餐饮业油烟污染净化技术
来源：重庆科净管道设备有限公司 阅读：1515 更新时间：2009-04-24 11:49
随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，我国餐饮业得到迅速的发展，但餐饮业油烟排放没有得到有效的控制，大量未经过处理的油烟无序排放到大气中，对环境造成了极大的危害，成为仅次于工业污染源和交通污染源的第三大污染源。国家环保总局于2000年颁布了《餐饮业油烟排放标准(试行)》（GB 18483－2001），规定饮食业单位必须安装油烟净化设备并达到规定的排放要求。
1 餐饮业油烟的危害
传统的中式烹调以燃烧为主要方式，厨房的温度高，并产生大量的油烟气。油烟气由油气、油液滴和烟雾组成。据报道[1]44，油烟中含有75种以上的有机物，包括烷烃、醛酮类及其衍生物。当油烟的温度达到300 ℃以上时，形成大量的自由基和脂质过氧化物，且脂溶性高，容易进入血液循环，对机体具有肺脏毒性、免疫毒性、致癌致突变性[2]，而且在体内诱导形成的自由基是癌症的病理基础之一[3]。同时食物烹调中产生的某些刺激性气味随油烟一起排放到周围的环境中，对人体的呼吸系统、视觉器官和健康造成了极大的影响。其次油烟是一种气溶胶，具有较强的粘附性、渗透性，往往和环境中的泥沙、灰尘等混合成为难以去除的粘稠油糊附着在周围的建筑物上，难以清除[4]74。
2 餐饮业油烟净化处理技术现状
目前中式烹调的厨房中一般是安装排油烟设备将油烟直接转移到大气中，虽然对厨房中的空气污染有一定的缓解，但不能去除油烟中的污染物，对大气带来了严重的污染隐患[5]。
国内外采用的油烟治理技术在净化机理上主要分为六大类：一类是采用过滤、惯性碰撞和吸附等净化法；第二大类是静电法；第三大类是水湿、喷雾、冲击和液体吸收等湿处理法；第四大类是高温、高能量燃烧、光解和催化法；第五大类是生物法；第六大类是多种设备组合的复合法。
餐饮业油烟处理的工艺流程一般是烟气由集油烟罩收集之后通过主反应器得到净化，位于油烟出口的排风装置不间断工作，一则为主油烟反应器提供动力，二则将已净化的烟气迅速排出。处理中主要的设备是主反应器，不同油烟净化机理的反应器各不相同。
2.1 惯性碰撞原理净化法
按惯性碰撞原理，通过强制使油烟气流运动方向发生转折，使油烟气中的颗粒物在惯性作用下到达沉积面，与气体中脱离。设备有折板式、滤网式和蜂窝波纹式等，在一些老式的餐饮业中使用较普遍。主要的优点是设备简单，阻力不大，能耗较低，拆卸方便，适用于预处理。缺点是对小粒径的油烟颗粒去除率较低，同时由于油烟中颗粒的粘度较大而带来清洗困难。
设备选择首先根据选定的设计风速和风机的风量，计算出惯性碰撞净化器的横截面积；为提高去除效果，沿气流方向设置的挡板可分为3～6层或更多，阻力约为15～100 Pa。这样，动力直径小于10 μm颗粒物占38％（体积分数）的粉尘的有效去除率可达 80～90％[6]。
2.2 过滤吸附净化法
采用过滤吸附的原理去除油烟中的颗粒物。当油烟通过滤层时，颗粒物由于动力捕集作用而被除去，大部分的油烟气味也随之去除，净化效率要比惯性碰撞原理的设备高。
