簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來，餐飲油煙逐漸成為城市大氣污染的主要來源之一，油煙中揮發(fā)性污染物對人體及環(huán)境均產(chǎn)生非常大的危害，對其治理刻不容緩。催化燃燒技術(shù)因具備去除效率高，無二次污染等優(yōu)點(diǎn)在廢氣治理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。鑒于此，本文首先總結(jié)并分析了油煙中典型揮發(fā)性物的成分，發(fā)現(xiàn)油煙中烴類、醛酮類污染物含量較高，其次包括酸酯類、醇類和少量的多環(huán)芳烴類污染物。在此基礎(chǔ)上，綜述了催化燃燒技術(shù)對于凈化上述典型揮發(fā)性污染物的研究進(jìn)展，并對近年來常用的催化劑包括貴金屬催化劑、非貴金屬催化劑及特定結(jié)構(gòu)的催化劑進(jìn)行了歸納和整理。結(jié)合油煙VOCs成分及其特點(diǎn)，總結(jié)了不同種類型的催化劑在油煙治理中的適用性，并對催化燃燒技術(shù)在油煙治理方面的研究前景做出了展望。

關(guān)鍵詞：餐飲油煙；催化氧化；烴；醛酮；酸酯；混合VOCs；餐飲油煙監(jiān)測云平臺；安科瑞

0.引言

      餐飲油煙是指在烹飪過程中產(chǎn)生的煙氣，化學(xué)成分非常復(fù)雜，對人體和環(huán)境都有較大危害。其中的揮發(fā)性化合物（VOCs）容易與大氣中的O3、.OH等強(qiáng)氧化劑反應(yīng)生成二次氣溶膠，并且在NOx存在的情況下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)形成光化學(xué)煙霧，同時(shí)也是近年來夏季臭氧污染的來源之一，對環(huán)境有著很大的負(fù)面影響。同時(shí)，餐飲油煙對人體的影響也不容忽視，長期暴露在油煙的環(huán)境中，會(huì)影響人體的呼吸系統(tǒng)，流行病學(xué)證明餐飲油煙有一定的致癌風(fēng)險(xiǎn)。隨著大氣污染治理深入開展，餐飲油煙的治理得到進(jìn)一步的重視，北京、上海、天津、深圳、重慶等地陸續(xù)出臺了針對餐飲業(yè)油煙排放的地方標(biāo)準(zhǔn)，將油煙排放限值設(shè)為1mg/m3，嚴(yán)于現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)2mg/m3。此外，北京、深圳等多地新增了對顆粒物和非甲烷總烴排放濃度的限定。目前的油煙凈化方法主要是機(jī)械凈化法、靜電沉積法、洗滌吸收法、過濾吸收法等，這些處理方式主要聚焦于對油煙中油滴和顆粒物等的凈化，而對餐飲油煙中的VOCs去除率有限，不能滿足新的排放要求。對于油煙中揮發(fā)性處理多采用目前比較成熟的VOCs治理手段，包括吸附法、吸收法、生物法、等離子體法，催化氧化法等。其中，催化氧化法凈化VOCs是一種清潔的方法，其反應(yīng)溫度低，無二次污染，并且可同時(shí)處理多種類型的VOCs，因此對于油煙中VOCs的凈化有著良好的應(yīng)用前景。鑒于本文首先分析明確了油煙中VOCs的組成及特點(diǎn)，并針對典型VOCs代表物催化凈化所用催化劑的新研究進(jìn)展進(jìn)行調(diào)研，在此基礎(chǔ)上分析總結(jié)適用于催化凈化油煙VOCs的催化劑需要具備的結(jié)構(gòu)特征，為油煙VOCs的催化凈化技術(shù)的開發(fā)提供一定的借鑒。

1.油煙排放特征

      餐飲油煙中揮發(fā)性物的種類非常復(fù)雜，包括烷烴、烯烴、芳香烴、醛酮、酸酯、醇及少量的多環(huán)芳烴等，且其成份和濃度會(huì)因食用油種類、烹飪溫度、烹飪方法、食材等不同而有較大差異，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的物可能還會(huì)進(jìn)一步發(fā)生二次反應(yīng)生成毒性或者難以降解。大量研究表明（圖1&表1），油煙中含量較高的VOCs種類為烴類化合物和醛酮化合物，此外伴隨一定量的醇類、酸酯類化合物及少量的呋喃和鹵代烴。

      烴類污物在餐飲油煙中的種類和含量豐富，主要包括碳C5-C30的正構(gòu)烷烴、烯烴及芳香烴，其中的十二烷、十八烷、二十烷、甲苯、二甲苯等是重要的促癌物，因此烴類污染物是餐飲油煙中不容忽視的典型污染物之一。徐幽瓊等采用氣相色譜法分析了大豆油、花生油、玉米油和菜籽油油煙中烴類物質(zhì)的含量，4種植物油產(chǎn)生油煙中烷烴總含量依次占總檢出污染物含量的49.74%、99%、99%和30.96%，其中菜籽油油煙中苯乙烯含量高達(dá)69.04%。何萬清等用氣質(zhì)聯(lián)用法測定了花生油、葵花籽油、大豆油、調(diào)和油及橄欖油等5種植物油在260℃生成油煙的組分（圖1），結(jié)果發(fā)現(xiàn)烷烴、烯烴、芳香烴均是油煙主要成分，進(jìn)一步測得烴類主要包括正戊烷、正庚烷、正辛烷、十四烷、十五烷，而烯烴主要有辛烯、庚烯。芳香烴則以甲苯為主，其次還包括二甲苯、乙苯。

