復合式油煙凈化器除油煙、除味實驗

米俊鋒，裴登明，杜勝男，董美，潘一，李小玲

（1遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001；2南京科創環境工程發展有限公司，江蘇 南京 211000）

復合式油煙凈化器除油煙、除味實驗

米俊鋒1，裴登明2，杜勝男1，董美1，潘一1，李小玲1

（1遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001；2南京科創環境工程發展有限公司，江蘇 南京 211000）

隨著我國餐飲業的迅速發展，大量含有有害氣體和致癌物質的烹調油煙直接排放到空中，亟需治理，而傳統方法凈化效率不高，無法滿足排放標準。為了解決這一問題，本文利用離心技術、過濾技術、電暈放電技術和光解技術組合成復合式油煙凈化器，并對其凈化效率、放電電流和臭氧濃度進行了相關研究。研究結果表明，隨著工作時間的增加，離心技術、過濾技術和電暈放電技術組合的凈化效率最為平穩，保持在 95%左右；有過濾層時，靜電段放電電流隨工作時間的增加衰減的較慢，且相同電壓下，負電暈放電時放電電流隨工作時間衰減的更慢；有靜電段時，油煙凈化器的臭氧濃度最高，且添加過濾層技術后臭氧量減少趨勢最慢。總體而言，過濾技術有效地提高了凈化效率，減小了放電電流和臭氧濃度的衰減。

復合式油煙凈化器；凈化效率；放電電流；臭氧濃度

近年來，隨著我國經濟的發展和人民生活水平的提升，餐飲業迅速發展，導致大量烹調油煙排放。油煙中不但含有SO2、NOx等有害氣體和懸浮性顆粒物，更由于高溫燃燒產生了大量多環芳烴等致癌物質，嚴重地危害到了居住環境和人體健康[1-3]。我國于 2001年發布了《飲食業油煙排放標準》（GB 18483—2001）對其排放進行了嚴格地限制[4]。因此，如何高效地凈化油煙成為目前的研究熱點。

油煙的凈化技術主要分為物理方法和化學方法兩類。物理法包括機械分離法、過濾法、吸附法、洗滌法和靜電法，化學法包括熱氧化法與催化燃燒法，目前我國以物理方法為主，可能存在凈化效率不高和應用場合受限的問題。而復合式油煙凈化器采用全新的物理與化學相結合的方法，很大程度上提高了凈化效率，具有廣闊的發展前景[5-11]。

南京科創環境工程發展有限公司開發了一種復合式油煙凈化器，將離心技術、過濾技術、靜電技術、光解技術等很好地組合在一起，既提高了油煙的凈化效率，還有效地將油煙中的味道除掉，已經在遼寧某公司食堂得到了成功應用。本文對幾種技術組合情況下的凈化效率、放電電流和臭氧濃度進行了實驗研究，對其相關理論進行了探索。

1 實驗裝置和方法

1.1 實驗裝置

圖1為復合式油煙凈化器示意圖，首先油煙在離心風機的帶動下進入裝置，并對大顆粒的油煙進行一定的分離，之后進入開孔棉過濾層，可以有效地將一部分油煙顆粒去除。接下來進入到靜電段進一步的去除，凈化后的油煙進入到光解區，未被去除的氣態污染物與光解管產生O3進行反應，進而將油煙中異味去除，凈化后的干凈空氣通過一個消音器和活性炭網排出設備。

圖1 復合式油煙凈化器示意圖

實驗中所用的復合式油煙凈化器外形尺寸為2080mm×1105mm×860mm，離心風機功率為4.0kW，利用變頻器調節圖1中風機的風量，使風量在0～8000m3/h之間變化，開孔棉厚度為50mm。靜電段由如圖2所示的4個模塊拼合而成，模塊為兩段式，分別為荷電段和集塵段，模塊尺寸為520mm×380mm×475mm，放電形式為鋸齒-板式，鋸齒和板間距為25mm，收塵集間距為10mm，材質為不繡鋼，兩級之間用瓷片絕緣，光解段由6根德國進口光解管組成，每根功率為290W。

圖2 靜電段模塊

1.2 實驗方法

將圖1中的設備安裝到某職工食堂，分別測量不同技術組合條件下該裝置的凈化效率、放電電流、臭氧濃度等參數。為了方便對比，選取以下組合：①離心技術和過濾技術組合；②離心技術和電暈放電技術組合；③離心技術、過濾技術和電暈放電技術三者結合。

實驗過程中的進出口油煙濃度利用油煙檢測儀器來檢測，進而得到凈化效率。風量大小通過變頻器控制：首先利用風速儀測量風速，然后通過式（1）計算風量，確保各種技術組合的情況下，風量前后不變；實驗結束后，將靜電段模塊拿回實驗室，通過電壓表和電流表測量電壓和電流。

式中，Q為風量，m3/h；Qv為風速，m/s；S為設備橫截面積，m2。

光解管可以產生臭氧，臭氧的濃度直接影響著復合式油煙凈化器對味道的去除效果，為此，測量了以上3種組合與光解技術結合的復合油煙凈化器產生臭氧濃度隨時間變化的曲線，其中，臭氧的體積濃度利用臭氧分析儀來檢測，質量濃度根據式（2）進行計算。

