餐飲油煙廢氣污染及其凈化技術(shù)進(jìn)展

李亞倩 李建軍 李海嬌

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065)

近些年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，民眾生活水平不斷提高，餐飲業(yè)作為第三產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一部分，讓城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展更加充滿活力，也形成了獨(dú)特的美食文化。但由此也引發(fā)了許多環(huán)境方面的問題。目前，餐飲油煙廢氣大部分是通過抽油煙機(jī)直接排入大氣中，這種方法只實(shí)現(xiàn)了污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，并沒有使油煙廢氣得到有效處理，并且產(chǎn)生的油煙粘附在油煙機(jī)上，會(huì)造成清洗異常困難；餐飲油煙廢氣中含有許多種有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)未經(jīng)任何處理就排入大氣，會(huì)嚴(yán)重破壞大氣質(zhì)量[1]。但長期以來我國大部分餐廳的煙氣都未經(jīng)處理便排放，這不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響，還會(huì)對(duì)我國民眾的健康造成很大的危害。因此，餐飲業(yè)的油煙廢氣污染已成為一個(gè)亟待解決的社會(huì)問題，采取有效措施防止油煙廢氣污染，已經(jīng)成為城市環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要課題。

1 餐飲油煙廢氣的產(chǎn)生及危害

1.1 餐飲油煙廢氣的產(chǎn)生

食用油有很多種類，其主要成分也不盡相同。如：植物油和動(dòng)物油的主要成分分別為不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸甘油脂。在溫度達(dá)到170℃時(shí)食用油開始分解，形成很多小油滴(直徑>10-3cm)。在油溫高于270℃時(shí)，食用油開始汽化，汽化成許多微油滴(直徑10-7～10-3cm)。加入食物后，油溫逐漸下降到60℃，由于食物中的水分流失，遇到空氣中的油煙和煙塵后共同形成油煙霧[2]。

1.2 餐飲油煙廢氣的特點(diǎn)

餐飲油煙廢氣的主要成分可大致分為兩種：氣態(tài)污染物和顆粒物，其中顆粒物粒徑一般在0.01～10μm之間[3]，可長時(shí)間懸浮于空氣中，黏度較大，而抽油煙機(jī)等初級(jí)處理設(shè)備可以把大顆粒的氣溶膠吸附或收集起來，但是對(duì)細(xì)顆粒幾乎沒有去除效率；餐飲油煙廢氣中氣態(tài)污染物化學(xué)成分十分復(fù)雜，與一般的工業(yè)廢氣存在很大差異，由220多種揮發(fā)性有機(jī)化合物構(gòu)成[4]；餐飲油煙廢氣污染物種類多，濃度低，同時(shí)是室內(nèi)空氣的主要污染物之一，所以對(duì)餐飲油煙廢氣的研究主要是對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的研究。

1.3 餐飲油煙廢氣的危害

國外的食物多為生食或加工為半成品，與我國的烹飪方式差異也很大，廚房污染程度較低；而我國烹飪的溫度高、油量大，同時(shí)加入各種油、鹽、醬、醋，在高溫下這些調(diào)味品也發(fā)生化學(xué)變化，廚房的污染程度很高。一些研究表明，亞洲的烹飪方式產(chǎn)生的PM2.5要多于西式烹飪，分別為30～1400和20～535μg/m3[5-6]。Li等[7]分析了中餐、西餐和日餐的廢氣來研究排放中的多環(huán)芳烴，發(fā)現(xiàn)中餐廢氣中苯并芘更多，其中，西餐是中餐的1/7，而日餐和快餐幾乎都不產(chǎn)生苯并芘。

餐飲油煙廢氣中含有的揮發(fā)性有機(jī)物大部分都有毒有害，更有部分有機(jī)物可致癌如苯系物、多環(huán)芳烴等，對(duì)人體健康造成極大的威脅。研究表明[8]，在新加坡、中國及香港，烹飪頻率越高的女性，患肺癌的幾率越大，這與她們經(jīng)常暴露在充滿油煙的廚房環(huán)境中有很大關(guān)系[9]。

