淺析烹飪油煙污染的危害及其控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

摘 要：介紹了烹飪油煙的組成及危害，著重概述了家庭烹飪油煙污染特點(diǎn)以及凈化技術(shù)的研究進(jìn)展，對(duì)各技術(shù)特點(diǎn)及存在的問題進(jìn)行了分析，初步探討了新近發(fā)展的靜電催化耦合技術(shù)在烹飪排放污染控制中的應(yīng)用，分析了現(xiàn)行的吸油煙機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展趨勢。 

關(guān)鍵詞：油煙污染；家用吸油煙機(jī)；環(huán)境污染；防治對(duì)策 

0 引言

       烹飪油煙( cooking oil fumes，COFs) ,是指采用食用油煎、炒、烹和炸食物后發(fā)生劇烈化學(xué)變化而產(chǎn)生的油煙霧，包含多種有毒化學(xué)成分，已成為危害烹飪者健康的重要因素。不僅如此，分散在千家萬戶的廚房烹飪油煙未經(jīng)處理直排至室外，在城市大氣中不斷累積，成為引起城市大氣霧霾的重要排放源之［1］，甚至被認(rèn)為是繼工業(yè)排放、機(jī)動(dòng)車尾氣排放之后，空氣污染的三“元兇”［2］。由此可見，烹飪油煙的凈化對(duì)保護(hù)大氣環(huán)境和保障人類的健康具有重要意義。

       近十幾年來，人們比較關(guān)注餐飲業(yè)的油煙凈化技術(shù)的研發(fā)，而對(duì)分散式的家庭烹飪污染治理研究報(bào)道較少。因此，本論文在介紹烹飪油煙的危害以及主要技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)家庭烹飪污染特點(diǎn)、技術(shù)現(xiàn)狀、未來發(fā)展以及法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等方面作了的分析和論述。

1 烹飪油煙的組成及危害

1.1 烹飪油煙的主要成分

       烹飪過程中會(huì)產(chǎn)生可見的煙霧，這些煙霧是由油、水蒸氣、液滴、燃燒產(chǎn)物以及冷凝的有機(jī)物組成的微米級(jí)別的粒子。這些顆粒物屬于超細(xì)微粒，總體直徑處于100nm到2.5μm之間［4］。從形態(tài)組成上看，主要由顆粒物和氣態(tài)物質(zhì)組成，氣態(tài)污染物主要是些揮發(fā)性有機(jī)化合物( volatile organiccompounds，VOCs)，是異味的主要來源。

       油煙的組成十分復(fù)雜，成分有300 多種，主要包括脂肪酸、烷烴、烯烴，以及氧化裂解后的短鏈醛類、酮、醇、酯、芳香化合物和雜環(huán)化合物。蔣燕等采用低溫預(yù)濃縮儀和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的分析技術(shù)對(duì)川菜館排放的油煙廢氣進(jìn)行檢測，共檢測出14 種VOCs，其中苯系物6 種( 43%，體積分?jǐn)?shù)，下同) 、烷烯烴4 種( 29%) 、鹵代烴2 種( 14%) 、酮類2種( 14%) 。Sjaastad 等［8］通過研究發(fā)現(xiàn)，在煎牛排的過程中會(huì)產(chǎn)生大量揮發(fā)性的醛類，包括甲醛、乙醛、丙醛、異丁醛、丁醛、異戊醛、戊醛、庚醛、辛醛、壬醛和癸醛。

1.2 家庭烹飪油煙的特點(diǎn)及危害

       外的烹飪方式與我差異很大，食物多為生食或加工為半成品，廚房污染程度較低; 而我家庭烹飪的溫度高、油量大，同時(shí)加入各種油、鹽、醬、醋，在高溫下這些醬料也發(fā)生化學(xué)變化，因此中式廚房的污染程度很高。些研究表明，亞洲的烹飪方式產(chǎn)生的PM2. 5 要多于西式烹飪，分別為30～1400和20～535μg/m3。Li 等分析了中餐、西餐和日餐的廢氣來研究排放中的多環(huán)芳烴，發(fā)現(xiàn)中式烹飪產(chǎn)生更高的致癌物質(zhì)—苯并芘，其中，西式烹飪是中式烹飪的1 /7，而日式的烹飪和快餐幾乎都不產(chǎn)生苯并芘。

