CN101327400B - 一种去除油烟中油雾和挥发性有机物的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种去除油烟中油雾和挥发性有机物的方法和装置，属于餐饮油烟净化领域。所述方法由紫外线光化学氧化、湿法水喷淋、蜂窝状活性炭吸附三个步骤组成。所述装置的主体为圆柱或棱柱容器，安装在油烟排出管道上，依次设有进气调节区2、光化学氧化区3、喷淋吸收区4、蜂窝状活性炭吸附区5、出气调节区6。三个步骤相互配合，可以有效解决光化学氧化净化油烟时产生较多醛酮类中间产物、产生较多臭氧、对个别污染物成分净化效率低等不足，其净化后的油烟超前于国家现行标准，不会出现“达标仍然扰民”的尴尬现象，可广泛应用于餐馆、饭店等饮食经营单位，安装、运行费用低，且安全可靠。

Description

一种去除油烟中油雾和挥发性有机物的方法和装置

技术领域

本发明属于餐饮油烟净化领域，涉及一种去除油烟中油雾和挥发性有机物的方法和装置。

背景技术

一、传统油烟净化技术及其缺陷

传统油烟净化技术目前还占有大部分市场，这些技术主要包括：

1.机械分离法。机械分离法是利用惯性碰撞原理或旋风分离原理对油烟进行分离去除颗粒物。机械分离法包括惯性分离法和旋风分离法。惯性分离法是通过气流方向改变所产生的惯性，将油雾中的颗粒物从气流中分离出来。惯性分离法设备简单，压降较小，但净化效率不高只能用于净化要求不高的场合。旋风分离法是通过强烈的旋转离心力，将从切线方向进人的颗粒物抛出，集聚成油滴后，经重力下流至底部。旋风分离法设备投资少，运行费用低，无二次污染，维修管理方便；但其占地面积大，压降较大，通常用于预处理，和其他方法结合使用。

2.过滤法。过滤法原理是将油烟通过过滤层，通过动力搜集作用除去颗粒物。通常采用一定数目的金属网格和格栅截留大颗粒污染物，从而达到净化的目的。从检测结果分析，过滤式技术可以满足净化效率要求，但实际应用中受滤料易燃、吸附容量、易清理性、重复使用性、阻力等多重因素影响。要同时兼有几方面的优良特性，这在选择滤料时不可避免地会受到一定局限。

3.吸附法。吸附法是利用活性炭的多孔吸附特性吸附去除大部分的颗粒物和VOCs。吸附法与过滤法的特点相似，但对异味去除效果明显，主要缺点是活性炭成本较高，投资太大。

4.蜂窝式沉积技术。蜂窝式框架板体积小、表面积大且烟气通道规范。它利用物理降温原理，使油气快速凝结，使油烟及水蒸气能够在腔内冷却凝聚成为大颗粒的油珠并产生液化集油现象。有时与活性炭吸附或介质水过滤联用，提高了净化效果。问题是压降较大，净化效率不高，清洗工作量大，过滤水耗量也大，经试用后难于推广。

5.洗涤法(湿法)。洗涤法是一类比较成熟的技术。将吸收净化液通过特殊的装置形成液膜或液雾，通过气液接触使污染物从气相向液相转移。湿式设备的特点是对于较大油雾颗粒的去除效率较高，对小颗粒去除效率则较差。由于油烟雾滴的疏水性，需在洗涤液体中加入各种表面活性剂、乳化剂等改善油水的亲水性。加入适当的化学药品还可以同时去除油烟中的气味和部分挥发性有机气体。湿法技术吸收容量大，对于去除油烟中SO₂、NO_x等废气很有效，日常维护相对简便且无消防隐患。同时，由于净化后气体温降较大，可低空排放。但湿法投资和运行成本很高，洗涤废液不能直接排入下水道，否则会出现二次污染问题。此外，由于净化设备多安装在室外，在北方冬季使用需要解决防冻问题。

6.静电法。静电法是利用阴极在高压电场发出的电子与空气分子碰撞，使粉尘荷电，再利用电场力使带电粉尘向阳极集尘板运动，达到净化分离的目的。静电法的机理与其他方法的区别在于分离力是电场静电力，它直接作用于粒子而不是气流。静电法设备投资少，压降小，运行费用较小，净化效率高，维修方便。缺点是结构复杂，占地空间大。

