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(huán)芳烴、硝基芳烴、雜環(huán)胺等強(qiáng)烈致癌物質(zhì)以及焦油、CO和CO2等。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上飲食業(yè)油煙凈化設(shè)備有4類：慣性分離法、靜電沉積法、過(guò)濾法和洗滌法。
1、問(wèn)題的提出
隨著飲食業(yè)的日益繁榮，城市中逐漸出現(xiàn)了以烤羊肉串、烤肉、烤雞翅等為主要營(yíng)業(yè)的燒烤店，它們以焦碳、木炭為燃料，產(chǎn)生大量含塵的油煙氣。
油煙氣中的油煙霧主要為多環(huán)芳烴、硝基芳烴、雜環(huán)胺等強(qiáng)烈致癌物質(zhì)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(guò)程中仍冒黑煙，主要是由于燃料不完全燃燒產(chǎn)生的。根據(jù)燃料燃燒理論及燃料的成分分析，在實(shí)際燃燒過(guò)程中要使不完全燃燒損失等于零是不可能的。即使可燃質(zhì)100%燃燼，不可燃質(zhì)（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(dá)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(jù)GB/T16157-1996（固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法），用金屬濾筒吸收和紅外分光光度法對(duì)某一燒烤店產(chǎn)生的油煙氣進(jìn)行測(cè)定，用玻璃纖維濾筒和稱量法進(jìn)行塵粒的測(cè)定。結(jié)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)上飲食業(yè)油煙凈化設(shè)備有4類：慣性分離法、靜電沉積法、過(guò)濾法和洗滌法。
2.1慣性分離法
含塵含油煙氣通過(guò)格柵或金屬濾網(wǎng)，氣流方向發(fā)生改變，油霧顆？繎T性到達(dá)沉積面而從氣流中分離出來(lái)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓降小，但是凈化效率較低，清洗維護(hù)的工作量較大，清洗不及時(shí)易堵塞。
2.2靜電沉積法
含塵含油煙氣通過(guò)高壓電場(chǎng)，油霧塵粒荷電在電場(chǎng)作用下向集塵電極板運(yùn)動(dòng)，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(huì)在短時(shí)間內(nèi)使電暈極失效。
2.3過(guò)濾法
含塵含油煙氣通過(guò)吸油性能高的高分子復(fù)合材料濾布、纖維墊或活性炭纖維時(shí)，油霧由于重力捕集等作用被凈化，但會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)使吸附材料飽和，煙氣再通過(guò)時(shí)，就如同鐵板一塊，阻力大大增加，廚房的通風(fēng)狀況嚴(yán)重惡化。
2.4洗滌法
將吸收凈化液（水）通過(guò)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(shí)，存在二次污染的問(wèn)題。
綜上所述，針對(duì)燒烤業(yè)油煙氣中既含塵又含油以及含塵量較高的特點(diǎn)，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(yùn)用，處理產(chǎn)生的含塵含油煙氣；同時(shí)配有隔油隔灰池，一種油水分離裝置對(duì)廢水進(jìn)行處理，減少二次污染，經(jīng)處理后的水進(jìn)行循環(huán)使用，節(jié)約了水資源。
3、除塵除油機(jī)理
3.1慣性碰撞除塵（前S型擋板）
含塵氣流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到物體的阻擋（如擋板、纖維、水滴等）時(shí)，氣流要改變方向進(jìn)行繞流，細(xì)小的塵粒會(huì)隨氣流一起流動(dòng)。粗大的塵粒具有較大的慣性，它會(huì)脫離流線，保持自身的慣性運(yùn)動(dòng)，這樣塵粒就和物體發(fā)生了碰撞而從煙氣中分離出。這種現(xiàn)象稱為慣性碰撞。
當(dāng)含灰氣流沖擊到擋板B1上時(shí)，氣流中沉降力大的塵粒d1被分離出來(lái)。煙氣轉(zhuǎn)彎帶走的塵粒（粒徑d2<d1）又碰到擋板B2，氣流又發(fā)生方向轉(zhuǎn)變，此
時(shí)塵粒d2由于離心力而分離出來(lái)，煙氣轉(zhuǎn)變方向流向出口，此時(shí)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(lián)而成，作為慣性除塵裝置，利用離心力來(lái)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(zhuǎn)氣流的半徑成反比。含塵煙氣在方向轉(zhuǎn)變前的速度越高、方向轉(zhuǎn)變的曲率半徑越小時(shí)，越能捕集細(xì)小的塵粒，其除塵效率越高，但其阻力也越大。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果在擋板上淋水形成水膜，可進(jìn)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(shè)計(jì)成噴向S型擋板。塵粒在旋轉(zhuǎn)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(jìn)入噴淋室。由于煙氣中分離出來(lái)的灰粒很快被水膜粘附并及時(shí)排出，因此，分離出來(lái)的灰粒不會(huì)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(kuò)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(jìn)行分離。水滴通過(guò)高速噴嘴霧化成無(wú)數(shù)小水滴，含塵氣流在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(guò)液滴流動(dòng)。而慣性較大的大塵粒則要繼續(xù)保持其原來(lái)直線運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。