涂志燕

關(guān)鍵詞：餐飲油煙；顆粒物；VOCs；餐飲油煙監(jiān)測云平臺；安科瑞

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對于美食追求 更加強(qiáng)烈，一方面是飲食業(yè)迅速崛起，另一方面是家庭廚房、學(xué)校、單位食堂等烹飪量的增加，但是其帶來的油煙污染問題也逐漸凸顯［1］。烹飪過程產(chǎn)生的污染物以油煙氣的形式排入大氣環(huán)境，根據(jù)其形態(tài)一般可分為顆粒物質(zhì)和氣體物質(zhì)2類［2］。其中，油煙顆粒物主要來源于烹飪過程中油脂的揮發(fā)凝結(jié)以及食材的分解、裂解等，統(tǒng)稱油煙，氣體物質(zhì)主要指揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）。餐飲業(yè)油煙及VOCs的排放嚴(yán)重降低空氣質(zhì)量、危害人類身體健康，迫切需要尋求切實(shí)的治理方法控制油煙污染。

食物烹飪、加工過程中油脂、有機(jī)質(zhì)的揮發(fā)及其加熱過程中的產(chǎn)物，均是油煙及VOCs的主要來源。而在材料烹制的不同階段，污染物排放種類有所不同。具體表現(xiàn)為:①炒鍋加熱,鍋體表面油膜蒸發(fā)產(chǎn)生直徑≤1μm的油煙顆粒物；②加入食油，溫度上升至100℃，水和低沸點(diǎn)油料氣化，散發(fā)出小分子物質(zhì)，溫度持續(xù)升高至260℃，高沸點(diǎn)油料氣化，出現(xiàn)肉眼可見的油煙顆粒物（3-11μm；③食材入鍋初期，伴隨著劇烈的化學(xué)反應(yīng)，油煙濃度達(dá)到峰值，產(chǎn)生的油煙氣溶膠粒徑在納米至毫米之間，伴隨著翻炒溫度下降，產(chǎn)生油水混合的粗顆粒物，以及成分極為復(fù)雜的VOCs。 此外，氣體離開鍋體之后， 環(huán)境溫度與濕度均發(fā)生變化，逐漸形成由各種冷凝物及氣體物質(zhì)構(gòu)成的混合物。

烹飪過程排放的污染物主要是氣、液、固三態(tài)混 合的油煙顆粒物和VOCs,其中油煙顆粒物包括液態(tài)和固態(tài)產(chǎn)物，粒徑一般小于10μm,而PM2.5占到PM10的80%以上，是空氣中PM2.5的重要排放源之一，與工業(yè)廢氣、機(jī)動車尾氣共同被稱作現(xiàn)代城市大氣污染的“三大殺手"。氣態(tài)污染物主要是VOCs，是指在常壓下沸點(diǎn)低于260℃的各種有機(jī)化合物。VOCs的排放會使得大氣0H自由基、O3和 二次有機(jī)氣溶膠的生成，從而易導(dǎo)致光化學(xué)煙霧污染事件的發(fā)生。多個城市VOCs排放清單研究表明，餐飲源已成為城市大氣環(huán)境中VOCs的重要來源之一。

在國外，尤其是西方國家飲食以生吃或加工成半成品為主，使其廚房油煙濃度較低，采用的凈化方法主要是氧化焚燒法和催化氧化法。

氧化焚燒法是在氧化反應(yīng)的熱推進(jìn)作用下，將顆粒物和VOCs燃燒轉(zhuǎn)換成無害物質(zhì)。常見的是直燃式燃燒爐技術(shù)，主要是將污染物和其他氣體混合后通入爐內(nèi)進(jìn)行充分燃燒，實(shí)現(xiàn)顆粒物減排。但是該技術(shù)進(jìn)行油煙凈化時(shí)，需確保通入氧氣量的充足性，促使燃燒過程熱量充分利用。目前氧化焚燒法的應(yīng)用范圍較小，適合大型油炸食品加工廠和西餐店，對于烹飪方式多種多樣的中餐廳并不適用，而該技術(shù)設(shè)備龐大、造價(jià)較高的缺點(diǎn)也 限制了其在中小型餐館的應(yīng)用。

