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淺析烹飪油煙污染的危害及其控制技術研究現狀

更新時間：2020-10-28點擊次數：1986次

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。

近十幾年來，人們比較關注餐飲業(yè)的油煙凈化技術的研發(fā)，而對分散式的家庭烹飪污染治理研究報道較少。因此，本論文在介紹烹飪油煙的危害以及主要技術發(fā)展的同時，對家庭烹飪污染特點、技術現狀、未來發(fā)展以及法規(guī)標準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

烹飪過程中會產生可見的煙霧，這些煙霧是由油、水蒸氣、液滴、燃燒產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。

油煙的組成十分復雜，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。蔣燕等采用低溫預濃縮儀和氣相色譜-質譜聯(lián)用的分析技術對川菜館排放的油煙廢氣進行檢測，共檢測出14 種VOCs，其中苯系物6 種( 43%，體積分數，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，在煎牛排的過程中會產生大量揮發(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，同時加入各種油、鹽、醬、醋，在高溫下這些醬料也發(fā)生化學變化，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)現中式烹飪產生更高的致癌物質—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生苯并芘。

2 各種烹飪油煙凈化技術

外的烹飪方式產生的油煙濃度低，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。

2.1 機械式油煙凈化

機械式凈化法主要包括慣性碰撞、旋風分離和過濾。機械式凈化法設備簡單、運行費用低、維修管理方便，但由于去除效率比較低等缺點，般只應用于預處理或者是復合處理法中。

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。這種方式對氣溶膠的去除率為40%～70%，且對氣味的凈化有較明顯作用，但隨著油煙霧的附著，吸附能力會逐漸減弱，需要經常更換濾料，因此維護成本較高，且細菌、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。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，烹飪過程和天氣條件。

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

各種凈化技術的缺點對比總結在表1中。可以預見，未來該領域的研究在于尋找能夠同時去除顆粒物與VOCs、總體造價與能耗都較低、尺寸小、適用于家庭廚房的復合式油煙凈化技術。

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。

4 技術標準現狀及發(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

5 安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺

為了彌補現存餐飲行業(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據交互，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；對采集數據進行統(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據，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，實現減排環(huán)保，不擾民等目的。現場安裝監(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。