家庭抽油煙機(jī)的油煙凈化技術(shù)

田連輝

（廣東康美風(fēng)通風(fēng)設(shè)備有限公司，惠州 511500）

2013年，中國科學(xué)院發(fā)布“大氣灰霾追因與控制”的專項研究。該研究結(jié)果表明，餐飲油煙排放、機(jī)車排放以及采暖排污等逐漸成為北京市強霾污染的主要污染源[1]。家庭烹飪油煙量大、面積范圍廣且高度分散。控制家庭油煙排放可保護(hù)大氣環(huán)境，減少城市霧霾。現(xiàn)階段我國家庭廚房的抽油煙機(jī)只是將廚房污染物轉(zhuǎn)移至室外，利用葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，使大顆粒油煙和水滴分離，但無法處理細(xì)顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)化合物。因此，需要提高抽油煙機(jī)凈化技術(shù)水平，確保人們的生活質(zhì)量[2]。

1 家庭廚房油煙

1.1 油煙產(chǎn)生過程

我國傳統(tǒng)飲食講究色香味俱全，其中炒、炸、烤等烹飪技術(shù)應(yīng)用較多，而食物烹飪過程將產(chǎn)生大量油煙。現(xiàn)今，人們的飲食水平不斷提升，餐飲業(yè)發(fā)展迅速，油煙污染問題得到了社會的重點關(guān)注[3]。家庭烹飪具有油煙量大、面積范圍廣以及高度分散的特征，增加了油煙治理管控難度。廚房油煙主要是指食物烹飪過程中揮發(fā)的油脂、有機(jī)質(zhì)以及熱氧化與熱裂解的產(chǎn)物。家庭烹飪時溫度逐步升高，油脂分解速度逐步加快，食品內(nèi)部含有的水分急劇汽化膨脹，冷凝成霧和油煙共同形成油煙霧。高溫下，揮發(fā)物、食用油、食品的分解物和各種反應(yīng)產(chǎn)物混合在一起形成油煙，同時伴隨著刺激性氣味。

1.2 家庭廚房油煙成分

廚房油煙主要由細(xì)顆粒物、可沉降顆粒物以及揮發(fā)性有機(jī)物等構(gòu)成。從形態(tài)組成方面來看，油煙主要是由顆粒物和氣態(tài)污染物構(gòu)成。顆粒物分為固態(tài)顆粒和液態(tài)顆粒兩種。家庭廚房油煙中的化學(xué)成分有20多種，包括油脂、顆粒物、烴類、醛酮類、醇類、酯類以及一些雜環(huán)類化合物等。烴類污染物的主要成分是烷烴和烯烴。醛酮類污染物的主要成分是甲醛、乙醛以及丙酮等。

1.3 廚房油煙危害

1.3.1 對周圍環(huán)境的危害

家庭烹飪油煙是細(xì)顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)化合物的重要來源，是導(dǎo)致強霾污染的關(guān)鍵性因素。廚房油煙的揮發(fā)性有機(jī)物與環(huán)境中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，可加速二次顆粒物的形成。油煙污染物的排放會直接影響大氣能見度。油煙通過排煙管道排出，上升過程中會與周圍的冷空氣換熱，向四周逐步擴(kuò)散，與空氣中懸浮的顆粒物和其他有害氣體結(jié)合，經(jīng)由紫外線的照射產(chǎn)生大量羥基自由基和臭氧，繼而產(chǎn)生光化學(xué)煙霧污染。油煙產(chǎn)生的污染物大面積飄散在空氣，受到氣體分子間力的作用表現(xiàn)出一定的黏性，導(dǎo)致空氣中油煙氣凝聚物數(shù)量逐步增加，甚至部分油煙會附著在建筑物的表面，影響建筑物的美觀性，大大增加了火災(zāi)等安全事故的發(fā)生概率，給人們的日常生活帶來了極大的安全隱患。

