CN103394265A

CN103394265A - 厨房油烟深度净化处理的方法

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Publication number: CN103394265A
Application number: CN2013103449766A
Authority: CN
Inventors: 沈欣军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: CN103394265B

Abstract

本发明属于环境保护应用技术领域，涉及一种厨房油烟深度净化处理的方法，是在去除厨房油烟中的油烟颗粒后，进一步氧化分解油烟中气态污染物和去除异味的深度净化处理方法；净化后的烟气直接排入到自然大气中，不会造成二次污染。本发明方法不但满足现行的《饮食业油烟排放标准（试行）》（GB18483-2001），也将满足未来修订后的标准对厨房油烟中气态污染物和异味排放的要求。

Description

厨房油烟深度净化处理的方法

技术领域

本发明属于环境保护应用技术领域，主要涉及一种厨房油烟净化处理的方法，特别是涉及到一种在去除厨房油烟中的油烟颗粒后，进一步氧化分解油烟中气态污染物和去除异味的深度净化处理方法。

背景技术

随着我国经济的不断深入，第三产业突飞猛进的发展，餐饮服务业如雨后春笋，大酒店、快食店、小吃店、便民店、饮食摊群和露天烧烤等到处可见，它繁荣了城市经济，推动了城市的发展，同时也给环境带来了污染，大部分餐饮店产生的油烟无控排放，油烟中的异味使得居民的投诉呈逐年上升趋势。1995年，国家环保局和国家工商管理局联合发出了《关于加强饮食娱乐服务业环境管理的通知》，《通知》中要求餐饮业必须设置收集油烟的装置，对排放的油烟进行治理。2001年11月12日，国家环保总局又颁布了《饮食业油烟排放标准（试行）》（GB18483-2001），规定了餐饮业单位油烟的最高允许排放浓度和油烟净化设备的最低去除效率。

表1饮食业单位的油烟最高允许排放浓度和油烟净化设施最低去除效率

我国的饮食结构主要以熟食为主，在厨房通过烹饪加热，将生食加工成美味可口的饭菜。烹饪时所用的油主要有植物油和动物油。在高温的条件下，食用油产生大量热氧化分解产物，当发烟点达到170℃时，出现初期分解的蓝烟雾，随着温度的继续升高，分解速度加快，当温度达到250℃时，油面出现大量油烟，并伴有刺鼻气味。油烟具有气态、液态、固态三种形式，气态污染物（VOCs）与空气形成混合气体；大颗粒的液态、固态污染物分布在空气中形成可自然沉降悬浊物；小颗粒的液态、固态污染物分布在空气中形成相对稳定的气溶胶，从厨房未经处理直接排出的油烟废气同时含有上述3种形态的污染物。在大气中扩散的油烟，其中粒径大于10um的污染物基本上可以在24h内完成自然沉降，10um以下的污染物可长时间以气溶胶形式在大气中飘浮。

油烟污染物成分比较复杂，既有油脂、蛋白质和原料等在受热条件下，进行物理化学反应产生的有机烟气，也有在加热操作过程中，油料、物料、液滴溅裂所分解、氧化，聚合的高分子化合物，再与燃烧烟气混合，形成气态、液态和固态的三类污染物。有关部门对油烟测试结果表明，油烟至少含有300多种化学物质。其中主要的有醛、酮、烃、脂肪酸、醇、芳香化合物、脂、内脂和杂环化合物等，同时，在烹饪油烟中还发现挥发性亚硝胺等己知突变致癌物。这些油烟气溶胶的化学组成十分复杂，在空气中长时期悬浮飘移过程中又吸附了多种物质，并在其表面进行着复杂的物理、化学反应，形成对人体危害更大的污染物。具体污染物会随所选用的食用油种类、操作条件、操作规模及操作温度等的不同有很大差异。