催化氧化法是在相對較低的溫度環(huán)境下( 200-400 °C)利用有自凈化功能的催化劑催化油煙污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成對環(huán)境無害的CO2 和H2O。催化氧化法凈化油煙氣目前在國內(nèi)尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，該技術(shù)的關(guān)鍵在于開發(fā)低溫高活性、良好穩(wěn)定性的良好催化劑，在油煙凈化中應(yīng)用較多的是非貴金屬氧化物催化劑，包括簡單金屬氧化物、復(fù)合氧化物、鈣鈦礦型和尖晶石型等，與貴金屬類相比，非貴金屬催化劑價(jià)格較便宜、催化性能較好。在國外，此方法多用于大型工業(yè)或商業(yè)集中處理煙氣，由于催化氧化能耗高、反應(yīng)時(shí)間長，應(yīng)用 于家用小型化煙機(jī)比較難，且目前只能去除VOCs, 難以去除大分子的顆粒物。

在我國的飲食習(xí)慣中，烹飪方式主要包括煎、炒、烹、炸等，這也是我國餐廚產(chǎn)生的油煙濃度要比國外高的原因，而多樣的烹調(diào)方法也使得我國油煙組分復(fù)雜、治理難度增加。 目前國內(nèi)常見的油煙廢氣凈化方法主要有機(jī)械分離法、高壓靜電法、過濾 法、液體洗滌法、光解氧化法、生物降解法、等離子體法、 復(fù)合法等。

機(jī)械分離法是一種物理分離處理法，按照油煙 分離原理的不同又可分為重力分離法、慣性分離法、離心分離法。重力分離法即油煙顆粒在自身重力的作用下下沉，實(shí)現(xiàn)油煙凈化的目的，如空氣沉降器;慣性分離法常采用設(shè)置折板式、濾網(wǎng)式、蜂窩波紋式的濾油柵方法，通過改變氣流方向，使油煙顆粒由于慣性與管道發(fā)生碰撞、黏附而從氣流中分離；離心分離法是利用離心分離的原理凈化油煙，常見的是旋風(fēng)分離技術(shù)。

高壓靜電法又叫靜電沉積法，是在高壓直流電作用下產(chǎn)生一個足以使氣體電離的靜電場，油煙氣通過靜電場后，油煙顆粒物被荷電，向極性相反的極 板運(yùn)動，并吸附在極板上形成油煙微粒層，從而達(dá)到凈化油煙的目的。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備緊湊、安裝靈活、占地面積小、對油煙的去除效率高、支持多級串聯(lián)等。高壓靜電凈化技術(shù)出現(xiàn)較早但是發(fā)展較晚，由于其對于亞微米級顆粒物的油煙凈化效果較好，其重要地位不言而喻，越來越多的油煙凈化設(shè)備都結(jié)合了靜電式油煙凈化器，目前已占據(jù)較大的*。

但是，靜電式油煙凈化設(shè)備集塵極板上沉積的油垢黏度較高，不易清洗，若用普通清洗劑清洗會產(chǎn)生二次污染，長期使用會在集塵極表面形成油膜層，使去除效率大幅下降。另外，高壓靜電法投資費(fèi)用高、運(yùn)行時(shí)耗電量大且不能去除VOCs,使其發(fā)展受到一定限制。

過濾法又分為普通過濾法和過濾吸附法，普通過濾法的原理是采用親油性的高分子復(fù)合材料，如海綿、無紡布、纖維墊等多孔或球型材料等作為濾層，使油煙顆粒物在碰撞、攔截和擴(kuò)散作用下被捕集于濾料中得到凈化。影響普通過濾技術(shù)去除效 率主要因素有濾料孔隙大小、厚度、顆粒物粒徑以及過濾風(fēng)速等。過濾吸附法是使用活性炭或其他吸附劑同時(shí)實(shí)現(xiàn)油煙的氣味控制，需與其他凈化裝置配合使用。

液體洗滌法是目前市場上運(yùn)用較多的一種濕式凈化法，該技術(shù)主要是利用添加了表面活性劑、堿 液、乳化劑等改變油水混合性的洗滌液吸收油煙中的油性顆粒物和部分氣態(tài)污染物，達(dá)到污染物從氣相轉(zhuǎn)移到液相的目的。同時(shí)通過在凈化設(shè)備內(nèi)設(shè)置隔板、流化床等方式增加氣液接觸面積和接觸時(shí)間，以達(dá)到更好的凈化效果。常見的有運(yùn)罩、洗滌塔等凈化設(shè)備。

