0.前言
隨著我國餐飲行業(yè)的快速發(fā)展，餐飲油煙污染已成為城市大氣污染的重要來源之一。餐飲場所主要分布在人口稠密的商業(yè)區(qū)和居民區(qū)，在烹飪過程中產(chǎn)生的油煙污染物具有數(shù)多、覆蓋面廣、污染源分散、污染不易擴(kuò)散等特點(diǎn)，對城市大氣污染的貢獻(xiàn)僅次于機(jī)動車污染源和工業(yè)源。此外，居民針對烹飪油煙刺激性氣味的投訴越來越多。據(jù)相關(guān)調(diào)查，對餐飲油煙污染的投訴占所有環(huán)境投訴的30%-40%，引起了有關(guān)部門的關(guān)注。
中國的烹飪風(fēng)格以油炸、燒烤、蒸煮和爆炒為主，與西方單一的烹飪方式相比，更容易產(chǎn)生大量的油煙。目前我國使用的油煙機(jī)，只能通過機(jī)械作用去除大顆粒的油滴，而顆粒物和VOCs則通過管道轉(zhuǎn)移到室外，并未進(jìn)行**處理。餐飲油煙的成分復(fù)雜并包含較多有毒物質(zhì)，這些混合物若通過無組織排放，在大氣環(huán)境中逐漸積累，短期內(nèi)會對當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量和人類健康有顯著影響。因此，亟需發(fā)展綠色的凈化技術(shù)對餐飲油煙污染進(jìn)行控制。本文針對餐飲油煙污染處理難題，結(jié)合餐飲油煙VOCs的組成特征，總結(jié)油煙VOCs凈化技術(shù)研究進(jìn)展及其難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題，為進(jìn)一步研究油煙VOCs凈化提供參考和思路。
? 油煙VOCs的形成、組成特征及危害
1.1 油煙VOCs的形成
烹飪油煙是指食物在高溫烹制過程中與食用油反應(yīng)，生成各種脂質(zhì)熱氧化和分解的混合
物，主要包括固態(tài)顆粒物和氣態(tài)污染物。油煙的形成主要有三個階段：當(dāng)加熱溫度為50℃–100℃時，油脂中所含低沸點(diǎn)物質(zhì)和水分發(fā)生汽化，小分子物質(zhì)散發(fā)；溫度為
100℃–260℃時，食用油所含沸點(diǎn)較高的物質(zhì)發(fā)生汽化并分解，形成小油滴（>10 μm）；加熱到
260℃以上，高沸點(diǎn)物質(zhì)急劇汽化，形成大量細(xì)顆粒物（0.1–10
μm）。當(dāng)各階段產(chǎn)生的混合氣體在上升過程中與空氣發(fā)生碰撞，溫度迅速下降，形成含冷凝物的氣溶膠，各種混合物散逸至大氣中。
1.2 油煙VOCs組成特征
餐飲油煙VOCs的化學(xué)成分較為復(fù)雜，其化學(xué)特性因烹飪風(fēng)格、烹飪原料、加熱溫度等不同而有很大差異。何萬清等[10]以菜籽油為例，對在不同溫度下加熱產(chǎn)生的油煙VOCs組分進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖
1
所示。當(dāng)加熱溫度從130℃上升到260℃時，葵花籽油排放的VOCs的種類和濃度水平都呈上升趨勢。其中，烷烴和醛酮類化合物隨著溫度的升高而升高，且濃度變化范圍較大。
圖 1 葵花籽油在不同溫度下的 VOCs 排放濃度
zhang 等測定同一溫度（270℃）下，五種食用油油煙 VOCs 排放種類及濃度。實(shí)驗(yàn)得到，五種食用油 VOCs
的排放濃度依次為：菜籽油（81.0 mg/m3）>大豆油（75.5 mg/m3）>花生（70.9
mg/m3）>玉米油（60.3 mg/m3）>豬油（20.5 mg/m3），這表明富含不飽和脂肪
酸的植物油在270℃下比富含飽和脂肪酸的豬油排放更多VOCs。黃永?？疾煸?60℃時，大豆油、花生油和調(diào)和油三種食用油非甲烷總烴（Non-methane
hydrocarbons，NMHCs）、醛類和苯系物的排放濃度。實(shí)驗(yàn)得出，大豆油加熱產(chǎn)生的油煙中 NMHCs的濃度（31588.33
ppm）明顯高于其他兩種食用油，但三種食用油排放的醛酮類和苯系物濃度水平相當(dāng)。相比之下，大豆油在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生的 VOCs
