淺談餐飲企業(yè)VOCs排放特征研究與對(duì)策

張娟

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定   201801

摘要：選取南京市10家典型餐飲企業(yè),采集烹飪過(guò)程中灶頭周?chē)沫h(huán)境空氣,對(duì)餐飲油煙

中的揮發(fā)性物進(jìn)行定性定量分析。結(jié)果表明,燒烤的環(huán)境空氣中TVOC濃度較高,其次是西式快餐,中式餐飲中TVOC濃度湘菜>川菜>蘇菜>徽菜。通過(guò)分析VOCs的組分構(gòu)成發(fā)現(xiàn),徽菜環(huán)境空氣中芳香烴和酯類(lèi)占比明顯高于中式餐飲其他菜系；川湘菜環(huán)境空氣中以烷烴、烯烴和鹵代烴為主；蘇菜館主要為烷烴、烯烴;西式快餐特征組分為酯類(lèi)；小吃店主要為烷烴、烯烴、鹵代烴。燒烤過(guò)程中,環(huán)境空氣中芳香烴的組分明顯升高。

關(guān)鍵詞：餐飲；油煙；VOCs；組分特征；餐飲油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)；安科瑞

0.前言

近年來(lái),我國(guó)面臨細(xì)顆粒物(PM2.5)和臭氧(O₃)污染的雙重壓力。VOCs作為二者共同的重要前體物,其源頭的防控和治理事關(guān)PM2.5和O₃的污染控制。大氣環(huán)境中的VOCs除了來(lái)自植物排放,還可能來(lái)自于石化、化工、包裝印刷、工業(yè)噴涂、垃圾填埋場(chǎng)、污染場(chǎng)地和餐排放。針對(duì)化工、噴涂等過(guò)程中的VOCs釋放問(wèn)題,我國(guó)已出臺(tái)相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn),而烹飪活動(dòng)引起的環(huán)境污染和健康影響往往被忽視。

隨著我國(guó)居民生活水平的不斷提升,餐飲行業(yè)發(fā)展迅速,餐飲油煙污染問(wèn)題日益突出?！恫惋嫯a(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書(shū):中國(guó)餐飲產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告(2019)》顯示,中國(guó)餐飲產(chǎn)業(yè)收入達(dá)到4.27萬(wàn)億元,成為世界較大餐飲市場(chǎng),餐飲油煙污染擾民問(wèn)題成為投訴熱點(diǎn)之一。油煙是指食物在烹飪、加工過(guò)程中揮發(fā)的油脂、其加熱裂解產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn),餐飲油煙由PM2.5、PM10、CO、VOCs等物質(zhì)組成,VOCs是其主要成分。VOCs是二次氣溶膠和臭氧的前體物,長(zhǎng)時(shí)間暴露于一定濃度的VOCs氛圍會(huì)使人頭疼、目眩、惡心甚至有損呼吸道系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)。研究餐飲企業(yè)VOCs的排放特征有助于掌握餐飲油煙污染狀況,追溯污染源頭,從而制定污染防控措施,為民眾提供科學(xué)的餐飲VOCs風(fēng)險(xiǎn)信息。

不同菜系、烹飪方式等均會(huì)影響VOCs的排放。為了切實(shí)解決餐飲油煙污染擾民問(wèn)題,人居環(huán)境質(zhì)量,不少城市已針對(duì)當(dāng)?shù)夭惋?span lang="EN-US" style="margin:0px;padding:0px;list-style-type:none;box-sizing:border-box;">VOCs污染狀況進(jìn)行相應(yīng)的研究。崔彤等研究了北京市餐飲業(yè)中的燒烤、中式快餐、西式快餐、川菜和浙菜5種典型菜系,其中浙菜的VOCs排放濃度較低,醇類(lèi)為主要成分。燒烤排放的VOCs組分主要有丙烯、1-丁烯和正丁烷等,而西餐以醛酮類(lèi)、醇類(lèi)和烷烴類(lèi)為主。尹元暢等集了成都市8家不同類(lèi)型及規(guī)模的川菜餐飲企業(yè)烹飪高峰期的環(huán)境空氣樣品,共檢測(cè)到14VOCs,TVOC平均質(zhì)量濃度為(370±450)μg/m-3,主要成分包括48%苯系物、22%烷烯烴、4%鹵代烴、20%酮類(lèi)。

