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                  淺談家庭油煙污染物測試標準及解決方案

                  發布時間: 2021-11-24  點擊次數: 50次
                  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和氣態污染物的排放濃度,以及4種不同型號吸油煙機對固態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,對吸油煙機固態污染物凈化效率進行測試。結果表明,在以油脂凈化效率表征的吸油煙機對固態污染物去除效果的實驗數據與實際烹飪菜品的實驗數據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,對吸油煙機固態污染物凈化效率進行測試。
                  關鍵詞:家庭油煙;油脂;凈化效率;水滴油實驗;安科瑞;餐飲油煙監測云平臺
                   0引言
                         隨著國人生活水平的不斷提高,飲食水平的逐漸提高,餐飲業的迅速發展,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。
                         家庭烹飪油煙經過吸油煙機等設備的初級處理,大部分的顆粒態物質被吸附或收集起來,無法進入人體,對人體健康危害相對較小。而其中的氣態污染物,主要是VOCs,目前無法通過油煙凈化設備獲得處理,從而直接排入大氣或吸入人體中,對大氣環境和人體健康造成危害。據資料統計,國內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,實現抽煙排煙的功能,對油煙及揮發性(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"現象。
                         《飲食業油煙排放標準》(GB18483-2001)是我國關于油煙方面的現行標準,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的排放限值標準。 

                  1研究方法

                  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置引風機,通過變頻器調節電機工頻,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和滴液系統組成。溫控系統通過測試平臺上設置的電爐為試驗鍋加熱,電爐發熱盤直徑應與試驗鍋直徑相等,用熱電偶來檢測鍋底溫度,并通過溫控系統的自動監測,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內勻速滴完,計量結束20s平底鍋中的混合液應全部蒸發完畢。
                  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的油煙廢氣5min,將油脂顆粒吸附于金屬濾筒內,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果的影響,之后由經過恒溫恒濕的濾膜采樣前后的質量差,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的除甲烷外的碳氫化合物總量,以碳計。
                   

                  2結果與討論

                         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污染物凈化效率進行區分,作為一種具體的、可操作的標準方法。
                  2.1 固態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于對顆粒物的凈化效果,這與實際烹飪菜品實驗所得結果一致,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果為6.37mg/m3。根據實驗結果分析,導致非甲烷總烴測試結果在一定范圍內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整以滿足(170±10)℃的溫度要求,因此發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(側吸式、歐式、中式),以及額定排風量不同,因此對水滴油發煙中污染物的收集效果有所差別,這也是導致NMHC污染物濃度在一定范圍內波動的原因。
                  圖4水滴油實驗NMHC排放情況
                  2.3 數據比較
                         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據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熱氧化或熱裂解產生的固態顆粒物;而水滴油實驗所排固態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據在理論上要比稱重法測得的數據相對更為可靠。因此,在對水滴油實驗和實際烹飪菜品兩種工況所測數據進行比較時,以油脂凈化效率表征的固態污染物凈化效果顯示出更好的一致性。通過以上結論,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據比較
                  圖6不同工況下顆粒物凈化效率數據比較
                   

                  3安科瑞AcrelCloud-3500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、排名等統計功能;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。
                  3.1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?,F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,一旦排放超標,系統會發出異常信號。
                         ■油煙監測設備用來監測油煙、顆粒物、NmHc等數據
                         ■凈化器和風機配合對油煙進行凈化處理,同時對凈化設備的電流、電壓進行監測
                         ■設備通過4G網絡將采集的數據上傳至遠程云端服務器
                  3.2 平臺主要功能
                  (1)在線監測
                         對油煙排污數據的監測,包括油煙排放濃度,顆粒物,NmHc等數值采集監測;同時對監控風機和凈化器的啟停狀態、運行數據進行監測。
                  (2)告警數據監測
                         系統根據采集的油煙數值大小,產生對應的排放超標告警;對凈化器的運行數據分析,上傳凈化設備對應的運行、停機、故障等告警事件。
                  (3)數據分析
                         運行時長分析,離線分析;告警占比、排名分析;歷史數據統計等。
                  (4)隱患管理
                         系統對采集的告警數據分析,產生對應的隱患記錄,派發、處理隱患,及時處理告警,形成閉環。
                  (5)統計分析
                         包括時長分析、超標分析、歷史數據、分析報告等模塊。
                  (6)基礎數據維護
                         個人信息、權限維護,企業信息錄入,對應測點信息錄入等。
                  (7)數據服務
                         數據采集,短信提醒,數據存儲和解析。
                  3.3 油煙監測主機
                         油煙監控主機是現場的管理設備,實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號,進行數據處理,通過有線或無線網絡通訊將數據傳輸到服務器平臺。同時,對本地數據進行存儲,監控現場設備狀態,提供人機操作界面。
                  具體技術參數如下:
                  3.4 設備選型方案
                  注:雙探頭適合雙排煙通道的場合,每路探頭監測1路排煙通道。
                   

                  4 結論

                         在以油脂凈化效率表征的吸油煙機對固態污染物去除效果的實驗數據與實際烹飪菜品的實驗數據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,對吸油煙機固態污染物凈化效率進行測試。
                         關于固態污染物的排放要求,應制定一個目前大多數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,使得企業進行低污染排放機型的研發,根據以上原則及測試結果,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%。
                         關于氣態污染物標準的說明,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等氣態污染物進行處理的凈化單元,關于VOCs凈化效率標準的確定,所采取的辦法是根據目前國內主要家庭吸油煙機廠商在此方面產品的開發情況,以及近期通過努力研發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,根據對老板電器、方太、海爾等主要家庭吸油煙機廠商的調研和座談,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。
                   
                  【參考文獻】
                  [1]蘇仕軍,蔣文舉,楊志山. 餐飲業外排烹調油煙氣的危害及凈化方法研究進展[J].環境污染治理技術與設備, 2000(03):77-81.
                  [2]張楷,馬永亮,徐康富.飲食業油煙控制技術現狀分析[J].重慶環境科學, 2003(04):55-58.
                  [3]段玉環,謝超穎,方恒.餐飲業油煙污染及治理技術淺議[J].環境污染治理技術與設備, 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餐飲油煙監測云平臺.2020.05版.
                   
                  作者簡介:
                  何花,女,現任安科瑞電氣股份有限公司,主要從事餐飲油煙監測的研發與應用。
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