淺談餐飲企業VOCs排放特征研究與對策

　　簡婷 

　　韦德1946网址  上海嘉定   201801 

　　摘要：選取南京市10家典型餐飲企業(ye) ,采集烹飪過程中灶頭周圍的環境空氣,對餐飲油煙中的揮發性物進行定性定量分析。結果表明,燒烤的環境空氣中TVOC濃度較高,其次是西式快餐,中式餐飲中TVOC濃度湘菜>川菜>蘇菜>徽菜。通過分析VOCs的組分構成發現,徽菜環境空氣中芳香烴和酯類占比明顯高於(yu) 中式餐飲其他菜係；川湘菜環境空氣中以烷烴、烯烴和鹵代烴為(wei) 主；蘇菜館主要為(wei) 烷烴、烯烴;西式快餐特征組分為(wei) 酯類；小吃店主要為(wei) 烷烴、烯烴、鹵代烴。燒烤過程中,環境空氣中芳香烴的組分明顯升高。 

　　關(guan) 鍵詞：餐飲；油煙；VOCs；組分特征；餐飲油煙監測雲(yun) 平台；安科瑞 

0.前言 

　　近年來,我國麵臨(lin) 細顆粒物(PM2.5)和臭氧(O3)汙染的雙重壓力。VOCs作為(wei) 二者共同的重要前體(ti) 物,其源頭的防控和治理事關(guan) PM2.5和O3的汙染控製。大氣環境中的VOCs除了來自植物排放,還可能來自於(yu) 石化、化工、包裝印刷、工業(ye) 噴塗、垃圾填埋場、汙染場地和餐排放。針對化工、噴塗等過程中的VOCs釋放問題,我國已出台相應排放標準,而烹飪活動引起的環境汙染和健康影響往往被忽視。 

　　隨著我國居民生活水平的不斷提升,餐飲行業(ye) 發展迅速,餐飲油煙汙染問題日益突出。《餐飲產(chan) 業(ye) 藍皮書(shu) :中國餐飲產(chan) 業(ye) 發展報告(2019)》顯示,中國餐飲產(chan) 業(ye) 收入達到4.27萬(wan) 億(yi) 元,成為(wei) 世界較大餐飲市場,餐飲油煙汙染擾民問題成為(wei) 投訴熱點之一。油煙是指食物在烹飪、加工過程中揮發的油脂、其加熱裂解產(chan) 物。研究發現,餐飲油煙由PM2.5、PM10、CO、VOCs等物質組成,VOCs是其主要成分。VOCs是二次氣溶膠和臭氧的前體(ti) 物,長時間暴露於(yu) 一定濃度的VOCs氛圍會(hui) 使人頭疼、目眩、惡甚至有損呼吸道係統及神經係統。研究餐飲企業(ye) VOCs的排放特征有助於(yu) 掌握餐飲油煙汙染狀況,追溯汙染源頭,從(cong) 而製定汙染防控措施,為(wei) 民眾(zhong) 提供科學的餐飲VOCs風險信息。 

　　不同菜係、烹飪方式等均會(hui) 影響VOCs的排放。為(wei) 了切實解決(jue) 餐飲油煙汙染擾民問題,人居環境質量,不少城市已針對當地餐飲VOCs汙染狀況進行相應的研究。崔彤等研究了北京市餐飲業(ye) 中的燒烤、中式快餐、西式快餐、川菜和浙菜5種典型菜係,其中浙菜的VOCs排放濃度較低,醇類為(wei) 主要成分。燒烤排放的VOCs組分主要有丙烯、1-丁烯和正丁烷等,而西餐以醛酮類、醇類和烷烴類為(wei) 主。尹元暢等集了成都市8家不同類型及規模的川菜餐飲企業(ye) 烹飪高峰期的環境空氣樣品,共檢測到14VOCs,TVOC平均質量濃度為(wei) (370±450)μg/m-3,主要成分包括48%苯係物、22%烷烯烴、4%鹵代烴、20%酮類。 

　　南京市餐飲企業(ye) 數量眾(zhong) 多,環境問題突出,針對餐飲行業(ye) VOCs排放問題,有必要進行詳細研究。本研究針對南京市餐飲企業(ye) 較為(wei) 聚集的地區,選擇了10家不同類型的餐飲企業(ye) ,通過采集其在營業(ye) 過程中灶頭周圍的環境空氣樣品,分析不同企業(ye) 在烹飪過程中VOCs的排放特征,以期為(wei) 進一步治理餐飲排放引起的大氣汙染,製定合理的管理措施提供科學的數據支撐。 

1. 材料與(yu) 方法 

　　1.1樣品采集 

　　使用蘇瑪罐(Entech,美國,3.2L)瞬時采集烹飪過程中灶頭周圍的環境空氣,采樣時間約為(wei) 30s。現場采樣規範執行《固定汙染源排氣中顆粒物測定與(yu) 氣態汙染物采樣方法》(GB/T16157—1996)、《固定源廢氣監測技術規範》(HJ/T397—2007)。 