液體洗滌法對油煙顆粒物、VOCs均有一定的去除效果，對直徑大于2μm的油煙顆粒去除效率 可達(dá)90%以上f而對直徑小于1 (xm的油煙顆粒凈化效果較差，在洗滌液中加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑可以去除辣椒、胡椒等刺激性味道。該凈化技術(shù)設(shè)備占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低、易于操作維護(hù)且無消防隱患；但是洗滌廢液若不能較好解決，直接排入下水道容易產(chǎn)生二次污染，洗滌液的消耗也會增加運(yùn)行費(fèi)用。

紫外線是波長100-400nm的電磁輻射，其實(shí)質(zhì)是電磁波。波長小于280nm的紫外線是深紫外光，代表波段主要有254、222、185、172 nm，不同波長的紫外線大小也不同，應(yīng)用領(lǐng)域也不同。其中185nm主要應(yīng)用于分解有機(jī)物，油煙光解氧化法就是利用發(fā)射該波長的專用紫外線燈，將油脂分子鏈切斷，形成小的油脂分子，同時(shí)利用該紫外光與空氣中氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的臭氧氧化小油脂分子，生成水、二氧化碳和微量白色粉末，對油煙異味也有一定的 去除效果。

目前光解氧化法的應(yīng)用主要是在集氣罩內(nèi)安裝紫外光凈化設(shè)備和在排煙管道安裝箱式紫外光解凈化設(shè)備。該技術(shù)具有阻力小、處理風(fēng)量大、工藝 流程短、使用時(shí)間長、不產(chǎn)生二次污染、操作簡易等優(yōu)點(diǎn)。但是，在實(shí)際運(yùn)用中由于煙氣污染物受紫外光照射處理時(shí)間很短，其不足以*氧化分解VOCs為CO2和H20,特別是大分子VOCs。如果紫外光解凈化設(shè)備前端安裝機(jī)械式處理裝置，預(yù)先截留較大油滴，則可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效除油除味，且避免了管道油污問題，省去了煩瑣的清洗過程。

生物降解法是目前污染治理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)， 受到水、氣、固廢各類學(xué)者的青睞。該技術(shù)主要將一些已經(jīng)過特殊馴化的微生物進(jìn)行批量培養(yǎng)，然后以掛膜的型式置于填料塔中，利用微生物將油煙 中的有機(jī)物分解。

生物法降解法對油煙顆粒物和VOCs均有較高去除率，且在處理過程中能夠得到充分利用，不需要過高的處理成本，還避免了二次污染的產(chǎn)生。但是該技術(shù)中微生物分解效果受溫度和氣體成分影響較大，溫度過高過低、氣體成分改變都影響去除效果，使該技術(shù)工作狀態(tài)不穩(wěn)定；另外，由于操作相對復(fù)雜，生物分解作用時(shí)間較長，降低凈化工作效率，不能夠滿足處理要求。 因此該技術(shù)的應(yīng)用推廣還具有一定的局限性，尤其是在國內(nèi)間歇性、暴發(fā)式排出的油煙后端應(yīng)用生物降解法處理的難度很大，目前沒有實(shí)際應(yīng)用。

常見的物質(zhì)基本存在形式有3種，即固體、液體和氣體，等離子體是這3種之外的第四種。 當(dāng)對氣體分子放電時(shí)，隨著系統(tǒng)內(nèi)能的增加，會使原子擺脫相互間的作用力，從而形成相互獨(dú)立的個體，當(dāng)大量分子或原子被電離后，就形成等離子體。因此，等離子體是由大量高能電子、離子、分子、中性原子、激發(fā)態(tài)原子、光子和自由基組成，總正負(fù)電荷數(shù)相等，宏觀上保持電中性，但表現(xiàn)出很高的化學(xué)活性。

