢氣通過這一波長的紫外線照射和臭氧氧化，油煙中產生的異味的油脂等有機物質被光燃燒和氧化分解為碳、二氧化碳和水等，達到滅絕細菌、消除異味，凈化氣體。優點是凈化率高達90%，耗電少，結構十分簡單、清洗容易，產生的二次污染少；還有由于凈化器、煙道、抽風機內沒有大量的油污沉集，從而消除了火災的隱患。缺點是一次性投入較大。
光裂解油煙凈化器主要構成包括紫外光凈化器、反應筒、輔助過濾器3部分。主油煙凈化器由若干紫外燈組件、電控箱及外殼組成。1個組件包括四根185 nm紫外線燈管，可處理 2 000 m3/h（1個灶臺）。組件插入長方形的箱殼中，接在煙道前端。廚房油煙由抽煙罩首先進入主油煙凈化器凈化處理；從主油煙器出來的煙氣和臭氧進入反應筒，氣體在導流板的作用下加速進行湍流，使油脂等有機物質和臭氧充分混合并有1～2 s的氧化分解時間。反應筒出來的加速煙氣進入輔助過濾器，濺起水花，煙塵微粒留在水滴中，再經過脫水后進入風機排放到大氣。
2.7 催化劑凈化法
采用各種具有自凈化功能的催化劑，在烹飪過程中于烹飪溫度上通過催化氧化燃燒將油滴轉化為二氧化碳和水蒸氣，從而消除污染和臭味。
自凈化催化劑是由催化劑耐熱性粘結劑和泥漿組成，燒結在開口式灶具內壁上。在國外，此類催化劑已廣泛使用在烹調油煙污染治理中，主要是借助于低熔點鋰玻璃粘合的γ－二氧化錳，分子篩和鐵氧化體及由有機粘合劑粘合的金屬氧化物。這些催化劑除了凈化排氣的特點之外，同時還具有熱浸透性遠紅外發射功能，可達到改善烹調速度和菜肴味色的功能，特別適合中小型餐飲業及家庭烹調使用[9]82。
2.8 生物處理法
生物法處理餐飲業油煙是近年發展起來的。其反應器中以小木片、木屑、樹皮、碳素物質等混合作為填料[11]，利用填料為生物載體。在主反應器底部有一定的布氣空間，油煙從底部經布氣板均勻地向上運動，與具有一定濕度的填料充分接觸，油煙中的氣味物質及顆粒物先被填料吸收，然后被填料中的微生物氧化降解，完成油煙氣的凈化過程。在降解過程中需要的有機碳素物質是由填料本身提供的，因此填料必須既能及時提供碳素，又有足夠的使用壽命。
此方法處理成本低且無二次污染，但不適合高流量、高濃度的油煙，處理時間較長，有待進一步完善。
2.9 復合式處理方法
復合式處理方法是油煙處理技術中包含兩種或兩種以上凈化方法[4]76，能獲得獨特的凈化效果。在實際運用中有多種組合。
組合1：油煙先過濾去除大顆粒污染物，再通過水噴淋去除小顆粒污染物。既克服了濕法處理帶來的二次污染、吸附過濾風阻較大的缺點，又可保證高效的處理油煙。
組合2：利用活性炭對油煙氣進行預處理，再利用高壓靜電沉積法對油煙凈化。預處理將油煙中的大顆粒物質截留，同時吸附了油煙中的異味，減小了后續處理的負荷，能有效地保護除塵電極。
組合3：液體洗滌法與光解法結合，油煙氣通過吸收液后再通過光解發生器，能較徹底分解油煙中的有毒有害物質。
復合式組合方式很多，組合的目的就是將不同處理方法的優點最大限度的發揮出來，因此不同的組合方式在應用中要進行系統、細致的分析和總結。
3 結 語
目前國內餐飲業油煙凈化設備各有優缺點，凈化技術有待改進。國外油煙凈化技術的發展為國內提供了思路，中式烹調應在借鑒國外的技術基礎上，結合自身的特點，開發高效率、價格低廉、維護方便、環保型油煙處理設備。
