基于高压静电原理的几种复合型油烟净化技术的探讨

张亚飞，刘 悦，李亚飞，于志强，胡俊磊

(上海市计量测试技术研究院，上海 200233)

我国普遍喜好的高油、高温烹饪方式，在满足人们生活、丰富饮食文化的同时，其烹饪过程也带来了较为严重的城市空气污染问题[1]。餐饮业油烟污染已经是城市空气污染的三大主要因素之一，其具有分布面广、排放频率高、低空排放、无组织排放等显著特点，而且居民一日三餐关乎民生，其管理难度较大。针对餐饮油烟的污染问题，目前比较有效的方法是通过油烟净化器进行尾端治理[2]。市场上有多种原理的油烟净化技术，高压静电技术是市场认可度最高的餐饮油烟净化技术，根据实际现场的不同需求，在高压静电技术的基础上，会附加机械分离、过滤、吸附吸收、紫外光解等一种或几种净化技术，进而形成各种形式的复合型餐饮油烟净化技术。

1 餐饮油烟的产生及危害

餐饮油烟是指在高温条件下，食用油、水和食材受热分解时所形成的一种物理状态多样、化学成分复杂的气溶胶状烟雾。根据食用油成分的不同、烹饪食物的不同、加热温度的变化以及受热时间的长短，产生的烟雾具有不同比例的相态，油烟烟雾的粒径很细，整体分布于1～10 μm，其中以PM2.5的权重最高，因此油烟烟雾会被吸入至人体的呼吸系统[3-5]。油烟烟雾中包含有水、氧化物、烃类、醛酮酯类、醇类、芳香类和杂环类化合物等化学成分，其中萘类、多环芳烃和芳香胺类等，具有严重的有毒有害性[6-7]。多项研究结果表明，油烟中可吸入颗粒物和化学成分能引发皮肤、呼吸系统和消化系统的多种炎症和恶性病变，会产生严重的吸入毒性、致变毒性和免疫毒性，且具有明显的慢性累积的特点[8-11]。

2 高压静电治理技术

油烟烟雾被风机吸入油烟净化器，可被极化的油烟颗粒在高压电场中被极化荷电，带电粒子或颗粒在电场力的作用下产生定向移动，随着时间的推移，可把油烟颗粒从烟道气流中分离出来，这种对油烟进行净化的方法叫高压静电法。油烟净化器的静电模块在结构上包含前端高低压电离区和后端收集区。前端电离区一般是采用线状或尖锐锯齿状进行尖端放电的方式对油烟颗粒进行荷电。后端收集区在结构上多采用板式结构配合高压电场对油烟颗粒进行定向离心收集。在设计和使用时，对静电模块的布局结构和电场电压都有较高的要求，不仅要保证静电模块高压放电的稳定，还要保证油烟颗粒能够得到有效的极化、荷电与沉积。电厂电压较低会使得油烟颗粒得不到充分的极化荷电，且带电油粒也很容易发生静电结合，降低了油烟的去除效率。电场电压太高时，静电模块可能会发生高压击穿，极易导致油烟管道内高浓度油烟产生安全隐患。

3 复合型油烟净化技术

随着全国各地餐饮油烟排放标准、油烟净化器产品标准及相关油烟净化器检测方法标准的逐步实施，目前已存在多种餐饮油烟污染治理技术，其中以高压静电技术最为成熟。以高压静电技术为核心，同时辅助添加相关原理的净化技术，以达到油烟排放各项指标更加优化的目的。针对目前市场上常用的复合型油烟净化器的复合方式简介如下：

3.1 机械分离+高压静电

前端机械分离模块与后端高压静电模块配合使用，是一种二级油烟净化方式。油烟中含有的不同尺寸的油粒在通过特定几何尺寸、形状的风管道或机械旋转组件时，会发生油烟气流方向的转变，这种局部和整体的旋转作用会对油烟颗粒产生离心现象，这种离心现象会对油烟中较大粒径的油烟颗粒进行初步预分离，未被分离的较小的油粒随着气流进入第二级高压静电模块，通过高压静电的方式对油烟进行二级净化处理。二级净化处理后的低浓度油烟经出口排出。