南京市餐飲企業(yè)數(shù)量眾多,環(huán)境問(wèn)題突出,針對(duì)餐飲行業(yè)VOCs排放問(wèn)題,有必要進(jìn)行詳細(xì)研究。本研究針對(duì)南京市餐飲企業(yè)較為聚集的地區(qū),選擇了10家不同類(lèi)型的餐飲企業(yè),通過(guò)采集其在營(yíng)業(yè)過(guò)程中灶頭周?chē)沫h(huán)境空氣樣品,分析不同企業(yè)在烹飪過(guò)程中VOCs的排放特征,以期為進(jìn)一步治理餐飲排放引起的大氣污染,制定合理的管理措施提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

1. 材料與方法

1.1樣品采集

使用蘇瑪罐(Entech,美國(guó),3.2L)瞬時(shí)采集烹飪過(guò)程中灶頭周?chē)沫h(huán)境空氣,采樣時(shí)間約為30s。現(xiàn)場(chǎng)采樣規(guī)范執(zhí)行《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T16157—1996)、《固定源廢氣監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T397—2007)。

1.2分析方法

按照《環(huán)境空氣揮發(fā)性的測(cè)定罐采樣-氣相色譜-質(zhì)譜法》(HJ759—2015)的要求,采用蘇碼罐采樣-冷阱富集、氣相色譜-質(zhì)譜法,對(duì)TO-15和PAMS標(biāo)氣中的107種物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析。

儀器分析條件如下:

1.2.1三級(jí)冷阱方法參數(shù)

1級(jí)冷阱:捕集阱溫度-150℃,預(yù)熱溫度10℃,解析溫度10℃,烘烤溫度130℃烘烤時(shí)間5min。

2級(jí)冷阱:捕集阱溫度-50℃,解析溫度180℃,解析時(shí)間3.5min,烘烤溫度190℃。

3級(jí)冷阱:捕集阱溫度-150℃,烘烤時(shí)間2min。

1.2.2GC-MS方法參數(shù)

色譜柱:60m×0.32mm×1μmDB-1。

載氣流量:1.5mL/min。

柱溫箱:35℃保持5min;以5℃/min升至

120℃保持0min;以10℃/min升至200℃保持5min。

源溫度:250℃。

傳輸線(xiàn)溫度:250℃。

掃描范圍:m/z29~180;m/z35~270。

樣品進(jìn)樣量:環(huán)境空氣200mL,內(nèi)標(biāo):50mL。

1.3質(zhì)量控制

為保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,采樣過(guò)程中設(shè)置平行樣,每批次平行樣品數(shù)量低于10%,平行樣的較大相對(duì)偏差為30%。計(jì)算VOCs濃度時(shí)采用多點(diǎn)校正方法,并進(jìn)行檢出限與重復(fù)性測(cè)試。TO-15標(biāo)準(zhǔn)氣中57種物質(zhì)的檢出限范圍為0.13~3.4μg·m-3,重復(fù)性測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于30%,合格率為100%。多點(diǎn)校正中,57種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相關(guān)系數(shù)范圍為0.9251~0.9999。

2.結(jié)果與分析

2.1典型菜系的VOCs排放濃度

為了研究南京市不同餐飲企業(yè)的VOCs排放特征,本研究采集了10家不同類(lèi)型餐飲企業(yè)烹飪過(guò)程中的廚房環(huán)境空氣樣品,餐飲企業(yè)的基本信息如表1所示:

