吸附協(xié)同紫外光降解餐飲油煙實(shí)驗(yàn)研究

朱禮想 杜景軒 王梓鑫 張靜 沈欣軍*

（1. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110870；2. 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)航空彈藥研究院有限公司，黑龍江哈爾濱 150030）

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民對(duì)于生活質(zhì)量的追求也日益提高，這極大地促進(jìn)了餐飲行業(yè)的發(fā)展，因此而帶來(lái)的餐飲油煙污染問(wèn)題也逐漸引起了人們的注意［1］。餐飲油煙大多以氣體的形式排放，其主要成分為揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs）和可吸入懸浮顆粒物（主要為PM2.5和PM10）等，具有難以集中收集處理、間歇性排放、分布范圍廣、容易被忽視等特點(diǎn)［2］。

我國(guó)的飲食結(jié)構(gòu)主要以食用油烹飪食材制成的熟食為主，因此相對(duì)的油煙排放量也非常大。食用油和食材在加熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的分解產(chǎn)物，而這些分解物大多具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，非常容易對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生危害，影響人體的健康［3］。

現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)于餐飲油煙污染治理方面的相關(guān)法律法規(guī)還有待完善，部分法規(guī)停留在一些原則性的規(guī)定上，在現(xiàn)實(shí)中執(zhí)行較為困難，各部門相關(guān)規(guī)章表述籠統(tǒng)，制度體系存在矛盾，缺乏具體的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，難以對(duì)餐飲店鋪的油煙排放行為進(jìn)行有效的違章認(rèn)定［4］。而且對(duì)現(xiàn)階段的各種油煙處理設(shè)備也沒(méi)有清晰明確的標(biāo)準(zhǔn)判定，導(dǎo)致油煙凈化設(shè)備良莠不齊。目前應(yīng)用較為廣泛的油煙凈化技術(shù)主要是機(jī)械分離法、過(guò)濾吸附法、催化氧化法［5］、熱氧化焚燒分解法、靜電沉積法［6］、濕式法、紫外光解法、生物處理法、復(fù)合凈化法等。

本實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合凈化法，即將過(guò)濾吸附法與紫外光解法結(jié)合，來(lái)考察不同濾料在不同風(fēng)速下協(xié)同紫外光解法技術(shù)對(duì)各個(gè)相關(guān)因素的影響。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 材料與儀器

油煙監(jiān)測(cè)器；壓差測(cè)量?jī)x；數(shù)顯風(fēng)速儀；液相色譜儀；超聲清洗儀；變頻離心風(fēng)機(jī)；分析天平；集氣泵；采樣袋；DNP 采樣管；紫外燈；烹飪?cè)O(shè)備；自制濾料承載網(wǎng)架；食用油；無(wú)紡布；玻璃纖維；夾碳布。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)流程如圖1 所示，主要由烹飪區(qū)、檢測(cè)裝置、過(guò)濾及紫外光解裝置構(gòu)成。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程

濾料承載裝置為自制，采用變頻離心機(jī)可對(duì)管道內(nèi)的風(fēng)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到獲取不同風(fēng)速的目的。用風(fēng)壓測(cè)量?jī)x記錄油煙經(jīng)過(guò)濾料前后的壓差，以達(dá)到收集濾料阻力的目的。用油煙檢測(cè)器檢測(cè)濾料協(xié)同紫外光解處理油煙前后的質(zhì)量濃度變化，以達(dá)到計(jì)算過(guò)濾效率的目的。固定濾料架傾斜角為60°，開(kāi)啟紫外燈照射，模擬餐廳烹飪產(chǎn)生較為穩(wěn)定的油煙量后，調(diào)整變頻風(fēng)機(jī)分別使管道內(nèi)風(fēng)速穩(wěn)定在18，22，25，28 m/s 這4 個(gè)變量，濾料采用無(wú)紡布、夾碳布和玻璃纖維3 種。

2.3 分析方法

2.3.1 計(jì)重過(guò)濾效率計(jì)算

計(jì)重過(guò)濾效率（E）是衡量過(guò)濾材料過(guò)濾性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。濾料的過(guò)濾效果主要是在擴(kuò)散效應(yīng)、慣性碰撞效應(yīng)、攔截效應(yīng)和重力沉降效應(yīng)4 種效應(yīng)機(jī)理綜合作用下產(chǎn)生的。計(jì)重過(guò)濾效率可以通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，E 為計(jì)重過(guò)濾效率；c1為油煙通過(guò)濾料前的質(zhì)量濃度的平均值，mg/m3；c2為油煙通過(guò)濾料及紫外光區(qū)后的質(zhì)量濃度的平均值，mg/m3；

2.3.2 濾料的過(guò)濾阻力

濾料的過(guò)濾阻力也是衡量過(guò)濾材料過(guò)濾性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，該項(xiàng)指標(biāo)可以通過(guò)壓差測(cè)量?jī)x測(cè)得，待壓差測(cè)量?jī)x數(shù)值穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)，即可記為該固定工況值下濾料的過(guò)濾阻力ΔP（Pa）。

