浅谈家庭油烟污染物测试标准及解决方案

摘要：本文对5种家常菜烹制过程排放油烟中固态和气态污染物的排放浓度，以及4种不同型号吸油烟机对固态污染物的净化效率进行了测试，为制定《家用吸油烟机污染物排放标准》，选用水滴油实验方法作为标准方法，对吸油烟机固态污染物净化效率进行测试。结果表明，在以油脂净化效率表征的吸油烟机对固态污染物去除效果的实验数据与实际烹饪菜品的实验数据存在着较好的一致性，因此可以采用水滴油实验方法作为标准方法，对吸油烟机固态污染物净化效率进行测试。
关键词：家庭油烟；油脂；净化效率；水滴油实验；安科瑞；餐饮油烟监测云平台
 

0引言

       随着国人生活水平的不断提高，饮食水平的逐渐提高，餐饮业的迅速发展，不可避免地造成了日益严重的油烟污染问题，引起了社会各界的关注。而家庭烹饪油烟量大、面广、高度分散的排放特征，也势必加大了治理和管控的难度。
       家庭烹饪油烟经过吸油烟机等设备的初级处理，大部分的颗粒态物质被吸附或收集起来，无法进入人体，对人体健康危害相对较小。而其中的气态污染物，主要是VOCs，目前无法通过油烟净化设备获得处理，从而直接排入大气或吸入人体中，对大气环境和人体健康造成危害。据资料统计，国内绝大部分的家庭用吸油烟机，它们大多没有油气分离功能，仅仅是简单的将排烟管与风机连接起来，实现抽烟排烟的功能，对油烟及挥发性（VOCs）等大气污染物几乎没有净化效果，从而造成油污直接排到室外，不仅对大气造成一定的污染，而且污染建筑外墙，造成常见的“油鼻涕”现象。
       《饮食业油烟排放标准》（GB18483-2001）是我国关于油烟方面的现行标准，但由于其使用的萃取溶剂（四氯化碳）被确定为全球禁止使用试剂，所以对该标准进行修订或者寻求四氯化碳的替代试剂势在必行。在国家标准的基础上，随后又有山东、上海、天津等地分别出台了严于国家标准的饮食业油烟排放地方标准，但这些标准中仍均未考虑到油烟污染中VOCs的控制需求，且对家庭厨房油烟的排放缺乏相应的排放限值标准。
 

1研究方法

1.1测试平台
       测试平台由两个灶台组成，如图1所示，其中一个灶台安装集气罩收集并排放油烟，另一个灶台安装吸油烟机收集油烟。安装集气罩的灶台用于测定家庭烹饪油烟中污染物的原始排放浓度，安装吸油烟机的灶台用于测定经过吸油烟机处理后的烹饪油烟中污染物的排放浓度。

图1测试平台示意图
       油脂、颗粒物的样品采集点位于排烟管水平管段，距弯头、变径管下游方向不小于3倍直径，上游方向不小于1.5倍直径处；非甲烷总烃样品采集点位没有特殊要求。为了保证烹饪油烟通过集气罩排放和通过吸油烟机处理后污染物排放浓度的测试条件相同，为同一风速条件下的排放浓度，测试平台通过在排烟管的尾部设置引风机，通过变频器调节电机工频，使尾部风机引风量和吸油烟机的排风量相同，保证原始排放的污染物没有被稀释或者浓缩，保证净化前后污染物浓度的可比性。
1.2实验方法
       实验装置由温控系统和滴液系统组成。温控系统通过测试平台上设置的电炉为试验锅加热，电炉发热盘直径应与试验锅直径相等，用热电偶来检测锅底温度，并通过温控系统的自动监测，使实验过程中锅底温度始终保持在（170±10）℃；试验锅为表面无涂层的平底铁锅，直径（200±20）mm、高度125mm，锅底厚度不小于8mm。滴液系统用于定时、定量向电炉上加热至（170±10）℃的试验锅滴液。滴头与锅底的距离为（225±25）mm。滴液为（100±1）g的室温蒸馏水和（4±0.1）g丁酮（分析纯）的混合液。全部混合液需在10min±5s内匀速滴完，计量结束20s平底锅中的混合液应全部蒸发完毕。
1.3样品采集及分析
1.3.1 油脂
       以37.5L/min的流速等速采集排烟管内的油烟废气5min，将油脂颗粒吸附于金属滤筒内，用四氯化碳溶剂对金属滤筒进行超声清洗，移入25mL比色管中定容，用红外分光光度法测定波数分别为2930cm-1（CH2基团中C-H键），2960cm-1（CH3基团中C-H键），3030cm-1（芳香环中C-H键）谱带处的吸光度，由以上三个谱带吸光度计算样品清洗液中油脂的含量，再通过采集到的标准干烟气流量推导出油烟中油脂的浓度。
1.3.2 颗粒物
       以37.5L/min的流速等速采集排烟管内的油烟废气5min，采用双层滤膜对油烟中的颗粒物进行过滤截留，并用封口膜将采样后的滤芯采样口密封好，双层滤膜一层为聚丙烯滤膜，孔径1.0～2.0μm，二层为超细玻璃纤维滤膜，孔径为0.3μm，样品采集前后对滤膜进行恒温恒湿后称量，以去除滤膜中的游离水分对测定结果的影响，之后由经过恒温恒湿的滤膜采样前后的质量差，以及过采集到的标准干烟气流量计算出油烟中颗粒物的浓度。
1.3.3 非甲烷总烃
       参照《固定污染源排气中非甲烷总烃的测定气相色谱法》（HJT38-1999）的方法测定，在本标准规定的条件下所测得的NMHC，是于气相色谱氢火焰离子化检测器有明显响应的除甲烷外的碳氢化合物总量，以碳计。
 

