含塵含油煙氣凈化處理方法
摘要：油煙氣中的油煙霧主要為多環芳烴、硝基芳烴、雜環胺等強烈致癌物質以及焦油、CO和CO2等。目前國內市場上飲食業油煙凈化設備有4類：慣性分離法、靜電沉積法、過濾法和洗滌法。
1、問題的提出
隨著飲食業的日益繁榮，城市中逐漸出現了以烤羊肉串、烤肉、烤雞翅等為主要營業的燒烤店，它們以焦碳、木炭為燃料，產生大量含塵的油煙氣。
油煙氣中的油煙霧主要為多環芳烴、硝基芳烴、雜環胺等強烈致癌物質以及焦油、CO和CO2等。油煙氣中的塵粒，主要為被氣體帶出的灰粒（即飛灰）及一部分未燃燼的碳粒，其中顆粒直徑小于10μm的稱為飄塵，顆粒直徑為10～100μm，可以很快落在地面的稱為落塵。雖然木炭的固定碳的含量較高，但木炭燃燒過程中仍冒黑煙，主要是由于燃料不完全燃燒產生的。根據燃料燃燒理論及燃料的成分分析，在實際燃燒過程中要使不完全燃燒損失等于零是不可能的。即使可燃質100%燃燼，不可燃質（如灰分、不可燃硫等）依然存在，因此排出的煙塵呈白色。消煙除塵的目的是降低煙塵黑度，減少煙氣中的含塵量，減少煙氣中的含油量，使其達到大氣污染物排放要求。
2、凈化處理方法的分析和選擇
根據GB/T16157-1996（固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法），用金屬濾筒吸收和紅外分光光度法對某一燒烤店產生的油煙氣進行測定，用玻璃纖維濾筒和稱量法進行塵粒的測定。結果是油煙氣中塵粒的濃度為26.9mg/m3，油煙濃度為3.15mg/m3，是一種含塵量較高的含油煙氣。
目前國內市場上飲食業油煙凈化設備有4類：慣性分離法、靜電沉積法、過濾法和洗滌法。
2.1慣性分離法
含塵含油煙氣通過格柵或金屬濾網，氣流方向發生改變，油霧顆粒靠慣性到達沉積面而從氣流中分離出來，特點是結構簡單，壓降小，但是凈化效率較低，清洗維護的工作量較大，清洗不及時易堵塞。
2.2靜電沉積法
含塵含油煙氣通過高壓電場，油霧塵粒荷電在電場作用下向集塵電極板運動，集塵電極板上凝聚成油滴重力自流，但因油煙氣中的含塵濃度較高，含塵含油煙氣會在短時間內使電暈極失效。
2.3過濾法
含塵含油煙氣通過吸油性能高的高分子復合材料濾布、纖維墊或活性炭纖維時，油霧由于重力捕集等作用被凈化，但會在較短的時間內使吸附材料飽和，煙氣再通過時，就如同鐵板一塊，阻力大大增加，廚房的通風狀況嚴重惡化。
2.4洗滌法
將吸收凈化液（水）通過特殊的裝置，形成液膜或液霧，使油煙氣與其充分接觸，洗滌吸收油煙污染物，但廢水排入下水道時，存在二次污染的問題。
綜上所述，針對燒烤業油煙氣中既含塵又含油以及含塵量較高的特點，我們采用濕式慣性凈化裝置，即將慣性分離法、洗滌法綜合運用，處理產生的含塵含油煙氣；同時配有隔油隔灰池，一種油水分離裝置對廢水進行處理，減少二次污染，經處理后的水進行循環使用，節約了水資源。
3、除塵除油機理
3.1慣性碰撞除塵（前S型擋板）
含塵氣流在運動過程中遇到物體的阻擋（如擋板、纖維、水滴等）時，氣流要改變方向進行繞流，細小的塵粒會隨氣流一起流動。粗大的塵粒具有較大的慣性，它會脫離流線，保持自身的慣性運動，這樣塵粒就和物體發生了碰撞而從煙氣中分離出。這種現象稱為慣性碰撞。
當含灰氣流沖擊到擋板B1上時，氣流中沉降力大的塵粒d1被分離出來。煙氣轉彎帶走的塵粒（粒徑d2<d1）又碰到擋板B2，氣流又發生方向轉變，此
時塵粒d2由于離心力而分離出來，煙氣轉變方向流向出口，此時煙氣中攜帶的塵粒粒徑為d3<d2。
前S型擋板為若干曲率半徑很小的鋁合金板并聯而成，作為慣性除塵裝置，利用離心力來分離油煙氣。
分離沉降速度和粒徑平方、煙氣速度的平方成正比，和旋轉氣流的半徑成反比。含塵煙氣在方向轉變前的速度越高、方向轉變的曲率半徑越小時，越能捕集細小的塵粒，其除塵效率越高，但其阻力也越大。
根據經驗，如果在擋板上淋水形成水膜，可進一步提高除塵效率，因此噴淋室的第1排噴嘴的噴淋方向設計成噴向S型擋板。塵粒在旋轉氣流中獲得離心力而離開主氣流拋向壁面，剛好和某一高度噴淋而下形成的水膜相遇，塵粒被水膜粘附并隨之流入隔油隔灰池，凈化后的煙氣則進入噴淋室。由于煙氣中分離出來的灰粒很快被水膜粘附并及時排出，因此，分離出來的灰粒不會被煙氣再次帶走，從而提高了裝置的除塵效果。
3.2噴淋室濕式除塵除油