2 各種烹飪油煙凈化技術(shù)

       外的烹飪方式產(chǎn)生的油煙濃度低，大飯店般是采用熱氧化焚燒法，即利用熱氧化反應(yīng)將油煙中的有毒有害成分轉(zhuǎn)化成無毒狀態(tài); 中小飯店般采用催化劑凈化法，通過催化氧化燃燒將油滴轉(zhuǎn)化為CO2和蒸汽，從而消除污染和異味。

2.1 機(jī)械式油煙凈化

       機(jī)械式凈化法主要包括慣性碰撞、旋風(fēng)分離和過濾。機(jī)械式凈化法設(shè)備簡單、運(yùn)行費(fèi)用低、維修管理方便，但由于去除效率比較低等缺點(diǎn)，般只應(yīng)用于預(yù)處理或者是復(fù)合處理法中。

2.2 吸附式油煙凈化

       吸附法是利用活性炭或其他多孔材料的吸附特性，吸附去除大部分的顆粒物和VOCs。這種方式對(duì)氣溶膠的去除率為40%～70%，且對(duì)氣味的凈化有較明顯作用，但隨著油煙霧的附著，吸附能力會(huì)逐漸減弱，需要經(jīng)常更換濾料，因此維護(hù)成本較高，且細(xì)菌、霉菌還可能在活性碳上繁殖、發(fā)臭，從而造成二次污染。

2. 3 靜電式油煙凈化

       靜電式油煙凈化設(shè)備的主要原理是利用陰極在高壓電場發(fā)出來的電子與油煙顆粒碰撞，使顆粒荷電，再利用電場力使帶電顆粒在捕集區(qū)被捕集，從而實(shí)現(xiàn)凈化分離。與其他技術(shù)例如噴淋、洗滌相比，靜電式凈化技術(shù)在收集和去除油煙方面更加有效。當(dāng)靜電式油煙凈化設(shè)備風(fēng)速控制在0.6～1.6 m/s，電極電壓為2.5 kV 時(shí)，1～10μm 的顆粒物去除率在90%以上。雖然靜電技術(shù)可以捕集顆粒物并在定程度上降低了異味，但運(yùn)行效率受些因素的影響，例如運(yùn)行參數(shù)，烹飪過程和天氣條件。

       以上結(jié)果表明，雖然催化燃燒法對(duì)油煙的去除效率較高，但需要在高溫環(huán)境( 300℃左右) 才能進(jìn)行催化反應(yīng)，能耗高、危險(xiǎn)性大，家庭廚房難以應(yīng)用。

       各種凈化技術(shù)的缺點(diǎn)對(duì)比總結(jié)在表1中?？梢灶A(yù)見，未來該領(lǐng)域的研究在于尋找能夠同時(shí)去除顆粒物與VOCs、總體造價(jià)與能耗都較低、尺寸小、適用于家庭廚房的復(fù)合式油煙凈化技術(shù)。

表1 常見油煙凈化技術(shù)對(duì)比

3 高壓靜電催化耦合凈化技術(shù)

       高壓靜電的原理決定了它具有捕捉細(xì)小顆粒物的特性，以及對(duì)烹飪油煙的凈化能力。在定范圍內(nèi)，電壓越高則顆粒物捕集效率也越高，同時(shí)產(chǎn)生更多臭氧。臭氧污染環(huán)境，單獨(dú)的臭氧對(duì)有機(jī)污染物和異味的去除能力很有限。我們的研究表明，在催化作用下O3能實(shí)現(xiàn)對(duì)VOCs的有效凈化，并在靜電催化耦合同時(shí)凈化室內(nèi)PM和VOCs方面取得了進(jìn)展。

4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

       從20世紀(jì)90年代開始，我相關(guān)部門開始著手制定吸油煙機(jī)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1999年4月2 日，家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了《吸油煙機(jī)》( GB /T17713-1999) ，并于當(dāng)年10月1日起實(shí)施。該《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)吸油煙機(jī)的定義、產(chǎn)品分類、試驗(yàn)要求、技術(shù)方法、檢驗(yàn)規(guī)則及標(biāo)志等做了具體的規(guī)定

