家庭油煙污染物測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法及建議排放限值研究

文_韓東梅 郭浩

1 北京節(jié)能環(huán)保中心 2 京科高新（北京）環(huán)境科學(xué)研究所

隨著國(guó)人生活水平的不斷提高，飲食水平的逐漸改善，餐飲業(yè)的迅速發(fā)展，不可避免地造成了日益嚴(yán)重的油煙污染問(wèn)題，引起了社會(huì)各界的關(guān)注。而家庭烹飪油煙量大、面廣、高度分散的排放特征，也勢(shì)必加大了治理和管控的難度。

家庭烹飪油煙經(jīng)過(guò)吸油煙機(jī)等設(shè)備的初級(jí)處理，大部分的顆粒態(tài)物質(zhì)被吸附或收集起來(lái)，無(wú)法進(jìn)入人體，對(duì)人體健康危害相對(duì)較小。而其中的氣態(tài)污染物，主要是VOCs，目前無(wú)法通過(guò)油煙凈化設(shè)備獲得有效處理，從而直接排入大氣或吸入人體中，對(duì)大氣環(huán)境和人體健康造成危害。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)絕大部分的家庭用吸油煙機(jī)，它們大多沒(méi)有油氣分離功能，僅僅是簡(jiǎn)單的將排煙管與風(fēng)機(jī)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)抽煙排煙的功能，對(duì)油煙及揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）等大氣污染物幾乎沒(méi)有凈化效果，從而造成油污直接排到室外，不僅對(duì)大氣造成一定的污染，而且污染建筑外墻，造成常見(jiàn)的“油鼻涕”現(xiàn)象。

《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18483-2001）是我國(guó)目前為止唯一的關(guān)于油煙方面的現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂或者尋求四氯化碳的替代試劑勢(shì)在必行。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，隨后又有山東、上海、天津等地分別出臺(tái)了嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的飲食業(yè)油煙排放地方標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)中仍均未考慮到油煙污染中VOCs的控制需求，且對(duì)家庭廚房油煙的排放缺乏相應(yīng)的排放限值標(biāo)準(zhǔn)。

1 研究方法

1.1 測(cè)試平臺(tái)

測(cè)試平臺(tái)由兩個(gè)灶臺(tái)組成，如圖1所示，其中一個(gè)灶臺(tái)安裝集氣罩收集并排放油煙，另一個(gè)灶臺(tái)安裝吸油煙機(jī)收集油煙。安裝集氣罩的灶臺(tái)用于測(cè)定家庭烹飪油煙中污染物的原始排放濃度，安裝吸油煙機(jī)的灶臺(tái)用于測(cè)定經(jīng)過(guò)吸油煙機(jī)處理后的烹飪油煙中污染物的排放濃度。

