含尘含油烟气净化处理方法
摘要：油烟气中的油烟雾主要为多环芳烃、硝基芳烃、杂环胺等强烈致癌物质以及焦油、CO和CO2等。目前国内市场上饮食业油烟净化设备有4类：惯性分离法、静电沉积法、过滤法和洗涤法。
1、问题的提出
随着饮食业的日益繁荣，城市中逐渐出现了以烤羊肉串、烤肉、烤鸡翅等为主要营业的烧烤店，它们以焦碳、木炭为燃料，产生大量含尘的油烟气。
油烟气中的油烟雾主要为多环芳烃、硝基芳烃、杂环胺等强烈致癌物质以及焦油、CO和CO2等。油烟气中的尘粒，主要为被气体带出的灰粒（即飞灰）及一部分未燃烬的碳粒，其中颗粒直径小于10μm的称为飘尘，颗粒直径为10～100μm，可以很快落在地面的称为落尘。虽然木炭的固定碳的含量较高，但木炭燃烧过程中仍冒黑烟，主要是由于燃料不完全燃烧产生的。根据燃料燃烧理论及燃料的成分分析，在实际燃烧过程中要使不完全燃烧损失等于零是不可能的。即使可燃质100%燃烬，不可燃质（如灰分、不可燃硫等）依然存在，因此排出的烟尘呈白色。消烟除尘的目的是降低烟尘黑度，减少烟气中的含尘量，减少烟气中的含油量，使其达到大气污染物排放要求。
2、净化处理方法的分析和选择
根据GB/T16157-1996（固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法），用金属滤筒吸收和红外分光光度法对某一烧烤店产生的油烟气进行测定，用玻璃纤维滤筒和称量法进行尘粒的测定。结果是油烟气中尘粒的浓度为26.9mg/m3，油烟浓度为3.15mg/m3，是一种含尘量较高的含油烟气。
目前国内市场上饮食业油烟净化设备有4类：惯性分离法、静电沉积法、过滤法和洗涤法。
2.1惯性分离法
含尘含油烟气通过格栅或金属滤网，气流方向发生改变，油雾颗粒靠惯性到达沉积面而从气流中分离出来，特点是结构简单，压降小，但是净化效率较低，清洗维护的工作量较大，清洗不及时易堵塞。
2.2静电沉积法
含尘含油烟气通过高压电场，油雾尘粒荷电在电场作用下向集尘电极板运动，集尘电极板上凝聚成油滴重力自流，但因油烟气中的含尘浓度较高，含尘含油烟气会在短时间内使电晕极失效。
2.3过滤法
含尘含油烟气通过吸油性能高的高分子复合材料滤布、纤维垫或活性炭纤维时，油雾由于重力捕集等作用被净化，但会在较短的时间内使吸附材料饱和，烟气再通过时，就如同铁板一块，阻力大大增加，厨房的通风状况严重恶化。
2.4洗涤法
将吸收净化液（水）通过特殊的装置，形成液膜或液雾，使油烟气与其充分接触，洗涤吸收油烟污染物，但废水排入下水道时，存在二次污染的问题。
综上所述，针对烧烤业油烟气中既含尘又含油以及含尘量较高的特点，我们采用湿式惯性净化装置，即将惯性分离法、洗涤法综合运用，处理产生的含尘含油烟气；同时配有隔油隔灰池，一种油水分离装置对废水进行处理，减少二次污染，经处理后的水进行循环使用，节约了水资源。
3、除尘除油机理
3.1惯性碰撞除尘（前S型挡板）
含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡（如挡板、纤维、水滴等）时，气流要改变方向进行绕流，细小的尘粒会随气流一起流动。粗大的尘粒具有较大的惯性，它会脱离流线，保持自身的惯性运动，这样尘粒就和物体发生了碰撞而从烟气中分离出。这种现象称为惯性碰撞。
当含灰气流冲击到挡板B1上时，气流中沉降力大的尘粒d1被分离出来。烟气转弯带走的尘粒（粒径d2<d1）又碰到挡板B2，气流又发生方向转变，此
时尘粒d2由于离心力而分离出来，烟气转变方向流向出口，此时烟气中携带的尘粒粒径为d3<d2。
前S型挡板为若干曲率半径很小的铝合金板并联而成，作为惯性除尘装置，利用离心力来分离油烟气。
分离沉降速度和粒径平方、烟气速度的平方成正比，和旋转气流的半径成反比。含尘烟气在方向转变前的速度越高、方向转变的曲率半径越小时，越能捕集细小的尘粒，其除尘效率越高，但其阻力也越大。
根据经验，如果在挡板上淋水形成水膜，可进一步提高除尘效率，因此喷淋室的第1排喷嘴的喷淋方向设计成喷向S型挡板。尘粒在旋转气流中获得离心力而离开主气流抛向壁面，刚好和某一高度喷淋而下形成的水膜相遇，尘粒被水膜粘附并随之流入隔油隔灰池，净化后的烟气则进入喷淋室。由于烟气中分离出来的灰粒很快被水膜粘附并及时排出，因此，分离出来的灰粒不会被烟气再次带走，从而提高了装置的除尘效果。
3.2喷淋室湿式除尘除油
