淺析餐飲油煙汙染物淨化技術對比及應對

　　簡婷 

　　韦德1946网址  上海嘉定  201801 

　　摘 要： 在分析現有油煙淨化技術優(you) 缺點的基礎上，對近幾年吸附及催化法治理餐飲油煙汙染物以及揮發性的研究進行了綜述，並對這些方法在油煙淨化方麵的應用前景做出展望。 

　　關(guan) 鍵詞：餐飲油煙;；VOCs; 吸附；催化氧化；淨化技術；餐飲油煙監測雲(yun) 平台；安科瑞 

0. 前言 

　　餐飲油煙( cooking oil fumes，COFs) 指烹調過程中食用油揮發後凝結以及食材高溫後產(chan) 生的油煙霧，包含很多種有毒化學成分，不僅(jin) 會(hui) 危害烹調者的健康，還會(hui) 對周圍環境造成汙染。烹飪溫度、食用 油種類、添加食材種類以及烹飪方式的不同都會(hui) 影響油煙的組成。餐飲油煙汙染物主要包括顆粒物以 及揮發性物2大類。近兩(liang) 年來，各地陸續出台了油煙治理新標準，不僅(jin) 收緊了油煙、顆粒物排放限值，還增加了非甲烷總烴( NMHC) 的排放限製。因此，開發新型餐飲油煙淨化技術對於(yu) 保護大氣環境、保障人體(ti) 健康具有非常重要的意義(yi) 。本文中先對各類淨化技術進行對比分析其優(you) 缺點，在此基礎上對吸附及催化技術淨化揮發性物進行了分析，並對應用於(yu) 油煙汙染物的淨化方麵做出了展望。 

1.餐飲油煙淨化技術對比分析 

　　1.1 機械法 

　　機械法指使油煙氣流運動方向發生強烈轉折，油煙氣體(ti) 中的顆粒物在慣性作用下到達沉積麵( 碰撞麵) 而從(cong) 氣流中脫離出來。通常，機械式淨化設備采用設置折板式、濾網式、蜂窩波紋式等濾油柵 ( 金屬網罩、格柵) ，使得油煙顆粒物與(yu) 格柵碰撞、黏附而從(cong) 氣流中分離去除。濾油柵一般安裝於(yu) 集 氣罩內(nei) 或集成於(yu) 其他淨化設備的前端，以減輕其他設備的清洗維護壓力。該法具有裝置簡單、阻力小、 造價(jia) 低等優(you) 勢，被廣泛應用於(yu) 家用廚房抽油煙機中， 並仍使用於(yu) 一些老式餐飲業(ye) 油煙處理係統中。為(wei) 了 提高淨化效率，通常采取對集油板、外 形/尺 寸、增設吸油煙通道以及擴散吸油煙範圍等改進措施。但該法對小粒徑油煙顆粒物的捕集效率低，無除味功能，油煙淨化率通常為(wei) 50% ～70%。 此外，擋板濾網易破裂，廢氣直接排放，且由於(yu) 油煙中顆粒物黏度很大，清洗維護工作量較大，因此，該法適於(yu) 油煙汙染物的預處理或淨化效率要求較低的場合。 

　　1.2 洗滌吸收法 

　　洗滌吸收法指采用水或其他洗滌劑，以噴頭噴 灑的方式形成水膜、水霧來吸收油煙。油煙粒子與(yu) 噴嘴噴出的水霧、水膜相接觸，經過相互的慣性碰撞、滯留、細微顆粒的擴散和相互凝聚等作用後，隨水滴流下，使油煙顆粒從(cong) 氣流中分離出來。該法所需設備結構簡單、投資少、占地小、運行費用低、維修管理方便。但存在二次汙染、阻力大、對亞(ya) 微米級顆粒物的淨化率低、需對產(chan) 生的油汙水進行處理等缺點。 