式中，X為臭氧的質量濃度，mg/m3；C為臭氧的體積分數，cm3/m3；M為臭氧的相對分子質量。

2 實驗結果與討論

2.1 不同油煙凈化技術組合情況下的凈化效率

固定實驗的風量為 8000m3/h，工作電壓為12kV，分別測量3種技術組合情況下凈化效率隨時間的變化，如圖3所示。從圖3中可以看出，離心技術和電暈放電技術組合的最初油煙凈化效率可以達到90%，高于離心技術和過濾技術的組合。但是在應用的過程中凈化效率逐漸下降，4個月后凈化效率只有31%左右，分析原因主要是電暈放電技術在處理油煙的過程中容易使放電極和集塵極表面黏附一層油煙，隨著外層黏附油煙厚度的增加，使其放電電流變小，影響了煙氣中油煙的荷電。而后者隨著工作時間的增加，使過濾層的微孔逐漸縮小，所以對油煙的過濾效果就更好了，凈化效率隨時間的變化有所提高。離心技術、過濾技術和靜電技術相結合的油煙凈化器由于具有上述兩種油煙凈化器的優點，所以凈化效率隨著工作時間的增加變化不大，保持在95%左右。

圖3 3種組合油煙凈化器的凈化效率隨時間的變化曲線

2.2 電暈放電電流隨工作時間的變化

為了研究過濾層對靜電段的保護程度，不定期地將離心技術和靜電技術組成的油煙凈化器中的靜電段取出，同時將離心技術、過濾技術和靜電技術組成的靜電段取出，將這兩種情況下靜電段拿到實驗室中，利用圖4中的電路對這兩種情況下的靜電段進行測量，圖中虛框內整體代表圖2中的靜電段，利用高壓電壓表測量鋸齒電極和板電極之間的電壓，利用電流表測量電暈放電電流。

圖4 靜電段放電電流測量的示意圖

當電壓分別為12kV和15kV的時候，得到了放電電流隨使用時間的變化規律，如圖5所示。根據圖 5，有過濾層的時候，靜電段放電電流隨工作時間的增加衰減的較慢，過濾層對靜電段電流衰減起到了一定的減緩作用，保持了靜電段的有效工作。圖3和圖5說明了離心技術和電暈放電技術組成的油煙凈化器不能保持長期高效的原因，主要是因為油煙對靜電段電極的黏附使電暈放電電流減弱，進而降低了靜電段的凈化效率。

用正高壓電源代替圖4中的負高壓電源，得到了正電暈放電時放電電流隨工作時間的變化曲線，如圖6所示。根據圖5和圖6，可以看出無論正電暈放電還是負電暈放電，過濾層都對靜電段起到了保護作用，使其能夠更長時間地正常放電。

圖5 負電暈放電時放電電流隨工作時間的變化

圖6 正電暈放電時放電電流隨工作時間的變化

2.3 正負電暈放電電流對比

為了研究過濾層對正負電暈放電的保護效果，將圖 5和圖 6中的部分數據進行了整理，得到了12kV時離心技術、過濾技術和靜電技術組合的油煙凈化器靜電段放電電流衰減百分比隨時間變化的曲線，如圖7所示。

圖7 有過濾層時放電電流衰減百分比隨工作時間的變化曲線

根據圖 7，離心技術、過濾技術和電暈放電技術組成的油煙凈化器在現場工作一段時間后（現場采用的是負電暈放電的形式），將靜電段定期取出，當電壓為12kV的時候，在實驗室中測量正負電暈放電的電流，整理出放電電流隨使用時間的衰減規律，表明負電暈放電放電電流隨工作時間衰減的更慢，分析原因可能是負電暈放電產生的空間電荷對放電極附近的電場有加強作用[12]，因此，一定程度上彌補了油煙對電極表面覆蓋引起的電場減弱情況。

2.4 臭氧濃度隨工作時間的變化情況

當風量為8000m3/h時，測量了以下3種復合油煙凈化器產生臭氧濃度隨時間變化的曲線，實驗結果如圖8所示。

圖8 幾種復合式油煙凈化器工作時臭氧濃度隨時間變化的曲線

在復合式油煙凈化器使用初期，有靜電段的油煙凈化器產生的臭氧濃度更高，原因是靜電段的電暈放電產生了低溫等離子體，電離空氣中的氧氣生成臭氧。另外，隨著使用時間的增加，不含過濾技術的油煙凈化器凈化效率明顯下降，未被捕集的油煙顆粒黏附到了光解管上，影響了光解管對空氣的電離，所以產生的臭氧量明顯下降。與離心技術、電暈放電技術和光解技術組成的油煙凈化器相比，離心技術、過濾技術和光解技術組成的油煙凈化器產生臭氧量隨使用時間衰減較慢，主要原因是其對油煙顆粒物的凈化效率更高，導致油煙對后面光解管的粘附程度減小，所以臭氧濃度衰減速度較慢；同理，離心技術、過濾技術、電暈放電技術和光解技術組成的油煙凈化器的臭氧濃度下降最為緩慢。

