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浅析烹饪油烟污染的危害及其控制技术研究现状

更新时间:2020-10-28点击次数:355次
浅析烹饪油烟污染的危害及其控制技术研究现状

摘 要:介绍了烹饪油烟的组成及危害,着重概述了家庭烹饪油烟污染特点以及净化技术的研究进展,对各技术特点及存在的问题进行了分析,初步探讨了新近发展的静电催化耦合技术在烹饪排放污染控制中的应用,分析了现行的吸油烟机技术标准及发展趋势。 

关键词:油烟污染;家用吸油烟机;环境污染;防治对策 

 

0 引言

       烹饪油烟( cooking oil fumes,COFs) ,是指采用食用油煎、炒、烹和炸食物后发生剧烈化学变化而产生的油烟雾,包含多种有毒化学成分,已成为危害烹饪者健康的重要因素。不仅如此,分散在千家万户的厨房烹饪油烟未经处理直排至室外,在城市大气中不断累积,成为引起城市大气雾霾的重要排放源之[1],甚至被认为是继工业排放、机动车尾气排放之后,空气污染的三“元凶”[2]。由此可见,烹饪油烟的净化对保护大气环境和保障人类的健康具有重要意义。

       近十几年来,人们比较关注餐饮业的油烟净化技术的研发,而对分散式的家庭烹饪污染治理研究报道较少。因此,本论文在介绍烹饪油烟的危害以及主要技术发展的同时,对家庭烹饪污染特点、技术现状、未来发展以及法规标准等方面作了的分析和论述。

 

1 烹饪油烟的组成及危害

1.1 烹饪油烟的主要成分

       烹饪过程中会产生可见的烟雾,这些烟雾是由油、水蒸气、液滴、燃烧产物以及冷凝的有机物组成的微米级别的粒子。这些颗粒物属于超细微粒,总体直径处于100nm到2.5μm之间[4]。从形态组成上看,主要由颗粒物和气态物质组成,气态污染物主要是些挥发性有机化合物( volatile organiccompounds,VOCs),是异味的主要来源。

       油烟的组成十分复杂,成分有300 多种,主要包括脂肪酸、烷烃、烯烃,以及氧化裂解后的短链醛类、酮、醇、酯、芳香化合物和杂环化合物。蒋燕等采用低温预浓缩仪和气相色谱-质谱联用的分析技术对川菜馆排放的油烟废气进行检测,共检测出14 种VOCs,其中苯系物6 种( 43%,体积分数,下同) 、烷烯烃4 种( 29%) 、卤代烃2 种( 14%) 、酮类2种( 14%) 。Sjaastad 等[8]通过研究发现,在煎牛排的过程中会产生大量挥发性的醛类,包括甲醛、乙醛、丙醛、异丁醛、丁醛、异戊醛、戊醛、庚醛、辛醛、壬醛和癸醛。

1.2 家庭烹饪油烟的特点及危害

       外的烹饪方式与我差异很大,食物多为生食或加工为半成品,厨房污染程度较低; 而我家庭烹饪的温度高、油量大,同时加入各种油、盐、酱、醋,在高温下这些酱料也发生化学变化,因此中式厨房的污染程度很高。些研究表明,亚洲的烹饪方式产生的PM2. 5 要多于西式烹饪,分别为30~1400和20~535μg/m3。Li 等分析了中餐、西餐和日餐的废气来研究排放中的多环芳烃,发现中式烹饪产生更高的致癌物质—苯并芘,其中,西式烹饪是中式烹饪的1 /7,而日式的烹饪和快餐几乎都不产生苯并芘。

2 各种烹饪油烟净化技术

       外的烹饪方式产生的油烟浓度低,大饭店般是采用热氧化焚烧法,即利用热氧化反应将油烟中的有毒有害成分转化成无毒状态; 中小饭店般采用催化剂净化法,通过催化氧化燃烧将油滴转化为CO2和蒸汽,从而消除污染和异味。

2.1 机械式油烟净化

       机械式净化法主要包括惯性碰撞、旋风分离和过滤。机械式净化法设备简单、运行费用低、维修管理方便,但由于去除效率比较低等缺点,般只应用于预处理或者是复合处理法中。

2.2 吸附式油烟净化

       吸附法是利用活性炭或其他多孔材料的吸附特性,吸附去除大部分的颗粒物和VOCs。这种方式对气溶胶的去除率为40%~70%,且对气味的净化有较明显作用,但随着油烟雾的附着,吸附能力会逐渐减弱,需要经常更换滤料,因此维护成本较高,且细菌、霉菌还可能在活性碳上繁殖、发臭,从而造成二次污染。

2. 3 静电式油烟净化

       静电式油烟净化设备的主要原理是利用阴极在高压电场发出来的电子与油烟颗粒碰撞,使颗粒荷电,再利用电场力使带电颗粒在捕集区被捕集,从而实现净化分离。与其他技术例如喷淋、洗涤相比,静电式净化技术在收集和去除油烟方面更加有效。当静电式油烟净化设备风速控制在0.6~1.6 m/s,电极电压为2.5 kV 时,1~10μm 的颗粒物去除率在90%以上。虽然静电技术可以捕集颗粒物并在定程度上降低了异味,但运行效率受些因素的影响,例如运行参数,烹饪过程和天气条件。