　　1.3 靜電法 

　　靜電法指電場在外加高壓的作用下，負的金屬絲(si) 表麵或附近產(chan) 生粒子風，油煙粒子在短的時間內(nei) 因碰撞俘獲氣體(ti) 離子而荷電，受電場力作用向正集塵板運動。其淨化機理與(yu) 其他方法的區別在於(yu) : 分離力是靜電力，直接作用在粒子上，而非作用於(yu) 氣流上，因此具有能耗低，阻力小的特點。靜電法是油煙淨化處理的傳(chuan) 統方法之一，技術手段比較成熟，應用廣泛，靜電式油煙淨化設備投資少、占地小、無二次汙染，且由於(yu) 易於(yu) 捕捉粒徑較小的粉塵，對油煙中的顆粒物淨化效率高，可達90%～98%，但對油煙中的氣態汙染物去除效果一般，不能滿足餐飲業(ye) 汙染物排放新標準中對非甲烷總烴的淨化要求。 

　　1.4光催化法 

　　光催化法指利用特殊波長紫外燈發出的紫外線對油煙分子進行照射達到油煙分子的淨化方式。利用紫外線-C波段的光來改變油質的分子鏈，同時這種紫外線與(yu) 空氣中的氧反應後產(chan) 生臭氧，臭氧將油質分子冷燃燒後生成水和二氧化碳，同時煙道中的異味也隨之不見。餐飲業(ye) 汙染物排放標準收緊後，紫外光催化法( UV法) 成為(wei) 淨化氣態汙染物的熱門處理方法之一。很多廠家( 如帥康、廣東(dong) 銳 士達、四川奧潔、深圳天瀧等) 開發的油煙淨化設備 均采用UV法。但運用該技術需要至少30m長的管道，便於(yu) 安裝紫外光管。此外，紫外光致癌，密封嚴(yan) 實，且會(hui) 帶來臭氧汙染，淨化效率較低。 

　　1.5過濾法 

　　過濾法指油煙廢氣先經過一定數目的金屬格柵，使得大顆粒汙染物被阻截；而後煙氣經過纖維墊等濾料，顆粒物被擴散、截留繼而被脫除。通常選用的濾料材料為(wei) 吸油性能高的高分子複合材料。過濾法設備投資少、運行費用低、無二次汙染、維修 管理方便，但由於(yu) 濾料阻力很大且濾料需更換，使其應用受到限。因此，增加濾料的使用壽命並提高過濾效率成為(wei) 目前的研究方法。值得注意的是，過濾法作為(wei) 油煙的預處理裝置具有一定的可行性，但對VOCs淨化效果差，需在過濾段下遊增加VOCs淨化段; 同時還需考慮濾料的成本以及重 複利用問題。 

　　1.6 生物法 

　　生物法本質為(wei) 吸收傳(chuan) 質過程與(yu) 生物氧化過程相結合的過程。廢氣淨化過程的實質是利用微生物的代謝活動將有害物質轉變為(wei) 簡單的無機物( 如 CO2 和 H2O) 及細胞質等。氣態汙染物同水接觸並溶解於(yu) 水中( 即由氣膜擴散進入液膜) ；溶解於(yu) 液膜中的汙染物在濃度差的推動下，進一步擴散到填料表麵附著的生物膜層，被其中的微生物捕獲、吸收。相比於(yu) 其他方法，生物法可以解決(jue) 多組分汙染物間淨化效率低等技術難題，實現複雜、多組分的油煙汙染物去除。同時，可以針對較難降解的特征汙染物，選育具有高降解的專(zhuan) 屬菌種，並基於(yu) 微生物的代謝規律，優(you) 化調控菌群結構，構建複合微生物菌劑，實現油煙生物淨化裝置的穩定運行。但是該法存在菌種選育耗時長、受煙氣溫 濕度影響大、啟動時間長、對成分適應性需考察等問題，因此，其應用在一定程度上受到限製。 

