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第一章
绪论
1.1
本文的研究目的
大气污染通常指由于人类活动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境。近年来，随着国家对城市的环境质量提出了日益严格的要求，尤其把大气污染治理放在突出的位置，大气污染问题引起人们的倍加关注。
大气污染物按其存在状态可概括为两大类：气溶胶状态污染物(悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散体系，其颗粒的大小一般从10-3μm～103μm。)、气体状态污染物（以分子状态存在的污染物）。大气污染物来源按其产生的类型可分为：（1）工业污染源：主要包括燃料燃烧排放的污染物，生产过程排放的废气；（2）生活污染源：由生活活动产生的废气，如烹调过程产生的废气、油烟，在我国这是一种排放量大、分布广、排放高度低、危害性不容忽视的空气污染源；（3）交通污染源：由汽车、飞机、火车和船舶等交通工具所排出的废气造成大气污染的污染源。
1.1.1
国内外油烟污染现状
油烟为城市大气有机浮尘的主要来源，油烟中的一些挥发性有机物与大气中的二氧化氮发生光化学反应，对大气产生一定的污染，有调查称，洛杉矶周围80km2油烟浮尘约占有机物总量的20%，对这些有机分子作为主要成分的受体模型进行分析，显示油烟占洛杉矶周围大气悬浮物的7%。而在北京市区大气中二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒日均值分别为0.080mg/m3、0.140mg/m3和0.364mg/m3。Weisbugor等报道，在烹调方式中，油煎、烤、烧等加工方法可形成较大量的致突变物，且随着温度升高挥发性烟气中的致突变活性也相应增强。由于国内多采用高温烹饪，其产生的油烟在大气中的比率明显高于国外，对环境污染的贡献率及对环境安全的威胁也大得多。
就目前现状来看，其中大部分饭店为无组织排放，直接将烟管穿过窗洞外排，不但有交叉污染或二次污染，而且排气口周围墙面挂灰挂油，建筑外观被严重损坏，这都是历史遗留下来的问题，“生米煮成熟饭”，改造起来困难很大。目前，在新住宅厨房设计或公共建筑厨房（如饭店、饭馆、宾馆的厨房）设计中，基本上都采用了有组织机械通风的形式，有的还进一步研究出送风气幕排油烟罩、变压式共享排气管道系统等等。就机械排风而言，其主要形式是利用垂直竖井将各层用户的油烟抽出后排放，但其中仍存在“串味”、“串声”等问题。
我国人民的饮食习惯多以煎、炸、烧、烤为主，使用的燃料多为煤气、天然气、液化石油气、蜂窝煤、柴碳等等，灶具的先进性也不够，并且一般餐饮业灶间大都只装直排式排油烟机，未进行净化的油烟中含有的食用油等在高温下产生有害的过氧化物及其裂解后的产物严重污染大气环境。饮食业又多位于闹市或居民区内，油烟的污染已越来越受到人们的重视，并逐步成为居民对若干项环境投诉的热点，可以说油烟是与锅炉烟气、汽车尾气等并重的又一大气污染源，油烟的污染已经形成一种亟待解决的公害问题。1996年颁布的《大气污染防治法》中的第二十六条规定：城市饮食服务行业的经营必须采取措施防止油烟对附近居民居住环境的污染。2000年3月，国家环保总局“环发[2000]47号文件”关于发布《饮食业油烟排放标准（试行）》通知中又进一步明确提出排放油烟的饮食业单位必须安装油烟净化设施，并保证操作期间按要求运行，油烟无组织排放视同超标，由此可见研究油烟净化技术及其相关设备的必要性。
1.1.2
油烟污染的危害
众所周知，中国人喜欢用高温食用油炒菜，除餐饮业之外，普通居民家中亦都采用高温煎炒，油锅温度一般都在270℃～280℃以上，比西方家庭灶台温度高出50%。因为食用油在高温催化下会释放出含丁二烯的烟雾，油烟飘尘粒径大多分布在3μm以下，它们易进入支气管和肺部，约有80%沉积下来，人的一生有70%在室内度过，可见大部分时光都在呼吸着这些严重污染的空气，尤其是对婴儿、孕妇、老年人及心血管系统、呼吸道系统、皮肤过敏疾病患者危害更大，油烟的污染与癌症等恶性肿瘤致病率和死亡率之间也有相关性，有关资料显示，在烹调油烟中发现挥发性亚硝胺等已知突变致癌物，在致肺癌因素中，烹调油烟是仅次于“深度吸烟”烟雾达到呼吸道深部的危险因素，如果消除吸烟和烹调油烟的危害，可使肺癌减少85%。油烟气被人体吸入后使呼吸道粘膜损伤，并降低人体免疫功能（表现为PEFR、V75、V50、V25均显著下降，慢支组FVC和FEV1也明显减低），吸入者出现咳嗽、胸闷气短等症状。油烟刺激人们的眼睛，诱发心血管疾病，长期大量吸入这种物质，会损害人的免役功能，易致肺癌。据美国国家癌症研究所皮特教授报告，菜籽油比花生油的致癌危险更大，因为高温下的菜籽油比花生油释放的丁二烯成分高22倍，菜籽油中含有较多的亚麻酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，当油温升高到60℃时，就开始氧化，升到130℃时氧化物开始分解，形成多种化合物，这些化合物中有些是致癌物，油温越高，不饱和脂肪酸含量越多，氧化物的分解就越快，使人体患肺癌的可能性也就越大。据调查，经常处在油烟腾腾的厨房中的人们，患肺癌的危险性比不受或少受油烟熏者高60%，儿童急性呼吸道感染与烹调油烟有关，2岁以下死于急性呼吸道感染的婴儿也所因于此。
