CN109157952B - 一体化餐饮油烟净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体化餐饮油烟净化装置，它将双层套管式等离子体发生器置于电化学反应池内，双层套管式等离子体发生器由内外两层石英套管组成，内层套管内装有导电铁粉作为高压端，外层套管外侧包裹铁丝网作为低压端，高频高压交流电源连接高压端与低压端，双层套管式等离子体发生器的上部设有与夹层间隙相通的进气口，底部设有与夹层间隙相连通的环形微纳米布气系统；电化学反应池内设有与直流供电电源相连接的电催化氧化电极，电化学反应池的顶部设有出气口。本发明采用放电等离子体与电催化氧化技术一体化高度协同的方法高效净化餐饮油烟，解决了放电装置过热和气溶胶附着后清洗较难的难题，具有工艺简单、结构紧凑、占地小和运维简便等优点。

Description

一体化餐饮油烟净化装置

技术领域

本发明涉及餐饮油烟污染治理技术领域，具体是一体化餐饮油烟净化装置。

背景技术

城市餐饮行业的迅速发展不可避免的引起了一系列环境问题。其中，餐饮油烟是影响城市空气质量的重要污染物之一。餐饮源排放的大量的气、液、固三相混合物，直接危害人体健康。同时，油烟中包含的挥发性有机物是灰霾的前体物之一。如何妥善处置餐饮油烟已成为研究的热点。目前市场中的餐饮油烟处理设备，以静电除尘为工作原理的占多数。该方法能有效降低餐饮油烟的危害，但它只实现了污染物的吸附转移，并没有真正的去除、降解污染物。生物法也是一种传统的餐饮油烟处理方法，但餐饮油烟的成分复杂，微生物的生存环境易受其改变。因此，寻找新型、高效的餐饮油烟处理方法具有重要意义。

放电等离子体技术是近些年来兴起的工艺简单、处理效果好、无二次污染的新型污染物处理技术。在高电压作用下，产生冲击波、紫外光、羟基自由基、氢自由基、高能电子等活性粒子。这些因素协同作用，能够有效降解餐饮油烟中含有的多种有机物，整个过程中不会引入新的污染物。实际应用中，为进一步提高处理效率、降低能耗，放电等离子体常与活性炭、催化剂、电催化氧化等方法联用。

目前针对餐饮油烟的净化工艺中，多采用等离子体与其他技术进行多级简单串联的结构设计。该工艺能够达到一定的处理效果，但存在弊端。首先，工作时为保障放电稳定，需通风为放电装置降温；其次，长期运行后，放电装置内易附着气溶胶，如果未经妥善处理，将造成处理效率下降，甚至发生爆炸。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一体化餐饮油烟净化装置，该装置占地小、高效净化油烟，能有效解决放电装置散热问题以及使用后气溶胶的清洗问题，且无二次污染。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明一体化餐饮油烟净化装置，它包括高频高压交流电源、双层套管式等离子体发生器、环形微纳米布气系统、电化学反应池、电催化氧化电极、直流供电电源，双层套管式等离子体发生器置于电化学反应池内，双层套管式等离子体发生器由内外两层石英套管组成，内层套管内装有导电铁粉作为高压端，外层套管外侧包裹铁丝网作为低压端，所述高频高压交流电源经高压导线连接双层套管式等离子体发生器的高压端与低压端，内外两层石英管之间有夹层间隙，双层套管式等离子体发生器的上部设有与夹层间隙相通的进气口，进气口连接餐饮油烟废气的排气管，双层套管式等离子体发生器的底部设有与夹层间隙相连通的环形微纳米布气系统；电化学反应池内设有与直流供电电源相连接的电催化氧化电极，电化学反应池的顶部设有出气口。

所述电化学反应池内盛有电解质溶液，电化学反应池外侧涂有环氧树脂绝缘层，底部放置有绝缘垫，电化学反应池外壁设有观测口。

所述电催化氧化电极包括阳极和阴级，阳极和阴级分别与直流供电电源的正极与负极相连接。

所述环形微纳米布气系统包括环形微纳米气泡发生器和螺旋叶片搅拌器，环形微纳米气泡发生器安装在双层套管式等离子体发生器的底部出口处，螺旋叶片搅拌器安装在电化学反应池底部，且位于环形微纳米气泡发生器的下方。

所述双层套管式等离子体发生器的底部出口为螺旋形，所述环形微纳米气泡发生器安装在双层套管式等离子体发生器的底部出口处，环形微纳米气泡发生器设有多个出气圆环，出气圆环的半径由上至下依次增大，开孔密度由上至下依次增大。