2.5 對比分析

通過以上實驗，可以發現，過濾層有效地提高了靜電段和光解段前的凈化效率，保證收塵電極和光解管不輕易被油煙黏附，減小了放電電流和臭氧濃度的衰減，使復合式油煙凈化器的凈化效率穩定在95%左右，免于頻繁地清洗和保養。

本設備與常用的油煙凈化設備對比見表 1[7]。從表1中可以看出，本設備具有凈化效率高、易于保養的優點，應用前景廣闊。

表1 實驗設備與常用油煙凈化設備性能對比

3 結 論

（1）離心技術和電暈放電技術組合的油煙凈化器在應用的過程中凈化效率逐漸下降，離心技術和過濾技術組合的油煙凈化器則隨著使用時間有所提高，而離心技術、過濾技術和靜電技術相結合的油煙凈化器由于具有上述兩種油煙凈化器的優點，凈化效率隨著工作時間的增加變化不大，保持在95%左右。

（2）有過濾層的時候，靜電段放電電流隨工作時間的增加衰減得較慢，過濾層對靜電段電流衰減起到了一定的減緩作用，保持了靜電段的有效工作。相同電壓下，負電暈放電時放電電流隨工作時間衰減得更慢。

（3）復合式油煙凈化器使用初期，有靜電段的油煙凈化器產生的臭氧濃度更高。隨著使用時間的增加，離心技術、電暈放電技術和光解技術組成的油煙凈化器產生的臭氧量減少最快，而添加了過濾技術后，產生臭氧量隨使用時間衰減最慢。

[1] 許全瑞，沈美慶，王軍. 油煙污染及其排放控制技術[J]. 中國稀土學報，2003，21：22-25.

[2] 李俊華. 超重力技術凈化油煙實驗研究[D]. 太原：中北大學，2007.

[3] 黃小琴. 餐飲業油煙污染及其控制方法[J]. 化學工程與裝備，2009（5）：199-201.

[4] 國家環保總局. GB 18483—2001. 飲食業油煙排放標準[S]. 2001.

[5] 趙建偉，許德玄，李曉軍. 飲食業油煙污染與治理技術現狀[J]. 長春工業大學學報：自然科學版，2007，28：63-65.

[6] 王建隴. 靜電式油煙凈化器技術探究[J]. 中國環保產業，2004（4）：30-32.

[7] 劉章現，肖曉存，杜玲枝，等. 飲食業油煙凈化技術與應用[J]. 環境污染治理技術與設備，2006，7（9）：103-106.

[8] 段玉環，謝超穎，方恒. 餐飲業油煙污染及治理技術淺議[J]. 環境污染治理技術與設備，2002，3（11）：67-69.

[9] 孫曦，趙傳海，程小榕. 新型飲食業高效復合式油煙凈化器[J]. 中國環保產業，2004（6）：32-33.

[10] 張楠，李賀青. 高壓靜電應用在飲食業油煙凈化上的設計[J]. 環境保護科學，2004，30（3）：7-8.

[11] 鄧九蘭，韓國君，張文俊. 復合式油煙及有害氣體凈化設備的研制[J]. 環境保護科學，1999（3）：6-8.

[12] 米俊鋒，詹小平，杜勝男，等. 磁場對電暈放電極間區域的影響[J].遼寧石油化工大學學報，2013，33（3）：88-91.

·征訂啟事·

Experiments on removing fume and smell of cooking fume composite purifier

MI Junfeng1，PEI Dengming2，DU Shengnan1，DONG Mei1，PAN Yi1，LI Xiaoling1
（1College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，Liaoning，China；2Nanjing Kechuang Environment Engineering Develop Co.，Ltd.，Nanjing 211000，Jiangsu，China）

With the rapid development of catering industry in China，a large number of cooking fumes containing harmful gases and carcinogens have been emitted directly into the air，which need to be treated urgently. However，the purification efficiency of traditional methods is low and cannot meet the emission standard. To solve this problem，a composite cooking fume purifier was developed using technologies of centrifuge，filtration，corona discharge and photolysis. The purification efficiency，discharge current，and ozone concentration were studied. The results showed that when using the technologies of centrifuge，filtration and corona discharge，the purification efficiency was the most stable and kept about 95% with the increase of working hours. When there were filter layers，the discharge current in the electrostatic section decreased slowly over time，and it was more slowly at the negative corona discharge at the same voltage. When there was electrostatic section，the ozone concentration of cooking fume purifier was the highest，and it decreased most slowly after adding filter layers. Overall，the filtration technology could effectively improve the purification efficiency，slow down the decline of discharge current and ozone concentration.

cooking fume composite purifier；purification efficiency；discharge current；ozone concentration

X 511

A

1000-6613（2015）12-4403-05

10.16085/j.issn.1000-6613.2015.12.045

2015-07-03；修改稿日期：2015-08-14。

及聯系人：米俊鋒（1980—），男，講師，碩士生導師，研究方向為低溫等離子體應用研究。E-mail bsmi2007@sina.com。