　　1.2分析方法 

　　按照《環境空氣揮發性的測定罐采樣-氣相色譜-質譜法》(HJ759—2015)的要求,采用蘇碼罐采樣-冷阱富集、氣相色譜-質譜法,對TO-15和PAMS標氣中的107種物質進行定性定量分析。 

　　儀(yi) 器分析條件如下: 

　　1.2.1三級冷阱方法參數 

　　1級冷阱:捕集阱溫度-150℃,預熱溫度10℃,解析溫度10℃,烘烤溫度130℃烘烤時間5min。 

　　2級冷阱:捕集阱溫度-50℃,解析溫度180℃,解析時間3.5min,烘烤溫度190℃。 

　　3級冷阱:捕集阱溫度-150℃,烘烤時間2min。 

　　1.2.2GC-MS方法參數 

　　色譜柱:60m×0.32mm×1μmDB-1。 

　　載氣流量:1.5mL/min。 

　　柱溫箱:35℃保持5min;以5℃/min升至 

　　120℃保持0min;以10℃/min升至200℃保持5min。 

　　源溫度:250℃。 

　　傳(chuan) 輸線溫度:250℃。 

　　掃描範圍:m/z29~180;m/z35~270。 

　　樣品進樣量:環境空氣200mL,內(nei) 標:50mL。 

　　1.3質量控製 

　　為(wei) 保證采樣數據的準確性,采樣過程中設置平行樣,每批次平行樣品數量低於(yu) 10%,平行樣的較大相對偏差為(wei) 30%。計算VOCs濃度時采用多點校正方法,並進行檢出限與(yu) 重複性測試。TO-15標準氣中57種物質的檢出限範圍為(wei) 0.13~3.4μg·m-3,重複性測試的相對標準偏差均小於(yu) 30%,合格率為(wei) 99%。多點校正中,57種標準物質的相關(guan) 係數範圍為(wei) 0.9251~0.9999。 

2.結果與(yu) 分析 

　　2.1典型菜係的VOCs排放濃度 

　　為(wei) 了研究南京市不同餐飲企業(ye) 的VOCs排放特征,本研究采集了10家不同類型餐飲企業(ye) 烹飪過程中的廚房環境空氣樣品,餐飲企業(ye) 的基本信息如表1所示: 

　　表1采樣餐飲企業(ye) 的基本信息 

　　餐飲企業(ye) 空氣樣品中共檢測到46種VOCs組分,表2為(wei) 本研究選取的典型餐飲企業(ye) 飪過程中的廚房環境空氣中VOCs的濃度。將VOCs組分濃度總和視為(wei) 總揮發性(TVOC),其濃度總和代表環境空氣中TVOC濃度的大小,並對同一類型餐飲企業(ye) 的TVOC濃度進行了加和平均。典型菜係的VOCs排放濃度如圖1所示,從(cong) 圖中可知,燒烤的空氣樣品中TVOC濃度較高,為(wei) 636.12μg·m-3,其次是西式快餐,為(wei) 319.82μg·m-3,小吃店較低,為(wei) 146.07μg·m-3,中式餐飲空氣中TVOC濃度湘菜>川菜>蘇菜>徽菜。燒烤類餐飲企業(ye) 雖然規模較小,但其開店成本較低,流動性大,對大氣環境質量的影響遠高於(yu) 非燒烤類餐飲企業(ye) ,應是主要管控對象。 

　　所選的中式餐飲企業(ye) 中,湘菜館規模較大,在采樣期間其廚房灶頭基本處於(yu) 滿負荷工狀態,因此,環境空氣中TVOC濃度較高。徽菜館規模較小,基準灶頭數2個(ge) ,因此TVOC濃度較低。燒烤的TVOC濃度較高,是西、中式餐飲TVOC濃度的2~3倍,主要與(yu) 燒烤過程肉類食材中油脂的高溫氣化、醬料的揮發以及木炭等燃料的燃燒有關(guan) 。小吃店主要提供油炸類食物,且規模較小,營業(ye) 過程中主要使用大量食用油,檢測到的TVOC含量較低。這一研究結果與(yu) Adeniran等的結論一致,在合適的溫度下使用大量食用油可以減少食用油加熱過程中釋放的汙染物含量。 

圖1典型菜係的VOCs排放濃度 

　　2.2典型菜係的VOCs組分構成 

　　2.2.1主要排放組分 

　　10家餐飲企業(ye) 排放的VOCs組成如表2所示。11種VOCs的檢出率均大於(yu) 60%,分別為(wei) 2-甲基丙烷、2,3-二甲基丁烷、環己烷、丙烯、對/間-二甲苯、鄰二甲苯、三氯氟甲烷、1,2-二氯乙烷、乙酸乙烯酯、乙酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯。其中2,3-二甲基丁烷、丙烯在10家餐飲企業(ye) 中均有檢出,檢出率是99%。 