所述出气口设有HEPA过滤网或活性炭。

所述高压导线为50kV耐高压导线。

本发明通过合理设计放电装置(即双层套管式等离子体发生器)与电化学反应池，创新性地实现两个反应流程有机的结合在一起。通过将放电装置置于电化学反应池中，使放电过程中产生的热量传输到电催化氧化体系中，加快电催化反应速率，同时解决放电装置散热问题，解决了使用后气溶胶的清洗问题，从而达到高效净化、无二次污染的目的。本发明装置投资少、占地面积小、操作简单、拆卸方便、可实现低空排放，可广泛应用于多种餐饮行业。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过合理的设计，创造性地将双层套管式等离子体发生器完全置于电化学反应池(即电催化氧化反应池)中，使放电装置在处理餐饮油的同时能够充分散热，提高设备使用寿命，同时通过对布气系统的设计，使经放电处理后的尾气均匀扩散到电化学反应池中，实现电解质溶液对尾气的高效吸收、捕集，有利于电催化氧化作用深度处理尾气，整个过程高效低廉、连续稳定，不产生二次污染。

(2)本发明在餐饮油烟处理完毕后，电解质液体可重新充满双层套管式等离子体发生器的夹层中，通过充放气配合电催化氧化作用实现对气溶胶的自动清洗，降低设备运维成本，提高设备使用寿命。

附图说明

图1是本发明一体化餐饮油烟净化装置的结构示意图。

图2是图1中电化学反应池的俯视示意图。

图3是图1中环形微纳米布气系统的放大示意图。

图4是图1中双层套管式等离子体发生器的主视图。

图中：1、高压端；2、进气口；3、出气口；4、进气风机；5、低压端；6、夹层间隙；7、阴极；8、阳极；9、双层套管式等离子体发生器；10、电化学反应池；11、环形微纳米布气系统；11-1、环形微纳米气泡发生器；11-2、螺旋叶片搅拌器；12、观测口；13、接地；14、高压导线；15、高频高压交流电源；16、绝缘垫；17、直流供电电源；18、环氧树脂绝缘层；19、控制台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，为使附图简洁明了，图中仅示意性的标出与本发明功能相关的部分，但本发明可实施的情况并不限于以下实施例的范围。

如图1和图2所示，本发明一体化餐饮油烟净化装置包括高频高压交流电源15、双层套管式等离子体发生器9、环形微纳米布气系统11、电化学反应池10、由阳极8与阴级7组成的电催化氧化电极、直流供电电源17，双层套管式等离子体发生器9置于电化学反应池10内，双层套管式等离子体发生器9由内外两层石英套管组成，内层套管内装有导电铁粉作为高压端1，外层套管外侧包裹铁丝网作为低压端5，高频高压交流电源5经高压导线14连接双层套管式等离子体发生器的高压端1与低压端5，内外两层石英管之间有夹层间隙6，双层套管式等离子体发生器9的上部设有与夹层间隙6相通的进气口2，进气口2连接餐饮油烟废气的排气管，该排气管上设有进气风机4，双层套管式等离子体发生器9的底部设有与夹层间隙6相连通的环形微纳米布气系统11，电化学反应池10内设有与直流供电电源17相连接的电催化氧化电极，所述电催化氧化电极包括阳极7和阴级8，阳极7和阴级8分别与直流供电电源17的正极与负极相连接；电化学反应池10的顶部设有出气口3，出气口3内设有HEPA过滤网或活性炭。

所述电化学反应池10内盛有电解质溶液，电化学反应池外侧涂有环氧树脂绝缘层18，底部放置有绝缘垫16，电化学反应池外壁设有观测口12。

如图3所示，环形微纳米布气系统11包括环形微纳米气泡发生器11-1和螺旋叶片搅拌器11-2，环形微纳米气泡发生器11-1安装在双层套管式等离子体发生器9的底部出气口处，螺旋叶片搅拌器11-2安装在电化学反应池10的底部，且位于环形微纳米气泡发生器11-1的下方。

所述双层套管式等离子体发生器9的底部出气口为螺旋形并连接环形微纳米气泡发生器11-1，环形微纳米气泡发生器11-1设有多个出气圆环，出气圆环的半径由上至下依次增大，开孔密度由上至下依次增大，产生的微纳米气泡直径约3～5μm，气泡在水中上升速度约为3～6mm/min，配合电化学反应池底部的螺旋叶片搅拌装置11-2，使尾气通入反应池时，均匀的扩散到四周。

本发明所述双层套管式等离子体发生器9整体置于电化学反应池内，其采用双层石英套管，内层套管中盛有铁粉连接高压极，并做防水层，外层套管裹铁丝网连接低压极，内外两层间存在间隙2-6mm，加工时尽可能保证石英壁平整。当通入餐饮油烟时，两层石英中的夹层间隙充满气体，作为绝缘介质，施加高压后30kV-50kV，直接对餐饮油烟气体放电。产生的活性粒子第一时间参与降解餐饮油烟中的有机物。

双层套管式等离子体发生器9的供电设备为高频高压交流电源15，整个装置设置可靠接地13，工作时由操作台19远程控制。

本发明将双层套管式等离子体发生器9完全浸没于电化学反应池中，通过放电装置的进气口通入餐饮油烟，同时排出夹层内电解质溶液，以气体为阻挡介质，实现高压放电。具体包括以下步骤：