1.3.2 對身體健康的危害

大量研究結(jié)果表明，長期性吸入油煙有損人體器官，易使人們患呼吸系統(tǒng)疾病，大大增加了患癌風(fēng)險。

第一，呼吸系統(tǒng)疾病。人體呼吸道長時間受到廚房油煙的刺激，會出現(xiàn)疲乏無力、精神不佳以及食欲減退等情況，導(dǎo)致人體出現(xiàn)心煩和嗜睡等癥狀，也被稱為“油煙綜合征”。食用油加熱至150 ℃會產(chǎn)生丙烯醛等揮發(fā)性物質(zhì)，有著強烈的辛辣味，會對人的鼻子、眼睛以及黏膜細(xì)胞帶來極大損傷。倘若未能妥善防護(hù)，將會誘發(fā)鼻炎、咽喉炎等疾病，大大增加了患哮喘和肺癌的概率。

第二，致癌性和遺傳毒性。廚房油煙還會產(chǎn)生致癌物苯并芘，主要產(chǎn)生于高溫處理過的食物和被污染的環(huán)境。苯并芘的存在會損傷人體細(xì)胞染色體，長期吸入會誘發(fā)人們肺腑組織癌變、基因突變以及染色體損傷等。

第三，肝臟損傷。廚房烹調(diào)油煙成分大多是脂溶性物質(zhì)，經(jīng)由呼吸道后進(jìn)入血液循環(huán)至人體內(nèi)的肝組織。有害物質(zhì)參與肝臟代謝活動后將會產(chǎn)生肝毒性物質(zhì)，給肝臟造成極大的損傷。

2 家庭抽油煙機(jī)的油煙凈化技術(shù)分析

2.1 油煙凈化技術(shù)優(yōu)化設(shè)計

家庭抽油煙機(jī)油煙凈化技術(shù)的優(yōu)化能夠保障人們的生活質(zhì)量。研究表明，對環(huán)吸控?zé)熂夹g(shù)、風(fēng)機(jī)性能優(yōu)化技術(shù)、顆粒物多級凈化技術(shù)以及揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）凈化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可大大提高抽煙機(jī)的凈化效果。

2.1.1 環(huán)吸控?zé)熂夹g(shù)優(yōu)化

傳統(tǒng)油煙機(jī)凈化技術(shù)主要依靠集煙腔的緩沖實現(xiàn)控?zé)煟珶o法全面控制爆炒階段產(chǎn)生的大流量油煙，會出現(xiàn)家庭烹飪油煙污染物在室內(nèi)大面積聚集的情況。結(jié)合油煙與大氣耦合的運動特征，將抽油煙機(jī)進(jìn)風(fēng)口擴(kuò)壓，引入一塊中間高、周邊低的擴(kuò)壓引流控?zé)煱澹捎行Ц纳瞥橛蜔煓C(jī)下側(cè)和邊緣的壓力程度。

2.1.2 風(fēng)機(jī)性能技術(shù)優(yōu)化

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是抽油煙機(jī)運行的核心動力系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及仿真如圖1所示。現(xiàn)階段應(yīng)用的抽油煙機(jī)風(fēng)機(jī)主要是離心風(fēng)機(jī)，運行過程中會產(chǎn)生噪聲。為了提高風(fēng)機(jī)的降噪水平，可利用流體機(jī)械原理“速度三角形”，借助計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）優(yōu)化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用雙向傾斜的蝸舌，確保應(yīng)用裝置傾斜曲面分布，滿足雙進(jìn)風(fēng)葉輪氣流速度的需求，利用蝸舌運行產(chǎn)生的噪聲源抵消風(fēng)機(jī)運行的原噪聲。

圖1 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及仿真

開發(fā)風(fēng)機(jī)葉輪能有效降低噪聲，優(yōu)化風(fēng)機(jī)性能，如圖2所示。葉片出口端設(shè)置波浪形鋸齒狀結(jié)構(gòu)，能改善葉片尾緣尾跡脫落的區(qū)域，有效降低脫落渦對尾跡流動的影響。通過限制鋸齒的高度和寬度降低風(fēng)機(jī)的噪聲，可減少鋸齒對風(fēng)機(jī)壓力和風(fēng)量的影響。

