安科瑞淺談餐飲油煙污染危害及系統(tǒng)解決方案

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

1.餐飲油煙排放檢測(cè)方法及儀器現(xiàn)狀

現(xiàn)行餐飲油煙排放控制標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)僅為排放濃度和油煙去除效率，主要利用等速采樣法采集排風(fēng)管或排氣筒內(nèi)的油煙氣體，將油煙采集在采樣器內(nèi)，再利用金屬濾筒吸收和紅外分光光度法檢測(cè)。由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)法成本和手段上存在一定的局限性，可采用檢氣管法采集油煙使顯色層顯色，也可利用吸收劑吸收餐飲油煙的重量法快速檢測(cè)餐飲油煙排放濃度。由于餐飲油煙排放顆粒主要為PM2.5，同時(shí)VOCs又是二次有*氣溶膠的重要前體物，因此，為了更好地揭示餐飲油煙理化特性及其對(duì)環(huán)境的影響，需要關(guān)注PM2.5和VOCs濃度指標(biāo)。目前針對(duì)PM2.5的檢測(cè)方法主要有濾膜稱重法，而針對(duì)VOCs的檢測(cè)方法主要有氣相色譜法、傅里葉變換紅外光譜法等。

1.1飲食業(yè)油煙污染產(chǎn)生的主要原因

圖1為紅外分光光度法油煙檢測(cè)裝置示意圖，先將完成采樣的采樣器內(nèi)金屬濾筒置于帶蓋的聚四氟乙烯套筒中，帶回實(shí)驗(yàn)室后用四氯化碳溶劑進(jìn)行超聲清洗，移入比色管中定容，用紅外分光光度法測(cè)定油煙的含量。

圖1 紅外分光光度法油煙檢測(cè)裝置示意圖

油煙含量由波數(shù)分別為2930cm−1（CH2基團(tuán)中C—H鍵的伸縮振動(dòng)）、2960cm−1（CH3基團(tuán)中C—H鍵的伸縮振動(dòng)）和3030cm−1（芳香環(huán)中C—H鍵的伸縮振動(dòng)）譜帶處的吸光度A2930、A2960和A3030進(jìn)行計(jì)算。餐飲油煙實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度計(jì)算式：

式中：c1為餐飲油煙實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度，mg·m−3；c2為濾筒清洗液油煙質(zhì)量濃度，mg·L−1；V為濾筒清洗液稀釋定容體積，mL；V0為采樣體積，m3。

1.2檢氣管法

圖2為檢氣管法裝置結(jié)構(gòu)示意圖。利用采樣泵把油煙采集至檢氣管內(nèi)，并將其固定在過(guò)濾層面，在此油煙通過(guò)催化劑作用與濃硫酸發(fā)生分*反應(yīng)，產(chǎn)生深色反應(yīng)物。通過(guò)目測(cè)此反應(yīng)物顏色的深淺，可定性判別油煙濃度超達(dá)標(biāo)情況。

圖2 檢氣管法裝置結(jié)構(gòu)示意圖

檢氣管法雖然能夠快速檢測(cè)餐飲油煙排放是否達(dá)標(biāo)，并且適用范圍廣、成本低，但僅是一種半定量的方法，為單點(diǎn)采集，采樣后的比色受人為因素影響，容易出現(xiàn)誤判。

1.3重量法

重量法通過(guò)采集器將餐飲油煙送至吸收劑中吸收稱重計(jì)算餐飲油煙排放量。油煙含量計(jì)算式為：

式中：mz為總質(zhì)量，mg；m1為燒杯質(zhì)量，mg；m2為試劑空白值，mg；a為采樣器體積流量，L·min−1；t為采樣時(shí)間，min。

重量法能夠快速、簡(jiǎn)單、方便地監(jiān)測(cè)餐飲油煙排放，但對(duì)采樣流量、測(cè)定條件等有一定要求，且在采樣時(shí)不能吸收分子量小、沸點(diǎn)低的有*物而造成測(cè)量結(jié)果偏小。