设备采用的过滤介质（如活性炭、纤维材料、球形滤料等），对设备的性能有关键性的影响。为提高效率，通常增加过滤介质厚度，但这也会导致设备阻力增加。过滤介质一般为一次性材料，使用周期短，必须定期更换；个别产品采用的过滤介质具有可燃性，须同时解决防火问题。此外，滤料的堵塞会导致净化效率下降和设备阻力升高，这是过滤设备目前需要解决的问题。
据有关资料介绍，羽毛是各种纤维材料中蓬松能力最强的物质，羽毛由结构稳定的角质蛋白组成，耐酸碱，并且其表面有一层羽毛脂蜡，对动植物油脂有极大的亲和力[7]。根据这些特征，纤维材料常常选用经处理的羽毛。
利用活性炭有较大的比表面积的特性来吸附油烟，净化效率高，占地小，能有效地去除油烟中的有害气体[1]45。但由于油烟中的颗粒物粘度较高造成压降较大，而且活性炭容易饱和，造成运行费上升。目前主要应用在多级油烟净化中最后一级。
2.3 液体洗涤法
油烟气通过特殊的气体分布装置与吸收液接触，将油烟气中的颗粒物从气相中脱离到液相中。工作时，喷嘴雾化混合液与吸入的油烟充分接触，达到高效洗涤的目的，然后经洗涤室上面的叶轮将残留的油雾、大气及其他的物质甩掉，达到除油和隔烟的效果。优点是净化效率高，但对小颗粒去除效率则较差，同时吸收液不能直接排入下水道，否则会导致二次污染。此外，由于净化设备多安装在室外，在北方冬季使用需解决防冻问题。
通常采用的设备为工业上广泛使用的各类高效湿式除尘器如筛板塔、冲击式水膜除尘器等，目前常用的设备是集收烟罩和净化与一体的运水烟罩[8]。设备在工作状态上，常在自来水中加入各种表面活性剂、乳化剂来改善油烟的亲水性，加入适当的化学药品去除油烟中的气味和部分挥发性有机气体。
2.4 高压静电沉积法
工作原理是由220 v电压通过变压器变压到上万伏，然后经镇流器转换成直流电，在两极板之间构成一个强电场，带电荷的油烟颗粒物在极板之间受到重力、电极引力和风场动力作用。颗粒物的荷电量随粒径的增长而增大，因此大颗粒受到电场力的作用大。优点是净化效率高、体积小、能耗低，且可根据净化效率需要灵活设置多级电场[9]80。缺点是集尘极上油烟冷凝物粘度较高，常造成集尘清洗困难，同时极板粘油会使效率下降，日常维护工作量较大。
主要设备是工业用的双区电沉积、冲击双区电除尘器改型后的设备。油烟在风机的推动下，经装在设备进口处的分离器进行机械分离，被分离后的油烟均匀进入电场，在高压电场的作用下，产生静电沉积，烟气被电离，油份被沉积，再经臭氧净化处理后排放。
2.5 热氧化焚烧法
原理是利用热推进氧化反应，将油烟气中的有害成分转换为安全状态，为保证所有的排放物燃烧安全，热效率最佳，同时又能保持氮氧化物排放的最低限量，国外采用多级燃烧系统[10]。
多级焚烧工艺的反应主体是焚烧炉，烟气进入焚烧装置后，即可氧化引燃，然后在燃烧室内进行燃烧。由于多级焚烧采用控气热裂解式燃烧系统，因此在焚烧装置内采用独立分段式供气导入助燃空气，为了保证缺氧燃烧，导入的助燃空气量低于理论空气量。由于主燃室为缺氧燃烧，因此所产生的废气中含有大量的氢气、一氧化碳及碳氢化合物等高热值的可燃气体。为了进一步完全热裂解焚化，二次燃烧使燃烧气体有足够的滞留时间，比较彻底地破坏油烟中有毒有害气体，并使燃烧效率维持在99.9％以上。
此技术应用在大型的油炸食品加工厂、大型的餐饮业产生的油烟气，取得了一定的经济效益和环保效益。
2.6 光解氧化法