总体上讲，这些传统方法均属物理方法，并未将有害物质分解，容易产生二次污染；且除吸附法外，都只能净化油烟中的油雾(液态或固态组分)，对完全气态的污染物质则无能为力。在使用这些方法时，气态污染物仍然会扩散到空气中，造成危害。由于国家标准只限定了油烟的排放浓度，并未限定油烟中挥发性有机物的排放浓度，因此这些净化器即便达到了国家标准，也不能完全免除其尾气对人体和环境造成的恶劣影响。

二、紫外光化学氧化技术及其缺陷

紫外光化学氧化技术属于一种高级氧化过程(Advanced Oxidation Processes，AOPs)，它以羟基自由基为主要氧化剂。这种工艺最初在水处理中被应用，并有直接光氧化和光催化两种方式。后来，光化学氧化技术被应用到气体处理领域，由于反应物相的限制，主要有UV/O₃光氧化和UV/TiO₂/O₃光催化两种方法。但最初净化工艺中使用的紫外光均为254nm，直到近几年才引入185nm的紫外灯。与254nm的紫外灯相比，185nm的光子具有更大的能量，对污染物的分解效果提升很大。而且由于185nm的紫外灯可以直接分解O₂和H₂O产生·O和·OH，不需要另外打入臭氧，简化了工艺流程，节省了空间和成本：

O₂+hv(185nm)→O(¹D)+O(³P)

O(¹D)+H₂O→2□OH

目前，185nm的紫外光已经被应用到油烟净化上。此类油烟净化器多宣称采用UV能直接将污染物分解为二氧化碳和水。但据实验检测证实，这种转化并不是完全彻底的，出口排气中会有很多中间产物。且由于油烟成分复杂，紫外光对不同成分的降解效果并不一致。这意味着单纯采用紫外光降解油烟具有如下不足：

第一，对于油烟中易降解的液态和固态成分(油雾、长碳链成分)，在紫外光照射下其碳链是逐步断裂的，在一定的停留时间内并不能完全降解为二氧化碳和水，在到达出气口时，一部分长链污染物只是降解为短链气态污染物排出。由于国家标准并未对油烟中的短链气态污染物做出限制，这种排放是达标的，但其有害成分仍将对人体或环境产生危害。

第二，对于油烟中易降解的气态成分，虽然紫外光能够收到较好的降解效果，但由于停留时间有限，仍然有一部分不能完全降解，作为中间产物排出。

第三，油烟中还有一些成分在185nm紫外光下也不易分解，而只能转化为某种中间产物。以烷烃为例，烷烃的吸收光谱边界多小于185nm，这表明在185nm的光照下不能使其分解。但由于反应氛围中存在较多的·O和·OH，可以使烷烃氧化为醛或酮：

RH+□OH→R□+H₂O

RH+□O→R□+□OH

O₂+RCH₂O→HO₂+RCHO

醛和酮类不易被继续氧化，有大部分将直接排出反应器。实验检测证实了这一点。经过这种单纯光化学反应产生的醛或酮如果直接排放到环境中，可能会对环境造成更大的危害。

此外，在185nm紫外光照射下，氧气会分解产生臭氧：

O₂+hv(185nm)→O(¹D)+O(³P)

O(³P)+O₂+M →O³+M

产生的大量臭氧如不有效去除，将对人体和环境造成恶劣影响。2000年版《环境空气质量标准》规定，臭氧一级标准的小时平均浓度限值为0.16mg/m³，二级标准的小时平均浓度限值为0.20mg/m³。而《居住区大气中臭氧卫生标准》的规定更加严格，为0.1mg/m³。现有紫外油烟净化设备都不能保证排放的臭氧浓度低于这些标准的规定，而是多数都远高于这些规定。只是由于国家现有标准并未对油烟排放中臭氧的含量做出明确限制，现有净化设备并不会因此超标。但臭氧的含量过高，无疑将对环境和人体健康产生恶劣影响。