1.4PM2.5濾膜稱重法

濾膜稱重法是目前餐飲油煙PM2.5測(cè)量的主要方法。該方法利用2.5μm切割頭采集器對(duì)餐飲油煙進(jìn)行采樣，送至濾膜過(guò)濾收集烘干稱重進(jìn)而確定油煙PM2.5質(zhì)量濃度。

式中，m0為采樣前濾膜重量，mg。

PM2.5濾膜稱重法操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果不受油煙顆粒物物理性質(zhì)影響，準(zhǔn)確度較高，通常也作為標(biāo)準(zhǔn)中其他PM2.5監(jiān)測(cè)方法的對(duì)比方法，但這種方法操作繁瑣，測(cè)量周期較長(zhǎng)，為此又發(fā)展了β射線法、微振蕩天平法和光散射法等。

1.5VOCs氣相色譜−質(zhì)譜聯(lián)用法

氣相色譜法是將需要進(jìn)行分析的油煙導(dǎo)入色譜柱，由于各組分在流動(dòng)相和固定相之間具有不同的分配系數(shù)，會(huì)隨流動(dòng)相和固定相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且由于各組分滯留時(shí)間不同，色譜柱內(nèi)的物質(zhì)會(huì)按不同順序流出，根據(jù)流出物質(zhì)的濃度及時(shí)間的不同形成的色譜圖，以此達(dá)到對(duì)油煙VOCs成分的定性與定量分析。質(zhì)譜法是利用高速電子束撞擊氣態(tài)分子，把電離出的離子加速導(dǎo)入質(zhì)量分析器中，然后按照碎片離子質(zhì)荷比的大小順序進(jìn)行收集和記錄得到質(zhì)譜圖，從而根據(jù)質(zhì)譜峰的位置定性分析成分和結(jié)構(gòu)，根據(jù)質(zhì)譜峰的相對(duì)強(qiáng)度定量分析濃度。

氣相色譜−質(zhì)譜聯(lián)用法結(jié)合了氣相色譜法和質(zhì)譜法的優(yōu)點(diǎn)，具有靈敏度高、分析速度快、鑒別能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)完成待測(cè)組分的分離和鑒定，特別適用于多組分混合物中未知組分的定性定量分析、化合物分子結(jié)構(gòu)判別、化合物分子量測(cè)定，也是餐飲油煙VOCs檢測(cè)的主要手段。

表1給出了餐飲油煙排放檢測(cè)方法的對(duì)比。

2.餐飲油煙排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展與展望

目前餐飲油煙測(cè)量方法均為實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方案，成本高，時(shí)間覆蓋率低，監(jiān)測(cè)范圍有限，維護(hù)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)餐飲油煙排放的有效監(jiān)測(cè)。為了滿足對(duì)餐飲油煙排放的有效監(jiān)管的要求，需要緊密結(jié)合現(xiàn)有與地方標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)餐飲油煙排放濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為環(huán)保執(zhí)法提供有效、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的監(jiān)測(cè)方法。

近年來(lái)已發(fā)展出了基于油煙氣體傳感器TGS2100等的油煙遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但該傳感器易被油煙覆蓋而導(dǎo)致壽命短，并且其測(cè)量結(jié)果是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)油煙濃度與電化學(xué)反應(yīng)電流標(biāo)定得到，而實(shí)際油煙與標(biāo)準(zhǔn)油煙差距較大，導(dǎo)致檢測(cè)精度不高，并未廣泛應(yīng)用。圖3為餐飲油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖。綜合了油煙傳感器直接測(cè)量與油煙凈化裝置狀態(tài)監(jiān)控間接信息的餐飲油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到了發(fā)展和應(yīng)用。