为解决油烟处理中动力直径小于1 μm的挥发性有机物的收集，国外应用紫外光法。紫外线光谱分A、B、C三个波段，其光波长分别为 315～400 nm，280～315 nm，100～280 nm。B波段紫外灯常用于灭菌、杀毒。C波段紫外光能产生强烈的光辐射并使空气产生大量的臭氧。
光解法主要是利用波长为185 nm的紫外线辐射光，当油烟、废气通过这一波长的紫外线照射和臭氧氧化，油烟中产生的异味的油脂等有机物质被光燃烧和氧化分解为碳、二氧化碳和水等，达到灭绝细菌、消除异味，净化气体。优点是净化率高达90%，耗电少，结构十分简单、清洗容易，产生的二次污染少；还有由于净化器、烟道、抽风机内没有大量的油污沉集，从而消除了火灾的隐患。缺点是一次性投入较大。
光裂解油烟净化器主要构成包括紫外光净化器、反应筒、辅助过滤器3部分。主油烟净化器由若干紫外灯组件、电控箱及外壳组成。1个组件包括四根185 nm紫外线灯管，可处理 2 000 m3/h（1个灶台）。组件插入长方形的箱壳中，接在烟道前端。厨房油烟由抽烟罩首先进入主油烟净化器净化处理；从主油烟器出来的烟气和臭氧进入反应筒，气体在导流板的作用下加速进行湍流，使油脂等有机物质和臭氧充分混合并有1～2 s的氧化分解时间。反应筒出来的加速烟气进入辅助过滤器，溅起水花，烟尘微粒留在水滴中，再经过脱水后进入风机排放到大气。
2.7 催化剂净化法
采用各种具有自净化功能的催化剂，在烹饪过程中于烹饪温度上通过催化氧化燃烧将油滴转化为二氧化碳和水蒸气，从而消除污染和臭味。
自净化催化剂是由催化剂耐热性粘结剂和泥浆组成，烧结在开口式灶具内壁上。在国外，此类催化剂已广泛使用在烹调油烟污染治理中，主要是借助于低熔点锂玻璃粘合的γ－二氧化锰，分子筛和铁氧化体及由有机粘合剂粘合的金属氧化物。这些催化剂除了净化排气的特点之外，同时还具有热浸透性远红外发射功能，可达到改善烹调速度和菜肴味色的功能，特别适合中小型餐饮业及家庭烹调使用[9]82。
2.8 生物处理法
生物法处理餐饮业油烟是近年发展起来的。其反应器中以小木片、木屑、树皮、碳素物质等混合作为填料[11]，利用填料为生物载体。在主反应器底部有一定的布气空间，油烟从底部经布气板均匀地向上运动，与具有一定湿度的填料充分接触，油烟中的气味物质及颗粒物先被填料吸收，然后被填料中的微生物氧化降解，完成油烟气的净化过程。在降解过程中需要的有机碳素物质是由填料本身提供的，因此填料必须既能及时提供碳素，又有足够的使用寿命。
此方法处理成本低且无二次污染，但不适合高流量、高浓度的油烟，处理时间较长，有待进一步完善。
2.9 复合式处理方法
复合式处理方法是油烟处理技术中包含两种或两种以上净化方法[4]76，能获得独特的净化效果。在实际运用中有多种组合。
组合1：油烟先过滤去除大颗粒污染物，再通过水喷淋去除小颗粒污染物。既克服了湿法处理带来的二次污染、吸附过滤风阻较大的缺点，又可保证高效的处理油烟。
组合2：利用活性炭对油烟气进行预处理，再利用高压静电沉积法对油烟净化。预处理将油烟中的大颗粒物质截留，同时吸附了油烟中的异味，减小了后续处理的负荷，能有效地保护除尘电极。
组合3：液体洗涤法与光解法结合，油烟气通过吸收液后再通过光解发生器，能较彻底分解油烟中的有毒有害物质。
复合式组合方式很多，组合的目的就是将不同处理方法的优点最大限度的发挥出来，因此不同的组合方式在应用中要进行系统、细致的分析和总结。