油煙廢氣中顆粒物和VOCs的主要成分是碳?xì)浠衔铮脤鹾退畾怏w放電產(chǎn)生的等離子體，可以生成活性氧原子和羥基自由基，相比氧氣分子來說，更容易氧化碳?xì)浠衔铩?楊忠連等利用低溫等離子體( NTP) 復(fù)合改性過濾膜凈化油煙廢氣，結(jié)果顯示,在實(shí)驗(yàn)條件下，采用NTP復(fù)合過濾技術(shù)的油煙去除效率高于70%。姚鑫等進(jìn)行了等離子體協(xié)同負(fù)載于蜂窩陶瓷上的Ce復(fù)合氧化物催化劑去除油煙中VOCs的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)可以解決反應(yīng)中間副產(chǎn)物問題，進(jìn)一步提高VOCs去除率與CO2選擇性。

等離子體技術(shù)由于凈化效率高、裝置簡單、能耗低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，已成為一種成熟的控制顆粒物和VOCs排放的技術(shù)。

復(fù)合法就是采用2種及2種以上技術(shù)原理組合成的油煙凈化設(shè)備。由于餐飲油煙是多種污染物的混合，成分復(fù)雜，不同的凈化方式去除的主要污染物和效率不同，單一凈化技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)多種污染物的同時(shí)高效去除，復(fù)合法凈化技術(shù)將不同技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行互補(bǔ)，形成一個高效的控制系統(tǒng)。 常見的復(fù)合表1各種油式技術(shù)有機(jī)械式與靜電式相結(jié)合、濕式與靜電式相 結(jié)合、等離子體式與靜電式等。去除油煙顆粒物使 用較多的是機(jī)械式和靜電式復(fù)合凈化設(shè)備，先通過機(jī)械式預(yù)處理，去除絕大多數(shù)油煙顆粒物，以減少后續(xù)處理的負(fù)荷，剩余組分大部分被靜電法去除。新興復(fù)合技術(shù)是先運(yùn)用等離子體技術(shù)去除大部分VOCs、氧化部分顆粒物，再用靜電沉積技術(shù)去除剩余的大部分顆粒物，實(shí)現(xiàn)油煙顆粒物和VOCs的高效凈化。

目前困擾餐飲油煙治理領(lǐng)域的主要問題有2個:一是監(jiān)管難，二是凈化難。 由于技術(shù)、資金以及環(huán)境意識薄弱等原因，部分餐飲店并未安裝油煙凈化器，而已安裝油煙凈化器的部分餐飲店存在不定期清洗維護(hù)、擅自拆卸、停運(yùn)設(shè)施的問題，油煙凈化設(shè)施形同虛設(shè)；而家庭餐廚油煙治理則因責(zé)任主體 不清晰、運(yùn)行維護(hù)難等實(shí)際問題而成為大氣治理的盲點(diǎn) 。

 (1)餐飲油煙的凈化技術(shù)類型較多且基本成熟，但是應(yīng)針對不同餐飲類型根據(jù)其排放特征和經(jīng)濟(jì)條件，開發(fā)適用的凈化技術(shù)及設(shè)備。如對于燒烤等含碳顆粒物的煙氣凈化，建議開發(fā)針對碳顆粒物的凈化技術(shù)及設(shè)備。

(2)現(xiàn)有的污染物去除技術(shù)主要針對油煙顆粒物，缺乏適用于餐飲的VOCs凈化技術(shù)及設(shè)備，而目前工業(yè)用途的RCO、RTO等凈化設(shè)備的購置和使用費(fèi)用過于昂貴，不適用于餐飲業(yè)，應(yīng)盡快開發(fā)適用于餐飲業(yè)的低成本VOCs凈化技術(shù)及設(shè)備。

(3)餐飲油煙顆粒物及VOCs凈化技術(shù)的研發(fā)應(yīng)充分考慮建設(shè)及使用成本，減少維護(hù)或免維護(hù)，避免油煙凈化產(chǎn)生二次污染，設(shè)備可以長期穩(wěn)定高效運(yùn)行，同時(shí)做到設(shè)備*污染、使用方便、占地面積小、能源消耗少。

(4)為了解決“監(jiān)管難"的問題，需要加強(qiáng)油煙 在線監(jiān)測及網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)餐飲油煙的在線監(jiān)管，減少人力、實(shí)現(xiàn)油煙凈化。

綜上所述，未來餐飲油煙凈化將趨向于建設(shè)凈化與監(jiān)管的系統(tǒng)化解決方案，即需要兼具除VOCs、凈化油煙顆粒物、自動清洗(或免清洗)、在線監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管為一體的綜合系統(tǒng)，解決油煙污染問題。