表1采樣餐飲企業(yè)的基本信息

餐飲企業(yè)空氣樣品**檢測(cè)到46種VOCs組分,表2為本研究選取的典型餐飲企業(yè)飪過(guò)程中的廚房環(huán)境空氣中VOCs的濃度。將VOCs組分濃度總和視為總揮發(fā)性(TVOC),其濃度總和代表環(huán)境空氣中TVOC濃度的大小,并對(duì)同一類(lèi)型餐飲企業(yè)的TVOC濃度進(jìn)行了加和平均。典型菜系的VOCs排放濃度如圖1所示,從圖中可知,燒烤的空氣樣品中TVOC濃度較高,為636.12μg·m-3,其次是西式快餐,為319.82μg·m-3,小吃店較低,為146.07μg·m-3,中式餐飲空氣中TVOC濃度湘菜>川菜>蘇菜>徽菜。燒烤類(lèi)餐飲企業(yè)雖然規(guī)模較小,但其開(kāi)店成本較低,流動(dòng)性大,對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的影響遠(yuǎn)高于非燒烤類(lèi)餐飲企業(yè),應(yīng)是主要管控對(duì)象。

所選的中式餐飲企業(yè)中,湘菜館規(guī)模較大,在采樣期間其廚房灶頭基本處于滿(mǎn)負(fù)荷工狀態(tài),因此,環(huán)境空氣中TVOC濃度較高?；詹损^規(guī)模較小,基準(zhǔn)灶頭數(shù)2個(gè),因此TVOC濃度較低。燒烤的TVOC濃度較高,是西、中式餐飲TVOC濃度的2~3倍,主要與燒烤過(guò)程肉類(lèi)食材中油脂的高溫氣化、醬料的揮發(fā)以及木炭等燃料的燃燒有關(guān)。小吃店主要提供油炸類(lèi)食物,且規(guī)模較小,營(yíng)業(yè)過(guò)程中主要使用大量食用油,檢測(cè)到的TVOC含量較低。這一研究結(jié)果與Adeniran等的結(jié)論一致,在合適的溫度下使用大量食用油可以減少食用油加熱過(guò)程中釋放的污染物含量。

圖1典型菜系的VOCs排放濃度

2.2典型菜系的VOCs組分構(gòu)成

2.2.1主要排放組分

10家餐飲企業(yè)排放的VOCs組成如表2所示。11種VOCs的檢出率均大于60%,分別為2-甲基丙烷、2,3-二甲基丁烷、環(huán)己烷、丙烯、對(duì)/間-二甲苯、鄰二甲苯、三氯氟甲烷、1,2-二氯乙烷、乙酸乙烯酯、乙酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯。其中2,3-二甲基丁烷、丙烯在10家餐飲企業(yè)中均有檢出,檢出率是100%。

典型餐飲企業(yè)排放的VOCs主要組分如圖2所示。中式餐飲中徽菜系排放的VOC中,2,3-二甲基丁烷排放濃度較高,其次為乙酸乙酯、丙烯,濃度范圍為46.34~17.26μg·m-3；川菜系排放的VOCs中2,3-二甲基丁烷排放濃度較高,其次為丙烯、三氯氟甲烷,三者占比超過(guò)了70%；湘菜系排放的VOCs以丙烯、2,3-二甲基丁烷、異戊烷為主,濃度范圍為90.31~31.22μg·m-3,三者占比超過(guò)了65%；蘇菜系排放的2,3-二甲基丁烷較高,其次為丙烯、甲苯,濃度范圍為120.21~22.76μg·m-3,三者占比超過(guò)了80%。西式快餐除2,3-二甲基丁烷、丙烯外,異戊烷的濃度較高。燒烤類(lèi)排放的VOCs中苯、2,4-鄰二甲苯、對(duì)/間-二甲苯等苯系物濃度明顯高于其他餐飲企業(yè)。