3 结 语
目前国内餐饮业油烟净化设备各有优缺点，净化技术有待改进。国外油烟净化技术的发展为国内提供了思路，中式烹调应在借鉴国外的技术基础上，结合自身的特点，开发高效率、价格低廉、维护方便、环保型油烟处理设备。
1 餐饮业油烟的危害
传统的中式烹调以燃烧为主要方式，厨房的温度高，并产生大量的油烟气。油烟气由油气、油液滴和烟雾组成。据报道[1]44，油烟中含有75种以上的有机物，包括烷烃、醛酮类及其衍生物。当油烟的温度达到300 ℃以上时，形成大量的自由基和脂质过氧化物，且脂溶性高，容易进入血液循环，对机体具有肺脏毒性、免疫毒性、致癌致突变性[2]，而且在体内诱导形成的自由基是癌症的病理基础之一[3]。同时食物烹调中产生的某些刺激性气味随油烟一起排放到周围的环境中，对人体的呼吸系统、视觉器官和健康造成了极大的影响。其次油烟是一种气溶胶，具有较强的粘附性、渗透性，往往和环境中的泥沙、灰尘等混合成为难以去除的粘稠油糊附着在周围的建筑物上，难以清除[4]74。
2 餐饮业油烟净化处理技术现状
目前中式烹调的厨房中一般是安装排油烟设备将油烟直接转移到大气中，虽然对厨房中的空气污染有一定的缓解，但不能去除油烟中的污染物，对大气带来了严重的污染隐患[5]。
国内外采用的油烟治理技术在净化机理上主要分为六大类：一类是采用过滤、惯性碰撞和吸附等净化法；第二大类是静电法；第三大类是水湿、喷雾、冲击和液体吸收等湿处理法；第四大类是高温、高能量燃烧、光解和催化法；第五大类是生物法；第六大类是多种设备组合的复合法。
餐饮业油烟处理的工艺流程一般是烟气由集油烟罩收集之后通过主反应器得到净化，位于油烟出口的排风装置不间断工作，一则为主油烟反应器提供动力，二则将已净化的烟气迅速排出。处理中主要的设备是主反应器，不同油烟净化机理的反应器各不相同。
2.1 惯性碰撞原理净化法
按惯性碰撞原理，通过强制使油烟气流运动方向发生转折，使油烟气中的颗粒物在惯性作用下到达沉积面，与气体中脱离。设备有折板式、滤网式和蜂窝波纹式等，在一些老式的餐饮业中使用较普遍。主要的优点是设备简单，阻力不大，能耗较低，拆卸方便，适用于预处理。缺点是对小粒径的油烟颗粒去除率较低，同时由于油烟中颗粒的粘度较大而带来清洗困难。
设备选择首先根据选定的设计风速和风机的风量，计算出惯性碰撞净化器的横截面积；为提高去除效果，沿气流方向设置的挡板可分为3～6层或更多，阻力约为15～100 Pa。这样，动力直径小于10 μm颗粒物占38％（体积分数）的粉尘的有效去除率可达 80～90％[6]。
2.2 过滤吸附净化法
采用过滤吸附的原理去除油烟中的颗粒物。当油烟通过滤层时，颗粒物由于动力捕集作用而被除去，大部分的油烟气味也随之去除，净化效率要比惯性碰撞原理的设备高。
设备采用的过滤介质（如活性炭、纤维材料、球形滤料等），对设备的性能有关键性的影响。为提高效率，通常增加过滤介质厚度，但这也会导致设备阻力增加。过滤介质一般为一次性材料，使用周期短，必须定期更换；个别产品采用的过滤介质具有可燃性，须同时解决防火问题。此外，滤料的堵塞会导致净化效率下降和设备阻力升高，这是过滤设备目前需要解决的问题。