2 餐飲油煙廢氣污染現(xiàn)狀

目前，油煙污染大氣環(huán)境，已成為一個(gè)社會(huì)問題。據(jù)報(bào)道目前餐飲油煙廢氣對(duì)城市大氣污染源的“貢獻(xiàn)”已經(jīng)上升到第三位，第一位和第二位分別是工業(yè)污染源和汽車尾氣污染。在對(duì)環(huán)境污染投訴的處理中發(fā)現(xiàn)，餐飲油煙廢氣污染投訴占總投訴量的一半[10]。其中，群眾反映最強(qiáng)烈的是位于居民生活區(qū)內(nèi)及周邊的小型餐館。小型餐館通常采用的方法是設(shè)置抽油煙機(jī)，抽油煙機(jī)只是將廚房內(nèi)產(chǎn)生的油煙進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并沒有將污染物進(jìn)行有效去除，仍留下污染隱患。

經(jīng)研究，揮發(fā)性有機(jī)物是PM2.5的重要前驅(qū)體。據(jù)估算，遼寧省沈陽市2007年餐飲行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物總排放量高達(dá)580噸[11]；而北京市餐飲行業(yè)每年向大氣中排放近1500噸有機(jī)顆粒物[12]。餐飲油煙廢氣是城市揮發(fā)性有機(jī)物的重要來源之一，而揮發(fā)性有機(jī)物又是城市霧霾的重要前因，進(jìn)一步改善空氣質(zhì)量，必須要重視對(duì)餐飲油煙廢氣的處理與管理。

3 餐飲油煙污染凈化技術(shù)

油煙廢氣的控制包括兩個(gè)方面：一是對(duì)污染源的控制，主要通過控制源頭來達(dá)到控制要求，比如將油溫控制在170℃以下、禁止露天燒烤等；二是進(jìn)行末端處理，油煙廢氣排入大氣前使用凈化裝置來降低濃度。

目前國外學(xué)者對(duì)油煙凈化分離技術(shù)的研究不夠深入。而且國內(nèi)外實(shí)際情況相差甚多，借鑒意義不大。在國外規(guī)模較大的餐廳大多使用熱氧焚燒法來凈化餐飲油煙廢氣，但此方法會(huì)生成二噁英、NOx等二次污染物，目前已被淘汰；規(guī)模較小的餐廳則使用催化劑凈化法。這兩種方法技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備成本高，適用性方面存在限制，在國內(nèi)推廣難度較大。

目前，國內(nèi)已有餐飲油煙廢氣凈化技術(shù)主要分為三大類：物理凈化方法、化學(xué)凈化方法和生物凈化方法。而由于生物凈化法仍處于研究的初級(jí)階段，未能達(dá)到應(yīng)用水平，所以目前應(yīng)用的凈化方法以物理和化學(xué)凈化方法為主。

3.1 物理凈化方法

3.1.1 機(jī)械分離法

機(jī)械分離法又詳細(xì)地劃分為慣性分離法和旋風(fēng)分離法，這兩種方法分別利用慣性碰撞原理和旋風(fēng)分離原理對(duì)油煙廢氣中的顆粒物進(jìn)行凈化。慣性分離法阻力較小，結(jié)構(gòu)簡單，但由于對(duì)微細(xì)顆粒的凈化較為困難導(dǎo)致整體凈化效率不高(約為50%～70%)，只能用于凈化要求不高的場合。旋風(fēng)分離法設(shè)備使用壽命長，不產(chǎn)生二次污染，維修管理簡單方便；但其壓降較大，占地面積大，所以通常和其他方法結(jié)合使用。

3.1.2 洗滌吸收法

常見裝置有水霧水膜式油煙凈化裝置、填料塔、板式塔、鼓泡塔等。簡單的噴淋方式除油效果差，凈化效率高的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)高，還會(huì)產(chǎn)生二次污染。水霧水膜式油煙凈化裝置將凈化裝置和排煙罩結(jié)合在一起，阻力小，設(shè)備緊湊，但存在二次污染，對(duì)微小霧滴的凈化效率不高。

3.1.3 過濾法

過濾法采用過濾材料對(duì)油煙廢氣中的顆粒物進(jìn)行分離捕集，從而將顆粒污染物截留下來。常見有濾布過濾、纖維墊過濾等。這種方法凈化效率一般可達(dá)99%以上，并且性能穩(wěn)定可靠操作簡單，但過濾材料較容易堵塞，需要定期更換，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。

