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浅析住宅楼公共烟道油烟细颗粒物排放现状及应对

2021-06-24 20:34:17 来源：安科瑞王蒙蒙

王蒙蒙
安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：为了解住宅楼公共烟道油烟细颗粒物(PM2.5)的排放现状及其对大气环境的影响，对 3个典型层高的居民住宅楼公共烟道排放口油烟PM2.5浓度进行了连续采样监测。根据实验数据，3个排放口PM2.5的平均质量浓度为0.5～2 mg/m3，超出环境空气质量二级标准的 7～26 倍。以此估算深圳市住宅楼公共烟道对大气PM2.5的年贡献量约为252.5 t/a，占烹饪油烟PM2.5总排放量的5%，是又一个重要的生活 PM2.5排放源，且由于住宅楼公共烟道均未安装强排风机使烟道内的平均风速在2.0 m/s 以下，较低的排放速度容易导致污染物在楼面聚集，扩散缓慢，静稳天气下会对居民生活环境的空气质量造成持续大范围的影响。
关键词：住宅楼；公共烟道；油烟细颗粒物；餐饮油烟监测云平台；安科瑞

0 前言
随着城市的高速发展，文化、产业及教育资源慢慢向城市集中，使得城市人口数量激增，出现了大城市甚至超大城市。单位地域人口数量的增多也间接导致住宅形式的转变，多层住宅和高层住宅慢慢成为城市住宅的主要形式，居民厨房的油烟排放也由分散式向集中式转变，使得单位地域厨房的烹饪油烟成为一项不得忽略的大气污染物排放源。烹饪油烟成分主要包括大颗粒油滴、小颗粒油烟气溶胶以及气态VOCs。大颗粒油滴在空气中悬浮时间持续数秒至数小时，一般只对厨房和排烟口附近造成地表和墙面污染，通常不会成为长期持续的大气污染物，对人体健康的直接危害不大；小颗粒油烟气溶胶以及气态的可挥发VOCs在空气中长期存在直至其被吸附或者氧化分解，且小颗粒油烟气溶胶还具有较高的消光效应，是导致大气能见度变差及城市雾霾的主要原因之一。油烟产生的气溶胶主要为核膜态和积聚模态，这两种模态下的油烟气溶胶正好落在PM2.5范围内，据胡敏等[6]研究发现，餐饮业排放的细颗粒PM10在PM2.5的质量浓度中占50% ～85% 。研究高层住宅公共烟道油烟细颗粒物(即 PM2.5)的排放现状，评估其对大气雾霾的贡献情况，可以更科学地为城市大气污染治理提供方向，创造更好的生活环境。
1. 实验方法
1.1 样品采集
我国高层住宅建筑目前以11层、18层、26层和33层居多，选取深圳市福田区3个具有代表性层高的居民楼公共烟道排放口作为采样点，分别为全海花园3栋A单元16 层(15 户)，全海花园6栋B单元27层(26 户)和花好园某栋32 层(29 户)，公共烟道排放口均位于楼顶。连续 10 d分别在3个公共烟道排放口进行油烟PM2.5的采样检测，采样时间为中午和下午的家庭烹饪高峰时间段，分别为 11：00～ 13：00、17：30～19：30。
1.2 检测仪器
采用深圳市力德环保工程有限公司的NUCBRICK 8100便携式油烟 PM2.5检测仪对采样口的油烟PM2.5进行监测，仪器的检出限为0.1 μg/m3 ，检测方法符合深圳市地方标准SZDB/Z 254—2017 《饮食业油烟排放控制规范》中附录B油烟现场和在线监测等效测试方法—粒子集合光散射法。
图1为NUCBRICK 8100便携式油烟 PM2.5检测仪和TH-880F微电脑烟尘平行采样仪(国标法)的油烟浓度测试结果对比，2种仪器所测数据具有较好的拟合度(R2 ＝0.957)，说明 NUCBRICK 8100便携式油烟PM2.5检测仪所测数据具有可靠性。