据有关资料介绍，羽毛是各种纤维材料中蓬松能力最强的物质，羽毛由结构稳定的角质蛋白组成，耐酸碱，并且其表面有一层羽毛脂蜡，对动植物油脂有极大的亲和力[7]。根据这些特征，纤维材料常常选用经处理的羽毛。
利用活性炭有较大的比表面积的特性来吸附油烟，净化效率高，占地小，能有效地去除油烟中的有害气体[1]45。但由于油烟中的颗粒物粘度较高造成压降较大，而且活性炭容易饱和，造成运行费上升。目前主要应用在多级油烟净化中最后一级。
2.3 液体洗涤法
油烟气通过特殊的气体分布装置与吸收液接触，将油烟气中的颗粒物从气相中脱离到液相中。工作时，喷嘴雾化混合液与吸入的油烟充分接触，达到高效洗涤的目的，然后经洗涤室上面的叶轮将残留的油雾、大气及其他的物质甩掉，达到除油和隔烟的效果。优点是净化效率高，但对小颗粒去除效率则较差，同时吸收液不能直接排入下水道，否则会导致二次污染。此外，由于净化设备多安装在室外，在北方冬季使用需解决防冻问题。
通常采用的设备为工业上广泛使用的各类高效湿式除尘器如筛板塔、冲击式水膜除尘器等，目前常用的设备是集收烟罩和净化与一体的运水烟罩[8]。设备在工作状态上，常在自来水中加入各种表面活性剂、乳化剂来改善油烟的亲水性，加入适当的化学药品去除油烟中的气味和部分挥发性有机气体。
2.4 高压静电沉积法
工作原理是由220 v电压通过变压器变压到上万伏，然后经镇流器转换成直流电，在两极板之间构成一个强电场，带电荷的油烟颗粒物在极板之间受到重力、电极引力和风场动力作用。颗粒物的荷电量随粒径的增长而增大，因此大颗粒受到电场力的作用大。优点是净化效率高、体积小、能耗低，且可根据净化效率需要灵活设置多级电场[9]80。缺点是集尘极上油烟冷凝物粘度较高，常造成集尘清洗困难，同时极板粘油会使效率下降，日常维护工作量较大。
主要设备是工业用的双区电沉积、冲击双区电除尘器改型后的设备。油烟在风机的推动下，经装在设备进口处的分离器进行机械分离，被分离后的油烟均匀进入电场，在高压电场的作用下，产生静电沉积，烟气被电离，油份被沉积，再经臭氧净化处理后排放。
2.5 热氧化焚烧法
原理是利用热推进氧化反应，将油烟气中的有害成分转换为安全状态，为保证所有的排放物燃烧安全，热效率最佳，同时又能保持氮氧化物排放的最低限量，国外采用多级燃烧系统[10]。
多级焚烧工艺的反应主体是焚烧炉，烟气进入焚烧装置后，即可氧化引燃，然后在燃烧室内进行燃烧。由于多级焚烧采用控气热裂解式燃烧系统，因此在焚烧装置内采用独立分段式供气导入助燃空气，为了保证缺氧燃烧，导入的助燃空气量低于理论空气量。由于主燃室为缺氧燃烧，因此所产生的废气中含有大量的氢气、一氧化碳及碳氢化合物等高热值的可燃气体。为了进一步完全热裂解焚化，二次燃烧使燃烧气体有足够的滞留时间，比较彻底地破坏油烟中有毒有害气体，并使燃烧效率维持在99.9％以上。
此技术应用在大型的油炸食品加工厂、大型的餐饮业产生的油烟气，取得了一定的经济效益和环保效益。
2.6 光解氧化法
为解决油烟处理中动力直径小于1 μm的挥发性有机物的收集，国外应用紫外光法。紫外线光谱分A、B、C三个波段，其光波长分别为 315～400 nm，280～315 nm，100～280 nm。B波段紫外灯常用于灭菌、杀毒。C波段紫外光能产生强烈的光辐射并使空气产生大量的臭氧。