濃度（31995.37 ppm）高，而花生油和調(diào)和油的VOCs 排放濃度相當(dāng)。綜上所述，烹飪油煙 VOCs 的化學(xué)成分主要包括烴類、醛酮、醇類及其他雜環(huán)化合物。不同食用油在高溫狀態(tài)下排放的 VOCs 種類和濃度都不相同，其中富含不飽和脂肪酸的植物油產(chǎn)生的油煙VOCs濃度高。
為了解不同類型餐飲源對 VOCs 排放的種類和濃度水平的影響，圖 2 對比了不同菜系油煙 VOCs 濃度水平和種類。Huang
等研究上海五種類型餐館（火鍋、川菜、粵菜、西餐和正宗上海菜）VOCs
的排放特性。研究發(fā)現(xiàn)，火鍋在室內(nèi)排放油煙產(chǎn)生的VOCs質(zhì)量濃度高(1.90 mg/m3)，其次是川菜(1.41 mg/m3)、西餐（0.66
mg/m3)、粵菜(0.63 mg/m3
)和上海菜(0.61
mg/m3)。烷烴是五種菜系的主要 VOC 污染物，所占比例為 34.4%~71.7%。崔彤等研究北京 5
家不同菜系（燒烤類、中餐、西餐、川菜和浙菜）油煙 VOCs 的排放特征。結(jié)果顯示，5 種菜系油煙 VOCs
的排放濃度從高到低依次為：燒烤類（12.22 mg/m3）>中餐（4.28 mg/m3）>西餐（5.79
mg/m3）>川菜（5.45 mg/m3）>浙菜（3.93
mg/m3）。燒烤類與非燒烤類菜系油煙排放的污染物種類有顯著差別。燒烤類 VOCs 排放主要是以烴類化合物為主，占所有組分的 89.65%
。非燒烤類菜系的烹飪排放中，烷烴和醛類是主要污染物。徐敏等[以北京烤鴨作為研究對象，通過氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，共檢測出 58 種
VOCs。其中醛酮類和脂類等碳鏈較短的化合物含量較高，C1-C3 物質(zhì)所占比例
72.27%。同時指出，由于烤鴨烤制溫度較高，使大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，與烹飪油煙產(chǎn)生的有機(jī)物濃度大不相同，因此不具有明顯的線性相關(guān)。
圖 2 不同餐飲源 VOCs 排放濃度
1.3 油煙的危害
1.3.1 環(huán)境效應(yīng)
餐飲油煙的排放對空氣質(zhì)量和人類健康都有顯著影響，其具體環(huán)境效應(yīng)和健康風(fēng)險(xiǎn)如圖
3
所示。烹飪產(chǎn)生的 PM2.5等細(xì)顆粒物是城市環(huán)境霧霾污染和室內(nèi)污染的重要貢獻(xiàn)者。有研究表明，與西方烹飪風(fēng)格相比，中國烹飪風(fēng)格所產(chǎn)生的
PM2.5 含量較高。活性 VOCs 能促進(jìn)大氣中的羥基自由基、臭氧和二次有機(jī)氣溶膠(secondary organic
aerosol，SOA)的形成，
導(dǎo)致光化學(xué)煙霧事件并加快二次顆粒物的生成，對城市和區(qū)域環(huán)境質(zhì)量影響較大究表示，烹飪會釋放出 SOA
前體，例如烯烴(<C10)、初級半揮發(fā)性、中間揮發(fā)性有機(jī)化合物（primary semi-volatile and
intermediate-volatility organic compounds，SVOCs 和 IVOCs）等。同時，Hayes
等通過建模顯示，烹飪排放的
SVOCs和IVOCs占洛杉磯市中心SOA質(zhì)量19%-35%。假設(shè)烹飪排放具有SVOCs和IVOCs的揮發(fā)性分布，該結(jié)果表明烹飪與汽車尾氣具有相同的 SOA 排放產(chǎn)量。
? 油煙 VOCs 凈化技術(shù)
餐飲油煙的凈化主要是針對
VOCs 廢氣的處理。VOCs
控制技術(shù)分為回收技術(shù)和破壞性技術(shù)?；厥占夹g(shù)是對污染物進(jìn)行物理處理，主要包括吸附法、吸收法等；破壞性技術(shù)是用化學(xué)方法將VOCs氧化分解為CO2 和
H2O 等無污染的物質(zhì)，主要包括催化燃燒法、低溫等離子體法等。兩種控制技術(shù)的工作原理和性能對比如表 1。
表 1 油煙 VOCs 凈化技術(shù)工作原理與性能對比
2.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、排名等統(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。