1 餐飲業油煙的危害
傳統的中式烹調以燃燒為主要方式，廚房的溫度高，并產生大量的油煙氣。油煙氣由油氣、油液滴和煙霧組成。據報道[1]44，油煙中含有75種以上的有機物，包括烷烴、醛酮類及其衍生物。當油煙的溫度達到300 ℃以上時，形成大量的自由基和脂質過氧化物，且脂溶性高，容易進入血液循環，對機體具有肺臟毒性、免疫毒性、致癌致突變性[2]，而且在體內誘導形成的自由基是癌癥的病理基礎之一[3]。同時食物烹調中產生的某些刺激性氣味隨油煙一起排放到周圍的環境中，對人體的呼吸系統、視覺器官和健康造成了極大的影響。其次油煙是一種氣溶膠，具有較強的粘附性、滲透性，往往和環境中的泥沙、灰塵等混合成為難以去除的粘稠油糊附著在周圍的建筑物上，難以清除[4]74。
2 餐飲業油煙凈化處理技術現狀
目前中式烹調的廚房中一般是安裝排油煙設備將油煙直接轉移到大氣中，雖然對廚房中的空氣污染有一定的緩解，但不能去除油煙中的污染物，對大氣帶來了嚴重的污染隱患[5]。
國內外采用的油煙治理技術在凈化機理上主要分為六大類：一類是采用過濾、慣性碰撞和吸附等凈化法；第二大類是靜電法；第三大類是水濕、噴霧、沖擊和液體吸收等濕處理法；第四大類是高溫、高能量燃燒、光解和催化法；第五大類是生物法；第六大類是多種設備組合的復合法。
餐飲業油煙處理的工藝流程一般是煙氣由集油煙罩收集之后通過主反應器得到凈化，位于油煙出口的排風裝置不間斷工作，一則為主油煙反應器提供動力，二則將已凈化的煙氣迅速排出。處理中主要的設備是主反應器，不同油煙凈化機理的反應器各不相同。
2.1 慣性碰撞原理凈化法
按慣性碰撞原理，通過強制使油煙氣流運動方向發生轉折，使油煙氣中的顆粒物在慣性作用下到達沉積面，與氣體中脫離。設備有折板式、濾網式和蜂窩波紋式等，在一些老式的餐飲業中使用較普遍。主要的優點是設備簡單，阻力不大，能耗較低，拆卸方便，適用于預處理。缺點是對小粒徑的油煙顆粒去除率較低，同時由于油煙中顆粒的粘度較大而帶來清洗困難。
設備選擇首先根據選定的設計風速和風機的風量，計算出慣性碰撞凈化器的橫截面積；為提高去除效果，沿氣流方向設置的擋板可分為3～6層或更多，阻力約為15～100 Pa。這樣，動力直徑小于10 μm顆粒物占38％（體積分數）的粉塵的有效去除率可達 80～90％[6]。
2.2 過濾吸附凈化法
采用過濾吸附的原理去除油煙中的顆粒物。當油煙通過濾層時，顆粒物由于動力捕集作用而被除去，大部分的油煙氣味也隨之去除，凈化效率要比慣性碰撞原理的設備高。
設備采用的過濾介質（如活性炭、纖維材料、球形濾料等），對設備的性能有關鍵性的影響。為提高效率，通常增加過濾介質厚度，但這也會導致設備阻力增加。過濾介質一般為一次性材料，使用周期短，必須定期更換；個別產品采用的過濾介質具有可燃性，須同時解決防火問題。此外，濾料的堵塞會導致凈化效率下降和設備阻力升高，這是過濾設備目前需要解決的問題。
據有關資料介紹，羽毛是各種纖維材料中蓬松能力最強的物質，羽毛由結構穩定的角質蛋白組成，耐酸堿，并且其表面有一層羽毛脂蠟，對動植物油脂有極大的親和力[7]。根據這些特征，纖維材料常常選用經處理的羽毛。