表2典型餐飲企業(yè)廚房環(huán)境空氣中VOCs組分質(zhì)量濃度及檢出率

圖2典型餐飲企業(yè)排放VOCs的主要組分

續(xù)圖2典型餐飲企業(yè)排放VOCs的主要組分

2.2.2組分構(gòu)成

為了進(jìn)一步研究南京市典型餐飲企業(yè)的VOCs組分特征,將46種VOCs按照化學(xué)結(jié)構(gòu)不同,劃分為6類(lèi),分別為烷烴、烯烴、酯類(lèi)、芳香烴、鹵代烴、其他類(lèi)。

圖3典型餐飲企業(yè)的VOCs組分占比

從圖3可以看出,典型餐飲企業(yè)的VOCs組分各不相同。根據(jù)前期研究,廚房中的烷烴主要來(lái)自液化氣的使用、肉類(lèi)脂肪的不完全燃燒以及花生油、大豆油的使用,烯烴主要來(lái)自食用油加熱過(guò)程中氫化、大分子羰基化合物的斷裂。中式餐飲中,徽菜擅長(zhǎng)燒、燉、蒸,而爆、炒菜少,芳香烴和酯類(lèi)占比明顯高于其他菜系,VOCs主要為芳香烴、烷烴和酯類(lèi),分別占50.1%,29.1%和16.9%；川湘菜油大、味厚,VOCs組分中烷烴、烯烴和鹵代烴占比較高,三類(lèi)物質(zhì)之和占比分別達(dá)到了90.3%和87.9%；選取的蘇菜館以南京風(fēng)味為主,擅長(zhǎng)燉、燜、叉、烤,VOCs組分以烷烴、烯烴為主,但在烤制的過(guò)程中會(huì)有芳香烴產(chǎn)生,占比分別為51.1%,30.9%和8.5%。

西式快餐以肉類(lèi)加工為主,酯類(lèi)為其特征組分,烷烴、烯烴和酯類(lèi)的占比分別為59.7%,27.0%和6.9%。本研究選取的小吃店以油炸、煎為主,組分主要為烷烴、烯烴、鹵代烴,占比分別為40.9%,36.5%和12.5%。燒烤排放的VOCs主要為烷烴、烯烴、芳香烴,鹵代烴、酯類(lèi)占比較低,食物烤制過(guò)程中,芳香烴的組分明顯升高,占比達(dá)到了14.4%。與其他不同地區(qū)燒烤VOCs組分特征進(jìn)行對(duì)比,從表3中可以看出,烷烴、烯烴、芳香烴為燒烤過(guò)程的特征VOCs組分,其余組成的不同可能是由食材、燃料以及佐料不同造成的。

表3不同地區(qū)燒烤VOCs排放組分特征對(duì)比

3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)

為了彌補(bǔ)現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測(cè)上的漏洞，同時(shí)便利監(jiān)管部門(mén)的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)2G/4G與云端平臺(tái)進(jìn)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(kāi)機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)率監(jiān)測(cè)，凈化效率監(jiān)測(cè)，設(shè)施停運(yùn)

告警，待清洗告警，異常告警等功能；對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、排名等統(tǒng)計(jì)功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測(cè)方案，更具實(shí)效性。平臺(tái)預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對(duì)接接口，具有很好的擴(kuò)展性。

3.1平臺(tái)結(jié)構(gòu)

平臺(tái)GIS地圖采集餐飲油煙處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動(dòng)對(duì)超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警，監(jiān)管部門(mén)可迅速進(jìn)行處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的。現(xiàn)場(chǎng)安裝監(jiān)測(cè)終端，持續(xù)監(jiān)測(cè)油煙凈化器的工作狀態(tài)，包括設(shè)備運(yùn)行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時(shí)結(jié)合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進(jìn)行對(duì)比分析，一旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出異常信號(hào)。

■油煙監(jiān)測(cè)設(shè)備用來(lái)監(jiān)測(cè)油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)

