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，烹飪油煙的凈化對保護(hù)大氣環(huán)境和保障人類的健康具有重要意義。

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。

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。

現(xiàn)在普遍采用的油煙凈化技術(shù)主要有以下幾種: 機(jī)械式凈化、吸附式凈化、靜電式凈化、洗滌法凈化等。

2.1 機(jī)械式油煙凈化

2.2 吸附式油煙凈化

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。李家勝報(bào)道，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。

2. 4 濕式油煙凈化

      濕式油煙凈化法是將吸收凈化液( 水、化學(xué)藥劑) 通過特殊的裝置形成液膜或液霧，通過氣液接觸使污染物從氣相向液相轉(zhuǎn)移，從而洗滌吸收顆粒物和有害氣體。“水幕式公共廚房油煙凈化裝置”，處理效率在75%～90%左右; 邵偉慶等發(fā)明的“組合式油煙洗滌凈化裝置”，凈化效率可達(dá)到80%。洗滌法對于去除油煙中SO2，NOx等廢氣很有效，但此方法耗水、耗電，運(yùn)行費(fèi)用較高; 如果采用循環(huán)水，噴淋裝置容易堵塞，不易清洗; 而且設(shè)備龐大，對于場地比較狹窄的廚房則無法安裝。

2. 5 催化凈化法

      催化凈化法的原理是在催化劑的作用下，在烹調(diào)過程產(chǎn)生的污染物在定溫度下被催化氧化燃燒或分解，轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水蒸氣，消除污染和臭味。張大偉等［27］采用浸漬法制備La0.8Sr0.2MnO3負(fù)載型納米催化劑，經(jīng)800℃焙燒的催化劑形成了鈣鈦礦晶粒，當(dāng)負(fù)載量達(dá)到10% 時(shí)，催化劑對油煙低溫燃燒的催化活性較高，起燃溫度為198℃，300℃下催化效率高，達(dá)到90%。Yang 等以Al2O3為載體、MnO2 /CuO 為活性組分，在650℃下焙燒制成球形催化劑，對油煙進(jìn)行催化，催化溫度200～600℃，能將PAHs、硝基多環(huán)芳烴等氧化為CO2和H2O，在200℃對油煙的催化效率達(dá)到了96%。

表1 常見油煙凈化技術(shù)對比

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。

根據(jù)該原理設(shè)計(jì)了新型油煙凈化模塊，凈化過程如圖1所示。

圖1 靜電與催化耦合凈化烹飪油煙示意圖

      該凈化模塊采用三段凈化處理，段油煙分離單元采用機(jī)械式過濾格柵，使油煙氣體流經(jīng)過濾格柵時(shí)，由于慣性作用產(chǎn)生變向、加速，形成湍流和漩渦，使顆粒物與過濾格柵充分碰撞，去除油煙氣體中大顆粒的油滴和水滴。二段靜電單元采用靜電捕集原理，分為高壓放電區(qū)和低壓捕集區(qū)，通過高壓電離作用使油煙顆粒荷電，在通過捕集區(qū)域時(shí)由于電場作用力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而收集在捕集極板上。再經(jīng)過三段催化單元，將油煙氣體中的異味及有害氣體催化分解，去除油煙中的異味及有害氣體。

圖2 家庭油煙凈化器油脂分離度測試平臺

      圖3為采用激光顆粒計(jì)數(shù)器在油煙凈化模塊出口端采樣進(jìn)行顆粒物去除效率測試得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中藍(lán)色棒狀數(shù)值為空氣中的PM數(shù)值。

圖3 顆粒物去除效率測試結(jié)果

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。

      PM和VOCs是大氣污染和導(dǎo)致霧霾的主要物質(zhì)，其中來自烹飪油煙的貢獻(xiàn)度不可低估。我們相信，今后吸油煙機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)中增加PM和VOCs的排放限值要求是必然的趨勢。

5 安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺

      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)測云平臺應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺進(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。平臺預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對接接口，具有很好的擴(kuò)展性及融合性。

5.1平臺結(jié)構(gòu)

      平臺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)，自動對超標(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)行對比分析，旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會發(fā)出異常信號。

■ 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)配合對油煙進(jìn)行凈化處理，同時(shí)對凈化設(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 平臺主要功能

(1)在線監(jiān)測

      對油煙排污數(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)生對應(yīng)的排放超標(biāo)告警;對凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對應(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)對采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對應(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)

      個人信息、權(quán)限維護(hù)，企業(yè)信息錄入，對應(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，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。同時(shí)，對本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲，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：

類別 條目 規(guī)格

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，不僅對顆粒物有較高的去除效果，同時(shí)在室溫下能夠有效地對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。

      技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面，現(xiàn)行油脂分離度標(biāo)準(zhǔn)沒有設(shè)定排放限值，氣味降低度標(biāo)準(zhǔn)對吸油煙機(jī)的測評僅僅是評價(jià)將污染物轉(zhuǎn)移到室外的能力，因此很有必要增加對PM和VOCs的排放限值要求，在推進(jìn)油煙凈化技術(shù)水平提高的同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)管和力度。

【參考文獻(xiàn)】

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［2］黃丹雯． 烹飪油煙影響PM2.5［J］.環(huán)境，2013，(11):69－71

［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. 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