       大量研究表明，醛酮類污染物在油煙中的含量僅次于烴類，是油煙中另一典型揮發(fā)性污染物。朱杏冬等、汪篤權(quán)等和Zhang等分別測得在菜籽油、色拉油、豬油等多種油品所產(chǎn)生的油煙中醛類污染物含量將近占油煙中揮發(fā)性物的1/2。油煙中主要的醛類成分因烹飪條件的不同存在差異，何萬清等實(shí)驗(yàn)檢測出的醛類以己醛為主，其次有庚烯醛、戊醛等；Peng等檢測到油煙中濃度較高的醛為己醛和癸二烯醛，其次為乙醛、丙醛、丁醛等。史純珍等用液相色譜法研究烹飪過程中產(chǎn)生的羰基化合物污染排放特征，發(fā)現(xiàn)油炸過程產(chǎn)生的油煙VOCs中含量較多的為，占比81.0%，其次為己醛和二。這些研究結(jié)果均表明醛酮類物是油煙中不可忽視的污染組分，且因其具有毒性和誘變性，對人體危害較大，在油煙凈化過程中應(yīng)受到高度重視。

       酸類和酯類污染物也是餐飲油煙中含量較高的一類揮發(fā)性物。劉中文等通過GC-MS在食用烹調(diào)油（大豆油）所產(chǎn)生的油煙中檢測出多種酸酯類物質(zhì)。其中脂肪酸酯主要包括鄰苯二甲酸二丁酶、壬酸甲酯、9-十八碳烯酸甲酯及其異構(gòu)體15-十八碳烯酸甲酯，脂肪酸主要是油酸、亞麻酸。何萬清等檢測到以棕櫚酸、油酸乙酯等為代表的酸酯類物質(zhì)在油煙中也有著相對較高的含量。其中的不飽和脂肪酸如油酸和亞麻酸，還易發(fā)生氧化反應(yīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為醛和酮，因此餐飲油煙中的酸類和酯類污染物的去除也應(yīng)受到關(guān)注。

       醇類污染物在餐飲油煙中也占有很大的比重，何萬清等在五種食用油產(chǎn)生的餐飲油煙中都檢測到10種及以上的醇類，如戊醇、乙基乙醇、十二醇等，并將醇與烴類、醛酮、酸酯等一并列為油煙中的主要污染物質(zhì)。很多餐飲源實(shí)地油煙組分檢測中也同樣檢測有大量醇類。雖然醇類污染物毒性較低，但易發(fā)生反應(yīng)生成醛類等高毒性污染物，因此在油煙的催化氧化中，也不可以忽略。

2.油煙典型VOCs組分催化氧化研究進(jìn)展

      揮發(fā)性物催化凈化常用的催化劑有貴金屬催化劑、非貴金屬氧化物催化劑等。這些催化材料雖然在特定種類的VOCs凈化過程中有著大量的研究，但在多組分的VOCs凈化體系中，其適用性仍需具體分析。油煙中VOCs成分復(fù)雜，不同種類的VOCs在催化過程中可能存在著相互影響進(jìn)而對催化路徑和催化效果產(chǎn)生不同程度的影響，因此對于催化劑有更高的要求。在此，首先對油煙中典型污染物組分催化氧化催化劑的新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，在此基礎(chǔ)上分析各類VOCs催化氧化所需要催化材料的結(jié)構(gòu)共性，為開發(fā)的油煙多組分VOCs催化凈化催化劑奠定基礎(chǔ)。

3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺

      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)測云平臺應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺進(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、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平臺結(jié)構(gòu)

      平臺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。現(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。

■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、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，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。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)語

      油煙組分多樣，所涉及的反應(yīng)過程復(fù)雜，催化溫度相對較高，且有一定的含濕量，因此催化劑除了要有良好的催化性能外，還應(yīng)具有良好的抗水、抗結(jié)焦、抗失能及良好的熱穩(wěn)定性。另外餐飲油煙中多種VOCs在去除過程中存在一定的相互影響作用，如因?qū)ξ近c(diǎn)的競爭而存在優(yōu)先吸附現(xiàn)象，在混合條件下反應(yīng)路徑存在相互影響等，與單一組分VOCs催化氧化存在一定差別，因此在今后的研究中，也應(yīng)結(jié)合油煙VOCs的自身特點(diǎn)，設(shè)計(jì)構(gòu)建更適合油煙催化氧化的催化劑。

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

作者簡介：

簡婷，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。