　　1.7 吸附法 

　　吸附法指利用吸附介質(炭等) 吸附油煙中的汙染物，從(cong) 而達到淨化油煙汙染物的效果。該法不僅(jin) 能去除汙染物，還可對油煙的氣味有明顯的淨化作用，且設備結構簡單，油煙去除率高。吸附法設備運行初期效果好，隨運行時間變長，油煙開始附著在吸附質上，吸附層逐漸增厚使吸附能力逐漸下降，運行阻力的加大致使費用增加，且吸附劑需要定期處理和更換，增加了運行成本。 

　　1.8燃燒法 

　　燃燒法指利用高溫燃燒所產(chan) 生的熱量進行氧化反應，把油煙廢氣中的汙染物質轉化為(wei) CO2和H2O等物質，從(cong) 而達到淨化目的。燃燒法包括直接燃燒法和催化燃燒法。對於(yu) 直接燃燒法，國外采用此種技術較多，油煙中物質燃燒較*，熱效率高，油煙淨化效率高。但設備成本及運行、維修費用較高，不適用於(yu) 中小型的餐飲單位和家用，適合大型油炸企業(ye) 和餐飲業(ye) 。催化燃燒法是利用催化劑降低氧化反應能和起燃溫度，使得反應物*氧化生成 CO2和H2O，從(cong) 而達到油煙淨化目的的方法。通常與(yu) 吸附法協同淨化VOCs氣態汙染物，處理能力強，無二次汙染，產(chan) 生的熱量可回收利用。一般采用陶瓷或金屬蜂窩作為(wei) 載體(ti) 進行氧化催化。以上各技術工藝特點對比如表1 所示。總的看來，現有的油煙淨化設備多采用的是機械過濾法、靜 電法、離心法等。這些方法對於(yu) 油滴、顆粒物具有較好的去除效果，但對VOCs 的去除非常有限；吸附法、氧化法以及生物法雖然對VOCs具有較好的淨化效果，但應用於(yu) 餐飲油煙淨化的實際應用仍處於(yu) 技術空白。此外，鑒於(yu) 餐飲油煙汙染物組成複雜，同時含有顆粒物，利用單一技術難以實現多汙染物的同時淨化，亟需開發新型集成油煙處理技術，在淨化油煙顆粒物的同時實現對NMHC的去除。 

　　表 1 不同淨化技術的工藝特點分析對比 

2. 吸附/催化法淨化餐飲油煙技術 

　　通過前述各淨化技術的對比可知，現有的油煙 淨化技術主要用於(yu) 油滴和顆粒物的淨化，隨著新法規的出現，對於(yu) 油煙中揮發性物的淨化逐漸提上日程。鑒於(yu) 未有針對餐飲油煙淨化的專(zhuan) 門技術，工業(ye) VOCs淨化技術，如吸附法、吸收法、生物法、等 離子體(ti) 法、催化氧化法等被研究者們(men) 廣為(wei) 借鑒。其中，吸附法設備結構簡單，對揮發性物的去除率高; 燃燒法亦能去除揮發性物，但應用範圍有限; 催化燃燒法因催化劑的引入能夠在較低溫度下降解油煙汙染物，實現無焰燃燒，成為(wei) 研究者們(men) 研究對象。但是不論是吸附法亦或是催化燃燒法，應用的前提與(yu) 核心是高性能吸附/催化材料的開發。 