3.1.4 吸附法

吸附法主要是用多孔固體吸附劑(活性炭等)將油煙中的一種或多種VOCs濃集于固體表面，達(dá)到吸附脫除顆粒污染物的目的。吸附過程能有效脫除一般方法難以分離的低濃度有害物質(zhì)，具有凈化效率高、結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制并且能夠有效去除油煙異味。但設(shè)備體積較大，需要足夠的占地面積，并且吸附質(zhì)吸附容量小，吸附飽和后需要更換新的吸附質(zhì)，使得總運(yùn)行成本提高。

3.2 化學(xué)凈化方法

3.2.1 催化燃燒法

催化燃燒法是在催化劑的作用下，使餐飲油煙廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物在溫度較低的條件下氧化成水和二氧化碳等無害氣體的餐飲油煙凈化方法。該法污染物脫除效率較高，反應(yīng)溫度低，大大降低了能源消耗，避免了二噁英和氮氧化物等二次污染物的生成，是一種環(huán)境友好的油煙凈化技術(shù)。

3.2.2 紫外線法

餐飲油煙廢氣在紫外線的照射作用下，部分揮發(fā)性有機(jī)物化學(xué)鍵將會(huì)破裂，從而可以產(chǎn)生很多高活性的自由基，這些自由基能夠參與反應(yīng)將油煙廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物氧化成二氧化碳、水和粉末。紫外線法用于處理低濃度餐飲油煙廢氣，凈化效率可以達(dá)到97%[13]。但是紫外線法所使用的處理設(shè)備體積較大，需要一定的占地面積，因其高成本所以一般應(yīng)用于高檔餐廳或規(guī)模較大的餐廳，不適用于規(guī)模較小的餐廳。

3.2.3 低溫等離子體法

低溫等離子法也叫非平衡等離子體法，主要是利用高壓產(chǎn)生的高能量激發(fā)出大量高活性自由基，這些高活性自由基與油煙離子發(fā)生碰撞，高壓下還能使部分有機(jī)物的化學(xué)鍵斷裂，從而將有毒有害物質(zhì)分解成無毒無害的單質(zhì)原子或分子，達(dá)到降解油煙污染物的目的[14]。中國科學(xué)院和上海嘉頓環(huán)保公司通過技術(shù)合作，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，成功研制出“低溫等離子體油煙凈化裝置”，并己獲得國家發(fā)明專利[15]。

低溫等離子體的放電形式有很多，輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電、滑動(dòng)電弧放電等。電暈放電是一種最常見的氣體放電形式同時(shí)也是一種比較簡單有效的放電方式，具有較好的應(yīng)用前景[16]。介質(zhì)阻擋放電已被開發(fā)和廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室研究幾乎都集中在介質(zhì)阻擋放電，其原理為：當(dāng)電極上施加足夠高的交流電壓，電極間的氣體即使在很高的電壓下也會(huì)被擊穿，從而形成DBD。許多研究表明低溫等離子體技術(shù)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的去除效果很好，可高達(dá)99%，低溫等離子體技術(shù)廣泛應(yīng)用于材料表面處理、家具制造、汽車噴涂、合成新材料等領(lǐng)域[17]。

僅有等離子體技術(shù)處理油煙廢氣時(shí)，處理能耗較高，且會(huì)產(chǎn)生諸多副產(chǎn)物，如NO，NO2，N2O，O3和其他揮發(fā)性有機(jī)化合物等[18]。在等離子體技術(shù)的基礎(chǔ)上加入催化劑，可以有效解決多種副產(chǎn)物的產(chǎn)生問題，另外，催化劑的加入還可提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率、降低反應(yīng)溫度，還能進(jìn)一步降低能耗。等離子體能夠在常溫常壓下凝聚和分解細(xì)小的油煙顆粒物，因此等離子體協(xié)同催化凈化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)除油除味的目的。

由上所述，對(duì)于物理凈化法來說，單一使用一種方法凈化效率不高。大多只能去除油煙中的顆粒物，對(duì)VOCs都沒有凈化效果，而化學(xué)方法可提高凈化效率，且能夠同時(shí)去除油煙中的顆粒物和VOCs，并將污染物轉(zhuǎn)化為無害的CO2、H2O等物質(zhì)。但紫外線法危害人體健康，低溫等離子體技術(shù)由于使用高壓電，具有安全隱患，并且機(jī)理不明，所以，研究出一種多行業(yè)，多工況都適用的餐飲油煙廢氣處理技術(shù)迫在眉睫。