2.1 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，一旦排放超標(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
2.2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(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)行時長分析，離線分析；告警占比、排名分析；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，及時處理告警，形成閉環(huán)。
(5)統(tǒng)計(jì)分析
包括時長分析、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。
2.3 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，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。
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。
3.結(jié)論
餐飲油煙作為中國城市地區(qū)的一個大型VOCs排放源，嚴(yán)重威脅著生態(tài)環(huán)境和人體健康。因此，餐飲油煙VOCs凈化技術(shù)仍迫切需要深入的研究。
1）本文綜述了餐飲油煙VOCs的排放特征。結(jié)果表明，不同烹飪風(fēng)格和烹飪原料會導(dǎo)致VOCS排放有很大差異。不同菜系烹飪油煙
VOCs排放種類和濃度有明顯差異。典型的非燒烤類菜系中以川菜污染排放較為嚴(yán)重，主要以烷烴和烯烴為主。燒烤類菜系以芳香烴類化合物排放為主。不同食用油中，大豆油污染排放濃度較高，玉米油則相對健康。目前，國內(nèi)外對餐飲油煙VOCs排放特征的研究取得了大量成果，但油煙
VOCs
采樣方式與排放量的估算仍需進(jìn)一步規(guī)范。相關(guān)部門要加強(qiáng)小規(guī)模及未注冊餐飲業(yè)的排放監(jiān)測，獲得相關(guān)排放系數(shù)，提高排放量估算的準(zhǔn)確性，對制定相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)和控制措施具有指導(dǎo)意義。
2）目前我國餐飲油煙凈化設(shè)備主要針對油煙顆粒物的去除，但對于油煙VOCs的末端
治理還尚不完善。綜上所述，餐飲油煙VOCs凈化技術(shù)種類繁多且較為成熟，回收技術(shù)中以吸附法應(yīng)用較多，但該技術(shù)大多應(yīng)用于大型食品加工行業(yè)，并未在中小型餐飲業(yè)進(jìn)行推廣使用。破壞技術(shù)可大幅度提高
VOCs 的凈化效率，其中以催化燃燒法的應(yīng)用較多。催化燃燒是一種綠色的凈化技術(shù)，但催化設(shè)備造價(jià)較高、占地較廣，并不適合低成本的餐飲油煙
VOCs的凈化。針對餐飲油煙成分的復(fù)雜性和污染氣體排放情況的差異性，采用單一的治理技術(shù)已不能滿足當(dāng)下的治理需求。因此，為了實(shí)現(xiàn)多種VOCs的大范圍去除，通常采用多技術(shù)耦合，充分發(fā)揮各種
VOCs
凈化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)降解。根據(jù)上述VOCs凈化技術(shù)的分析，低溫等離子體與催化相結(jié)合在降低能耗和減少副產(chǎn)物方面具有潛在優(yōu)勢，也日益受到了人們的關(guān)注。等離子體催化系統(tǒng)可以通過改變催化劑表面物理化學(xué)性質(zhì)提升催化劑反應(yīng)活性，充分利用等離子與催化劑之間的協(xié)同作用，提高能量利用率，實(shí)現(xiàn)油煙VOCs的降解。然而要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)量化和商業(yè)化，催化劑的選擇尤為重要，探究兩者如何協(xié)同產(chǎn)生更有利于VOCs降解的物理化學(xué)變化仍是我們未來的研究方向。同時，為了踐行國家綠色環(huán)保的發(fā)展理念，選擇環(huán)保的油煙廢氣處理技術(shù)，也是未來研究的方向。