圖2 風(fēng)機(jī)低噪高效葉輪設(shè)計

2.1.3 顆粒物多級凈化技術(shù)優(yōu)化

家庭烹飪油煙中的顆粒物成分復(fù)雜，粒徑分布廣泛，單一化的油煙凈化技術(shù)無法獲得高效率的凈化效果，需要借助高質(zhì)量的油煙顆粒物多級凈化技術(shù)進(jìn)行油煙凈化。傳統(tǒng)抽油煙機(jī)的油煙顆粒物過濾主要是由前端油網(wǎng)冷凝吸附和葉輪離心過濾實現(xiàn)，無法徹底處理油煙顆粒物。現(xiàn)階段的家庭抽油煙機(jī)主要是在進(jìn)風(fēng)口區(qū)域設(shè)置油網(wǎng)，使大部分氣流從靠近進(jìn)風(fēng)口的中部通過，大大提高了油網(wǎng)的中部負(fù)壓水平。家庭烹飪產(chǎn)生的油煙在負(fù)壓較低區(qū)域，無法有效過濾家庭烹飪產(chǎn)生的油煙，需要設(shè)置多個葉片。每一個葉片需要沿著邊框的寬度方向，平穩(wěn)均勻地過濾油網(wǎng)的油煙氣流，大大提高油煙的過濾效率。

2.1.4 VOCs凈化技術(shù)優(yōu)化

活性炭吸附手段是VOCs凈化技術(shù)常應(yīng)用的凈化措施。家用抽油煙機(jī)后端受到安裝空間和煙管截面小等因素影響，需將煙管內(nèi)的平均氣流速度控制在10 m·s-1。較大的氣流速度會增大油煙過濾阻力，也會影響活性炭本身的吸附效果，大大降低VOCs凈化效果。所以，需要合理降低氣流速度，最大限度地提高活性炭的吸附凈化效率。家庭抽煙機(jī)設(shè)計一款放置于廚房吊頂內(nèi)部的凈化箱體，凈化箱體一端需要與抽油煙機(jī)后端出風(fēng)煙管相連接，另一層與公共煙道相連接。在凈化箱的內(nèi)部需要放置一層或是多層的活性炭濾網(wǎng)和濾料。抽油煙機(jī)排出的廢氣經(jīng)過箱體的前半段擴(kuò)散后，均勻進(jìn)入凈化箱體中端進(jìn)行活性炭過濾吸附，進(jìn)而完成烹飪油煙的凈化工作。

2.2 家用抽油煙機(jī)整體性能設(shè)計測試

2.2.1 油煙凈化效率

將各項優(yōu)化技術(shù)設(shè)計應(yīng)用于家庭式抽油煙機(jī)，使其具備極佳的油煙凈化效果和VOCs凈化效果[4]。以《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18483—2001）為基礎(chǔ)，利用自動煙塵（氣）測試儀和紅外測油儀，進(jìn)行家用抽油煙機(jī)油煙凈化效率的測量工作。開展2組測量工作，每組開展5次采樣，測量采樣平均值如表1所示。

表1 油煙檢測結(jié)果

2.2.2 VOCs凈化效率

以《固定污染源廢氣總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定氣相色譜法》（HJ 38—2017）為基礎(chǔ)，利用氣相色譜法進(jìn)行VOCs凈化效率的測量工作。開展1組測量工作，共采樣3次，測量采樣平均值如表2所示。

表2 VOCs采樣檢測結(jié)果

2.3 家庭油煙污染防治策略

需要充分利用媒體力量，做好廚房油煙污染危害與防治工作，強化家庭廚房油煙污染治理環(huán)保意識水平，逐步改善當(dāng)代人們的烹飪習(xí)慣和飲食習(xí)慣，減少烹調(diào)油的使用量，有效改善空氣質(zhì)量[5]。

3 結(jié)語

家庭烹飪過程產(chǎn)生的油煙蘊含大量的有害氣體和顆粒物，給生態(tài)環(huán)境和人們身體造成了極大危害。開發(fā)家庭抽油煙機(jī)的油煙凈化技術(shù)，全面提高家庭抽油煙機(jī)的排油效率，能有效保護(hù)我國的大氣環(huán)境，做好我國家庭油煙污染防治工作。