2012年2月，国务院发布了新修订的《环境空气质量标准》（GB3095-2012），其中增加了PM2.5监测指标，规定PM2.5年和24小时平均浓度限值分别定为0.035mg/m3和0.075mg/m3。而我国的《饮食业油烟排放标准（试行）》（GB18483-2001）至今颁布已有十多年，如果各餐饮行业继续遵照此排放标准，随着我国餐饮业的蓬勃发展，各地的环境空气质量将很难满足日益严格的《环境空气质量标准》（GB3095-2012）。

《饮食业油烟排放标准（试行）》（GB18483-2001）中对作为监测对象的“油烟”作了定义，“指食物烹饪、加工过程中挥发的油脂、有机物及其加热分解或裂解产物，统称为油烟”，不予区分气态物和颗粒物，似乎包括了两者，其实不然。在实际工作中可发现有不少按油烟标准进行监测并达标的油烟污染源，其排气（主要是气味）仍然严重污染环境，影响人们的生活。可见油烟标准只监控了油烟颗粒物，而漏掉了气态污染物。因此，油烟标准只是监控了油烟中的颗粒物是不全面的，需要进一步完善，对油烟中的气态物也应该采样监测，并与颗粒物一起进行评价。

目前，国内外油烟废气处理技术主要有以下几种：

（1）机械净化法

机械净化法的原理是利用油烟颗粒的质量大于空气质量，通过重力、离心力、惯性力等使油烟颗粒分离出来，以达到净化的目的。机械净化法使用设备简单，压降小，成本较小，但去除油烟的效率不高，通常只有50%～70%，对粒径较小的成分往往难以达到分离效果，且分离的油烟污染物易堆结且不易清洗，一般只作为净化工艺的预处理。

（2）高压静电净化法

高压静电净化的原理是使油烟废气通过高压电场，使油烟微粒荷电在电场力的作用下沉积下来，以达到净化的目的。这种设备的投资少、占地小、阻力小、无二次污染。由于易捕捉粒径较小的油滴，净化效率高可达85～95％。但形成的油垢黏度较高，不易清洗；若用清洗剂清洗会导致二次污染，长期使用会在集尘极表面形成一层油膜层，使净化效率大幅下降。

（3）洗涤吸收法

洗涤吸收法是使吸收液与油烟废气接触，使污染物从气相转移到液相从而得以去除。常见的洗涤吸收工艺为喷淋、循环水膜与集气罩相连的运水烟罩等。洗涤吸收法处理油烟废气的效率高，且对燃烧产生的污染物SO₂、NO_x等也有一定的去除效果。这种设备结构简单、投资少占地小、运行费用低、维修管理方便；但存在阻力大、产生油污水二次污染的缺点，净化效率一般在80％左右。

（4）过滤吸附法

过滤吸附法的原理是利用油烟废气中的颗粒物与过滤材料惯性碰撞、截留和扩散沉积共同作用下被捕集于滤料中从而达到净化的效果。常用的过滤材料有活性炭、滤布、纤维、陶瓷以及一些特殊矿物质如海泡石等，其中以活性炭最为广泛。滤料的孔隙大小、厚度、颗粒物粒径和过滤风速是影响去除效率的主要因素。这种设备投资少、运行费用低、无二次污染、维修管理方便；但有阻力大、占地大、需要经常更换滤料的缺点。净化效率一般在80-90％。

（5）热氧化焚烧法和催化净化法

热氧化焚烧法是利用热推进的反应，将油烟气中的有毒成分转换成安全状态，适用于大型餐饮业。催化净化法是采用各种具有自净化功能的催化剂，在烹调过程中通过催化氧化燃烧将油滴转化为CO₂和水蒸汽，从而消除污染和臭味，适用于中小型餐饮业。

（6）生物降解法

生物降解法是利用特定的微生物对油烟污染物的降解作用达到净化的目的。微生物对油烟中的大部分成分都有降解能力，可利用油烟对污泥进行驯化培养，当其具备一定的降解能力时，将污泥挂膜于填料塔中，当油烟废气通过时可被吸收降解。生物降解法受温度影响较大，当温度较高的油烟通过时降解效果会降低。