　　2.1吸附材料 

　　目前常見的工業(ye) 上VOCs吸附劑主要包括三氧化二鋁、碳基吸附劑、分子篩、矽膠、金屬框架材料等。其中，碳材料因具有發達的孔隙以及表麵積、 強大的吸附能力、低廉的成本等優(you) 勢成為(wei) 廣泛使用的吸附劑。研究者們(men) 不斷更新製碳原料來源以及製碳方法，以期改進碳材料的吸附能力以及拓寬應用 範圍。Yang 等采用廢牛骨碳化形成骨炭，使用H3PO4修飾降低了傳(chuan) 質阻力，加速吸附過程; 使用K2CO3，促使形成新的分層孔結構，提供了豐(feng) 富的吸附位。典型VOCs的比吸附容量達到13. 03 mmol /g，遠高於(yu) 相同條件下的文獻數據。劉超等采用直接炭化法製備油茶果殼炭，並將其應用於(yu) 油煙淨化，討論了自製油煙吸附裝置中油煙入口濃度、體(ti) 積空速和吸附床層高度3個(ge) 因素對穿 透曲線和吸附容量的影響。所開發的油茶果殼炭含有眾(zhong) 多孔徑不一的孔隙，有利於(yu) 油煙這種含有多種組分汙染物分子的吸附作用。此外，進行芬頓改性後的新型吸附材料的孔道結構保持良好，表麵產(chan) 生了大量的羥基、羰基、羧基等基團。盡管碳材料具備眾(zhong) 多優(you) 勢， 但是由於(yu) 其具有易燃特性，存在隱患，不適合應用於(yu) 油煙淨化體(ti) 係中。同時，根據環境部印發的《國家危險廢物名錄( 2021年版) 》，廢棄炭已被列為(wei) 危廢，嚴(yan) 重限製了其應用。因此，越來越多的研究者嚐試開發新型吸附材料以取代炭。Sinan等開發了矽膠基新型吸附劑，以增加對典型VOCs二甲苯和甲苯的吸附/解吸性能。具體(ti) 的，將亞(ya) 芳基羧酸衍生物束縛到GBS固定相上獲得吸附劑 DACTS。DACTS 對二甲苯和甲苯氣體(ti) 顯示出顯著的吸附性能，GBS、DACTS 對二甲苯吸附量分別為(wei) 542. 98、882. 94 mg /g，甲苯吸附量分別為(wei) 398. 14、660. 87 mg /g。 

　　近年來，分子篩材料以及金屬框架材料 ( MOFs) 也被廣泛應用於(yu) 吸附劑。分子篩因具有規則的孔道結構、可調變的矽鋁比使其成為(wei) 疏水吸附材料的重要選擇，已經廣泛應用於(yu) 吸附轉輪濃縮技術中。金屬框架材料( MOFs) 以較大的比表麵積、可調節的孔徑和可修飾性等優(you) 勢，在VOCs脫除 領域展示出良好的應用前景。從(cong) 吸附劑角度看，吸附量主要受 MOFs的結構形狀、改性官能團和碳材料摻雜的影響。從(cong) 吸附質的角度看，吸附量主要受吸附質的結構形狀、水的競爭(zheng) 吸附和酸堿的影響。 提高MOFs對VOCs的吸附量先要了解MOFs的孔徑大小、幾何形狀和VOCs分子的形狀。針對不同形狀、不同性質的吸附質對MOFs進行修飾改性， 如添加官能團，以增強非鍵相互作用; 修改連接配體(ti) ，調節孔的形狀大小，比如將連接配體(ti) 對苯二甲酸替換為(wei) 2，6-萘二甲酸二甲酯、采用柔性連接配體(ti) 等。VOCs中含有的水和酸堿亦對吸附量有一定影響，例如競爭(zheng) 吸附，破壞配位鍵，可以通過采用 疏水性連接配體(ti) 屏蔽金屬團簇與(yu) 連接配體(ti) 之間的弱配位鍵來使得水和酸堿對框架的影響，還可以在 MOFs表麵添加疏水基團來達到疏水目的，或者采用高價(jia) 態或高惰性的金屬團簇也可以增加配位鍵強度，使MOFs具有更高的穩定性。常用吸附劑及其性質如表 2 所示。 