　　典型餐飲企業(ye) 排放的VOCs主要組分如圖2所示。中式餐飲中徽菜係排放的VOC中,2,3-二甲基丁烷排放濃度較高,其次為(wei) 乙酸乙酯、丙烯,濃度範圍為(wei) 46.34~17.26μg·m-3；川菜係排放的VOCs中2,3-二甲基丁烷排放濃度較高,其次為(wei) 丙烯、三氯氟甲烷,三者占比超過了70%；湘菜係排放的VOCs以丙烯、2,3-二甲基丁烷、異戊烷為(wei) 主,濃度範圍為(wei) 90.31~31.22μg·m-3,三者占比超過了65%；蘇菜係排放的2,3-二甲基丁烷較高,其次為(wei) 丙烯、甲苯,濃度範圍為(wei) 120.21~22.76μg·m-3,三者占比超過了80%。西式快餐除2,3-二甲基丁烷、丙烯外,異戊烷的濃度較高。燒烤類排放的VOCs中苯、2,4-鄰二甲苯、對/間-二甲苯等苯係物濃度明顯高於(yu) 其他餐飲企業(ye) 。 

　　表2典型餐飲企業(ye) 廚房環境空氣中VOCs組分質量濃度及檢出率 

圖2典型餐飲企業(ye) 排放VOCs的主要組分 

續圖2典型餐飲企業(ye) 排放VOCs的主要組分 

　　2.2.2組分構成 

　　為(wei) 了進一步研究南京市典型餐飲企業(ye) 的VOCs組分特征,將46種VOCs按照化學結構不同,劃分為(wei) 6類,分別為(wei) 烷烴、烯烴、酯類、芳香烴、鹵代烴、其他類。 

圖3典型餐飲企業(ye) 的VOCs組分占比 

　　從(cong) 圖3可以看出,典型餐飲企業(ye) 的VOCs組分各不相同。根據前期研究,廚房中的烷烴主要來自液化氣的使用、肉類脂肪的不*燃燒以及花生油、大豆油的使用,烯烴主要來自食用油加熱過程中氫化、大分子羰基化合物的斷裂。中式餐飲中,徽菜擅長燒、燉、蒸,而爆、炒菜少,芳香烴和酯類占比明顯高於(yu) 其他菜係,VOCs主要為(wei) 芳香烴、烷烴和酯類,分別占50.1%,29.1%和16.9%；川湘菜油大、味厚,VOCs組分中烷烴、烯烴和鹵代烴占比較高,三類物質之和占比分別達到了90.3%和87.9%；選取的蘇菜館以南京風味為(wei) 主,擅長燉、燜、叉、烤,VOCs組分以烷烴、烯烴為(wei) 主,但在烤製的過程中會(hui) 有芳香烴產(chan) 生,占比分別為(wei) 51.1%,30.9%和8.5%。 

　　西式快餐以肉類加工為(wei) 主,酯類為(wei) 其特征組分,烷烴、烯烴和酯類的占比分別為(wei) 59.7%,27.0%和6.9%。本研究選取的小吃店以油炸、煎為(wei) 主,組分主要為(wei) 烷烴、烯烴、鹵代烴,占比分別為(wei) 40.9%,36.5%和12.5%。燒烤排放的VOCs主要為(wei) 烷烴、烯烴、芳香烴,鹵代烴、酯類占比較低,食物烤製過程中,芳香烴的組分明顯升高,占比達到了14.4%。與(yu) 其他不同地區燒烤VOCs組分特征進行對比,從(cong) 表3中可以看出,烷烴、烯烴、芳香烴為(wei) 燒烤過程的特征VOCs組分,其餘(yu) 組成的不同可能是由食材、燃料以及佐料不同造成的。 

　　表3不同地區燒烤VOCs排放組分特征對比 

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。 

具體(ti) 技術參數如下： 

        3.4設備選型方案 

        注：雙探頭適合雙排煙通道的場合，每路探頭監測1路排煙通道。

 

【參考文獻】 

　　[1]劉芃岩,馬傲娟,邱鵬,等.保定市餐飲源排放PM2.5中汙染物特征及來源分析[J].環境化學,2019,38(4):770-776. 

　　[2]王敏,印紅玲,李乾錢,等.川菜烹調源VOCs排放濃度及特征分析[J].環境化學，2013，32(9):1809-1810. 

　　[3]張騰,彭林,李穎慧,等.餐飲源油煙中PM2.5的化學組分特征[J].環境科學研究，2016，29(2):183-191. 

　　[4]李潔，趙欣，馬紅璐，王丹丹.南京市典型餐飲企業(ye) VOCs排放特征研究.[J]河北環境工程學院學報.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。