S1：将双层套管式放电等离子体发生器9置于电化学反应池10中。高频高压交流电源15经高压导线14连接低压端5与高压端1，双层套管式放电等离子体发生器9的两层套管之间存在夹层间隙6，以气体为绝缘介质；双层套管式放电等离子体发生器9设有进气口2，整个双层套管式放电等离子体发生器9浸没于电化学反应池10内，池中电解质溶液充满双层套管的夹层间隙6。从进气口2通入油烟废气，气体将夹层间隙6中的水排出后，启动高频高压交流电源15；高电压击穿气体，直接对餐饮油烟放电，冲击波、紫外光、活性粒子等直接对餐饮油烟进行处理。同时，餐饮油烟中的水分同时为反应提供了更多的氢元素，在放电过程中生成更多的羟基自由基参与降解反应。该过程有效降解餐饮油烟中的多种有机物，处理效率≥65％，经处理后的油烟不断从双层套管下方排出；

S2：通过环形微纳米布气系统11将经S1处理后的含有少量未完全反应有机成分的尾气以微纳米气泡的形式均匀分散至液相中，气泡直径3-5μm，水中上升速度约为3-6mm/min，尾气中的有机成分被电解质溶液充分吸收和捕集，该过程的捕集效率≥99％，该过程将放电等离子体与电催化氧化有机地结合在一起；

S3：打开直流供电电源17，具有催化作用的电极在电场作用下产生羟基自由基等活性基团对捕集到的尾气进行直接降解，放电时产生的一部分热量经双层套管式等离子体发生器的外壁辐射到溶液中，可加速电催化氧化反应的反应速率。反之，整个溶液将持续为双层套管式等离子体发生器降温，使其充分散热，保证运行安全，同时省去了很大一部分散热成本，由于餐饮油烟的成分复杂，为保持设备运行的高效，反应池底部设置观测口12，实时监测容器中的pH、电导率、悬浮物等化学指标，经处理的餐饮油烟气体由反应池出气口3排出，该出气口设有HEPA过滤网，拦截不参与反应的颗粒物；

S4：处理完毕后，关闭高频高压交流电源15，液体重新填满放电装置高低压端之间的夹层间隙6，此时通过对夹层间隙6进行充放气，配合电催化氧化，对间隙中残留的气溶胶物质进行清洗。

此外，系统运行过程中多个参数可根据餐饮油烟废气负荷(气量、浓度)大小改变。当气量大、浓度高时，提高交流电电压、增大直流供电电压，或是投入催化剂协助反应，均为既高效、又节能的方法。

Claims (5)

1.一体化餐饮油烟净化装置，其特征在于，它包括高频高压交流电源、双层套管式等离子体发生器、环形微纳米布气系统、电化学反应池、电催化氧化电极、直流供电电源，双层套管式等离子体发生器置于电化学反应池内，双层套管式等离子体发生器由内外两层石英套管组成，内层套管内装有导电铁粉作为高压端，外层套管外侧包裹铁丝网作为低压端，所述高频高压交流电源经高压导线连接双层套管式等离子体发生器的高压端与低压端，内外两层石英管之间有夹层间隙，双层套管式等离子体发生器的上部设有与夹层间隙相通的进气口，进气口连接餐饮油烟废气的排气管，双层套管式等离子体发生器的底部设有与夹层间隙相连通的环形微纳米布气系统；电化学反应池内设有与直流供电电源相连接的电催化氧化电极，电化学反应池的顶部设有出气口；所述电化学反应池内盛有电解质溶液，电化学反应池外侧涂有环氧树脂绝缘层，底部放置有绝缘垫，电化学反应池外壁设有观测口；所述电催化氧化电极包括阳极和阴级，阳极和阴级分别与直流供电电源的正极与负极相连接。

2.根据权利要求1所述一体化餐饮油烟净化装置，其特征在于，所述环形微纳米布气系统包括环形微纳米气泡发生器和螺旋叶片搅拌器，环形微纳米气泡发生器安装在双层套管式等离子体发生器的底部出口处，螺旋叶片搅拌器安装在电化学反应池底部，且位于环形微纳米气泡发生器的下方。

3.根据权利要求2所述一体化餐饮油烟净化装置，其特征在于，所述双层套管式等离子体发生器的底部出口为螺旋形，所述环形微纳米气泡发生器安装在双层套管式等离子体发生器的底部出口处，环形微纳米气泡发生器设有多个出气圆环，出气圆环的半径由上至下依次增大，开孔密度由上至下依次增大。

4.根据权利要求1所述一体化餐饮油烟净化装置，其特征在于，所述出气口设有HEPA过滤网或活性炭。

5.根据权利要求1所述一体化餐饮油烟净化装置，其特征在于，所述高压导线为50kV耐高压导线。