圖1 測(cè)試平臺(tái)示意圖

油脂、顆粒物的樣品采集點(diǎn)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(diǎn)位沒(méi)有特殊要求。為了保證烹飪油煙通過(guò)集氣罩排放和通過(guò)吸油煙機(jī)處理后污染物排放濃度的測(cè)試條件相同，為同一風(fēng)速條件下的排放濃度，測(cè)試平臺(tái)通過(guò)在排煙管的尾部設(shè)置引風(fēng)機(jī)，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)工頻，使尾部風(fēng)機(jī)引風(fēng)量和吸油煙機(jī)的排風(fēng)量相同，保證原始排放的污染物沒(méi)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(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置由溫控系統(tǒng)和滴液系統(tǒng)組成。溫控系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試平臺(tái)上設(shè)置的電爐為試驗(yàn)鍋加熱，電爐發(fā)熱盤直徑應(yīng)與試驗(yàn)鍋直徑相等，用熱電偶來(lái)檢測(cè)鍋底溫度，并通過(guò)溫控系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鍋底溫度始終保持在（170±10）℃；試驗(yàn)鍋為表面無(wú)涂層的平底鐵鍋，直徑（200±20）mm、高度125 mm，鍋底厚度不小于8mm。滴液系統(tǒng)用于定時(shí)、定量向電爐上加熱至（170±10）℃的試驗(yàn)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(nèi)勻速滴完，計(jì)量結(jié)束最遲20s平底鍋中的混合液應(yīng)全部蒸發(fā)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(nèi)的油煙廢氣5min，將油脂顆粒吸附于金屬濾筒內(nèi)，用四氯化碳溶劑對(duì)金屬濾筒進(jìn)行超聲清洗，移入25mL比色管中定容，用紅外分光光度法測(cè)定波數(shù)分別為2930cm-1（CH2基團(tuán)中C-H鍵），2960cm-1（CH3基團(tuán)中C-H鍵），3030cm-1（芳香環(huán)中C-H鍵）譜帶處的吸光度，由以上三個(gè)譜帶吸光度計(jì)算樣品清洗液中油脂的含量，再通過(guò)采集到的標(biāo)準(zhǔn)干煙氣流量推導(dǎo)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(nèi)的油煙廢氣5min，采用雙層濾膜對(duì)油煙中的顆粒物進(jìn)行過(guò)濾截留，并用封口膜將采樣后的濾芯采樣口密封好，雙層濾膜第一層為聚丙烯濾膜，孔徑1.0～2.0μm，第二層為超細(xì)玻璃纖維濾膜，孔徑為0.3μm，樣品采集前后對(duì)濾膜進(jìn)行恒溫恒濕后稱量，以去除濾膜中的游離水分對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，最后由經(jīng)過(guò)恒溫恒濕的濾膜采樣前后的質(zhì)量差，以及過(guò)采集到的標(biāo)準(zhǔn)干煙氣流量計(jì)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(cè)定 氣相色譜法》（HJT38-1999）的方法測(cè)定，在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下所測(cè)得的NMHC，是于氣相色譜氫火焰離子化檢測(cè)器有明顯響應(yīng)的除甲烷外的碳?xì)浠衔锟偭?，以碳?jì)。

2 結(jié)果與討論

利用已搭建好的家庭吸油煙機(jī)污染物排放測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行水滴油實(shí)驗(yàn)，對(duì)7種吸油煙機(jī)油脂、顆粒物、VOCs排放特征以及固態(tài)污染物凈化效果開(kāi)展測(cè)試與評(píng)估，驗(yàn)證該方法是否可以對(duì)不同吸油煙機(jī)固態(tài)污染物凈化效率進(jìn)行有效區(qū)分，作為一種具體的、可操作的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2.1 固態(tài)污染物凈化效率測(cè)試

圖2和3分別為7臺(tái)吸油煙機(jī)水滴油實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)對(duì)油脂的凈化效果要優(yōu)于對(duì)顆粒物的凈化效果，這與實(shí)際烹飪菜品實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果一致，因此該方法具有一定的代表性。

圖2 水滴油實(shí)驗(yàn)油脂凈化效率

圖3 水滴油實(shí)驗(yàn)顆粒物凈化效率

2.2 氣態(tài)污染物排放特征

從圖4中可以看出所測(cè)定的NMHC污染物濃度范圍在4.95～7.32mg/m3之間，通過(guò)集氣罩收集后直接排放油煙中非甲烷總烴的測(cè)定結(jié)果為6.37mg/m3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，導(dǎo)致非甲烷總烴測(cè)試結(jié)果在一定范圍內(nèi)波動(dòng)主要由于以下兩個(gè)原因：一是由于實(shí)驗(yàn)需要將油溫控制在（170±10）℃，用于加熱試驗(yàn)鍋的電爐雖然可以設(shè)定爐溫，但通過(guò)熱電偶測(cè)試得到的鍋底溫度變化幅度較大，在實(shí)驗(yàn)中需要不停地對(duì)電爐加熱檔位進(jìn)行調(diào)整以滿足（170±10）℃的溫度要求，因此發(fā)煙過(guò)程不是一個(gè)恒定的工況；另一個(gè)原因是由于所測(cè)試的吸油煙機(jī)類型（側(cè)吸式、歐式、中式），以及額定排風(fēng)量不同，因此對(duì)水滴油發(fā)煙中污染物的收集效果有所差別，這也是導(dǎo)致NMHC污染物濃度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的原因。

