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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：1764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展趨勢。

關鍵詞：油煙污染；家用吸油煙機；環境污染；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的油煙凈化技術的研發，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展的同時，對家庭烹飪污染特點、技術現狀、未來發展以及法規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］。從形態組成上看，主要由顆粒物和氣態物質組成，氣態污染物主要是些揮發性有機化合物( 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、芳香化合物和雜環化合物。蔣燕等采用低溫預濃縮儀和氣相色譜-質譜聯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］通過研究發現，在煎牛排的過程中會產生大量揮發性的醛類，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芳烴，發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; 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標準。1999年4月2 日，家質量技術監督局發布了《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、檢驗規則及標志等做了具體的規定

5 安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監測云平臺

為了彌補現存餐飲行業在煙油監測上的漏洞，同時便利監管部門的監察，安科瑞油煙監測云平臺應運而生。油煙監測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數據交互，系統能夠對企業餐飲設備的開機狀態、運行狀態進行監控；實現開機率監測，凈化效率監測，設施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數據進行統計分析、等統計功能；較之傳統的靜電監測方案，更具實效性。平臺預留與其他應用系統、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和油煙排放的濃度數據，自動對超標排放及異常企業進行提示預警，監管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業整改設備，并定期清洗、維護，實現減排環保，不擾民等目的。現場安裝監測終端，持續監測油煙凈化器的工作狀態，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性物質、顆粒物濃度等進行對比分析，旦排放超標，系統會發出異常信號。