图1 NUCBRICK 8100便携式油烟PM2.5检测仪和TH880F微电脑烟尘平行采样仪的油烟浓度测试结果拟合结果

2. 结果与讨论
2.1 住宅楼公共烟道油烟PM2.5排放浓度分析
通过对3个典型层高住宅楼公共烟道排放口连续10d的监测，监测时间段内油烟PM2.5的变化幅度较大，峰值浓度可达30 mg/m3 ，油烟PM2.5 的平均质量浓度主要分布在0.5～2 mg/m3之间(图2—图4)。GB 3095—2012《环境空气质量标准》中PM2.5二级浓度限值为75 μg/m3 ，以此可以推算出所测高层住宅公共烟道油烟PM2.5的平均质量浓度是环境空气质量标准中PM2.5二级浓度限值的7～26倍，可见住宅楼油烟PM2.5的排放对环境空气质量具有较大的影响。
谭德生等研究发现在大学食堂、快餐和烧烤的油烟污染物中，粒径处于0.4～0.65 μm的细颗粒物的质量浓度为9～30 mg/m3 ，实验监测测得的住宅楼油烟PM2.5低于此值。家用的小型燃气炉灶功率 3～ 4 kW，低于餐饮行业大型燃气炉灶(20～50 kW)，使得炒菜过程中油温较低，油量、食材量也低于餐饮企业，而且各家庭不同的饮食习惯所造成的油烟PM2.5排放差异在多户共用的排烟管被稀释均衡化，因此住宅楼公共烟道油烟 PM2.5排放浓度较低。

图 2 16层住宅公共烟道油烟 PM2.5 排放情况

图 3 27层住宅公共烟道油烟 PM2.5 排放情况

图 4 32层住宅公共烟道油烟 PM2.5排放情况
家庭厨房油烟浓度虽然比餐饮油烟低，但城市人口基数大、住宅楼建筑总量多，由此必然会产生较高的颗粒物排放总量。
2.2 住宅楼公共烟道油烟 PM2.5排放量分析
通过测定公共烟道平均风速和烟道截面积来估算平均风量，从而对3个采样口的每餐油烟PM2.5平均排放量进行估算(表1)，并根据每栋楼的户数计算出在有烟时间段内平均每户每餐油烟PM2.5的排放当量平均值约为70 mg/(户·餐)。

表 1 3个油烟排放口每餐 PM2.5平均排放量
根据福田区政府在线2017年发布的《福田区人口家庭住房状况分析》中的统计数据，按下式估算深圳市住宅楼居民总户数：
Hsum＝Nsum×μ×θ＝1 300×0.75×98.7% ＝962.3(万户)
式中：Hsum 为深圳市住宅楼居民总户数；Nsum 为截止到2018年深圳市常住人口数量，约1 300万；μ为人均住房间数，根据《福田区人口家庭住房状况分析》统计数据，深圳市人均住房间数为0.75 间/人；θ为四层以上住宅楼占总住宅的比例，根据《福田区人口家庭住房状况分析》统计数据，取 98.7% 。
按上式估算出深圳市四层以上住宅楼所居住的居民约 962.3 万户。根据本研究的结论每户每餐烹饪PM2.5的排放当量，参照《2018 中国一线城市白领膳食健康蓝皮书》中统计的白领在家吃饭的比例，可以简单估算出深圳市家庭住宅楼 PM2.5的年排放量：
Psum＝Hsum×ζ×＝962.3×(23.7% +79% )×365×70 ＝252.5 t/a
式中：Hsum 为深圳市住宅楼居民总户数；ζ为在家用餐比例，参照《2018 中国一线城市白领膳食健康蓝皮书》统计数据，深圳市白领人群午餐和晚餐在家用餐为分别占 23.7% 和 79% (由于早餐可能产生的油烟量较少，本研究未将早餐计算在内)；γ 为住宅楼居民每户每餐烹饪PM2.5的排放当量。
参照深圳市白领在家吃饭的比例估算深圳市住宅楼公共烟道对大气PM2.5的贡献量约为 252.5 t/a，将此数据与餐饮业油烟相比较。一个中型餐馆(6 个灶头)一年油烟 PM2.5排放总量约52.6 kg。据辰智科技中国餐饮大数据研究数据库数据显示，2016年深圳餐厅总数为124534 个，其中轻餐和西餐的比例分别为19.9%和3.11% ，由此可估算出深圳餐饮业油烟PM2.5年排放总量约为5 043 t/a，则住宅楼公共烟道PM2.5的排放量约占烹饪油烟PM2.5总排放量的5%。
2.3 住宅楼公共烟道PM2.5对大气环境的污染情况分析
与雾霾形成密切相关的大气细颗粒物组分中约 10% 来自于自然界的排放，90% 来自于人为排放源。王跃思等对北京PM2.5的源解析发现，北京年平均PM2.5排放组成中：燃煤占 26% ，机动车占19% ，餐饮占11% ，工业占10% 。由以上研究数据可见，住宅楼公共烟道油烟PM2.5也是一个不可忽略的PM2.5生活排放源。
本研究通过对全海花园 2 个公共烟道采样口风速的测量考察住宅油烟污染物的扩散能力，实测住宅公共烟道平均风速低于2 m/s(图 5—图 6)，小于餐饮业油烟排放口的风速(8～10 m/s)，且住宅公共烟道未安装强排风机，仅靠功率较低的抽油烟机作为油烟排放的动力，致使住宅公共烟道风速普遍较低。宝文宏等研究证实了污染源排放在风速较小时容易出现污染物浓度持续较高，且范围较大的污染现象；在风速较大时污染物扩散快，只在小范围内造成污染现象。由此可见，住宅楼公共烟道较低的油烟排放速度以及末端结构容易导致污染物在楼面聚集缓慢扩散，静稳天气下会对居民生活环境的空气质量造成持续的大范围影响。

