淺談家庭油煙污染物測試標準及解決方案

 劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文對5種家常菜烹制過程排放油煙中固態(tài)和氣態(tài)污染物的排放濃度，以及4種不同型號吸油煙機對固態(tài)污染物的凈化效率進行了測試，為制定《家用吸油煙機污染物排放標準》，選用水滴油實驗方法作為標準方法，對吸油煙機固態(tài)污染物凈化效率進行測試。結(jié)果表明，在以油脂凈化效率表征的吸油煙機對固態(tài)污染物去除效果的實驗數(shù)據(jù)與實際烹飪菜品的實驗數(shù)據(jù)存在著較好的一致性，因此可以采用水滴油實驗方法作為標準方法，對吸油煙機固態(tài)污染物凈化效率進行測試。

關(guān)鍵詞：家庭油煙；油脂；凈化效率；水滴油實驗；安科瑞；監(jiān)測云平臺

 

       隨著國人生活水平的不斷提高，飲食水平的逐漸提高，餐飲業(yè)的迅速發(fā)展，不可避免地造成了日益嚴重的油煙污染問題，引起了社會各界的關(guān)注。而家庭烹飪油煙量大、面廣、高度分散的排放特征，也勢必加大了治理和管控的難度。

       家庭烹飪油煙經(jīng)過吸油煙機等設(shè)備的初級處理，大部分的顆粒態(tài)物質(zhì)被吸附或收集起來，無法進入人體，對人體健康危害相對較小。而其中的氣態(tài)污染物，主要是VOCs，目前無法通過油煙凈化設(shè)備獲得處理，從而直接排入大氣或吸入人體中，對大氣環(huán)境和人體健康造成危害。據(jù)資料統(tǒng)計，國內(nèi)絕大部分的家庭用吸油煙機，它們大多沒有油氣分離功能，僅僅是簡單的將排煙管與風機連接起來，實現(xiàn)抽煙排煙的功能，對油煙及揮發(fā)性（VOCs）等大氣污染物幾乎沒有凈化效果，從而造成油污直接排到室外，不僅對大氣造成一定的污染，而且污染建筑外墻，造成常見的“油鼻涕"現(xiàn)象。

       《飲食業(yè)油煙排放標準》（GB18483-2001）是我國關(guān)于油煙方面的現(xiàn)行標準，但由于其使用的萃取溶劑（四氯化碳）被確定為全球禁止使用試劑，所以對該標準進行修訂或者尋求四氯化碳的替代試劑勢在必行。在國家標準的基礎(chǔ)上，隨后又有山東、上海、天津等地分別出臺了嚴于國家標準的飲食業(yè)油煙排放地方標準，但這些標準中仍均未考慮到油煙污染中VOCs的控制需求，且對家庭廚房油煙的排放缺乏相應(yīng)的排放限值標準。

 

1.1測試平臺

       測試平臺由兩個灶臺組成，如圖1所示，其中一個灶臺安裝集氣罩收集并排放油煙，另一個灶臺安裝吸油煙機收集油煙。安裝集氣罩的灶臺用于測定家庭烹飪油煙中污染物的原始排放濃度，安裝吸油煙機的灶臺用于測定經(jīng)過吸油煙機處理后的烹飪油煙中污染物的排放濃度。

圖1測試平臺示意圖

       油脂、顆粒物的樣品采集點位于排煙管水平管段，距彎頭、變徑管下游方向不小于3倍直徑，上游方向不小于1.5倍直徑處；非甲烷總烴樣品采集點位沒有特殊要求。為了保證烹飪油煙通過集氣罩排放和通過吸油煙機處理后污染物排放濃度的測試條件相同，為同一風速條件下的排放濃度，測試平臺通過在排煙管的尾部設(shè)置引風機，通過變頻器調(diào)節(jié)電機工頻，使尾部風機引風量和吸油煙機的排風量相同，保證原始排放的污染物沒有被稀釋或者濃縮，保證凈化前后污染物濃度的可比性。

1.2實驗方法

       實驗裝置由溫控系統(tǒng)和滴液系統(tǒng)組成。溫控系統(tǒng)通過測試平臺上設(shè)置的電爐為試驗鍋加熱，電爐發(fā)熱盤直徑應(yīng)與試驗鍋直徑相等，用熱電偶來檢測鍋底溫度，并通過溫控系統(tǒng)的自動監(jiān)測，使實驗過程中鍋底溫度始終保持在（170±10）℃；試驗鍋為表面無涂層的平底鐵鍋，直徑（200±20）mm、高度125mm，鍋底厚度不小于8mm。滴液系統(tǒng)用于定時、定量向電爐上加熱至（170±10）℃的試驗鍋滴液。滴頭與鍋底的距離為（225±25）mm。滴液為（100±1）g的室溫蒸餾水和（4±0.1）g丁酮（分析純）的混合液。全部混合液需在10min±5s內(nèi)勻速滴完，計量結(jié)束20s平底鍋中的混合液應(yīng)全部蒸發(fā)完畢。