在噴淋室中，塵粒的捕集是慣性、擴散碰撞和攔截。液滴、液膜氣泡等洗滌含塵煙氣，使塵粒粘附和相互凝集而將塵粒進行分離。水滴通過高速噴嘴霧化成無數小水滴，含塵氣流在運動過程中與液滴相遇(見圖3)，在液滴前xd處，氣流開始改變方向，繞過液滴流動。而慣性較大的大塵粒則要繼續保持其原來直線運動的趨勢。極細的粉塵，慣性較小，其擴散效果較好，它不斷脈動并離開原來的流線，水滴對其有攔截作用，極細的粉塵被粘附而分離。
除塵效果與塵粒粒徑、密度以及vy成正比，和氣體粘度、液滴直徑成反比。即：
(1)塵粒流速越高，與水滴的混合越強烈，塵粒與液滴的相對運動速度vy越大，塵粒對水滴的慣性碰撞越有效，特別是粒徑較大的塵粒，其質量和慣性力較大，又因其沉降速度大，從而和煙氣形成的相對速度較大，能有效地通過慣性碰撞，最后粘附于水滴上。
(2)塵粒直徑和密度確定以后，Ni數的大小取決于塵粒與液滴間的相對速度和液滴直徑。要提高Ni值，必須提高氣液相對運動速度和減小液滴直徑。但并不是液滴直徑dy愈小愈好，dy過小，液滴容易隨氣流一起運動，減小了氣液的相對運動速度。實驗表明，液滴直徑約為捕集粒徑的150倍時，效果最好，過大或過小都會使除塵效率下降。
由此可見，煙氣的流速、噴嘴類型與布置密度、噴嘴孔徑與噴嘴前水壓、煙氣與水的接觸時間，煙氣與水滴的運動方向以及煙氣與水的初終參數等均是影響噴淋室除塵效果的因素。經過若干次實驗，噴淋室設有3排噴嘴，第1排噴向S型擋板，后2排對噴，噴嘴的個數即噴嘴密度的確定，以保證水苗覆蓋整個噴淋室斷面，不互相疊加。
3.3脫水裝置
后擋板仍為S型擋板，夾帶水滴的煙氣通過擋水板的曲折通道時，由于慣性作用，水滴就會與擋水板表面發生碰撞，并聚集在擋水板表面上形成水膜，然后沿擋水板下流到池底。
3.4隔油隔灰池
噴淋廢液的處理采用隔油隔灰池。該裝置根據油、水、塵粒的不同密度分階段分離出塵粒、油。噴淋廢液從隔油隔灰池的一端流入，經塵粒、油污分離后，清水經水泵提升至凈化設備內循環使用。
隔油隔灰池的工藝流程見圖1。噴淋廢液流入隔油隔灰池進口端的濾框，粒徑較大的塵粒被截留在框內，余液流經位于不同水平位置的隔油板，以較低的流速（2～5mm/s）流經隔油池。由于流速降低，密度小于1.0而粒徑較大的油品雜質得以浮到水面上，最終附著在隔油板上，而密度大于1.0的塵粒雜質則沉于池底。為保證再次進入凈化設備內清水的質量，在隔油隔灰池出口處設置吸油氈隔柵，將前幾道未去除的浮油吸附，清水則被水泵提升至凈化設備，同時在水泵上安裝調節閥作為旁通。
廢水在隔油隔灰池內的停留時間和水平流速是決定隔油隔灰效果的關鍵因素，也是隔油池計算與設計的主要參數。流速越小，沖擊負荷越小，小粒徑的塵粒越易于沉積，浮油在隔油板上的附著則更趨穩定，但隔油隔灰池的容積較大。我們根據現場并參照有關技術參數，將停留時間設計為1.5～2.0h，水平流速為2～5mm/s。
隔油隔灰池的工藝管道分4個部分：
(1)循環水管：隔油隔灰池的出口端與循環水管相連，處理后的清水經水泵提升至凈化裝置，作為噴淋水循環使用，可節約水資源。
(2)回水管：濕式慣性除塵裝置中的含灰含油廢水通過回水管流入隔油隔灰池的濾框中。
(3)補水管：循環水對煙氣進行凈化處理時，隔油隔灰池中的水量將逐漸減少，為了保持隔油隔灰池的水位及有足夠的噴淋水量，設補水管外接浮球閥自動補水。
(4)排污管：在池底設置排污管，可方便清洗。在實際運轉中，需要每天清洗隔油隔灰池，定期更換池中的吸油氈。
3.5高空排放
將凈化處理后的煙氣高空排放，這也是一種具有實用意義的煙氣凈化技術，是利用大氣擴散技術將污染物排放濃度擴散并進一步稀釋。
4、結論
根據GB/T16157-1996，對凈化前后的油煙氣進行測定，結果見表2。
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表2 含塵含油煙氣監測報告
由表2可見，采用此凈化方法，凈化效率高、吸收容量大、運行維護方便，能有效地去除油煙氣中的塵粒、SO2、CO2、NOx等廢氣。
以濕式慣性除塵技術可以解決含灰含油煙氣的凈化問題，使油煙塵粒的排放滿足《飲食業油煙排放標準》。濕式慣性除塵本質是將油煙進行轉移，而轉移后的污染物經隔油隔灰池的處理，避免了二次污染。
5、參考文獻
1沈陽市環境保護辦公室．煙塵危害與防治．北京：中國建筑工業出版社．
2蔣長敏.飲食業油煙凈化設備技術性能的探討．上海環境科學，2002，5：316～318.
3孫一堅主編．工業通風．第3版.北京：中國建筑工業出版社，1994，241.
第一作者喻霞，女，1973年9月出生，1999年畢業于同濟大學，碩士，工程師
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