光解法主要是利用波长为185 nm的紫外线辐射光，当油烟、废气通过这一波长的紫外线照射和臭氧氧化，油烟中产生的异味的油脂等有机物质被光燃烧和氧化分解为碳、二氧化碳和水等，达到灭绝细菌、消除异味，净化气体。优点是净化率高达90%，耗电少，结构十分简单、清洗容易，产生的二次污染少；还有由于净化器、烟道、抽风机内没有大量的油污沉集，从而消除了火灾的隐患。缺点是一次性投入较大。
光裂解油烟净化器主要构成包括紫外光净化器、反应筒、辅助过滤器3部分。主油烟净化器由若干紫外灯组件、电控箱及外壳组成。1个组件包括四根185 nm紫外线灯管，可处理 2 000 m3/h（1个灶台）。组件插入长方形的箱壳中，接在烟道前端。厨房油烟由抽烟罩首先进入主油烟净化器净化处理；从主油烟器出来的烟气和臭氧进入反应筒，气体在导流板的作用下加速进行湍流，使油脂等有机物质和臭氧充分混合并有1～2 s的氧化分解时间。反应筒出来的加速烟气进入辅助过滤器，溅起水花，烟尘微粒留在水滴中，再经过脱水后进入风机排放到大气。
2.7 催化剂净化法
采用各种具有自净化功能的催化剂，在烹饪过程中于烹饪温度上通过催化氧化燃烧将油滴转化为二氧化碳和水蒸气，从而消除污染和臭味。
自净化催化剂是由催化剂耐热性粘结剂和泥浆组成，烧结在开口式灶具内壁上。在国外，此类催化剂已广泛使用在烹调油烟污染治理中，主要是借助于低熔点锂玻璃粘合的γ－二氧化锰，分子筛和铁氧化体及由有机粘合剂粘合的金属氧化物。这些催化剂除了净化排气的特点之外，同时还具有热浸透性远红外发射功能，可达到改善烹调速度和菜肴味色的功能，特别适合中小型餐饮业及家庭烹调使用[9]82。
2.8 生物处理法
生物法处理餐饮业油烟是近年发展起来的。其反应器中以小木片、木屑、树皮、碳素物质等混合作为填料[11]，利用填料为生物载体。在主反应器底部有一定的布气空间，油烟从底部经布气板均匀地向上运动，与具有一定湿度的填料充分接触，油烟中的气味物质及颗粒物先被填料吸收，然后被填料中的微生物氧化降解，完成油烟气的净化过程。在降解过程中需要的有机碳素物质是由填料本身提供的，因此填料必须既能及时提供碳素，又有足够的使用寿命。
此方法处理成本低且无二次污染，但不适合高流量、高浓度的油烟，处理时间较长，有待进一步完善。
2.9 复合式处理方法
复合式处理方法是油烟处理技术中包含两种或两种以上净化方法[4]76，能获得独特的净化效果。在实际运用中有多种组合。
组合1：油烟先过滤去除大颗粒污染物，再通过水喷淋去除小颗粒污染物。既克服了湿法处理带来的二次污染、吸附过滤风阻较大的缺点，又可保证高效的处理油烟。
组合2：利用活性炭对油烟气进行预处理，再利用高压静电沉积法对油烟净化。预处理将油烟中的大颗粒物质截留，同时吸附了油烟中的异味，减小了后续处理的负荷，能有效地保护除尘电极。
组合3：液体洗涤法与光解法结合，油烟气通过吸收液后再通过光解发生器，能较彻底分解油烟中的有毒有害物质。
复合式组合方式很多，组合的目的就是将不同处理方法的优点最大限度的发挥出来，因此不同的组合方式在应用中要进行系统、细致的分析和总结。
3 结 语
目前国内餐饮业油烟净化设备各有优缺点，净化技术有待改进。国外油烟净化技术的发展为国内提供了思路，中式烹调应在借鉴国外的技术基础上，结合自身的特点，开发高效率、价格低廉、维护方便、环保型油烟处理设备。