極細(xì)的粉塵，慣性較小，其擴(kuò)散效果較好，它不斷脈動(dòng)并離開原來(lái)的流線，水滴對(duì)其有攔截作用，極細(xì)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(qiáng)烈，塵粒與液滴的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度vy越大，塵粒對(duì)水滴的慣性碰撞越有效，特別是粒徑較大的塵粒，其質(zhì)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(duì)速度較大，能有效地通過(guò)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(shù)的大小取決于塵粒與液滴間的相對(duì)速度和液滴直徑。要提高Ni值，必須提高氣液相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和減小液滴直徑。但并不是液滴直徑dy愈小愈好，dy過(guò)小，液滴容易隨氣流一起運(yùn)動(dòng)，減小了氣液的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。實(shí)驗(yàn)表明，液滴直徑約為捕集粒徑的150倍時(shí)，效果最好，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)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(shí)間，煙氣與水滴的運(yùn)動(dòng)方向以及煙氣與水的初終參數(shù)等均是影響噴淋室除塵效果的因素。經(jīng)過(guò)若干次實(shí)驗(yàn)，噴淋室設(shè)有3排噴嘴，第1排噴向S型擋板，后2排對(duì)噴，噴嘴的個(gè)數(shù)即噴嘴密度的確定，以保證水苗覆蓋整個(gè)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(guò)擋水板的曲折通道時(shí)，由于慣性作用，水滴就會(huì)與擋水板表面發(fā)生碰撞，并聚集在擋水板表面上形成水膜，然后沿?fù)跛逑铝鞯匠氐住?/p>
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(jù)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(jīng)塵粒、油污分離后，清水經(jīng)水泵提升至凈化設(shè)備內(nèi)循環(huán)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(jìn)口端的濾框，粒徑較大的塵粒被截留在框內(nèi)，余液流經(jīng)位于不同水平位置的隔油板，以較低的流速（2～5mm/s）流經(jīng)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(zhì)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(zhì)則沉于池底。為保證再次進(jìn)入凈化設(shè)備內(nèi)清水的質(zhì)量，在隔油隔灰池出口處設(shè)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(shè)備，同時(shí)在水泵上安裝調(diào)節(jié)閥作為旁通。
廢水在隔油隔灰池內(nèi)的停留時(shí)間和水平流速是決定隔油隔灰效果的關(guān)鍵因素，也是隔油池計(jì)算與設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。流速越小，沖擊負(fù)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(wěn)定，但隔油隔灰池的容積較大。我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)并參照有關(guān)技術(shù)參數(shù)，將停留時(shí)間設(shè)計(jì)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(gè)部分：
(1)循環(huán)水管：隔油隔灰池的出口端與循環(huán)水管相連，處理后的清水經(jīng)水泵提升至凈化裝置，作為噴淋水循環(huán)使用，可節(jié)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(guò)回水管流入隔油隔灰池的濾框中。
(3)補(bǔ)水管：循環(huán)水對(duì)煙氣進(jìn)行凈化處理時(shí)，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(shè)補(bǔ)水管外接浮球閥自動(dòng)補(bǔ)水。
(4)排污管：在池底設(shè)置排污管，可方便清洗。在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)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(shí)用意義的煙氣凈化技術(shù)，是利用大氣擴(kuò)散技術(shù)將污染物排放濃度擴(kuò)散并進(jìn)一步稀釋。
4、結(jié)論
根據(jù)GB/T16157-1996，對(duì)凈化前后的油煙氣進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表2。
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表2 含塵含油煙氣監(jiān)測(cè)報(bào)告
由表2可見，采用此凈化方法，凈化效率高、吸收容量大、運(yùn)行維護(hù)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(shù)可以解決含灰含油煙氣的凈化問(wèn)題，使油煙塵粒的排放滿足《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)》。濕式慣性除塵本質(zhì)是將油煙進(jìn)行轉(zhuǎn)移，而轉(zhuǎn)移后的污染物經(jīng)隔油隔灰池的處理，避免了二次污染。
5、參考文獻(xiàn)
1沈陽(yáng)市環(huán)境保護(hù)辦公室．煙塵危害與防治．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社．
2蔣長(zhǎng)敏.飲食業(yè)油煙凈化設(shè)備技術(shù)性能的探討．上海環(huán)境科學(xué)，2002，5：316～318.
3孫一堅(jiān)主編．工業(yè)通風(fēng)．第3版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994，241.
第一作者喻霞，女，1973年9月出生，1999年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，碩士，工程師
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