在喷淋室中，尘粒的捕集是惯性、扩散碰撞和拦截。液滴、液膜气泡等洗涤含尘烟气，使尘粒粘附和相互凝集而将尘粒进行分离。水滴通过高速喷嘴雾化成无数小水滴，含尘气流在运动过程中与液滴相遇(见图3)，在液滴前xd处，气流开始改变方向，绕过液滴流动。而惯性较大的大尘粒则要继续保持其原来直线运动的趋势。极细的粉尘，惯性较小，其扩散效果较好，它不断脉动并离开原来的流线，水滴对其有拦截作用，极细的粉尘被粘附而分离。
除尘效果与尘粒粒径、密度以及vy成正比，和气体粘度、液滴直径成反比。即：
(1)尘粒流速越高，与水滴的混合越强烈，尘粒与液滴的相对运动速度vy越大，尘粒对水滴的惯性碰撞越有效，特别是粒径较大的尘粒，其质量和惯性力较大，又因其沉降速度大，从而和烟气形成的相对速度较大，能有效地通过惯性碰撞，最后粘附于水滴上。
(2)尘粒直径和密度确定以后，Ni数的大小取决于尘粒与液滴间的相对速度和液滴直径。要提高Ni值，必须提高气液相对运动速度和减小液滴直径。但并不是液滴直径dy愈小愈好，dy过小，液滴容易随气流一起运动，减小了气液的相对运动速度。实验表明，液滴直径约为捕集粒径的150倍时，效果最好，过大或过小都会使除尘效率下降。
由此可见，烟气的流速、喷嘴类型与布置密度、喷嘴孔径与喷嘴前水压、烟气与水的接触时间，烟气与水滴的运动方向以及烟气与水的初终参数等均是影响喷淋室除尘效果的因素。经过若干次实验，喷淋室设有3排喷嘴，第1排喷向S型挡板，后2排对喷，喷嘴的个数即喷嘴密度的确定，以保证水苗覆盖整个喷淋室断面，不互相叠加。
3.3脱水装置
后挡板仍为S型挡板，夹带水滴的烟气通过挡水板的曲折通道时，由于惯性作用，水滴就会与挡水板表面发生碰撞，并聚集在挡水板表面上形成水膜，然后沿挡水板下流到池底。
3.4隔油隔灰池
喷淋废液的处理采用隔油隔灰池。该装置根据油、水、尘粒的不同密度分阶段分离出尘粒、油。喷淋废液从隔油隔灰池的一端流入，经尘粒、油污分离后，清水经水泵提升至净化设备内循环使用。
隔油隔灰池的工艺流程见图1。喷淋废液流入隔油隔灰池进口端的滤框，粒径较大的尘粒被截留在框内，余液流经位于不同水平位置的隔油板，以较低的流速（2～5mm/s）流经隔油池。由于流速降低，密度小于1.0而粒径较大的油品杂质得以浮到水面上，最终附着在隔油板上，而密度大于1.0的尘粒杂质则沉于池底。为保证再次进入净化设备内清水的质量，在隔油隔灰池出口处设置吸油毡隔栅，将前几道未去除的浮油吸附，清水则被水泵提升至净化设备，同时在水泵上安装调节阀作为旁通。
废水在隔油隔灰池内的停留时间和水平流速是决定隔油隔灰效果的关键因素，也是隔油池计算与设计的主要参数。流速越小，冲击负荷越小，小粒径的尘粒越易于沉积，浮油在隔油板上的附着则更趋稳定，但隔油隔灰池的容积较大。我们根据现场并参照有关技术参数，将停留时间设计为1.5～2.0h，水平流速为2～5mm/s。
隔油隔灰池的工艺管道分4个部分：
(1)循环水管：隔油隔灰池的出口端与循环水管相连，处理后的清水经水泵提升至净化装置，作为喷淋水循环使用，可节约水资源。
(2)回水管：湿式惯性除尘装置中的含灰含油废水通过回水管流入隔油隔灰池的滤框中。
(3)补水管：循环水对烟气进行净化处理时，隔油隔灰池中的水量将逐渐减少，为了保持隔油隔灰池的水位及有足够的喷淋水量，设补水管外接浮球阀自动补水。
(4)排污管：在池底设置排污管，可方便清洗。在实际运转中，需要每天清洗隔油隔灰池，定期更换池中的吸油毡。
3.5高空排放
将净化处理后的烟气高空排放，这也是一种具有实用意义的烟气净化技术，是利用大气扩散技术将污染物排放浓度扩散并进一步稀释。
4、结论
根据GB/T16157-1996，对净化前后的油烟气进行测定，结果见表2。
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表2 含尘含油烟气监测报告
由表2可见，采用此净化方法，净化效率高、吸收容量大、运行维护方便，能有效地去除油烟气中的尘粒、SO2、CO2、NOx等废气。
以湿式惯性除尘技术可以解决含灰含油烟气的净化问题，使油烟尘粒的排放满足《饮食业油烟排放标准》。湿式惯性除尘本质是将油烟进行转移，而转移后的污染物经隔油隔灰池的处理，避免了二次污染。
5、参考文献
1沈阳市环境保护办公室．烟尘危害与防治．北京：中国建筑工业出版社．
2蒋长敏.饮食业油烟净化设备技术性能的探讨．上海环境科学，2002，5：316～318.
3孙一坚主编．工业通风．第3版.北京：中国建筑工业出版社，1994，241.
第一作者喻霞，女，1973年9月出生，1999年毕业于同济大学，硕士，工程师
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