1.3樣品采集及分析

1.3.1 油脂

       以37.5L/min的流速等速采集排煙管內(nèi)的油煙廢氣5min，將油脂顆粒吸附于金屬濾筒內(nèi)，用四氯化碳溶劑對金屬濾筒進行超聲清洗，移入25mL比色管中定容，用紅外分光光度法測定波數(shù)分別為2930cm-1（CH2基團中C-H鍵），2960cm-1（CH3基團中C-H鍵），3030cm-1（芳香環(huán)中C-H鍵）譜帶處的吸光度，由以上三個譜帶吸光度計算樣品清洗液中油脂的含量，再通過采集到的標準干煙氣流量推導(dǎo)出油煙中油脂的濃度。

1.3.2 顆粒物

       以37.5L/min的流速等速采集排煙管內(nèi)的油煙廢氣5min，采用雙層濾膜對油煙中的顆粒物進行過濾截留，并用封口膜將采樣后的濾芯采樣口密封好，雙層濾膜一層為聚丙烯濾膜，孔徑1.0～2.0μm，二層為超細玻璃纖維濾膜，孔徑為0.3μm，樣品采集前后對濾膜進行恒溫恒濕后稱量，以去除濾膜中的游離水分對測定結(jié)果的影響，之后由經(jīng)過恒溫恒濕的濾膜采樣前后的質(zhì)量差，以及過采集到的標準干煙氣流量計算出油煙中顆粒物的濃度。

1.3.3 非甲烷總烴

       參照《固定污染源排氣中非甲烷總烴的測定氣相色譜法》（HJT38-1999）的方法測定，在本標準規(guī)定的條件下所測得的NMHC，是于氣相色譜氫火焰離子化檢測器有明顯響應(yīng)的除甲烷外的碳氫化合物總量，以碳計。

 

       利用已搭建好的家庭吸油煙機污染物排放測試平臺進行水滴油實驗，對7種吸油煙機油脂、顆粒物、VOCs排放特征以及固態(tài)污染物凈化效果開展測試與評估，驗證該方法是否可以對不同吸油煙機固態(tài)污染物凈化效率進行區(qū)分，作為一種具體的、可操作的標準方法。

2.1 固態(tài)污染物凈化效率測試

       圖2和3分別為7臺吸油煙機水滴油實驗油脂和顆粒物的排放情況和凈化效率，可以看出，不同吸油煙機的污染物排放濃度以及凈化效率具有顯著差別。其中油脂的凈化效率在66.9%～83.2%之間，顆粒物的凈化效率在64.9%～79.3%之間，吸油煙機對油脂的凈化效果要優(yōu)于對顆粒物的凈化效果，這與實際烹飪菜品實驗所得結(jié)果一致，因此該方法具有一定的代表性。

圖2水滴油實驗油脂凈化效率

圖3水滴油實驗顆粒物凈化效率

2.2 氣態(tài)污染物排放特征

       從圖4中可以看出所測定的NMHC污染物濃度范圍在4.95～7.32mg/m3之間，通過集氣罩收集后直接排放油煙中非甲烷總烴的測定結(jié)果為6.37mg/m3。根據(jù)實驗結(jié)果分析，導(dǎo)致非甲烷總烴測試結(jié)果在一定范圍內(nèi)波動主要由于以下兩個原因：

一是由于實驗需要將油溫控制在（170±10）℃，用于加熱試驗鍋的電爐雖然可以設(shè)定爐溫，但通過熱電偶測試得到的鍋底溫度變化幅度較大，在實驗中需要不停地對電爐加熱檔位進行調(diào)整以滿足（170±10）℃的溫度要求，因此發(fā)煙過程不是一個恒定的工況；另一個原因是由于所測試的吸油煙機類型（側(cè)吸式、歐式、中式），以及額定排風量不同，因此對水滴油發(fā)煙中污染物的收集效果有所差別，這也是導(dǎo)致NMHC污染物濃度在一定范圍內(nèi)波動的原因。

圖4水滴油實驗NMHC排放情況

2.3 數(shù)據(jù)比較

       從圖5和圖6可以看出，兩種工況下所測得的油脂凈化效率一致性較好，而顆粒物凈化效率的數(shù)據(jù)存在一定程度的偏差。對實驗過程進行分析可知，實際烹飪菜品所排固態(tài)污染物中，除油脂小液滴以外，有相當一部分是食物中有機質(zhì)熱氧化或熱裂解產(chǎn)生的固態(tài)顆粒物；而水滴油實驗所排固態(tài)物中主要為油脂小液滴，其它顆粒物所占比重很小。因此，在油煙中油脂含量較高的情況下，采用紅外紅外分光光度法測得的實驗數(shù)據(jù)在理論上要比稱重法測得的數(shù)據(jù)相對更為可靠。因此，在對水滴油實驗和實際烹飪菜品兩種工況所測數(shù)據(jù)進行比較時，以油脂凈化效率表征的固態(tài)污染物凈化效果顯示出更好的一致性。通過以上結(jié)論，在制定《家用吸油煙機污染物排放標準》時可以考慮將水滴油實驗方法作為標準方法，對吸油煙機固態(tài)污染物凈化效率進行測試。