　　表 2 不同吸附劑簡單介紹 

       2.2 催化材料 

　　催化氧化法被認為(wei) 是油煙氣體(ti) 中揮發性化合物的合適淨化方法。在催化氧化過程中，催化劑起著重要作用，是催化氧化淨化的核心。開發性能優(you) 異的催化劑是提高淨化效率、降低反應溫度、降低能耗的關(guan) 鍵。工業(ye) VOCs催化燃燒催化劑主要由金屬構成，分為(wei) 金屬氧化物型和負載型催化劑。其中，金屬氧化物型催化劑根據元素組成包括錳、鐵、銅、鎳、鈷以及複合金屬等，根據形貌結構則可分為(wei) 尖晶石結構、核殼結構、三維立體(ti) 結構以及其他特殊結構類型。負載型催化劑通常包括貴金屬負載和金屬氧化物負載2大類，主要是利用組分可以在載體(ti) 上高度分散，在增加催化的同時來減少用量，是目前廣泛研究的催化劑之一。針對餐飲油煙中大量、多種揮發性的催化淨化，北京科技大學 Huang等開發了一係列堇青石負載金屬氧化物催化劑( Mn4Ce1/Ti/NC-CTAB-U/C) ，對餐飲油煙中非甲烷總烴的催化氧化淨化效率在400℃可達94%，是一種性能優(you) 異 的催化劑。中國礦業(ye) 大學( 北京) Li 等及中北大學苗隆鑫等以ZSM-5分子篩作為(wei) 載體(ti) ，利用其較大的比表麵積與(yu) 孔容，為(wei) VOCs催化氧化提供更多的位點。分子篩除了作為(wei) *的吸附劑，也是催化劑的載體(ti) 之一。 

　　2.3 吸附/催化複合技術/材料 

　　餐飲油煙中VOCs成分複雜，含有烷烴、芳香烴、醛酮、酸酯等多種類型的VOCs，因此相比單一組分VOCs，催化氧化過程更複雜，難度也相對更高。對單一VOCs組分具有優(you) 異催化性能的催化材料並不一定能夠實現對複雜組分的同時淨化。從(cong) 這個(ge) 角度來看，單一淨化技術難以滿足餐飲油煙中VOCs的淨化需求。此外，餐飲油煙VOCs經油煙機抽氣稀釋排放後具有濃度很低、成分非常複雜、含水分、間歇排放的特征，針對此，將吸附富集與(yu) 催化降解聯用，具有較大的應用價(jia) 值。在排放煙氣時對VOCs進行吸附富集，保證再次處理效果。上海交通大學Yao等將吸附與(yu) 等離子體(ti) 技術相結合，開發堿改性鈷錳固溶體(ti) 作為(wei) 複合材料，一方麵利用材料表麵的羥基實現對油煙典型化合物正己醛的化學吸附富集，另一方麵利用等離子體(ti) 實現對材料表麵吸附的正己醛的催化降解。采用該技術路線，正己醛的去除率可達99.4%，礦化率則可達85. 7%。魏玉濱等則利用蜂炭的比表麵積大、風阻低等特征，將MnO2負載於(yu) 炭上，使得材料同時具備了*的吸附與(yu) 催化性能，對油煙典型組分之一乙醇具有良好的淨化效果。北京科技大學Yu等開發了一類同時具備優(you) 異吸附和催化氧化性能的雙功能金屬基MEL分子篩，可以實現對非甲烷總烴的吸附淨化，待烹飪結束後，利用材料表麵的催化位點實現對吸附富集的VOCs分子的原位催化降解，實現材料吸附性能的恢複。因所製備的分子篩材料具有多級孔道結構， 因此可以實現對油煙中多種汙染物分子的同時吸附，展現出優(you) 異的淨化效果。
3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監測雲(yun) 平台 