圖4 水滴油實(shí)驗(yàn)NMHC排放情況

2.3 數(shù)據(jù)比較

從圖5和圖6可以看出，兩種工況下所測(cè)得的油脂凈化效率一致性較好，而顆粒物凈化效率的數(shù)據(jù)存在一定程度的偏差。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析可知，實(shí)際烹飪菜品所排固態(tài)污染物中，除油脂小液滴以外，有相當(dāng)一部分是食物中有機(jī)質(zhì)熱氧化或熱裂解產(chǎn)生的固態(tài)顆粒物；而水滴油實(shí)驗(yàn)所排固態(tài)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(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在理論上要比稱重法測(cè)得的數(shù)據(jù)相對(duì)更為可靠。因此，在對(duì)水滴油實(shí)驗(yàn)和實(shí)際烹飪菜品兩種工況所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，以油脂凈化效率表征的固態(tài)污染物凈化效果顯示出更好的一致性。通過(guò)以上結(jié)論，在制定《家用吸油煙機(jī)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》時(shí)可以考慮將水滴油實(shí)驗(yàn)方法作為標(biāo)準(zhǔn)方法，對(duì)吸油煙機(jī)固態(tài)污染物凈化效率進(jìn)行測(cè)試。

圖5 不同工況下油脂凈化效率數(shù)據(jù)比較

圖6 不同工況下顆粒物凈化效率數(shù)據(jù)比較

3 結(jié)語(yǔ)

在以油脂凈化效率表征的吸油煙機(jī)對(duì)固態(tài)污染物去除效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際烹飪菜品的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在著較好的一致性，因此可以采用水滴油實(shí)驗(yàn)方法作為標(biāo)準(zhǔn)方法，對(duì)吸油煙機(jī)固態(tài)污染物凈化效率進(jìn)行測(cè)試。

關(guān)于固態(tài)污染物的排放要求，應(yīng)制定一個(gè)目前大多數(shù)廠商及其所屬機(jī)型都能夠滿足的濃度排放和凈化效率標(biāo)準(zhǔn)，并且應(yīng)該兼顧新機(jī)及正在使用的吸油煙機(jī)，同時(shí)淘汰老舊高污染排放機(jī)型，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)行高效低污染排放機(jī)型的研發(fā)，根據(jù)以上原則及測(cè)試結(jié)果，將家庭吸油煙機(jī)油脂的排放標(biāo)準(zhǔn)制定為2.0mg/m3，凈化效率為85%；顆粒物的排放標(biāo)準(zhǔn)制定為5.0mg/m3，凈化效率為80%。

關(guān)于氣態(tài)污染物標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明，家庭烹飪油煙中以非甲烷總烴表示的VOCs濃度分別為1.33～9.04 mg/m3和1.91～7.46 mg/m3，由于目前市場(chǎng)上所售機(jī)型均沒(méi)有集成對(duì)家庭烹飪油煙中VOCs等氣態(tài)污染物進(jìn)行處理的凈化單元，關(guān)于VOCs凈化效率標(biāo)準(zhǔn)的確定，所采取的辦法是根據(jù)目前國(guó)內(nèi)主要家庭吸油煙機(jī)廠商在此方面產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)情況，以及近期通過(guò)努力研發(fā)普遍能夠達(dá)到的一個(gè)凈化效果水平作為標(biāo)準(zhǔn)制定的主要參考依據(jù)，根據(jù)對(duì)老板電器、方太、海爾等主要家庭吸油煙機(jī)廠商的調(diào)研和座談，認(rèn)為50%以上的凈化效率是一個(gè)合理的水平，將家庭吸油煙機(jī)非甲烷總烴的排放標(biāo)準(zhǔn)制定為4.0mg/m3。