图 5 16层住宅公共烟道油烟排放平均风速变化曲线

图 6 27层住宅公共烟道油烟排放平均风速变化曲线

3.安科瑞AcrelCloud3500餐饮油烟监测云平台
为了弥补现存餐饮行业在烟油监测上的漏洞，同时便利监管部门的监察，安科瑞油烟监测云平台应运而生。油烟监测模块通过2G/4G与云端平台进行通信和数据交互，系统能够对企业餐饮设备的开机状态、运行状态进行监控；实现开机率监测，净化效率监测，设施停运
告警，待清洗告警，异常告警等功能；对采集数据进行统计分析、排名等统计功能；较之传统的静电监测方案，更具实效性。平台预留与其他应用系统、设备交互对接接口，具有很好的扩展性。
3.1 平台结构
平台GIS地图采集餐饮油烟处理设备运行状态和油烟排放的浓度数据，自动对超标排放及异常企业进行提示预警，监管部门可迅速进行处理，督促餐饮企业整改设备，并定期清洗、维护，实现减排环保，不扰民等目的。现场安装监测终端，持续监测油烟净化器的工作状态，包括设备运行的电流、电压、功率、耗电量等等，同时结合排烟口的挥发性物质、颗粒物浓度等进行对比分析，一旦排放超标，系统会发出异常信号。

■ 油烟监测设备用来监测油烟、颗粒物、NmHc等数据
■ 净化器和风机配合对油烟进行净化处理，同时对净化设备的电流、电压进行监测
■ 设备通过4G网络将采集的数据上传至远程云端服务器
3.2平台主要功能
（1）在线监测
对油烟排污数据的监测，包括油烟排放浓度，颗粒物，NmHc等数值采集监测；同时对监控风机和净化器的启停状态、运行数据进行监测。

(2)告警数据监测
系统根据采集的油烟数值大小，产生对应的排放超标告警；对净化器的运行数据分析，上传净化设备对应的运行、停机、故障等告警事件。
(3)数据分析
运行时长分析，离线分析；告警占比、排名分析；历史数据统计等。

(4)隐患管理
系统对采集的告警数据分析，产生对应的隐患记录，派发、处理隐患，及时处理告警，形成闭环。

(5)统计分析
包括时长分析、超标分析、历史数据、分析报告等模块。

(6)基础数据维护
个人信息、权限维护，企业信息录入，对应测点信息录入等。
(7)数据服务
数据采集，短信提醒，数据存储和解析。
3.3 油烟监测主机
油烟监控主机是现场的管理设备，实时采集油烟浓度探测器和工况传感器的信号，进行数据处理，通过有线或无线网络通讯将数据传输到服务器平台。同时，对本地数据进行存储，监控现场设备状态，提供人机操作界面。

具体技术参数如下：

类别	条目	规格
探头	油烟浓度	0 – 100mg/m3
	VOC浓度	0 – 500 ppm
	颗粒物浓度	0 – 5000ug/m3
	温度	-30 – 100℃
	湿度	0 – 100%RH
	尺寸	42 * 270mm
	输出	RS485/Modus RTU
监测主机	风机+净化器状态	电流型/电压型
	模拟信号接口	Modbus RTU + 2路4-20mA
	显示	4.3寸触摸液晶屏
	告警	声音+告