利用活性炭有較大的比表面積的特性來吸附油煙，凈化效率高，占地小，能有效地去除油煙中的有害氣體[1]45。但由于油煙中的顆粒物粘度較高造成壓降較大，而且活性炭容易飽和，造成運行費上升。目前主要應用在多級油煙凈化中最后一級。
2.3 液體洗滌法
油煙氣通過特殊的氣體分布裝置與吸收液接觸，將油煙氣中的顆粒物從氣相中脫離到液相中。工作時，噴嘴霧化混合液與吸入的油煙充分接觸，達到高效洗滌的目的，然后經洗滌室上面的葉輪將殘留的油霧、大氣及其他的物質甩掉，達到除油和隔煙的效果。優點是凈化效率高，但對小顆粒去除效率則較差，同時吸收液不能直接排入下水道，否則會導致二次污染。此外，由于凈化設備多安裝在室外，在北方冬季使用需解決防凍問題。
通常采用的設備為工業上廣泛使用的各類高效濕式除塵器如篩板塔、沖擊式水膜除塵器等，目前常用的設備是集收煙罩和凈化與一體的運水煙罩[8]。設備在工作狀態上，常在自來水中加入各種表面活性劑、乳化劑來改善油煙的親水性，加入適當的化學藥品去除油煙中的氣味和部分揮發性有機氣體。
2.4 高壓靜電沉積法
工作原理是由220 v電壓通過變壓器變壓到上萬伏，然后經鎮流器轉換成直流電，在兩極板之間構成一個強電場，帶電荷的油煙顆粒物在極板之間受到重力、電極引力和風場動力作用。顆粒物的荷電量隨粒徑的增長而增大，因此大顆粒受到電場力的作用大。優點是凈化效率高、體積小、能耗低，且可根據凈化效率需要靈活設置多級電場[9]80。缺點是集塵極上油煙冷凝物粘度較高，常造成集塵清洗困難，同時極板粘油會使效率下降，日常維護工作量較大。
主要設備是工業用的雙區電沉積、沖擊雙區電除塵器改型后的設備。油煙在風機的推動下，經裝在設備進口處的分離器進行機械分離，被分離后的油煙均勻進入電場，在高壓電場的作用下，產生靜電沉積，煙氣被電離，油份被沉積，再經臭氧凈化處理后排放。
2.5 熱氧化焚燒法
原理是利用熱推進氧化反應，將油煙氣中的有害成分轉換為安全狀態，為保證所有的排放物燃燒安全，熱效率最佳，同時又能保持氮氧化物排放的最低限量，國外采用多級燃燒系統[10]。
多級焚燒工藝的反應主體是焚燒爐，煙氣進入焚燒裝置后，即可氧化引燃，然后在燃燒室內進行燃燒。由于多級焚燒采用控氣熱裂解式燃燒系統，因此在焚燒裝置內采用獨立分段式供氣導入助燃空氣，為了保證缺氧燃燒，導入的助燃空氣量低于理論空氣量。由于主燃室為缺氧燃燒，因此所產生的廢氣中含有大量的氫氣、一氧化碳及碳氫化合物等高熱值的可燃氣體。為了進一步完全熱裂解焚化，二次燃燒使燃燒氣體有足夠的滯留時間，比較徹底地破壞油煙中有毒有害氣體，并使燃燒效率維持在99.9％以上。
此技術應用在大型的油炸食品加工廠、大型的餐飲業產生的油煙氣，取得了一定的經濟效益和環保效益。
2.6 光解氧化法
為解決油煙處理中動力直徑小于1 μm的揮發性有機物的收集，國外應用紫外光法。紫外線光譜分A、B、C三個波段，其光波長分別為 315～400 nm，280～315 nm，100～280 nm。B波段紫外燈常用于滅菌、殺毒。C波段紫外光能產生強烈的光輻射并使空氣產生大量的臭氧。
