基于高壓靜電原理的幾種復(fù)合型油煙凈化技術(shù)的探討

張亞飛，劉 悅，李亞飛，于志強，胡俊磊

(上海市計量測試技術(shù)研究院，上海 200233)

我國普遍喜好的高油、高溫烹飪方式，在滿足人們生活、豐富飲食文化的同時，其烹飪過程也帶來了較為嚴重的城市空氣污染問題[1]。餐飲業(yè)油煙污染已經(jīng)是城市空氣污染的三大主要因素之一，其具有分布面廣、排放頻率高、低空排放、無組織排放等顯著特點，而且居民一日三餐關(guān)乎民生，其管理難度較大。針對餐飲油煙的污染問題，目前比較有效的方法是通過油煙凈化器進行尾端治理[2]。市場上有多種原理的油煙凈化技術(shù)，高壓靜電技術(shù)是市場認可度最高的餐飲油煙凈化技術(shù)，根據(jù)實際現(xiàn)場的不同需求，在高壓靜電技術(shù)的基礎(chǔ)上，會附加機械分離、過濾、吸附吸收、紫外光解等一種或幾種凈化技術(shù)，進而形成各種形式的復(fù)合型餐飲油煙凈化技術(shù)。

1 餐飲油煙的產(chǎn)生及危害

餐飲油煙是指在高溫條件下，食用油、水和食材受熱分解時所形成的一種物理狀態(tài)多樣、化學(xué)成分復(fù)雜的氣溶膠狀煙霧。根據(jù)食用油成分的不同、烹飪食物的不同、加熱溫度的變化以及受熱時間的長短，產(chǎn)生的煙霧具有不同比例的相態(tài)，油煙煙霧的粒徑很細，整體分布于1～10 μm，其中以PM2.5的權(quán)重最高，因此油煙煙霧會被吸入至人體的呼吸系統(tǒng)[3-5]。油煙煙霧中包含有水、氧化物、烴類、醛酮酯類、醇類、芳香類和雜環(huán)類化合物等化學(xué)成分，其中萘類、多環(huán)芳烴和芳香胺類等，具有嚴重的有毒有害性[6-7]。多項研究結(jié)果表明，油煙中可吸入顆粒物和化學(xué)成分能引發(fā)皮膚、呼吸系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的多種炎癥和惡性病變，會產(chǎn)生嚴重的吸入毒性、致變毒性和免疫毒性，且具有明顯的慢性累積的特點[8-11]。

2 高壓靜電治理技術(shù)

油煙煙霧被風(fēng)機吸入油煙凈化器，可被極化的油煙顆粒在高壓電場中被極化荷電，帶電粒子或顆粒在電場力的作用下產(chǎn)生定向移動，隨著時間的推移，可把油煙顆粒從煙道氣流中分離出來，這種對油煙進行凈化的方法叫高壓靜電法。油煙凈化器的靜電模塊在結(jié)構(gòu)上包含前端高低壓電離區(qū)和后端收集區(qū)。前端電離區(qū)一般是采用線狀或尖銳鋸齒狀進行尖端放電的方式對油煙顆粒進行荷電。后端收集區(qū)在結(jié)構(gòu)上多采用板式結(jié)構(gòu)配合高壓電場對油煙顆粒進行定向離心收集。在設(shè)計和使用時，對靜電模塊的布局結(jié)構(gòu)和電場電壓都有較高的要求，不僅要保證靜電模塊高壓放電的穩(wěn)定，還要保證油煙顆粒能夠得到有效的極化、荷電與沉積。電廠電壓較低會使得油煙顆粒得不到充分的極化荷電，且?guī)щ娪土Ｒ埠苋菀装l(fā)生靜電結(jié)合，降低了油煙的去除效率。電場電壓太高時，靜電模塊可能會發(fā)生高壓擊穿，極易導(dǎo)致油煙管道內(nèi)高濃度油煙產(chǎn)生安全隱患。

3 復(fù)合型油煙凈化技術(shù)

隨著全國各地餐飲油煙排放標準、油煙凈化器產(chǎn)品標準及相關(guān)油煙凈化器檢測方法標準的逐步實施，目前已存在多種餐飲油煙污染治理技術(shù)，其中以高壓靜電技術(shù)最為成熟。以高壓靜電技術(shù)為核心，同時輔助添加相關(guān)原理的凈化技術(shù)，以達到油煙排放各項指標更加優(yōu)化的目的。針對目前市場上常用的復(fù)合型油煙凈化器的復(fù)合方式簡介如下：

3.1 機械分離+高壓靜電

前端機械分離模塊與后端高壓靜電模塊配合使用，是一種二級油煙凈化方式。油煙中含有的不同尺寸的油粒在通過特定幾何尺寸、形狀的風(fēng)管道或機械旋轉(zhuǎn)組件時，會發(fā)生油煙氣流方向的轉(zhuǎn)變，這種局部和整體的旋轉(zhuǎn)作用會對油煙顆粒產(chǎn)生離心現(xiàn)象，這種離心現(xiàn)象會對油煙中較大粒徑的油煙顆粒進行初步預(yù)分離，未被分離的較小的油粒隨著氣流進入第二級高壓靜電模塊，通過高壓靜電的方式對油煙進行二級凈化處理。二級凈化處理后的低濃度油煙經(jīng)出口排出。

