淺析烹飪油煙污染的危害及其 控制技術研究現(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以及凈化技術的研究進展，對各技術特點及存在的問題進行了分析，初步探討了新近發(fā)展的靜電催化耦合技術在烹飪排放污染控制中的應用，分析了現(xiàn)行的吸油煙機技術標準及發(fā)展趨勢。 

關鍵詞：油煙污染；家用吸油煙機；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)生劇烈化學變化而產(chǎn)生的油煙霧，包含多種有毒化學成分，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］，甚至被認為是繼工業(yè)排放、機動車尾氣排放之后，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)物以及冷凝的有機物組成的微米級別的粒子。這些顆粒物屬于超細微粒，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)物質組成，氣態(tài)污染物主要是些揮發(fā)性有機化合物( volatile organiccompounds，VOCs)，是異味的主要來源。

2 各種烹飪油煙凈化技術

      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，即利用熱氧化反應將油煙中的有毒有害成分轉化成無毒狀態(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主要有以下幾種: 機械式凈化、吸附式凈化、靜電式凈化、洗滌法凈化等。

2.1 機械式油煙凈化

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，從而實現(xiàn)凈化分離。與其他技術例如噴淋、洗滌相比，靜電式凈化技術在收集和去除油煙方面更加有效。李家勝報道，當靜電式油煙凈化設備風速控制在0.6～1.6 m/s，電極電壓為2.5 kV 時，1～10μm 的顆粒物去除率在90%以上。雖然靜電技術可以捕集顆粒物并在定程度上降低了異味，但運行效率受些因素的影響，例如運行參數(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，運行費用較高; 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，當負載量達到10% 時，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到了96%。

表1 常見油煙凈化技術對比

3 高壓靜電催化耦合凈化技術

      高壓靜電的原理決定了它具有捕捉細小顆粒物的特性，以及對烹飪油煙的凈化能力。在定范圍內，電壓越高則顆粒物捕集效率也越高，同時產(chǎn)生更多臭氧。臭氧污染環(huán)境，單獨的臭氧對有機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能實現(xiàn)對VOCs的有效凈化，并在靜電催化耦合同時凈化室內PM和VOCs方面取得了進展。

根據(jù)該原理設計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械式過濾格柵，使油煙氣體流經(jīng)過濾格柵時，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)域時由于電場作用力而發(fā)生偏轉，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為采用激光顆粒計數(shù)器在油煙凈化模塊出口端采樣進行顆粒物去除效率測試得到的實驗結果，其中藍色棒狀數(shù)值為空氣中的PM數(shù)值。

圖3 顆粒物去除效率測試結果

4 技術標準現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

      從20世紀90年代開始，我相關部門開始著手制定吸油煙機的行業(yè)標準。1999年4月2 日，家質量技術監(jiān)督局發(fā)布了《吸油煙機》( GB /T17713-1999) ，并于當年10月1日起實施。該《標準》對吸油煙機的定義、產(chǎn)品分類、試驗要求、技術方法、檢驗規(guī)則及標志等做了具體的規(guī)定。

      PM和VOCs是大氣污染和導致霧霾的主要物質，其中來自烹飪油煙的貢獻度不可低估。我們相信，今后吸油煙機的標準中增加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

      為了彌補現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測上的漏洞，同時便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測云平臺應運而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)能夠對企業(yè)餐飲設備的開機狀態(tài)、運行狀態(tài)進行監(jiān)控；實現(xiàn)開機率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、等統(tǒng)計功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測方案，更具實效性。平臺預留與其他應用系統(tǒng)、設備交互對接接口，具有很好的擴展性及融合性。

5.1平臺結構

      平臺GIS地圖采集餐飲油煙處理設備運行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動對超標排放及異常企業(yè)進行提示預警，監(jiān)管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業(yè)整改設備，并定期清洗、維護，實現(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)，包括設備運行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時結合排煙口的揮發(fā)性物質、顆粒物濃度等進行對比分析，旦排放超標，系統(tǒng)會發(fā)出異常信號。

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

■ 凈化器和風機配合對油煙進行凈化處理，同時對凈化設備的電流、電壓進行監(jiān)測 

■ 設備通過4G網(wǎng)絡將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠程云端服務器

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;同時對監(jiān)控風機和凈化器的啟停狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)進行監(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)生對應的排放超標告警;對凈化器的運行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設備對應的運行、停機、故障等告警事件。

(3)數(shù)據(jù)分析

      運行時長分析，離線分析；告警占比、分析；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。

(4)隱患管理

      系統(tǒng)對采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對應的隱患記錄，派發(fā)、處理隱患，及時處理告警，形成閉環(huán)。

(5)統(tǒng)計分析

      包括時長分析、超標分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報告等模塊。

(6)基礎數(shù)據(jù)維護

      個人信息、權限維護，企業(yè)信息錄入，對應測點信息錄入等。

(7)數(shù)據(jù)服務

      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

      油煙監(jiān)控主機是現(xiàn)場的管理設備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進行數(shù)據(jù)處理，通過有線或無線網(wǎng)絡通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌髌脚_。同時，對本地數(shù)據(jù)進行存儲，監(jiān)控現(xiàn)場設備狀態(tài)，提供人機操作界面。

具體技術參數(shù)如下：

類別 條目 規(guī)格

5.4 設備選型方案

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，控制其排放對保護大氣環(huán)境、減少霧霾產(chǎn)生具有重要意義。

      目內油煙凈化技術都有各自的點，但同時存在不足之處。實踐證明，高壓靜電催化耦合技術應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，同時在室溫下能夠有效地對VOCs及異味氣體等進行持久催化凈化。該技術具有應用于家庭廚房的潛力。

      技術標準方面，現(xiàn)行油脂分離度標準沒有設定排放限值，氣味降低度標準對吸油煙機的測評僅僅是評價將污染物轉移到室外的能力，因此很有必要增加對PM和VOCs的排放限值要求，在推進油煙凈化技術水平提高的同時加強監(jiān)管和力度。

【參考文獻】

［1］朱春，李旻雯，繆盈盈，等．城市烹飪油煙顆粒物排放特性分析［J］．綠色建筑，2014，(5) : 57 － 60，71

［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研究進展.

［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器的研發(fā)與應用