光解法主要是利用波長為185 nm的紫外線輻射光，當油煙、廢氣通過這一波長的紫外線照射和臭氧氧化，油煙中產生的異味的油脂等有機物質被光燃燒和氧化分解為碳、二氧化碳和水等，達到滅絕細菌、消除異味，凈化氣體。優點是凈化率高達90%，耗電少，結構十分簡單、清洗容易，產生的二次污染少；還有由于凈化器、煙道、抽風機內沒有大量的油污沉集，從而消除了火災的隱患。缺點是一次性投入較大。
光裂解油煙凈化器主要構成包括紫外光凈化器、反應筒、輔助過濾器3部分。主油煙凈化器由若干紫外燈組件、電控箱及外殼組成。1個組件包括四根185 nm紫外線燈管，可處理 2 000 m3/h（1個灶臺）。組件插入長方形的箱殼中，接在煙道前端。廚房油煙由抽煙罩首先進入主油煙凈化器凈化處理；從主油煙器出來的煙氣和臭氧進入反應筒，氣體在導流板的作用下加速進行湍流，使油脂等有機物質和臭氧充分混合并有1～2 s的氧化分解時間。反應筒出來的加速煙氣進入輔助過濾器，濺起水花，煙塵微粒留在水滴中，再經過脫水后進入風機排放到大氣。
2.7 催化劑凈化法
采用各種具有自凈化功能的催化劑，在烹飪過程中于烹飪溫度上通過催化氧化燃燒將油滴轉化為二氧化碳和水蒸氣，從而消除污染和臭味。
自凈化催化劑是由催化劑耐熱性粘結劑和泥漿組成，燒結在開口式灶具內壁上。在國外，此類催化劑已廣泛使用在烹調油煙污染治理中，主要是借助于低熔點鋰玻璃粘合的γ－二氧化錳，分子篩和鐵氧化體及由有機粘合劑粘合的金屬氧化物。這些催化劑除了凈化排氣的特點之外，同時還具有熱浸透性遠紅外發射功能，可達到改善烹調速度和菜肴味色的功能，特別適合中小型餐飲業及家庭烹調使用[9]82。
2.8 生物處理法
生物法處理餐飲業油煙是近年發展起來的。其反應器中以小木片、木屑、樹皮、碳素物質等混合作為填料[11]，利用填料為生物載體。在主反應器底部有一定的布氣空間，油煙從底部經布氣板均勻地向上運動，與具有一定濕度的填料充分接觸，油煙中的氣味物質及顆粒物先被填料吸收，然后被填料中的微生物氧化降解，完成油煙氣的凈化過程。在降解過程中需要的有機碳素物質是由填料本身提供的，因此填料必須既能及時提供碳素，又有足夠的使用壽命。
此方法處理成本低且無二次污染，但不適合高流量、高濃度的油煙，處理時間較長，有待進一步完善。
2.9 復合式處理方法
復合式處理方法是油煙處理技術中包含兩種或兩種以上凈化方法[4]76，能獲得獨特的凈化效果。在實際運用中有多種組合。
組合1：油煙先過濾去除大顆粒污染物，再通過水噴淋去除小顆粒污染物。既克服了濕法處理帶來的二次污染、吸附過濾風阻較大的缺點，又可保證高效的處理油煙。
組合2：利用活性炭對油煙氣進行預處理，再利用高壓靜電沉積法對油煙凈化。預處理將油煙中的大顆粒物質截留，同時吸附了油煙中的異味，減小了后續處理的負荷，能有效地保護除塵電極。
組合3：液體洗滌法與光解法結合，油煙氣通過吸收液后再通過光解發生器，能較徹底分解油煙中的有毒有害物質。
復合式組合方式很多，組合的目的就是將不同處理方法的優點最大限度的發揮出來，因此不同的組合方式在應用中要進行系統、細致的分析和總結。
3 結 語
目前國內餐飲業油煙凈化設備各有優缺點，凈化技術有待改進。國外油煙凈化技術的發展為國內提供了思路，中式烹調應在借鑒國外的技術基礎上，結合自身的特點，開發高效率、價格低廉、維護方便、環保型油煙處理設備。