厨房油烟废气治理技术的研究既要从环保角度考虑所要求的高去除率、无二次污染等因素；又要从用户角度考虑所期望的投资少、能耗低、占地小等因素。显而易见，单一的治理方法已经不能满足。因此，本发明提出了一种新的厨房油烟深度净化处理方法，实现了厨房油烟中油烟颗粒、气态污染物和异味的同时去除，不但能够满足现行的《饮食业油烟排放标准（试行）》（GB18483-2001），也将满足未来修订后的标准对厨房油烟中气态污染物和异味排放的要求。

发明内容

发明目的：

本发明的目的是为解决现行厨房油烟处理技术只能实现对油烟颗粒的去处，不能有效的解决油烟中气态污染物和异味的问题，而提出的一种有效的同时去除油烟中油烟颗粒、气态污染物和异味的深度净化处理方法，该方法不会形成二次污染。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种厨房油烟深度净化处理的方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：

（1）将H₂O经雾化器雾化后形成粒径小于5um的小液滴和烟气同时进入强电离放电等离子体反应器中，H₂O小液滴和烟气中的O₂在强电离放电作用下，发生非平衡等离子化学反应体生成高浓度的OH^·自由基；

（2）厨房油烟经过排油烟机后，其中大粒径油烟颗粒（10um以上）被去除，油烟中剩余的小粒径油烟颗粒（10um以下）和气态污染物，经过予荷电、宽极距电收雾器时，其中小粒径油烟颗粒经予荷电后，被凝聚成大的油烟颗粒，被捕集于器壁上，去除效率达99%以上；剩余含有亚微米级油烟颗粒物和气态污染物的油烟，进入强电离放电等离子体反应器中，与步骤（1）产生的高浓度OH^·自由基在1～5s内迅速被氧化分解成CO₂和H₂O，同时异味也被去除，净化后的烟气直接排入自然大气中。

步骤（1）中强电离放电等离子体反应器的电力系统由高频电压控制器高频高压电源和高电压表构成；高频高压电源一端连接高频电压控制器，另一端分别连接第一高电压表和强电离放电等离子体反应器。

步骤（2）中予荷电、宽极距电收雾器的电力系统由直流高压控制器、直流负高压电源和第二高电压表构成；直流负高压电源一端连接直流高压控制器，另一端分别连接第二高电压表和予荷电、宽极距电收雾器。

优点及效果：

（1）对厨房油烟中的小颗粒物去除率达99%以上；同时实现了气态污染物和异味的去除；

（2）不用外加吸收剂和滤料等，成本较低；

（3）厨房油烟经治理后，主要被氧化分解为CO₂和H₂O，无二次污染；

（4）该方法不但满足现行的《饮食业油烟排放标准（试行）》（GB18483-2001），也将满足未来修订后的标准对厨房油烟中气态污染物和异味排放的要求。

附图说明：

图1是本发明中强电离放等离子体发生器原理结构图；

图2是本发明厨房油烟深度净化处理系统示意图。

附图标记说明：

1、排油烟机；2、予荷电、宽极距电收雾器；3、雾化器；4、强电离放电等离子体发生器；5、直流高压控制器；6、直流负高压电源；7、第二高电压表；8、高频电压控制器；9、高频高压电源；10、第一高电压表；11、管路；A、原料气体；B、新物质；C、放电间隙；D、放电极；E、接地极；F、电介质。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明加做进一步的说明：

图1是本发明中强电离放等离子体发生器4的原理结构图。在放电间隙C的两侧电极上冶贴高绝缘度、高介电常数、高密度、高均匀度和低矫曲度的α-Al₂O₃薄层电介质F，有效地抑制了放电电流的无限制增大，阻止了放电间隙C内火花放电或弧光放电的产生，提高了介质阻挡放电装置的性能。当在放电极D和接地极E之间留有0.1～1.0mm的放电间隙，并在电极之间加上频率f为5～20kHz、电压峰值V_m为8～20kV，放电能流密度I为2.1W/cm²左右，上升速率dv/dt大于0.5kV/μs的电压时，在放电间隙里形成折合电场强度≥400Td的强电场，电子从电场获得的平均能量大于10eV，电子浓度可达到10¹⁵/cm³以上，其中大部分具有高能量的电子足以使O₂、H₂O分子激发、离解和电离，再以形成离子簇方式进行离解、离解电离、电荷交换等反应产生强氧化性的OH^·等自由基。