2结果与讨论

       利用已搭建好的家庭吸油烟机污染物排放测试平台进行水滴油实验，对7种吸油烟机油脂、颗粒物、VOCs排放特征以及固态污染物净化效果开展测试与评估，验证该方法是否可以对不同吸油烟机固态污染物净化效率进行区分，作为一种具体的、可操作的标准方法。
2.1 固态污染物净化效率测试
       图2和3分别为7台吸油烟机水滴油实验油脂和颗粒物的排放情况和净化效率，可以看出，不同吸油烟机的污染物排放浓度以及净化效率具有显著差别。其中油脂的净化效率在66.9%～83.2%之间，颗粒物的净化效率在64.9%～79.3%之间，吸油烟机对油脂的净化效果要优于对颗粒物的净化效果，这与实际烹饪菜品实验所得结果一致，因此该方法具有一定的代表性。

图2水滴油实验油脂净化效率

图3水滴油实验颗粒物净化效率
2.2 气态污染物排放特征
       从图4中可以看出所测定的NMHC污染物浓度范围在4.95～7.32mg/m3之间，通过集气罩收集后直接排放油烟中非甲烷总烃的测定结果为6.37mg/m3。根据实验结果分析，导致非甲烷总烃测试结果在一定范围内波动主要由于以下两个原因：
一是由于实验需要将油温控制在（170±10）℃，用于加热试验锅的电炉虽然可以设定炉温，但通过热电偶测试得到的锅底温度变化幅度较大，在实验中需要不停地对电炉加热档位进行调整以满足（170±10）℃的温度要求，因此发烟过程不是一个恒定的工况；另一个原因是由于所测试的吸油烟机类型（侧吸式、欧式、中式），以及额定排风量不同，因此对水滴油发烟中污染物的收集效果有所差别，这也是导致NMHC污染物浓度在一定范围内波动的原因。

图4水滴油实验NMHC排放情况
2.3 数据比较
       从图5和图6可以看出，两种工况下所测得的油脂净化效率一致性较好，而颗粒物净化效率的数据存在一定程度的偏差。对实验过程进行分析可知，实际烹饪菜品所排固态污染物中，除油脂小液滴以外，有相当一部分是食物中有机质热氧化或热裂解产生的固态颗粒物；而水滴油实验所排固态物中主要为油脂小液滴，其它颗粒物所占比重很小。因此，在油烟中油脂含量较高的情况下，采用红外红外分光光度法测得的实验数据在理论上要比称重法测得的数据相对更为可靠。因此，在对水滴油实验和实际烹饪菜品两种工况所测数据进行比较时，以油脂净化效率表征的固态污染物净化效果显示出更好的一致性。通过以上结论，在制定《家用吸油烟机污染物排放标准》时可以考虑将水滴油实验方法作为标准方法，对吸油烟机固态污染物净化效率进行测试。

图5不同工况下油脂净化效率数据比较

图6不同工况下颗粒物净化效率数据比较
 

3安科瑞AcrelCloud-3500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：

3.4 设备选型方案

注：双探头适合双排烟通道的场合，每路探头监测1路排烟通道。
 

4 结论

       在以油脂净化效率表征的吸油烟机对固态污染物去除效果的实验数据与实际烹饪菜品的实验数据存在着较好的一致性，因此可以采用水滴油实验方法作为标准方法，对吸油烟机固态污染物净化效率进行测试。
       关于固态污染物的排放要求，应制定一个目前大多数厂商及其所属机型都能够满足的浓度排放和净化效率标准，并且应该兼顾新机及正在使用的吸油烟机，同时淘汰老旧高污染排放机型，使得企业进行低污染排放机型的研发，根据以上原则及测试结果，将家庭吸油烟机油脂的排放标准制定为2.0mg/m3，净化效率为85%；颗粒物的排放标准制定为5.0mg/m3，净化效率为80%。
       关于气态污染物标准的说明，家庭烹饪油烟中以非甲烷总烃表示的VOCs浓度分别为1.33～9.04mg/m3和1.91～7.46mg/m3，由于目前市场上所售机型均没有集成对家庭烹饪油烟中VOCs等气态污染物进行处理的净化单元，关于VOCs净化效率标准的确定，所采取的办法是根据目前国内主要家庭吸油烟机厂商在此方面产品的开发情况，以及近期通过努力研发普遍能够达到的一个净化效果水平作为标准制定的主要参考依据，根据对老板电器、方太、海尔等主要家庭吸油烟机厂商的调研和座谈，认为50%以上的净化效率是一个合理的水平，将家庭吸油烟机非甲烷总烃的排放标准制定为4.0mg/m3。
 
【参考文献】
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［3］段玉环,谢超颖,方恒.餐饮业油烟污染及治理技术浅议[J].环境污染治理技术与设备, 2002(11):67-69.
［4］韩东梅，郭浩.家庭油烟污染物测试标准方法及建议排放限值研究.[J]研究，2021.
［5］安科瑞AcrelCloud-3500餐饮油烟监测云平台.2020.05版.
 
作者简介：
陈芳芳，女，现任安科瑞电气股份有限公司，主要从事餐饮油烟监测的研发与应用。