圖3 餐飲油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

但從直接測(cè)量方法來(lái)看，以標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的紅外分光光度法為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法被認(rèn)為是可行方案之一。目前已經(jīng)發(fā)展了基于非分散紅外分光光度法原理，使用寬帶光源和吸收波長(zhǎng)為3.4μm的熱釋電探測(cè)頭實(shí)現(xiàn)油煙濃度在線監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。圖4為非分散紅外分光光度法在線測(cè)量裝置示意圖。為了使氣室避免被油煙中的氮氧化物、硫氧化物等成分腐蝕，同時(shí)使探測(cè)器避免被油性顆粒粘附而縮短壽命，采用石英玻璃管作為氣室，并在光源和探測(cè)器前端添加石英玻璃片，利用該裝置獲得油煙濃度初步測(cè)量結(jié)果。隨著與公眾對(duì)餐飲油煙排放越來(lái)越關(guān)注，餐飲油煙排放在線監(jiān)測(cè)具有廣泛的市場(chǎng)前景，武漢天虹、廣州博控等國(guó)內(nèi)儀器廠家也都在近幾年推出了相應(yīng)的油煙濃度排放監(jiān)測(cè)儀器，其核心監(jiān)測(cè)方法也都主要采用紅外分光光度法。

圖4 非分散紅外分光光度法在線監(jiān)測(cè)裝置示意圖

針對(duì)餐飲油煙排放特點(diǎn)，除了對(duì)油煙在線監(jiān)測(cè)的方法需要進(jìn)一步深入研究外，在系統(tǒng)研制方面也需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）靈敏度

隨著餐飲油煙排放標(biāo)準(zhǔn)上限的不斷降低，在線監(jiān)測(cè)方法的靈敏度也需進(jìn)一步提升，從過(guò)去的定性逐步發(fā)展到定量，進(jìn)一步發(fā)展到痕量定量，并且至低檢測(cè)限也將隨之不斷降低，以滿足更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）經(jīng)濟(jì)性

由于餐飲油煙排放無(wú)組織性，餐飲油煙排放在線監(jiān)控涉及面廣且分散，成本高。因此，研制油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要尋求一種經(jīng)濟(jì)且準(zhǔn)確的傳感器，這是對(duì)餐飲油煙排放實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)管的基礎(chǔ)。

（3）工作穩(wěn)定性與使用壽命

餐飲油煙在排放管道內(nèi)遇冷凝結(jié)成粘稠的油滴，形成難以清*的油漬，附著在管壁或安裝在管壁的傳感器表面從而導(dǎo)致傳感器失效。因此，油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在研制與應(yīng)用上面臨的大問(wèn)題是如何保護(hù)傳感器不受油煙污染，從而能夠保證其長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。

（4）易維護(hù)性

餐飲油煙傳感器需要安裝在排放口，雖然有保護(hù)設(shè)計(jì)，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行仍會(huì)受到油煙污染，對(duì)傳感器檢測(cè)靈敏度等具有較大影響。因此，傳感器需要定期維護(hù)，這就要求油煙在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)易維護(hù)，特別是傳感器的設(shè)計(jì)上要求易安裝、拆卸。

3.餐飲油煙排放監(jiān)測(cè)實(shí)施方案展望

針對(duì)餐飲油煙污染數(shù)量多、規(guī)模小、布局分散、變動(dòng)性大等監(jiān)管難點(diǎn)，綜合考慮現(xiàn)階段餐飲油煙排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本與執(zhí)法情況，目前監(jiān)測(cè)的實(shí)施應(yīng)將巡檢監(jiān)測(cè)與在線監(jiān)測(cè)相結(jié)合，對(duì)較為分散的商業(yè)餐飲油煙排放實(shí)行巡檢監(jiān)測(cè)方案，較為集中的商業(yè)餐飲及居民樓共用煙道等有條件區(qū)域?qū)嵭性诰€監(jiān)控方案，以實(shí)現(xiàn)餐飲油煙排放的有效監(jiān)管。

3.1巡檢監(jiān)測(cè)方案

圖5為巡檢監(jiān)測(cè)方案示意圖。該巡檢監(jiān)測(cè)方案是指環(huán)保執(zhí)法人員攜帶便攜式餐飲油煙濃度檢測(cè)儀，不定期對(duì)餐飲企業(yè)進(jìn)行抽檢。這種便攜式餐飲油煙濃度檢測(cè)儀包括油煙采樣器與紅外分光光度法油煙快速檢測(cè)裝置。采樣分析過(guò)程可自動(dòng)進(jìn)行，較短時(shí)間內(nèi)即可完成一個(gè)測(cè)量周期，并且可以靈活接入移動(dòng)終端，通過(guò)APP軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法測(cè)量、管理及與管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享，也可以直接接入管理平臺(tái)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行配套使用，為油煙現(xiàn)場(chǎng)快速執(zhí)法檢測(cè)提供了解決方案。