本发明是一种厨房油烟深度净化处理的方法，如图2中所示，该方法按以下步骤进行：

（1）H₂O经雾化器3雾化后形成粒径小于5um的小液滴和烟气同时进入强电离放电等离子体反应器4中，H₂O小液滴和烟气中的O₂在强电离放电作用下，发生一些列非平衡等离子体化学反应生成高浓度的OH^·自由基；

（2）厨房油烟经过排油烟机1后，其中大部分的大粒径油烟颗粒（10um以上）可以被去除；经过排油烟机1后的油烟中剩余的小粒径油烟颗粒（10um以下）和气态污染物，经过予荷电、宽极距电收雾器2时，其中的小粒径油烟颗粒经予荷电后，被凝聚成大的油烟颗粒，被捕集于器壁上，去除效率可达99%以上；经过予荷电、宽极距电收雾器2处理后的剩余含有亚微米级油烟颗粒物和气态污染物的油烟，进入强电离放电等离子体反应器4中，与步骤（1）产生的（被其中强电离放电）高浓度OH^·自由基在1～5s内迅速被氧化分解成CO₂和H₂O，同时异味也被去除，净化后的烟气直接排入自然大气中。

步骤（1）中强电离放电等离子体反应器4的电力系统由高频电压控制器8、高频高压电源9和高电压表10构成；高频高压电源9一端连接高频电压控制器8，另一端分别连接第一高电压表10和强电离放电等离子体反应器4。

步骤（2）中予荷电、宽极距电收雾器2的电力系统由直流高压控制器5、直流负高压电源6和第二高电压表7构成；直流负高压电源6一端连接直流高压控制器5，另一端分别连接第二高电压表7和予荷电、宽极距电收雾器2。

采用本发明方法，经过排油烟机（机械净化法）的厨房油烟，其中大部分的大粒径油烟颗粒（10um以上）可以被去除。其他小粒径油烟颗粒（10um以下）和气态污染物通过予荷电、宽极距电收雾器，其中小粒径油烟颗粒经予荷电后，被凝聚成大的油烟颗粒，被捕集于器壁上，去除效率可达99%以上。剩余极其细小的油烟颗粒物（亚微米级）和气态污染物进入强电离放电等离子体发生器，同时H₂O经过雾化器后产生的小液滴（直径小于5um）也进入到强电离放电等离子体发生器，在强电离放电的作用下，气体中O₂、H₂O等瞬间发生一系列非平衡等离子体化学反应生成高浓度的OH^·自由基，具有强氧化性的OH^·自由基在1～5s内将油烟中的细小油烟颗粒、气态污染物等快速氧化分解成CO₂和H₂O，同时去除了油烟的异味，洁净的气体排入到自然大气中。

OH^·自由基是自然界存在的一种由氢氧原子组成的原子团簇物质，是O₂和H₂O（或H₂）在外加（天然或人工）条件下反应生成的，是净化自然界的有效的绿色药剂。OH^·自由基氧化能力极强，其氧化能力仅次于氟。能很容易地氧化各种有机物和无机物，氧化效率高，反应速度快，是许多高级氧化工艺的氧化主体。

OH^·自由基具有独特的性质：

（1）短暂性：OH^·自由基的生存时间小于1us，很难对它进行测试。

（2）强氧化性：OH^·自由基的标准电极电位与其它氧化剂的比较见表2。表2数据表明，OH^·自由基比一些常用的强氧化剂具有更高的氧化还原电位。

表2羟基自由基的标准电极电位与其它强氧化剂比较

（3）高电负性或亲电性：OH^·自由基的电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点，这就决定了OH^·自由基的进攻具有一定的选择性。

