组合式油烟洗涤净化装置的设计
摘要：随着餐饮业等第三产业的发展，城市餐饮厨房外排油烟污染越来越严重，给城市居民的生活和健康造成日益严重的危害。组合式油烟洗涤净化装置是一种新型的处理油烟装置，总体结构设计包括了洗涤槽、填料塔、温度控制器、曝气头、过滤头、循环泵等组成部分，在运用微生物处理油烟方面具有很好的效果。
关键词：组合装置；总体结构；微生物；油烟
自改革开放以来，我国第三产业得到空前发展，尤其餐饮服务业发展迅速，由此所产生的油烟废气也越来越严重，给人们的生活环境造成不良影响[1]。油烟废气的污染问题已成为当前环境污染问题投诉的重点和热点[2]。因此，设计一种合理有效的净化装置，对餐饮业油烟进行治理，使油烟排放符合国家制定的标准已是迫在眉睫[3]。
油烟生物净化法的设想主要是针对油烟中同时含有液、固、气三相污染物，且其粘度较高，其化学成分主要是有机物，种类较多，水溶性较差。同时，油烟排放源是以中小型排放源为主，数量多、分布广。因此需要设计适合于油烟这种特殊污染气体的生物处理装置，为油烟生物处理实验提供工艺和装置准备。
1 试验装置及运行机理
 图1 组合式油烟洗涤净化装置 |
组合式油烟洗涤净化装置如图1所示，由图中看出，该装置由烟气生成系统和油烟洗涤系统组成。油烟生成系统由空压机、电炉、油瓶、转子流量计和采样装置等组成。油烟的生成过程是在三口烧瓶中加入油烟冷凝液（由抽排油烟雾机收集而来）和食用调和油（金龙鱼牌），插入量程为300℃的温度计，通过调节加热电压控制瓶中油温，空压机以特定的压力（0.12Mpa）将空气压入缓冲瓶，进入转子流量计，调节流量，再导入三口烧瓶液态油中，与加热的油气混合形成油烟。油烟洗涤系统由洗涤槽、洗涤塔二级串联而成。实验时，生成的油烟在压力作用下经管道进入洗涤槽，通过自激水体，将油烟颗粒污染物可溶性气态污染物洗涤下来，再通过支撑板孔进入洗涤塔内，经过填料的空隙与喷淋下来的循环液逆流
接触，一些油烟污染物被进一步洗涤并随液体进入洗涤槽，最后，气体从塔顶排出。
2 试验装置的设计
为了将上述装置各系统有机的组合在一起，形成集洗涤、过滤和生物降解于一体的模拟油烟生物净化反应器，需要进行结构设计和功能设计。
2.1 洗涤槽结构和功能设计
洗涤槽的设计参数：设计洗涤水量为0.045m3，曝气浓度为3~9cm，沉降区高度取100mm，扩散区高度取100 mm，，总高度h=0.3m。可算得洗涤槽截面面积。即：S=Q/h=0.05/0.3=0.16m2
截面定为矩形，长宽比为1：1，通过计算可得截面长宽分别为400mm，则洗涤槽尺寸为400mm×400mm×300mm。
由硬质塑料板材加工而成，槽底部设置一曝气头，曝气头距槽底约50mm，通过进气管与集气罩相连，顶部盖板上和填料塔垂直连接；洗涤槽内放置一层约100mm高的填料，洗涤液是由自来水和驯化的活性污泥组成混和液。
洗涤槽设有曝气装置，温控装置，废液排出口，进水口和循环液过滤等附属装置；洗涤槽的设计功能是起到贮水冲击水浴式除尘器和曝气生物滤池的双重作用。在风机的抽吸作用下，集气罩收集油烟及一部分空气经进气管到达曝气头，从曝气头喷出的油烟气流高速冲击液体，使洗涤液翻腾飞溅和雾化、激起大量的泡沫和雾滴、与气流中的油烟雾滴接触将其乳化和溶解、达到油烟污染物与气相转移到液相的目的。同时，洗涤槽中的填料和活性污泥也对油烟起到过滤和吸附作用，微生物则利用溶解的油烟污染物进行降解代谢。