圖5不同工況下油脂凈化效率數(shù)據(jù)比較

圖6不同工況下顆粒物凈化效率數(shù)據(jù)比較

 

       為了彌補現(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)運而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)餐飲設(shè)備的開機狀態(tài)、運行狀態(tài)進行監(jiān)控；實現(xiàn)開機率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設(shè)施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、排名等統(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(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對接接口，具有很好的擴展性。

3.1平臺結(jié)構(gòu)

       平臺GIS地圖采集處理設(shè)備運行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動對超標排放及異常企業(yè)進行提示預(yù)警，監(jiān)管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護，實現(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)、顆粒物濃度等進行對比分析，一旦排放超標，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)

       ■凈化器和風機配合對油煙進行凈化處理，同時對凈化設(shè)備的電流、電壓進行監(jiān)測

       ■設(shè)備通過4G網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠程云端服務(wù)器

3.2 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)控風機和凈化器的啟停狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)進行監(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)的排放超標告警;對凈化器的運行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對應(yīng)的運行、停機、故障等告警事件。

(3)數(shù)據(jù)分析

       運行時長分析，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)計分析

       包括時長分析、超標分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報告等模塊。

(6)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護

       個人信息、權(quán)限維護，企業(yè)信息錄入，對應(yīng)測點信息錄入等。

(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。

3.3 油煙監(jiān)測主機

       油煙監(jiān)控主機是現(xiàn)場的管理設(shè)備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進行數(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，對本地數(shù)據(jù)進行存儲，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，提供人機操作界面。

具體技術(shù)參數(shù)如下：

3.4 設(shè)備選型方案

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。

 

       在以油脂凈化效率表征的吸油煙機對固態(tài)污染物去除效果的實驗數(shù)據(jù)與實際烹飪菜品的實驗數(shù)據(jù)存在著較好的一致性，因此可以采用水滴油實驗方法作為標準方法，對吸油煙機固態(tài)污染物凈化效率進行測試。

       關(guān)于固態(tài)污染物的排放要求，應(yīng)制定一個目前大多數(shù)廠商及其所屬機型都能夠滿足的濃度排放和凈化效率標準，并且應(yīng)該兼顧新機及正在使用的吸油煙機，同時淘汰老舊高污染排放機型，使得企業(yè)進行低污染排放機型的研發(fā)，根據(jù)以上原則及測試結(jié)果，將家庭吸油煙機油脂的排放標準制定為2.0mg/m3，凈化效率為85%；顆粒物的排放標準制定為5.0mg/m3，凈化效率為80%。

       關(guān)于氣態(tài)污染物標準的說明，家庭烹飪油煙中以非甲烷總烴表示的VOCs濃度分別為1.33～9.04mg/m3和1.91～7.46mg/m3，由于目前市場上所售機型均沒有集成對家庭烹飪油煙中VOCs等氣態(tài)污染物進行處理的凈化單元，關(guān)于VOCs凈化效率標準的確定，所采取的辦法是根據(jù)目前國內(nèi)主要家庭吸油煙機廠商在此方面產(chǎn)品的開發(fā)情況，以及近期通過努力研發(fā)普遍能夠達到的一個凈化效果水平作為標準制定的主要參考依據(jù)，根據(jù)對老板電器、方太、海爾等主要家庭吸油煙機廠商的調(diào)研和座談，認為50%以上的凈化效率是一個合理的水平，將家庭吸油煙機非甲烷總烴的排放標準制定為4.0mg/m3。

 

［1］蘇仕軍,蔣文舉,楊志山. 餐飲業(yè)外排烹調(diào)油煙氣的危害及凈化方法研究進展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2000(03):77-81.

［2］張楷,馬永亮,徐康富.飲食業(yè)油煙控制技術(shù)現(xiàn)狀分析[J].重慶環(huán)境科學, 2003(04):55-58.

［3］段玉環(huán),謝超穎,方恒.餐飲業(yè)油煙污染及治理技術(shù)淺議[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2002(11):67-69.

［4］韓東梅，郭浩.家庭油煙污染物測試標準方法及建議排放限值研究.[J]研究，2021.

［5］安科瑞AcrelCloud-3500監(jiān)測云平臺.2020.05版.

 

劉細鳳，女，現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事監(jiān)測的研發(fā)與應(yīng)用。