4 總結(jié)與展望

在國內(nèi)外已有許多投入應(yīng)用并進(jìn)一步推廣的餐飲油煙廢氣凈化技術(shù)、也有許多相關(guān)設(shè)備在投產(chǎn)運(yùn)行，而該技術(shù)未來的發(fā)展方向應(yīng)該是在滿足相對(duì)較高去除效率的基礎(chǔ)上，追求運(yùn)行的穩(wěn)定性，并進(jìn)一步降低設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用。未來對(duì)餐飲油煙廢氣的治理不僅需要技術(shù)創(chuàng)新，還需要國家和政府的一系列科技標(biāo)準(zhǔn)和管理手段，并且加強(qiáng)政府的監(jiān)督。

[1] 陳華.烹調(diào)油煙對(duì)人體健康的影響[J].上海環(huán)境科學(xué),1991,10(8).

[2] 蘇仕軍,蔣文舉,等.飲食業(yè)外排烹調(diào)油煙氣的危害及凈化方法研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境污染治理技術(shù)及設(shè)備,2000,1(3).

[3] 張杰,袁壽其,袁建平,等.烹飪油煙污染與處理技術(shù)探討[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2007,9(30):80～82.

[4] 莊永茂,施惠邦編.燃燒與污染控制[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1998,132.

[5] LeeS,Liu W,Wang Y,et al.Source apportionment of PM2.5: Comparing PMF and CMB results for four ambient monitoring sites in the southeastern United States[J]. atmospheric environment,2008,42:4126～4137.

[6] HeL,Lin Y,Huang X,et al.Characterization of high-resolution aerosol mass spectra of primary organic aerosol emissions from Chinese cooking and biomass burning[J]. atmospheric Chemistry and Physics,2010,10:11535～11543.

[7] Li C,Lin Y,Lee W,et al.Emission of polycyclic aromatic hydrocarbons and their carcinogenic potencies from cooking sources to the urbanatmosphere[J].Environmental Health Perspectives,2003,111(4): 483～487.

[8] Gin N ST,Chi L,Christopher Y H,et al.Exposure and cancer risk toward cooking-generated ultrafine and coarse particles in Hong Kong homes[J].HVaC&R Research,2012,18(1/2):204～216.

[9] LeeS,Li W,Chan L.Indoor air quality at restaurants with different styles of cooking in metropolitan Hong Kong[J].The Science of the Total Environment,2001,279:181～193.

[10] 劉中文.烹調(diào)油煙霧中有機(jī)成分的分析[J].中國公共衛(wèi)生,2002,18(9): 1046～1048.

[11] 王秀艷,史建武,白志鵬,等.沈陽市烹飪油煙中VOCs排放特征分析[J].中國人口資源與環(huán)境,2011,21(3):364～366.

[12] 溫夢婷,胡敏,等.北京餐飲源排放細(xì)粒子理化特征及其對(duì)有機(jī)顆粒物的貢獻(xiàn)[J].環(huán)境科學(xué),2007,28(11):2620～2625.

[13] 趙志嘉.紫外線油煙凈化技術(shù)在家用油煙機(jī)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代家電,2006,7:63.

[14] 熊鴻斌,劉文清.飲食業(yè)油煙凈化技術(shù)及影響因素[J].環(huán)境工程,2003, 21(4):38～41.

[15] 徐學(xué)基,朱家興.等離子體油煙凈化機(jī)[P].中國發(fā)明利.02265904.8,2003.9.10.

[16] 宋華,王保偉,許根慧.低溫等離子體處理揮發(fā)性有機(jī)物的研究進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程,2007,4(24):356～361.

[17] Sun LM, Berndt CC, Gross Ka, et al. Material fundamentals and clinical performance of plasmasprayed hydroxyapatite coatings: a review[J]. Journal of biomedical materials research, 2001, 58(5): 570～592.

[18] 郭明星,郭洪臣,王祥生,等.丙烯和氧等離子體直接氣相合成環(huán)氧丙烷[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)報(bào),2005,26(3):527～530.