　　為(wei) 了彌補現存餐飲行業(ye) 在煙油監測上的漏洞，同時便利監管部門的監察，安科瑞油煙監測雲(yun) 平台應運而生。油煙監測模塊通過2G/4G與(yu) 雲(yun) 端平台進行通信和數據交互，係統能夠對企業(ye) 餐飲設備的開機狀態、運行狀態進行監控；實現開機率監測，淨化效率監測，設施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數據進行統計分析、等統計功能；較之傳(chuan) 統的靜電監測方案，更具實效性。平台預留與(yu) 其他應用係統、設備交互對接接口，具有很好的擴展性。 

　　3.1 平台結構 

　　平台GIS地圖采集餐飲油煙處理設備運行狀態和油煙排放的濃度數據，自動對超標排放及異常企業(ye) 進行提示預警，監管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業(ye) 整改設備，並定期清洗、維護，實現減排環保，不擾民等目的。現場安裝監測終端，持續監測油煙淨化器的工作狀態，包括設備運行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時結合排煙口的揮發性物質、顆粒物濃度等進行對比分析，一旦排放超標，係統會(hui) 發出異常信號。 

        ■ 油煙監測設備用來監測油煙、顆粒物、NmHc等數據 

　　■ 淨化器和風機配合對油煙進行淨化處理，同時對淨化設備的電流、電壓進行監測 

　　■ 設備通過4G網絡將采集的數據上傳(chuan) 至遠程雲(yun) 端服務器 

　　3.2平台主要功能
 

　　(1)在線監測 

　　對油煙排汙數據的監測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數值采集監測；同時對監控風機和淨化器的啟停狀態、運行數據進行監測。 

　　(2)告警數據監測 

　　係統根據采集的油煙數值大小，產(chan) 生對應的排放超標告警；對淨化器的運行數據分析，上傳(chuan) 淨化設備對應的運行、停機、故障等告警事件。 

　　(3)數據分析 

　　運行時長分析，離線分析；告警占比、分析；曆史數據統計等。 

       (4)隱患管理 

　　係統對采集的告警數據分析，產(chan) 生對應的隱患記錄，派發、處理隱患，及時處理告警，形成閉環。 

       (5)統計分析 

　　包括時長分析、超標分析、曆史數據、分析報告等模塊。 

       (6)基礎數據維護 

　　個(ge) 人信息、權限維護，企業(ye) 信息錄入，對應測點信息錄入等。 

　　(7)數據服務 

　　數據采集，短信提醒，數據存儲(chu) 和解析。 

　　3.3 油煙監測主機 

　　油煙監控主機是現場的管理設備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳(chuan) 感器的信號，進行數據處理，通過有線或無線網絡通訊將數據傳(chuan) 輸到服務器平台。同時，對本地數據進行存儲(chu) ，監控現場設備狀態，提供人機操作界麵。 

 4.結論 

　　針對環保法規的新要求，傳(chuan) 統的單一油煙淨化技術已無法實現同時對油滴、顆粒物以及上百種揮發性的同時淨化去除，開發複合型技術、多功能材料勢在必行。本文中在綜述分析對比目前已有油煙淨化技術特點的基礎上，闡述了對油煙中揮發性具有較高淨化效率的吸附以及催化氧化技術，並在此基礎上綜述了國內(nei) 外關(guan) 於(yu) 吸附/催化聯合降解油煙揮發性的較新技術研究進展， 旨在為(wei) 科研工作者開發新型油煙淨化技術提供一定的借鑒。
 

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　　[3]浙江越德環保科技有限公司.一種開孔式餐飲油煙淨化設備: CN，201921593855.4[P].2020-06-29. 

　　[4]張媛媛，馮(feng) 勇超，於(yu) 慶君，韓佳慧.餐飲油煙汙染物淨化技術對比及前景分析.[J]現代化工.2021. 

　　[5]安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監測雲(yun) 平台.2020.05版.
 

作者簡介： 

　　簡婷，女，現任韦德1946网址，主要從(cong) 事餐飲油煙監測的研發與(yu) 應用。