圖5 巡檢監(jiān)測(cè)方案示意圖

3.2在線監(jiān)測(cè)方案

對(duì)較為集中的商業(yè)餐飲及居民樓共用煙道可采用如圖6所示的在線檢測(cè)方案示意圖。通過(guò)安裝油煙在線監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)對(duì)煙道排放濃度進(jìn)行監(jiān)控，并且將結(jié)果通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)餐飲油煙排放的在線監(jiān)控。該方案可以讓環(huán)保執(zhí)法人員與公眾實(shí)時(shí)掌握油煙排放情況，但成本較高，目前僅可在有條件的地區(qū)使用。未來(lái)隨著監(jiān)測(cè)儀器成本的降低，這一方案必定成為餐飲油煙排放監(jiān)管的主流方案。

圖6 在線監(jiān)測(cè)方案示意圖

4.安科瑞餐飲油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)解決方案

AcrelCloud-3500餐飲油煙監(jiān)測(cè)平臺(tái)可對(duì)餐飲點(diǎn)位進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析，在發(fā)生油煙濃度預(yù)警時(shí)，信息可多種途徑及時(shí)通知相關(guān)單位處理，確保油煙等污染物的正常排放，讓超標(biāo)濃度無(wú)處可藏，防患于未然。針對(duì)各餐飲點(diǎn)位安科瑞通過(guò)加裝多種產(chǎn)品可以進(jìn)行檢測(cè)，主要有ACY100型號(hào)餐飲油煙監(jiān)測(cè)設(shè)備，外加裝電流互感器及溫濕度探頭。

餐飲油煙監(jiān)測(cè)平臺(tái)GIS地圖采集餐飲油煙處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動(dòng)對(duì)超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警，監(jiān)管部門可迅速進(jìn)行處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的。

現(xiàn)場(chǎng)安裝油煙在線監(jiān)控儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排煙煙道內(nèi)的油煙、顆粒物和非甲烷甲烷總烴等濃度，同時(shí)對(duì)油煙凈化器和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流和開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出告警信息。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

5.平臺(tái)主要功能

系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下：

5.1首頁(yè)

①接入企業(yè)

顯示接入的企業(yè)數(shù)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)；

②AQI天氣

實(shí)時(shí)AQI天氣狀況；

③告警率、超標(biāo)率、在線率

顯示告警企業(yè)數(shù)量，告警率，包括超標(biāo)、在線率統(tǒng)計(jì)；

④地圖點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)

按接入企業(yè)GIS，在地圖展示。

 

5.2大屏展示

該頁(yè)面通過(guò)分倉(cāng)形式將云平臺(tái)系統(tǒng)的所有基本信息全部展示在大屏上，主要包含了項(xiàng)目總覽，企業(yè)隱患排名，報(bào)警信息列表，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位以及報(bào)警統(tǒng)計(jì)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位地理位置，工單任務(wù)統(tǒng)計(jì)等。

 

5.3實(shí)時(shí)監(jiān)控

系統(tǒng)可進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的篩選，點(diǎn)擊每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息，可以看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和24小時(shí)數(shù)據(jù)變化曲線。并且可以看到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的歷史告警信息。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括油煙凈化器和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流，油煙濃度、顆粒物濃度和NMHC濃度等信息。

實(shí)時(shí)狀態(tài)列表

系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前點(diǎn)位進(jìn)行數(shù)據(jù)列表統(tǒng)計(jì)，對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯總，分析其運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)警范圍等。

運(yùn)行工況

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括油煙凈化器和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流，根據(jù)電流數(shù)值來(lái)判斷當(dāng)前進(jìn)化器的運(yùn)行狀態(tài)，包括失聯(lián)、停機(jī)、運(yùn)行等狀態(tài)，結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線，更加方便直觀。