■凈化器和風(fēng)機(jī)配合對(duì)油煙進(jìn)行凈化處理，同時(shí)對(duì)凈化設(shè)備的電流、電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)

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

3.2平臺(tái)主要功能

（1）在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

對(duì)油煙排污數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數(shù)值采集監(jiān)測(cè)；同時(shí)對(duì)監(jiān)控風(fēng)機(jī)和凈化器的啟停狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(2)告警數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)根據(jù)采集的油煙數(shù)值大小，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的排放超標(biāo)告警；對(duì)凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對(duì)應(yīng)的運(yùn)行、停機(jī)、故障等告警事件。

(3)數(shù)據(jù)分析

運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)分析，離線(xiàn)分析；告警占比、排名分析；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。

(4)隱患管理

系統(tǒng)對(duì)采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的隱患記錄，派發(fā)、處理隱患，及時(shí)處理告警，形成閉環(huán)。

(5)統(tǒng)計(jì)分析

包括時(shí)長(zhǎng)分析、超標(biāo)分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報(bào)告等模塊。

(6)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)

個(gè)人信息、權(quán)限維護(hù)，企業(yè)信息錄入，對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)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(chǔ)和解析。

3.3油煙監(jiān)測(cè)主機(jī)

油煙監(jiān)控主機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)的管理設(shè)備，實(shí)時(shí)采集油煙濃度探測(cè)器和工況傳感器的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器平臺(tái)。同時(shí)，對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，提供人機(jī)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(chǎng)合，每路探頭監(jiān)測(cè)1路排煙通道。

4.結(jié)論

(1)10家餐飲企業(yè)中檢測(cè)到46種VOCs組分,燒烤的TVOC濃度較高,為636.12μg·m-3,其次是西式快餐,為319.82μg·m-3,小吃店較低,為146.07μg·m-3,中式餐飲中釋放的TVOC濃度順序?yàn)?span lang="EN-US" style="margin:0px;padding:0px;list-style-type:none;box-sizing:border-box;">:湘菜>川菜>蘇菜>徽菜。

(2)不同類(lèi)型的餐飲企業(yè)在烹飪過(guò)程中釋放出的VOCs組分和含量有所不同。中式餐飲中徽菜系排放的VOCs主要為3-二甲基丁烷、乙酸乙酯、丙烯；川菜系主要為3-二甲基丁烷、丙烯、三氯氟甲烷;湘菜系主要為丙烯、3-二甲基丁烷、異戊烷；蘇菜系主要為3-二甲基丁烷、丙烯、甲苯。西式快餐除3-二甲基丁烷、丙烯外,異戊烷的濃度較高。燒烤類(lèi)排放的VOCs中苯、鄰二甲苯、對(duì)/間-二甲苯等苯系物濃度明顯高于其他餐飲企業(yè)。

(3)中式餐飲中徽菜芳香烴和酯類(lèi)占比明顯高于其他菜系；川湘菜中烷烴、烯烴和鹵代烴占比較高；蘇菜館VOCs組分以烷烴、烯烴為主。西式快餐以肉類(lèi)加工為主,酯類(lèi)為其特征組分。小吃店以油炸、煎為主,組分主要為烷烴、烯烴、鹵代烴。燒烤過(guò)程中,芳香烴的組分明顯升高。

(4)本研究?jī)H分析了灶頭周?chē)h(huán)境空氣中VOCs組分特征,尚缺乏對(duì)餐飲企業(yè)廚房油煙凈化系統(tǒng)的研究,今后可進(jìn)一步研究?jī)艋到y(tǒng)排放口的污染特征,以此檢驗(yàn)凈化裝置是否能減輕餐飲VOCs污染。

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[5]安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái).2020.05版.

作者簡(jiǎn)介：

張娟，女，現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事餐飲油煙監(jiān)測(cè)的研發(fā)與應(yīng)用。
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