强电离放电反应中OH^·自由基的形成过程如下：

（1）低能量电子碰撞产生OH^·自由基过程

具有低能量（2eV～8eV）的电子与H₂O发生非弹性碰撞产生OH^·自由基数量很少，不是主体反应，其分解、分解附着等等离子体反应式如下：

H₂O+e→H^－+OH^·

H₂O+e→H^·+OH^·+e

O₂+e→e+O(¹D)+O(³P)

在O(¹D)作用下H₂O的分解反应：

O(¹D)+H₂O→2OH^·。

（2）高能量电子碰撞产生OH^·自由基过程

在强电离放电中，电子从电场获得的平均能量接近或大于13eV时，等离子体中电子能量分布是按麦克斯韦规律分布的，其中大部分具有高能量的电子足以使O₂、H₂O分子激发、离解和电离（O₂、H₂O分子的电离能分别为12.5eV、12.6eV），再以形成离子簇方式进行离解、离解电离、电荷交换等反应产生OH^·等自由基。

a．以O₂分子电离为主产生OH^·自由基的等离子体反应过程

O₂分子发生电离、离解电离反应：

O₂+e→O₂ ⁺+2e

O₂+e→O⁺+O^·+2e

同样可以得到N₂ ⁺、H₂O⁺以及N⁺、H⁺等离子。它们与气体分子发生如下电荷交换反应：

N₂ ⁺+O₂→N₂+O₂ ⁺

在电场的作用下，O₂ ⁺与H₂O分子形成水合离子[O₂ ⁺(H₂O)]，其反应式为：

O₂ ⁺+H₂O+M→O₂ ⁺(H₂O)+M

产生OH^·自由基的主要途径是水合离子分解产生的，其反应式为：

O₂ ⁺(H₂O)+H₂O→H₃O⁺+O₂+OH^·

O₂ ⁺(H₂O)+H₂O→H₃O⁺(OH)+O₂

H₃O⁺(OH)+H₂O→H₃O⁺+H₂O+OH^·

可见，采用强电场电离O₂方法也能产生OH^·自由基，每加入100eV的能量时，它最终能产生2.46左右个OH^·自由基。

b．以H₂O分子激发、电离为主产生OH^·自由基的等离子体反应过程

2H₂O+e→H₂O⁺+H₂O^*+2e

激发态H₂O^*分子发生离解反应：

H₂O^*→H^·+OH^·

H₂O⁺发生如下离解电离反应：

H₂O⁺+H₂O→H₃O⁺+OH^·

H₂O⁺→H⁺+OH^·

在强电场中，H₂O分子也发生如下附着反应：

e+H₂O→e^－ _aq

没有被其它分子俘获的电子与H₂O分子碰撞生成e^－ _aq（水合电子），它是一种具有独特性能的自由基，不少化学反应是由e^－ _aq诱发产生的，它比游离电子更加稳定。强电场激发、电离H₂O分子时，每注入100eV的能量时，将产生2.80左右个OH^·自由基和2.75左右个e^－ _aq。