发明内容

本发明提供的方法和装置是将现有的UV光化学氧化工艺、湿法水喷淋工艺、蜂窝状活性炭吸附工艺相结合，充分利用几种工艺的自身特点和最新成果，不仅能高效净化油烟中的液固成分，而且对油烟中的低碳挥发性有机物也能高效去除。且成本较低，易于推广。

本发明提出的一种去除油烟中油雾和挥发性有机物的方法，其特征在于：所述方法是由紫外线光化学氧化、湿法水喷淋、蜂窝状活性炭吸附三个步骤组成；所述光化学氧化步骤通过紫外灯使油烟发生反应，所述水喷淋步骤通过吸收去除光化学氧化产生的大量醛、酮类中间产物和小部分污染物，所述蜂窝状活性炭吸附步骤通过吸附去除光化学氧化产生的大部分臭氧和小部分极难降解的污染物。

本发明提出的一种去除油烟中油雾和挥发性有机物的装置，其特征在于：所述装置的主体为圆柱或棱柱容器，安装在油烟排出管道上；依次设有进气调节区(2)、光化学氧化区(3)、喷淋吸收区(4)、蜂窝状活性炭吸附区(5)、出气调节区(6)。

在上述装置中，其特征在于：在所述光化学氧化区(3)装有紫外灯管(9)，发射波长涵盖185nm。

在上述装置中，其特征在于：在所述光化学氧化区(3)前端设有粗孔金属过滤网格(8)。

在上述装置中，其特征在于：在所述光化学氧化区(3)和喷淋吸收区(4)之间、喷淋吸收区(4)和蜂窝状活性炭吸附区(5)之间通过百叶隔板(10)相连；喷淋后的液体循环利用，并定期排出残液。

在上述装置中，其特征在于：在所述蜂窝状活性炭吸附区(5)内装有蜂窝状活性炭。

在上述装置中，其特征在于：所述装置外壁由不锈钢制成，光化学氧化区内壁贴附铝箔，以增强对光的反射效果。

本发明的有益效果：

本方法包含光化学氧化、湿法水喷淋、蜂窝活性炭吸附三个步骤，待净化油烟依次通过三个净化区域，发生不同的物理和化学变化，不同步骤间相互配合，从而达到较高的净化效率。制成的装置可以应用于餐馆、食堂、饭店等餐饮经营单位，属于高端餐饮油烟净化设备，且经济性强。

在光化学氧化步骤，在反应区内置一盏或多盏紫外灯，其光波长约为185nm，或185+254nm。油烟通过光化学反应后被氧化，在一定停留时间和能量密度下，对某些有害成分的降解率可达到90％以上。但尚有部分未降解成分，以及大量醛、酮类中间产物排出进入湿法水吸收区域。

在湿法水吸收区域，在反应空间内置有一个或多个喷头簇，每个喷头簇包含若干喷头喷出吸收剂，形成吸收水罩，气体通过水罩吸收能够提高吸收效率。由于光化学反应区排出的大量醛、酮类物质都易溶于水，因此吸收剂多采用水，这样能够降低吸收成本且达到较好的吸收效果。由于绝大多数有机物在降解过程中都会经历烷烃的步骤，所以光化学氧化区产生的醛、酮类物质的数量是相当可观的。而水吸收区域恰好可以去除这部分物质，提高净化效果，消除环境污染。用于吸收的水通过泵抽回循环利用，以节省水资源。在长时间运行中，由于水溶剂需要定期更换，净化设备会排放少量污水。但这较大量醛、酮类物质直接排放造成的负面环境影响已大大降低。

最后一个区域为蜂窝状活性炭吸附区，此区域为在气体管道内安置一段蜂窝状活性炭，主要针对性吸收光化学氧化区产生的臭氧，兼及少部分化学性质稳定、极难化学分解但又对环境造成危害的物质。蜂窝状活性炭与普通活性炭相比，阻力小，吸附力强，但如果完全靠它来吸附油烟，需要大量使用方能奏效，且由于吸附量大，吸附气的解吸和回收也成为一个问题。将蜂窝状活性炭置于光化学氧化和水吸收之后，恰好弥补了前两种反应过程的不足，最大限度地提高了净化效果和减小了使用成本。

