淺談餐飲企業(yè)VOCs排放特征研究與對策

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),采集烹飪過程中灶頭周圍的環(huán)境空氣,對餐飲油煙

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；小吃店主要為烷烴、烯烴、鹵代烴。燒烤過程中,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)測云平臺(tái)；安科瑞

0.前言

近年來,我國面臨細(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除了來自植物排放,還可能來自于石化、化工、包裝印刷、工業(yè)噴涂、垃圾填埋場、污染場地和餐排放。針對化工、噴涂等過程中的VOCs釋放問題,我國已出臺(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,餐飲油煙污染問題日益突出。《餐飲產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書:中國餐飲產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告(2019)》顯示,中國餐飲產(chǎn)業(yè)收入達(dá)到4.27萬億元,成為世界較大餐飲市場,餐飲油煙污染擾民問題成為投訴熱點(diǎn)之一。油煙是指食物在烹飪、加工過程中揮發(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題,人居環(huán)境質(zhì)量,不少城市已針對當(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、醇類和烷烴類為主。尹元暢等集了成都市8家不同類型及規(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。

南京市餐飲企業(yè)數(shù)量眾多,環(huán)境問題突出,針對餐飲行業(yè)VOCs排放問題,有必要進(jìn)行詳細(xì)研究。本研究針對南京市餐飲企業(yè)較為聚集的地區(qū),選擇了10家不同類型的餐飲企業(yè),通過采集其在營業(yè)過程中灶頭周圍的環(huán)境空氣樣品,分析不同企業(yè)在烹飪過程中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,3.2L)瞬時(shí)采集烹飪過程中灶頭周圍的環(huán)境空氣,采樣時(shí)間約為30s?，F(xiàn)場采樣規(guī)范執(zhí)行《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T16157—1996)、《固定源廢氣監(jiān)測技術(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)性測試的相對標(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家不同類型餐飲企業(yè)烹飪過程中的廚房環(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**檢測到46種VOCs組分,表2為本研究選取的典型餐飲企業(yè)飪過程中的廚房環(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,并對同一類型餐飲企業(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。燒烤類餐飲企業(yè)雖然規(guī)模較小,但其開店成本較低,流動(dòng)性大,對大氣環(huán)境質(zhì)量的影響遠(yuǎn)高于非燒烤類餐飲企業(yè),應(yīng)是主要管控對象。

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,主要與燒烤過程肉類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食物,且規(guī)模較小,營業(yè)過程中主要使用大量食用油,檢測到的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/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。燒烤類排放的VOCs中苯、2,4-鄰二甲苯、對/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,分別為烷烴、烯烴、酯類、芳香烴、鹵代烴、其他類。

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自液化氣的使用、肉類脂肪的不完全燃燒以及花生油、大豆油的使用,烯烴主要來自食用油加熱過程中氫化、大分子羰基化合物的斷裂。中式餐飲中,徽菜擅長燒、燉、蒸,而爆、炒菜少,芳香烴和酯類占比明顯高于其他菜系,VOCs主要為芳香烴、烷烴和酯類,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,擅長燉、燜、叉、烤,VOCs組分以烷烴、烯烴為主,但在烤制的過程中會(huì)有芳香烴產(chǎn)生,占比分別為51.1%,30.9%和8.5%。

西式快餐以肉類加工為主,酯類為其特征組分,烷烴、烯烴和酯類的占比分別為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、酯類占比較低,食物烤制過程中,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)行對比,從表3中可以看出,烷烴、烯烴、芳香烴為燒烤過程的特征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排放組分特征對比

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

為了彌補(bǔ)現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測上的漏洞，同時(shí)便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測模塊通過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)備的開機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)開機(jī)率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設(shè)施停運(yùn)

告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數(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)對超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警，監(jiān)管部門可迅速進(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?，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(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)測設(shè)備用來監(jiān)測油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)

■凈化器和風(fēng)機(jī)配合對油煙進(jìn)行凈化處理，同時(shí)對凈化設(shè)備的電流、電壓進(jìn)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(yuǎn)程云端服務(wù)器

3.2平臺(tái)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(shí)對監(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。

(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(biāo)告警；對凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對應(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)長分析，離線分析；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(shí)處理告警，形成閉環(huán)。

(5)統(tǒng)計(jì)分析

包括時(shí)長分析、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，對應(yīng)測點(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)測主機(jī)

油煙監(jiān)控主機(jī)是現(xiàn)場的管理設(shè)備，實(shí)時(shí)采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號(hào)，進(jìn)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(tái)。同時(shí)，對本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控現(xiàn)場設(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合，每路探頭監(jiān)測1路排煙通道。

4.結(jié)論

(1)10家餐飲企業(yè)中檢測到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)不同類型的餐飲企業(yè)在烹飪過程中釋放出的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。燒烤類排放的VOCs中苯、鄰二甲苯、對/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。西式快餐以肉類加工為主,酯類為其特征組分。小吃店以油炸、煎為主,組分主要為烷烴、烯烴、鹵代烴。燒烤過程中,芳香烴的組分明顯升高。

(4)本研究僅分析了灶頭周圍環(huán)境空氣中VOCs組分特征,尚缺乏對餐飲企業(yè)廚房油煙凈化系統(tǒng)的研究,今后可進(jìn)一步研究凈化系統(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)測云平臺(tái).2020.05版.

作者簡介：

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)測的研發(fā)與應(yīng)用。
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