       以上结果表明,虽然催化燃烧法对油烟的去除效率较高,但需要在高温环境( 300℃左右) 才能进行催化反应,能耗高、危险性大,家庭厨房难以应用。

       各种净化技术的缺点对比总结在表1中。可以预见,未来该领域的研究在于寻找能够同时去除颗粒物与VOCs、总体造价与能耗都较低、尺寸小、适用于家庭厨房的复合式油烟净化技术。

表1 常见油烟净化技术对比

 

3 高压静电催化耦合净化技术

       高压静电的原理决定了它具有捕捉细小颗粒物的特性,以及对烹饪油烟的净化能力。在定范围内,电压越高则颗粒物捕集效率也越高,同时产生更多臭氧。臭氧污染环境,单独的臭氧对有机污染物和异味的去除能力很有限。我们的研究表明,在催化作用下O3能实现对VOCs的有效净化,并在静电催化耦合同时净化室内PM和VOCs方面取得了进展。

4 技术标准现状及发展趋势

       从20世纪90年代开始,我相关部门开始着手制定吸油烟机的行业标准。1999年4月2 日,家质量技术监督局发布了《吸油烟机》( GB /T17713-1999) ,并于当年10月1日起实施。该《标准》对吸油烟机的定义、产品分类、试验要求、技术方法、检验规则及标志等做了具体的规定

5 安科瑞AcrelCloud3500餐饮油烟监测云平台

       为了弥补现存餐饮行业在烟油监测上的漏洞,同时便利监管部门的监察,安科瑞油烟监测云平台应运而生。油烟监测模块通过2G/4G与云端平台进行通信和数据交互,系统能够对企业餐饮设备的开机状态、运行状态进行监控;实现开机率监测,净化效率监测,设施停运告警,待清洗告警,异常告警等功能;对采集数据进行统计分析、等统计功能;较之传统的静电监测方案,更具实效性。平台预留与其他应用系统、设备交互对接接口,具有很好的扩展性及融合性。

5.1平台结构

平台GIS地图采集餐饮油烟处理设备运行状态和油烟排放的浓度数据,自动对超标排放及异常企业进行提示预警,监管部门可迅速进行处理,督促餐饮企业整改设备,并定期清洗、维护,实现减排环保,不扰民等目的。现场安装监测终端,持续监测油烟净化器的工作状态,包括设备运行的电流、电压、功率、耗电量等等,同时结合排烟口的挥发性物质、颗粒物浓度等进行对比分析,旦排放超标,系统会发出异常信号。

■ 油烟监测设备用来监测油烟、颗粒物、NmHc等数据

■ 净化器和风机配合对油烟进行净化处理,同时对净化设备的电流、电压进行监测 

■ 设备通过4G网络将采集的数据上传至远程云端服务器

5.2 平台主要功能

(1)在线监测

       对油烟排污数据的监测,包括油烟排放浓度,颗粒物,NmHc等数值采集监测;同时对监控风机和净化器的启停状态、运行数据进行监测。

 

(2)告警数据监测

       系统根据采集的油烟数值大小,产生对应的排放超标告警;对净化器的运行数据分析,上传净化设备对应的运行、停机、故障等告警事件。

(3)数据分析

       运行时长分析,离线分析;告警占比、分析;历史数据统计等。

 

 

(4)隐患管理

       系统对采集的告警数据分析,产生对应的隐患记录,派发、处理隐患,及时处理告警,形成闭环。

 

(5)统计分析

       包括时长分析、超标分析、历史数据、分析报告等模块。

 

 

(6)基础数据维护

       个人信息、权限维护,企业信息录入,对应测点信息录入等。

(7)数据服务

       数据采集,短信提醒,数据存储和解析。

5.3油烟监测主机

       油烟监控主机是现场的管理设备,实时采集油烟浓度探测器和工况传感器的信号,进行数据处理,通过有线或无线网络通讯将数据传输到服务器平台。同时,对本地数据进行存储,监控现场设备状态,提供人机操作界面。

具体技术参数如下:

 

5.4 设备选型方案

注:双探头适合双排烟通道的场合,每路探头监测1路排烟通道。

 

6 结论

       烹饪油烟是大气环境中PM的主要来源之。家庭烹饪油烟具有量大、面广、高度分散的特点,控制其排放对保护大气环境、减少雾霾产生具有重要意义。

       目内油烟净化技术都有各自的点,但同时存在不足之处。实践证明,高压静电催化耦合技术应用于烹饪油烟处理具有很好的净化效果,不仅对颗粒物有较高的去除效果,同时在室温下能够有效地对VOCs及异味气体等进行持久催化净化。该技术具有应用于家庭厨房的潜力

 

【参考文献】

[1]朱春,李旻雯,缪盈盈,等.城市烹饪油烟颗粒物排放特性分析[J].绿色建筑,2014,(5) : 57 - 60,71

[2]黄丹雯. 烹饪油烟影响PM2.5[J].环境,2013,(11):69-71

[3]姚鑫,陈猛,范泽云,陈铭夏,施建伟,上官文峰,曹亚裙,张旭东. 烹饪油烟污染及其控制技术研究进展.

[4]安科瑞AcrelCloud-3500餐饮油烟监测云平台. 2020.05版.

作者简介:缪建梅,女,安科瑞电气股份有限公司,主要从事电气防火限流式保护器的研发与应用

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