3.2 机械过滤+高压静电

前端机械过滤模块与后端高压静电模块配合使用，是一种二级油烟净化方式。过滤层能够对流动油烟中的油烟颗粒进行有效的拦截，被截留下来的油烟颗粒本身具有一定的相融作用，可以继续附着气流中的油烟颗粒。滤层多数采用亲油型高分子材料或不锈钢材质。前端过滤层对油烟颗粒净化效果很好，虽然过滤层密度越大滤除效率越高，但是高密度过滤层产生的本体阻力也会很大，且过滤层孔径在油烟粘附量增加时会产生局部堵塞，易导致设备管道抖动及噪音污染，同时也需要更换更大风量的风机，加大安装成本。前端过滤滤层的去除效果很大程度上取决于滤层的有效面积、有效孔径和积油体积比，单一的追求滤层的净化效率只会增加设备本身的负载，即使前期过滤效果很好，但是后期过滤效果必然会随着积油量的增加而下降。单一过滤法的缺陷是对粒径较小的油烟颗粒很难滤除，其会随气流外排，这必然会导致排放浓度超标的问题。因此，在机械过滤模块的后端配合加上高压静电模块能够很好的对过滤模块预处理后的低浓度、小粒径的油烟颗粒进行有效的极化、荷电与分离，这种二级油烟净化方式提高了油烟的去除效率、降低了油烟的排放浓度。

3.3 高压静电+紫外灯管

前端高压静电模块与后端紫外灯管模块配合使用，是一种二级油烟净化方式。进入油烟净化器的油烟烟雾在高压电场中可被极化、荷电与分离。此外，通过开启灯管，其双波长(185 nm和253.7 nm)的紫外光束具有很高的能量，可以对被照射的油烟颗粒进行高能分解，改变油烟颗粒的宏观粒径大小和微观分子结构，被紫外线光束照射进行高能断键、断链的油粒，可以从高分子有机化合物逐渐降解为低分子链有机化合物。同时，在紫外线的高能状态下，空气中的氧气分子会被分解，反应产生游离状态不稳定的氧原子，游离状态的氧原子与氧气结合反应生成臭氧。臭氧的化学性质很不稳定，具有极强的氧化作用，能够有效的对油烟管道中的油烟有机物进行氧化降解，对油烟颗粒及其管道中的餐饮异味都有很强的清除作用。这种前端高压静电模块与后端紫外灯管模块配合使用的油烟净化方式使得管道油烟经过高压静电、紫外光解和臭氧氧化的三步过程，对管道油烟浓度具有很好的去除效果，而且能够很好的消除餐饮异味。

3.4 机械过滤+高压静电+紫外灯管

前端机械过滤模块、中段高压静电模块与后端紫外灯管模块配合使用，是一种三级油烟净化方式。实际工况中，前端油烟浓度存在一定的波动性，在没有经过初级过滤的条件下，高浓度、大颗粒的油烟在中段高压静电模块很难被有效的处理，被处理的油烟颗粒在集尘极上积累以后，容易导致集尘极部分区域上形成一定厚度的粘附油层，随着使用时间的延长，会影响到静电模块放电电压稳定性、板间电场均匀性和有效静电截面积的大小，净化模块净化效率必然下降。在静电模块的前端加上机械过滤模块，用滤层对油烟颗粒进行初步滤除可以有效降低进入静电模块的油烟浓度，而且前端机械过滤模块中滤层的物理结构能够起到整流罩的作用，能够对前端油烟管道内的涡旋油烟气流进行整流，一方面使得油烟气流能够较均匀的进入中段静电模块；另一方面能够保证静电模块的整个截面上都能够对从前端机械过滤模块逃逸出的油烟进行处理，而不是局域性的、寡头式处理。被前端机械过滤模块和中段高压静电模块净化处理后的油烟，其浓度已经很小，主要含有微少量的小粒径油烟颗粒和气态有机物，其中气态有机物具有较重的异味。后端再配合使用紫外灯管对微量小粒径油烟颗粒和气态有机物进行净化分解。这种三级油烟净化方式，一方面能够保证油烟得到充分的净化处理，油烟排放浓度达到标准要求；另一方面能够保证餐饮异味得到消除，避免异味扰民。目前来说，前端机械过滤模块、中段高压静电模块和后端紫外灯管模块配合使用的三级油烟净化方式是市场主流的油烟净化方式，市场占有率很高，实际治理效果很好。

4 概述与展望

针对目前严重的餐饮油烟污染现象，餐饮油烟净化器仍然是治理餐饮油烟污染的最有效手段。复合型餐饮油烟净化方法更够弥补单一原理油烟净化方法的不足，基于高压静电原理的复合型油烟净化技术具有更好的治理效果，但同时也具有更高的造价成本和运营维护成本。经济适用、净化效率高、净化效果稳定、易于拆卸和后期维护的复合型餐饮油烟净化器是未来发展的趋势和方向。