2.3.3 容油量的計(jì)算

容油量可以依據(jù)《飲食業(yè)油煙凈化設(shè)備技術(shù)要求及檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》［7］的相關(guān)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行計(jì)算，用天平測(cè)量過(guò)濾架的初始質(zhì)量，然后調(diào)整管道風(fēng)速工況值至需要的實(shí)驗(yàn)條件下運(yùn)行。當(dāng)濾料阻力上升至初始阻力的2 倍時(shí)取下過(guò)濾架稱重，計(jì)算處理前后的質(zhì)量差。重復(fù)實(shí)驗(yàn)取平均值，然后代入下式：

式中，OHC 為容油量，g/m2；Δm 為過(guò)濾架處理油煙前后的質(zhì)量差，g；s 為濾料的有效過(guò)濾面積，m2。

3 結(jié)果與討論

3.1 對(duì)計(jì)重過(guò)濾效率的影響

使用油煙檢測(cè)器分別檢測(cè)經(jīng)過(guò)濾料和紫外光解前后油煙的質(zhì)量濃度變化，計(jì)算出不同風(fēng)速對(duì)不同濾料的計(jì)重過(guò)濾效率的影響，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 過(guò)濾效率與風(fēng)速的關(guān)系

由圖2 可知，當(dāng)風(fēng)速逐漸提升時(shí)，3 種濾料的計(jì)重過(guò)濾效率都出現(xiàn)了不同程度的下滑。同時(shí)從圖2還能看出，在相同風(fēng)速條件下，玻璃纖維的計(jì)重過(guò)濾效率相對(duì)較高，只有當(dāng)風(fēng)速達(dá)到28 m/s 時(shí)，夾碳布的計(jì)重過(guò)濾效率才略高于玻璃纖維。綜上所述，當(dāng)風(fēng)速在18 m/s，玻璃纖維與紫外光解技術(shù)協(xié)同時(shí)對(duì)于餐飲油煙的污染物處理效果更佳，為97.32%。

3.2 對(duì)濾料阻力的影響

依據(jù)實(shí)驗(yàn)條件調(diào)整變頻風(fēng)機(jī)使管道內(nèi)風(fēng)速至穩(wěn)定，使用壓差測(cè)量?jī)x分別記錄測(cè)量?jī)x上顯示的穩(wěn)定數(shù)據(jù)作為濾料阻力，對(duì)比濾料阻力數(shù)據(jù)的情況，如圖3 所示。

圖3 濾料的阻力與風(fēng)速的關(guān)系

由圖3 可知，當(dāng)風(fēng)速逐漸提升時(shí)，3 種濾料的阻力都呈現(xiàn)了上升的趨勢(shì)，這是由于風(fēng)速加大后管道內(nèi)油煙流量加大，濾料吸附的油煙量在單位時(shí)間內(nèi)也在提升，導(dǎo)致濾料阻力變大。因此在風(fēng)速為18 m/s時(shí)的濾料阻力相對(duì)較小，玻璃纖維為0.075 0 kPa，夾碳布為0.069 8 kPa，無(wú)紡布為0.051 4 kPa。在相同工況值條件下無(wú)紡布的阻力最小。

3.3 對(duì)容油量的影響

依據(jù)實(shí)驗(yàn)條件分別對(duì)不同風(fēng)速下濾料處理油煙前后的質(zhì)量進(jìn)行稱重記錄，并計(jì)算出處理前后的質(zhì)量差，代入公式（2），得出結(jié)果如圖4 所示。

圖4 濾料容油量與風(fēng)速的關(guān)系

由圖4 可知，當(dāng)風(fēng)速逐漸提升時(shí)各個(gè)濾料的容油量都出現(xiàn)了下降，在風(fēng)速為18 m/s 時(shí)的容油量最大，而且在風(fēng)速?gòu)?8 m/s 到25 m/s 這個(gè)過(guò)程中容油量下降明顯，在風(fēng)速25 m/s 到28 m/s 的過(guò)程中容油量下降趨緩，說(shuō)明當(dāng)風(fēng)速上升后管道內(nèi)氣體流速加大，濾料的截留作用降低，有一定量的油煙通過(guò)了濾料而沒(méi)有被攔截下來(lái)，而后期趨緩說(shuō)明風(fēng)速達(dá)到了濾料的可承載極限，導(dǎo)致容油量沒(méi)有明顯的變化。同時(shí)不同濾料的容油量也存在差別，玻璃纖維的容油量相較于其他濾料最佳，無(wú)紡布次之，夾碳布最差。因此在風(fēng)速為18 m/s，濾料為玻璃纖維協(xié)同紫外光解技術(shù)時(shí)容油量最高，對(duì)于油煙的處理效果也最佳，為208.276 g/m2。

4 結(jié)論

當(dāng)濾料傾斜角度為60°時(shí)，3 種濾料的計(jì)重過(guò)濾效率與容油量隨風(fēng)速上升而下降，阻力隨風(fēng)速上升而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，綜合對(duì)比可知，當(dāng)風(fēng)速為18 m/s，采用玻璃纖維為濾料時(shí)，協(xié)同紫外光降解餐飲油煙的效果最佳。