温控装置的设计功能：设计温度控制器的目的是控制洗涤液的温度。由于模拟餐饮油烟的温度较高，一般在160℃左右，烟气的洗涤过程也是一个能量传递的过程，随着油烟不断被洗涤，洗涤液的温度也将升高，因此，根据试验确定微生物降解反应的活性温度范围，设置为温控器的上下限值（25℃~40℃），当洗涤液温度超过上限值时，温控器自动开启进水阀往洗涤槽进水降温，直到洗涤液温度低于下限值时又自动关闭进水阀停止进水。同时，为了控制洗涤槽的液位，可以安装液位报警器和自动排液装置。
循环液过滤装置的设计功能：防止活性污泥进入填料塔，引起堵塞。
2.2 填料塔结构和功能设计
填料塔主要由塔体、填料、喷头和填料支撑板等构件组成。塔体由重量轻、防腐蚀的硬质塑料管材加工而成。
模拟油烟废气处理量，塔内气速参考填料洗涤除尘器的空塔速度，为0.5~1.5m/s，本设计选取0.55m/s，则塔径约为70mm；设气体过滤时间为1.5s，则填料层高度约为550mm，塔高为1000mm。
（１）填料塔的设计功能：对于油烟通过洗涤槽的洗涤，油烟中的粒子污染物和可溶性气态污染物能够有效去除，但仍然存在难溶性气态污染物的净化问题，通过设计二级填料塔净化装置，使油烟中的难溶性挥发性物质和异味得到净化。
（２）喷头的设计功能：喷头的作用是将水分和营养液均匀喷洒在填料层上，一方面增加填 料表面的持水量，扩大气液接触面积，强化气液传质效果。另一方面润湿生物膜，并为微生物的降解代谢提供足够的水分和营养物；
喷头设计的依据是喷头的直径，喷头的直径一般是塔径的0.3~0.5倍，本净化装置喷头的直径为30mm。
（３）填料支撑板的设计功能；填料支撑板的作用，一方面是支撑填料塔中的填料。另一方面，它又是气液的必经通道，油烟气流经过洗涤槽的自激曝气洗涤后，通过填料支撑板的筛孔进入填料层，而洗涤液在循环泵的作用下经过过滤头的过滤作用由循环管路进入曝气生物滤塔上部的喷头，喷头洒到填料层的液体与上升的气流在填料层的孔隙中作逆向流动，进行气液物质交换，气流得到净化从曝气生物滤塔顶部排出，液体再与填料表面的生物膜进行二次物质交换，最后带着生物膜的代谢产物经填料支撑板的筛孔回到洗涤槽，完成了一个循环。
填料支撑板一般是一种筛板结构，其厚度随填料层高度而定，筛板的开孔率一般在25%~40%左右。本净化装置的填料支撑板是由2.5mm厚的硬质塑料板制作而成，其开孔率为35%。
3 小结
组合式油烟洗涤净化装置的设计主要是针对模拟油烟中同时含有液、固、气三相污染物及其油烟粒子的分布特征，选择合适的湿式除尘器和废气生物净化装置进行组合，设计利用生物、物化方法净化模拟餐饮油烟废气的复合式油烟生物净化装置，以期达到对油烟粒子、挥发性难溶物质和异味的综合处理效果。
设计的组合式油烟生物净化装置的主要参数为以下几点：
（１）洗涤槽尺寸为400mm×400mm×300mm，在其内部设有曝气装置、温控装置、废液排出口、进水口、过滤头等装置。其中，曝气头距槽底约50mm左右；
（２）填料塔尺寸为高1000 mm、塔径70mm、填料层高度550mm，内部设有直径为300mm喷头、由厚2.5mm的硬质塑料板制作而成的孔率为35%的填料支撑板，以及气体出口等。
本装置在结构上将湿式除尘器和废气生物净化装置有机地组合于一体，实现了运用生物、物化技术净化模拟餐饮油烟的目标，可以为微生物净化模拟餐饮油烟运行条件研究提供装置准备。
参考文献
[1] 洪强华.城市餐饮业油烟污染及监测方法探讨[J].青海环境,2002,12(2):76-77.
[2] 相震.餐饮业油烟污染及治理[J].青海环境,2003,13(3):132-133.
[3] 黄太山.对烹调油烟污染及其净化技术的探讨[J].江西化工,2005,1:63-65.
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