附图说明

图1为本方法工艺流程示意图。

图2为净化装置结构示意图，其中

1为进气口，2为进气调节区，3为光化学氧化区，4为喷淋吸收区，5为蜂窝状活性炭吸附区，6为出气调节区，7为出气口，8为粗滤网格，9为低压汞紫外灯，10为百叶隔板，11为喷头，12为循环泵，13为液体吸收口。

具体实施方式

下面结合图2对本发明的技术方案做进一步说明，图2仅为实现所述方法的一种装置。

如图，净化器主体为圆柱或棱柱容器，外壁采用不锈钢制成，安装在油烟排出管道上。容器前后经由进气调节区2使气路变窄，以便与排气管道相连，且使气流均匀分布于反应器内。气流经进气口1流入后，先后经由进气调节区2、光化学氧化区3、喷淋吸收区4、蜂窝状活性炭吸附区5、出气调节区6，最后经出气口7排出。

在光化学氧化区前端置有一金属过滤网格8，仅用来阻挡油烟中可能存在的大型杂物。光化学氧化区内置有多盏特制低压汞紫外灯管9，其能同时发出波长为185nm和254nm的紫外光，且具有较高能量密度。其排列规律和气流停留时间之间符合自主研究得到的最优参数关系。强紫外光能够使进气油烟中的氧气反应产生臭氧，使油烟中的水分解产生羟基自由基。在几种原理共同作用下，大部分油烟中的污染物被分解，其中一部分彻底氧化为二氧化碳和水，另一部分成为醛、酮类中间产物。

气体经百叶隔板10进入喷淋吸收区4，百叶板通透气流且防止喷淋区的水流入光化学反应区3。喷淋吸收区4安装有多组喷头11，向下喷水形成水罩，使气体充分与水接触。气体中易溶于水的成分，特别是醛、酮类中间产物被水吸收。吸收液经循环泵12循环利用，并定期排出，通过污水处理厂处理。

气体再经百叶隔板流入蜂窝状活性炭吸附区5。此区域内置有多块蜂窝状活性炭，通过它可以吸附光化学氧化区产生的臭氧，避免臭氧排入大气对周围环境和人体造成伤害。它还可吸附极少数光化学极难分解、又不易溶于水的污染物质，提高综合净化效率。蜂窝状活性炭较普通活性炭相比，阻力小，可减小气流压降，提高气体流速，节省电力。

本净化器可广泛应用于饭店、酒店、餐馆等餐饮经营单位，它净化后的油烟超前于国家现行标准，大幅降低了油烟排放对环境的影响值，节能环保，安全可靠，运行成本低。

Claims (7)

1. 一种去除油烟中油雾和挥发性有机物的方法，其特征在于：所述方法是由紫外线光化学氧化、湿法水喷淋、蜂窝状活性炭吸附三个步骤组成；所述光化学氧化步骤通过紫外灯使油烟发生反应，所述水喷淋步骤通过吸收去除光化学氧化产生的大量醛、酮类中间产物和小部分污染物，所述蜂窝状活性炭吸附步骤通过吸附去除光化学氧化产生的大部分臭氧和小部分极难降解的污染物。

2. 实现如权利要求1所述的一种去除油烟中油雾和挥发性有机物的装置，其特征在于：所述装置的主体为圆柱或棱柱容器，安装在油烟排出管道上；依次设有进气调节区(2)、光化学氧化区(3)、喷淋吸收区(4)、蜂窝状活性炭吸附区(5)、出气调节区(6)。

3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在所述光化学氧化区(3)装有紫外灯管(9)，发射波长涵盖185nm。

4. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在所述光化学氧化区(3)前端设有粗孔金属过滤网格(8)。

5. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在所述光化学氧化区(3)和喷淋吸收区(4)之间、喷淋吸收区(4)和蜂窝状活性炭吸附区(5)之间通过百叶隔板(10)相连；喷淋后的液体循环利用，并定期排出残液。

6. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：在所述蜂窝状活性炭吸附区(5)内装有蜂窝状活性炭。

7. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述装置外壁由不锈钢制成，光化学氧化区内壁贴附铝箔，以增强对光的反射效果。

Images