5 安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺(tái)

       為了彌補(bǔ)現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測上的漏洞，同時(shí)便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺(tái)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)餐飲設(shè)備的開機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)開機(jī)率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設(shè)施停運(yùn)告警，待清洗告警，異常告警等功能；對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、等統(tǒng)計(jì)功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測方案，更具實(shí)效性。平臺(tái)預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對(duì)接接口，具有很好的擴(kuò)展性及融合性。

5.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)

平臺(tái)GIS地圖采集餐飲油煙處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動(dòng)對(duì)超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警，監(jiān)管部門可迅速進(jìn)行處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的?，F(xiàn)場安裝監(jiān)測終端，持續(xù)監(jiān)測油煙凈化器的工作狀態(tài)，包括設(shè)備運(yùn)行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時(shí)結(jié)合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進(jìn)行對(duì)比分析，旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出異常信號(hào)。

■ 油煙監(jiān)測設(shè)備用來監(jiān)測油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)

■ 凈化器和風(fēng)機(jī)配合對(duì)油煙進(jìn)行凈化處理，同時(shí)對(duì)凈化設(shè)備的電流、電壓進(jìn)行監(jiān)測 

■ 設(shè)備通過4G網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程云端服務(wù)器

5.2 平臺(tái)主要功能

(1)在線監(jiān)測

       對(duì)油煙排污數(shù)據(jù)的監(jiān)測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數(shù)值采集監(jiān)測;同時(shí)對(duì)監(jiān)控風(fēng)機(jī)和凈化器的啟停狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。

(2)告警數(shù)據(jù)監(jiān)測

       系統(tǒng)根據(jù)采集的油煙數(shù)值大小，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的排放超標(biāo)告警;對(duì)凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對(duì)應(yīng)的運(yùn)行、停機(jī)、故障等告警事件。

(3)數(shù)據(jù)分析

       運(yùn)行時(shí)長分析，離線分析；告警占比、分析；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。

(4)隱患管理

       系統(tǒng)對(duì)采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的隱患記錄，派發(fā)、處理隱患，及時(shí)處理告警，形成閉環(huán)。

(5)統(tǒng)計(jì)分析

       包括時(shí)長分析、超標(biāo)分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報(bào)告等模塊。

(6)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)

       個(gè)人信息、權(quán)限維護(hù)，企業(yè)信息錄入，對(duì)應(yīng)測點(diǎn)信息錄入等。

(7)數(shù)據(jù)服務(wù)

       數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和解析。

5.3油煙監(jiān)測主機(jī)

       油煙監(jiān)控主機(jī)是現(xiàn)場的管理設(shè)備，實(shí)時(shí)采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器平臺(tái)。同時(shí)，對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，提供人機(jī)操作界面。

具體技術(shù)參數(shù)如下：

5.4 設(shè)備選型方案

注：雙探頭適合雙排煙通道的場合，每路探頭監(jiān)測1路排煙通道。

6 結(jié)論

       烹飪油煙是大氣環(huán)境中PM的主要來源之。家庭烹飪油煙具有量大、面廣、高度分散的特點(diǎn)，控制其排放對(duì)保護(hù)大氣環(huán)境、減少霧霾產(chǎn)生具有重要意義。

       目內(nèi)油煙凈化技術(shù)都有各自的點(diǎn)，但同時(shí)存在不足之處。實(shí)踐證明，高壓靜電催化耦合技術(shù)應(yīng)用于烹飪油煙處理具有很好的凈化效果，不僅對(duì)顆粒物有較高的去除效果，同時(shí)在室溫下能夠有效地對(duì)VOCs及異味氣體等進(jìn)行持久催化凈化。該技術(shù)具有應(yīng)用于家庭廚房的潛力

【參考文獻(xiàn)】

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［3］姚鑫，陳猛，范澤云，陳銘夏，施建偉，上官文峰，曹亞裙，張旭東. 烹飪油煙污染及其控制技術(shù)研究進(jìn)展.

［4］安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺(tái). 2020.05版.

作者簡介：繆建梅，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電氣防火限流式保護(hù)器的研發(fā)與應(yīng)用