c．其它产生OH^·自由基的等离子体反应过程

在强电离放电中，以O₂、H₂O分子激发、电离产生OH^·自由基占主要反应，除此之外，还有一些其它产生OH^·自由基的途径。如下所示：

O₂+O^·→O₃

O₃+e→O₃ ^·－

O₃→O^·+O₂

O^·+H₂O→2OH^·

O₃+H₂O→O₂+H₂O₂

H₂O₂ ^*→2OH^·

H₂O₂ ^*→H⁺+HO₂ ^－

H₂O₂ ^*+H₂O→HO₂ ^－+H₃O⁺

HO₂ ^－是产生OH^·的诱发剂，将发生如下的等离子体反应：

O₃+HO₂ ^－→HO₂ ^·+O₃ ^·－

HO₂ ^－+O₃→O₂+O₂ ^·－+OH^·

O₂ ^·－+O₃→O₂+O₃ ^·－

H₂O₂+O₂ ^·－→O₂+OH^－+OH^·

O₃+e→O₃ ^·－

O₃ ^·－+H⁺→HO₃ ^·

HO₃ ^·→O₂+OH^·

O₂ ^·－+HO₃ ^·→2O₂+OH^·

综上所述，每向强电场中注入100eV的能量时，可以产生超过5.26个OH^·、2.75个e^－ _aq，共产生8.01多个自由基。

实施例1：

一种厨房油烟深度净化处理的方法，该方法按以下步骤进行：

（1）将H₂O经雾化器3雾化后形成粒径小于5um的小液滴和烟气同时进入强电离放电等离子体反应器4中，H₂O小液滴和烟气中的O₂在强电离放电作用下，发生一些列非平衡等离子体化学反应生成高浓度的OH^·自由基；

（2）厨房油烟经过排油烟机1后，其中大部分的大粒径油烟颗粒（10um以上）可以被去除。剩余含有小粒径油烟颗粒（10um以下）和气态污染物的油烟，经过予荷电、宽极距电收雾器2，其中小粒径油烟颗粒经予荷电后，被凝聚成大的油烟颗粒，被捕集于器壁上，去除效率可达99%以上。剩余含有亚微米级油烟颗粒物和气态污染物的油烟，进入强电离放电等离子体反应器4中，被步骤（1）产生的高浓度OH^·自由基在1～5s内迅速氧化分解成CO₂和H₂O，同时异味也被去除，净化后的烟气直接排入到自然大气中。

本发明这种厨房油烟深度净化处理的方法，油烟净化彻底、效率高，同时实现了油烟颗粒物、气态污染物和异味的去除，主要产物为CO₂和H₂O，不造成二次污染，该方法不但满足现行的《饮食业油烟排放标准（试行）》（GB18483-2001），也将满足未来修订后的标准对厨房油烟中气态污染物和异味排放的要求，适于推广应用。

Claims

1.一种厨房油烟深度净化处理的方法，其特征在于：该方法按以下步骤进行：

（1）将H₂O经雾化器（3）雾化后形成粒径小于5um的小液滴和烟气同时进入强电离放电等离子体反应器（4）中，H₂O小液滴和烟气中的O₂在强电离放电作用下，发生非平衡等离子化学反应体生成高浓度的OH^·自由基；

（2）厨房油烟经过排油烟机（1）后，其中大粒径油烟颗粒10um以上被去除，油烟中剩余的小粒径油烟颗粒10um以下和气态污染物，经过予荷电、宽极距电收雾器（2）时，其中小粒径油烟颗粒经予荷电后，被凝聚成大的油烟颗粒，被捕集于器壁上，去除效率达99%以上；剩余含有亚微米级油烟颗粒物和气态污染物的油烟，进入强电离放电等离子体反应器（4）中，与步骤（1）产生的高浓度OH^·自由基在1~5s内迅速被氧化分解成CO₂和H₂O，同时异味也被去除，净化后的烟气直接排入自然大气中。

2.根据权利要求1所述的厨房油烟深度净化处理的方法，其特征在于：步骤（1）中强电离放电等离子体反应器（4）的电力系统由高频电压控制器（8）、高频高压电源（9）和高电压表（10）构成；高频高压电源（9）一端连接高频电压控制器（8），另一端分别连接第一高电压表（10）和强电离放电等离子体反应器（4）。

3.根据权利要求1所述的厨房油烟深度净化处理的方法，其特征在于：步骤（2）中予荷电、宽极距电收雾器（2）的电力系统由直流高压控制器（5）、直流负高压电源（6）和第二高电压表（7）构成；直流负高压电源（6）一端连接直流高压控制器（5），另一端分别连接第二高电压表（7）和予荷电、宽极距电收雾器（2）。