1.1.3
油烟粒子的物理特性
油烟指食物在烹饪、加工过程中挥发的油脂、有机质及其加热分解或裂解产物。更为全面的定义为食用油及油脂在高温状态下产生的挥发物及冷凝水汽、室内含尘气体、灶具燃烧器产生的废气和高温气体、炭黑等多种成分的混合体。
油烟是食用油和食物在高温条件下产生的大量热氧化分解产物，烹调时，油脂受热，当温度达到食用油发发烟点170℃时，出现初期分解的蓝烟雾，随着温度继续升高，分解速度加快，当温度达250℃时，出现大量油烟，并伴有刺鼻的气味，油烟粒度多在0.01μm～10μm。油烟中含有油脂、粉尘颗粒物和水蒸汽等，颗粒物粒径较小，又可分为固体颗粒物与液体颗粒物两种，由于液体颗粒物大多为油脂冷凝物，所以粘稠度较大，极易与固体颗粒物结合，形成具有较大粘稠度的胶体粘附在管道或设备表面或者排到大气中，进而与空气中的悬浮物结合，在大气中形成不易扩散的污染物。
1.油烟栗子的油性和粘度
油烟粒子的最重要的特性之一就是油性，即形成润滑薄膜的能力。
粘度即流动液体粘滞程度，是分子之间内摩擦的一个量度。油脂之所以有较高的粘度，主要由于其甘油脂中长链分子间的吸引力所致，表示方法有动力粘度、运动粘度和相对粘度三种，动力粘度已Pa•S为单位，通常用“mPa•S”表示，运动粘度的单位为m2/s，食用油脂以运动粘度来表示。粘度与油脂的不饱和度有关，与油脂中脂肪酸的分子量的关系更大。植物油脂粘度高低顺序为：蓖麻油>菜籽油>棉籽油>葵花子油>大豆油>亚麻油>椰子油，对同一种油脂而言，随着温度升高，其粘度也增大。
2.油烟粒子的溶解性
油烟粒子在水中的溶解性很差，据报道，当温度在-8～92℃时，油酯在水中的溶解度不超过10%，随着温度和压力的升高，油烟粒子在水中的溶解性也相应增大。
3.介电常数
干燥的油脂并不是良好的导体，介电常数一般为3.0～3.2，当氧化引入极性基团，油脂的介电常数会有所增加，如在低温下吹入空气，油脂的介电常数可达到5.2以上。
4.油烟粒子的润湿性
油烟粒子能否和液体相互附着或附着难易的性质称为粒子的润湿性。当粒子与液体接触时，如果接触面能扩大而相互附着，就是能润湿；如果接触面趋于缩小而不能附着，则是不能润湿。粒子的润湿性与粒子的性质，如粒径、生成条件、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性等有关，也与粒子和液体之间的粘附力及相对运动速度有关，油烟粒子的粒径一般小于5μm，很难被水润湿，这是由于细小的粒子与水滴表面均存在着一层气膜，只有在粒子与水滴具有较高的相对运动速度的情况下，水滴冲破这层气膜，才能使之相互附着并凝结，这也是某些高效能湿式净化器如文丘里洗涤器净化的主要机制，此外，粒子的润湿性还随压力的增加而增加，随温度的上升而下降，随液体表面张力的减少而增强。
1.1.4
油烟的化学特性
事物在烹饪过程中产生的油烟含有几百种污染物，化学成分十分复杂，七十年代末期，国外曾有人模拟油煎事物的条件，用冷阱收集了玉米油、亚油酸甘油酯的挥发物，作了气相、红外和质谱分析，共检测到220多种化合物。近年来，国内对食用油烟雾的化学成分研究也有零星报道，鲍子平等从菜籽油冷凝物中鉴定出巴豆醛，从豆油冷凝物中测出微量的2-甲基丙烯醛；厉曙光等在265±5℃加热的菜籽油、精制菜油和豆油的油烟冷凝物中，采用纸层析-荧光分光光度法检测到了苯并芘和二苯并蒽；卫煜英等报道从油烟机冷凝物中鉴定出十余种降解物，均为烃类、醛及烯醛醇等对人体有害的化合物。综合各类资料显示，油烟中主要有醛、酮、烃、脂肪酸、醇、芳香族化合物、酯、内酯、杂环化合物等，产生的有害物种类也很多，包括CO、SO2、CO2、NO、NO2、甲烷、丙烯、丁烯、戊烷、硫化氢、烟尘、臭气、热气、多环芳烃及强致癌物（如苯并蓖、氡等）。
1.1.5
本文研究目的及意义
由上述对油烟及污染的基本状况描述，可以看出，油烟污染不仅危害到生态环境，而且还会使人类的身心健康受到威胁。油烟控制势在必行，研究油烟净化技术已迫在眉睫。厨房抽油烟机的问世就是一个重要标志，但是它并未解决根本问题，抽油烟机的作用只是将污染物简单地从室内排到室外，而污染物质并未消除。随着国家对餐饮业的有关政策与要求不断提高，现有的油烟净化方法与设备更加不能适应需要，这就促使科学工作者不断改进抽油烟机的结构，努力去寻求一种新的有效的净化方法与设备，这也即是本文要研究的主要内容。本文首先提出油烟粒子即是气溶胶粒子的一种，所以油烟净化可以借鉴除尘技术基础，在除尘技术中，是通过一些技术措施，捕集分离气溶胶中固态或液态颗粒。本文通过对一般尘粒的净化方法的总结，提出了一套全新的油烟净化分离方法，并由此而设计出以必要的设备——风机为主体的油烟净化技术与装置。
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