3.2 機械過濾+高壓靜電

前端機械過濾模塊與后端高壓靜電模塊配合使用，是一種二級油煙凈化方式。過濾層能夠?qū)α鲃佑蜔熤械挠蜔燁w粒進行有效的攔截，被截留下來的油煙顆粒本身具有一定的相融作用，可以繼續(xù)附著氣流中的油煙顆粒。濾層多數(shù)采用親油型高分子材料或不銹鋼材質(zhì)。前端過濾層對油煙顆粒凈化效果很好，雖然過濾層密度越大濾除效率越高，但是高密度過濾層產(chǎn)生的本體阻力也會很大，且過濾層孔徑在油煙粘附量增加時會產(chǎn)生局部堵塞，易導(dǎo)致設(shè)備管道抖動及噪音污染，同時也需要更換更大風(fēng)量的風(fēng)機，加大安裝成本。前端過濾濾層的去除效果很大程度上取決于濾層的有效面積、有效孔徑和積油體積比，單一的追求濾層的凈化效率只會增加設(shè)備本身的負載，即使前期過濾效果很好，但是后期過濾效果必然會隨著積油量的增加而下降。單一過濾法的缺陷是對粒徑較小的油煙顆粒很難濾除，其會隨氣流外排，這必然會導(dǎo)致排放濃度超標的問題。因此，在機械過濾模塊的后端配合加上高壓靜電模塊能夠很好的對過濾模塊預(yù)處理后的低濃度、小粒徑的油煙顆粒進行有效的極化、荷電與分離，這種二級油煙凈化方式提高了油煙的去除效率、降低了油煙的排放濃度。

3.3 高壓靜電+紫外燈管

前端高壓靜電模塊與后端紫外燈管模塊配合使用，是一種二級油煙凈化方式。進入油煙凈化器的油煙煙霧在高壓電場中可被極化、荷電與分離。此外，通過開啟燈管，其雙波長(185 nm和253.7 nm)的紫外光束具有很高的能量，可以對被照射的油煙顆粒進行高能分解，改變油煙顆粒的宏觀粒徑大小和微觀分子結(jié)構(gòu)，被紫外線光束照射進行高能斷鍵、斷鏈的油粒，可以從高分子有機化合物逐漸降解為低分子鏈有機化合物。同時，在紫外線的高能狀態(tài)下，空氣中的氧氣分子會被分解，反應(yīng)產(chǎn)生游離狀態(tài)不穩(wěn)定的氧原子，游離狀態(tài)的氧原子與氧氣結(jié)合反應(yīng)生成臭氧。臭氧的化學(xué)性質(zhì)很不穩(wěn)定，具有極強的氧化作用，能夠有效的對油煙管道中的油煙有機物進行氧化降解，對油煙顆粒及其管道中的餐飲異味都有很強的清除作用。這種前端高壓靜電模塊與后端紫外燈管模塊配合使用的油煙凈化方式使得管道油煙經(jīng)過高壓靜電、紫外光解和臭氧氧化的三步過程，對管道油煙濃度具有很好的去除效果，而且能夠很好的消除餐飲異味。

3.4 機械過濾+高壓靜電+紫外燈管

前端機械過濾模塊、中段高壓靜電模塊與后端紫外燈管模塊配合使用，是一種三級油煙凈化方式。實際工況中，前端油煙濃度存在一定的波動性，在沒有經(jīng)過初級過濾的條件下，高濃度、大顆粒的油煙在中段高壓靜電模塊很難被有效的處理，被處理的油煙顆粒在集塵極上積累以后，容易導(dǎo)致集塵極部分區(qū)域上形成一定厚度的粘附油層，隨著使用時間的延長，會影響到靜電模塊放電電壓穩(wěn)定性、板間電場均勻性和有效靜電截面積的大小，凈化模塊凈化效率必然下降。在靜電模塊的前端加上機械過濾模塊，用濾層對油煙顆粒進行初步濾除可以有效降低進入靜電模塊的油煙濃度，而且前端機械過濾模塊中濾層的物理結(jié)構(gòu)能夠起到整流罩的作用，能夠?qū)η岸擞蜔煿艿纼?nèi)的渦旋油煙氣流進行整流，一方面使得油煙氣流能夠較均勻的進入中段靜電模塊；另一方面能夠保證靜電模塊的整個截面上都能夠?qū)那岸藱C械過濾模塊逃逸出的油煙進行處理，而不是局域性的、寡頭式處理。被前端機械過濾模塊和中段高壓靜電模塊凈化處理后的油煙，其濃度已經(jīng)很小，主要含有微少量的小粒徑油煙顆粒和氣態(tài)有機物，其中氣態(tài)有機物具有較重的異味。后端再配合使用紫外燈管對微量小粒徑油煙顆粒和氣態(tài)有機物進行凈化分解。這種三級油煙凈化方式，一方面能夠保證油煙得到充分的凈化處理，油煙排放濃度達到標準要求；另一方面能夠保證餐飲異味得到消除，避免異味擾民。目前來說，前端機械過濾模塊、中段高壓靜電模塊和后端紫外燈管模塊配合使用的三級油煙凈化方式是市場主流的油煙凈化方式，市場占有率很高，實際治理效果很好。

4 概述與展望

針對目前嚴重的餐飲油煙污染現(xiàn)象，餐飲油煙凈化器仍然是治理餐飲油煙污染的最有效手段。復(fù)合型餐飲油煙凈化方法更夠彌補單一原理油煙凈化方法的不足，基于高壓靜電原理的復(fù)合型油煙凈化技術(shù)具有更好的治理效果，但同時也具有更高的造價成本和運營維護成本。經(jīng)濟適用、凈化效率高、凈化效果穩(wěn)定、易于拆卸和后期維護的復(fù)合型餐飲油煙凈化器是未來發(fā)展的趨勢和方向。