5.4隱患管理

1）后臺(tái)根據(jù)測(cè)點(diǎn)設(shè)置的濃度閾值以及門限的時(shí)間在隱患巡查中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息，并在首頁(yè)進(jìn)行鈴鐺和語(yǔ)音提示；

2）企業(yè)用戶對(duì)隱患進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)工單派發(fā)對(duì)象，工單截至期限，以及工單任務(wù)描述；

3）運(yùn)維人員確認(rèn)工單內(nèi)容并對(duì)隱患進(jìn)行處理，填寫處理結(jié)果詳情，上傳現(xiàn)場(chǎng)圖片等附件或進(jìn)行二級(jí)派發(fā)；

4）相關(guān)企業(yè)用戶可在“隱患記錄”頁(yè)面來(lái)確認(rèn)對(duì)應(yīng)隱患信息的處理進(jìn)度，包括是否處理、是否派發(fā)；

5.5統(tǒng)計(jì)分析

超標(biāo)分析

對(duì)相關(guān)的采集數(shù)據(jù)油煙、顆粒物、NMHC數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，對(duì)超標(biāo)的種類、企業(yè)進(jìn)行餅狀圖的展示，同時(shí)對(duì)報(bào)警企業(yè)進(jìn)行排名，根據(jù)排名情況對(duì)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)的分析評(píng)價(jià)。

歷史數(shù)據(jù)

支持對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行年、月、日篩選查詢，自定義日期篩選數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)支持Excel表格導(dǎo)出，便于后期數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和排查。

設(shè)備維護(hù)

設(shè)備需要定期清洗、維護(hù)和更換濾芯。

5.6統(tǒng)計(jì)分析

用戶分析報(bào)告

用戶分析報(bào)告模塊，將企業(yè)目前的告警進(jìn)行匯總，支持模板的Word導(dǎo)出，具體的模板內(nèi)容可根據(jù)客戶需求實(shí)現(xiàn)定制化設(shè)計(jì)。

在線時(shí)長(zhǎng)分析

企業(yè)在線時(shí)長(zhǎng)報(bào)告模塊，將企業(yè)目前監(jiān)測(cè)儀的在線時(shí)長(zhǎng)，失聯(lián)時(shí)長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)、凈化器的在線、離線時(shí)間進(jìn)行匯總，以折線圖、雷達(dá)圖的形式展示。

5.7設(shè)備清洗維護(hù)

設(shè)置企業(yè)檢測(cè)儀定期的清洗、更換計(jì)劃，包括維護(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的安裝時(shí)間，上一次清洗時(shí)間，以及下一次的維護(hù)周期，對(duì)應(yīng)的負(fù)責(zé)人等信息，清洗前/后照片對(duì)比。

5.8視頻功能

支持餐飲點(diǎn)位“一點(diǎn)一視頻”的接入模式，在餐飲污染排放點(diǎn)位安裝攝像頭。

支持：

①視頻實(shí)時(shí)預(yù)覽監(jiān)測(cè)

②歷史視頻回放功能

5系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)束語(yǔ)

餐飲油煙已經(jīng)成為城市大氣環(huán)境的主要污染源之一。隨著與公眾關(guān)注度不斷提升，餐飲油煙排放控制監(jiān)管將越來(lái)越嚴(yán)格。目前對(duì)餐飲油煙污染排放檢測(cè)仍處于手工采樣實(shí)驗(yàn)室分析階段，時(shí)間覆蓋率低，監(jiān)管范圍有限，難以實(shí)現(xiàn)餐飲油煙排放的有效監(jiān)管。雖然已經(jīng)發(fā)展了一些在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但這些儀器在應(yīng)用過(guò)程中靈敏度、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等仍然存在一些問(wèn)題。為了更好地實(shí)現(xiàn)餐飲油煙排放監(jiān)管，需要研制更為先進(jìn)的餐飲油煙排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以供環(huán)保執(zhí)法人員通過(guò)巡檢監(jiān)測(cè)或在線監(jiān)測(cè)實(shí)施有效監(jiān)控。

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，178 2117 0311,主要研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。