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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

时间：2020-11-02 阅读：2450

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。

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。

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。

现在普遍采用的油烟净化技术主要有以下几种: 机械式净化、吸附式净化、静电式净化、洗涤法净化等。

2.1 机械式油烟净化

2.2 吸附式油烟净化

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。李家胜报道，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。

2. 4 湿式油烟净化

湿式油烟净化法是将吸收净化液( 水、化学药剂) 通过特殊的装置形成液膜或液雾，通过气液接触使污染物从气相向液相转移，从而洗涤吸收颗粒物和有害气体。“水幕式公共厨房油烟净化装置”，处理效率在75%～90%左右; 邵伟庆等发明的“组合式油烟洗涤净化装置”，净化效率可达到80%。洗涤法对于去除油烟中SO2，NOx等废气很有效，但此方法耗水、耗电，运行费用较高; 如果采用循环水，喷淋装置容易堵塞，不易清洗; 而且设备庞大，对于场地比较狭窄的厨房则无法安装。

2. 5 催化净化法

催化净化法的原理是在催化剂的作用下，在烹调过程产生的污染物在定温度下被催化氧化燃烧或分解，转化为二氧化碳和水蒸气，消除污染和臭味。张大伟等［27］采用浸渍法制备La0.8Sr0.2MnO3负载型纳米催化剂，经800℃焙烧的催化剂形成了钙钛矿晶粒，当负载量达到10% 时，催化剂对油烟低温燃烧的催化活性较高，起燃温度为198℃，300℃下催化效率高，达到90%。Yang 等以Al2O3为载体、MnO2 /CuO 为活性组分，在650℃下焙烧制成球形催化剂，对油烟进行催化，催化温度200～600℃，能将PAHs、硝基多环芳烃等氧化为CO2和H2O，在200℃对油烟的催化效率达到了96%。

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。

根据该原理设计了新型油烟净化模块，净化过程如图1所示。

图1 静电与催化耦合净化烹饪油烟示意图

该净化模块采用三段净化处理，段油烟分离单元采用机械式过滤格栅，使油烟气体流经过滤格栅时，由于惯性作用产生变向、加速，形成湍流和漩涡，使颗粒物与过滤格栅充分碰撞，去除油烟气体中大颗粒的油滴和水滴。二段静电单元采用静电捕集原理，分为高压放电区和低压捕集区，通过高压电离作用使油烟颗粒荷电，在通过捕集区域时由于电场作用力而发生偏转，从而收集在捕集极板上。再经过三段催化单元，将油烟气体中的异味及有害气体催化分解，去除油烟中的异味及有害气体。

图2 家庭油烟净化器油脂分离度测试平台

图3为采用激光颗粒计数器在油烟净化模块出口端采样进行颗粒物去除效率测试得到的实验结果，其中蓝色棒状数值为空气中的PM数值。

图3 颗粒物去除效率测试结果

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。

PM和VOCs是大气污染和导致雾霾的主要物质，其中来自烹饪油烟的贡献度不可低估。我们相信，今后吸油烟机的标准中增加PM和VOCs的排放限值要求是必然的趋势。

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。