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浅析烹饪油烟污染的危害及其控制技术研究现状

时间: 2020-10-29 09:19 浏览次数: 来源:江苏电流火灾探测器

袁媛

安科瑞电气股份有限企业  上海嘉定  201801

摘 要:先容了烹饪油烟的组成及危害,着重概述了家庭烹饪油烟污染特点以及净化技术的研究进展,对各技术特点及存在的问题进行了分析,初步探讨了新近发展的静电催化耦合技术在烹饪排放污染控制中的应用,分析了现行的吸油烟机技术标准及发展趋势。 

关键词:油烟污染;家用吸油烟机;环境污染;防治对策 

 

0 引言

       烹饪油烟( cooking oil fumes,COFs) ,是指采用食用油煎、炒、烹和炸食物后发生剧烈化学变化而产生的油烟雾,包含多种有毒化学成分,已成为危害烹饪者健康的重要因素。不仅如此,分散在千家万户的厨房烹饪油烟未经处理直排至室外,在城市大气中不断累积,成为引起城市大气雾霾的重要排放源之一[1],甚至被认为是继工业排放、机动车尾气排放之后,空气污染的第三“元凶”[2]。由此可见,烹饪油烟的净化对保护大气环境和保障人类的健康具有重要意义。

       近十几年来,人们比较关注餐饮业的油烟净化技术的研发,而对分散式的家庭烹饪污染治理研究报道较少。因此,本论文在先容烹饪油烟的危害以及主要技术发展的同时,对家庭烹饪污染特点、技术现状、未来发展以及法规标准等方面作了的分析和论述。

 

1 烹饪油烟的组成及危害

1.1 烹饪油烟的主要成分

       烹饪过程中会产生可见的烟雾,这些烟雾是由油、水蒸气、液滴、燃烧产物以及冷凝的有机物组成的微米级别的粒子。这些颗粒物属于超细微粒,总体直径处于100nm到2.5μm之间[4]。从形态组成上看,主要由颗粒物和气态物质组成,气态污染物主要是一些挥发性有机化合物( volatile organiccompounds,VOCs),是异味的主要来源。

       油烟的组成十分复杂,成分有300 多种,主要包括脂肪酸、烷烃、烯烃,以及氧化裂解后的短链醛类、酮、醇、酯、芳香化合物和杂环化合物。蒋燕等采用低温预浓缩仪和气相色谱-质谱联用的分析技术对川菜馆排放的油烟废气进行检测,共检测出14 种VOCs,其中苯系物6 种( 43%,体积分数,下同) 、烷烯烃4 种( 29%) 、卤代烃2 种( 14%) 、酮类2种( 14%) 。Sjaastad 等[8]通过研究发现,在煎牛排的过程中会产生大量挥发性的醛类,包括甲醛、乙醛、丙醛、异丁醛、丁醛、异戊醛、戊醛、庚醛、辛醛、壬醛和癸醛。

1.2 家庭烹饪油烟的特点及危害

       国外的烹饪方式与我国差异很大,食物多为生食或加工为半成品,厨房污染程度较低; 而我国家庭烹饪的温度高、油量大,同时加入各种油、盐、酱、醋,在高温下这些酱料也发生化学变化,因此中式厨房的污染程度很高。一些研究表明,亚洲的烹饪方式产生的PM2. 5 要多于西式烹饪,分别为30~1400和20~535μg/m3。Li 等分析了中餐、西餐和日餐的废气来研究排放中的多环芳烃,发现中式烹饪产生更高的致癌物质—苯并芘,其中,西式烹饪是中式烹饪的1 /7,而日式的烹饪和快餐几乎都不产生苯并芘。

       我国居民平均每人每天食用油的消耗量是40g,3口之家1天消耗食用油120g,1年43200g,按照目前市场上家用吸油烟机的油脂去除率95%来计算,每年每户排放油烟颗粒物2160g,计为2 kg,按上海现有900余万户家庭计算,全年全市的排放量就有18000多t的油烟颗粒物,记者调查报告也与上述结果相符。数量如此巨大的分散式点源排放出来的油烟废气量是相当惊人的。然而,目前我国对家庭厨房油烟排放的管理和控制还处于真空状态。

       在纽约市一项研究中,研究者使用了高分辨率气溶胶飞行时间质谱仪,发现烹饪和交通具有相同比重的有机气溶胶的排放量,其所产生的有机气溶胶占到了30% 的总有机气溶胶排放量。大规模的烹饪已被确定是一个重要的有机碳和碳元素的贡献者,包括城市环境中通过有机光化学,二次有机气溶胶形成的缩合的气态反应产物。

       油烟中含有的VOCs大部分为有毒有害物质,而苯系物、多环芳烃类等为致癌物质,对人体健康造成大的危害。研究表明,在中国、香港及新加坡,烹饪频率越高的女性,患肺癌的几率越大,这与她们经常暴露在充满油烟的厨房环境中有很大关系。与其他国家相比,尽管亚洲的女性吸烟率很低,但是患肺癌的比例却高于男性。

 

2 各种烹饪油烟净化技术

       国外的烹饪方式产生的油烟浓度低,大饭店一般是采用热氧化焚烧法,即利用热氧化反应将油烟中的有毒有害成分转化成无毒状态; 中小饭店一般采用催化剂净化法,通过催化氧化燃烧将油滴转化为CO2和蒸汽,从而消除污染和异味。

       目前我国家庭厨房所广泛采用的吸油烟机,其净化原理是首先采用机械过滤除去大颗粒的油滴和水滴,再经过叶轮的旋转,一方面利用离心力产生惯性分离,另一方面产生气力输送作用,通过过滤对油烟起到一定的净化作用。但吸油烟机只是将厨房污染转移到室外,在排放口仍然可见明显的烟雾,污染大气。

       现在普遍采用的油烟净化技术主要有以下几种: 机械式净化、吸附式净化、静电式净化、洗涤法净化等。

2.1 机械式油烟净化

       机械式净化法主要包括惯性碰撞、旋风分离和过滤。机械式净化法设备简单、运行费用低、维修管理方便,但由于去除效率比较低等缺点,一般只应用于预处理或者是复合处理法中。

2.2 吸附式油烟净化

       吸附法是利用活性炭或其他多孔材料的吸附特性,吸附去除大部分的颗粒物和VOCs。这种方式对气溶胶的去除率为40%~70%,且对气味的净化有较明显作用,但随着油烟雾的附着,吸附能力会逐渐减弱,需要经常更换滤料,因此维护成本较高,且细菌、霉菌还可能在活性碳上繁殖、发臭,从而造成二次污染。

2. 3 静电式油烟净化

       静电式油烟净化设备的主要原理是利用阴极在高压电场发出来的电子与油烟颗粒碰撞,使颗粒荷电,再利用电场力使带电颗粒在捕集区被捕集,从而实现净化分离。与其他技术例如喷淋、洗涤相比,静电式净化技术在收集和去除油烟方面更加有效。李家胜报道,当静电式油烟净化设备风速控制在0.6~1.6 m/s,电极电压为2.5 kV 时,1~10μm 的颗粒物去除率在90%以上。虽然静电技术可以捕集颗粒物并在一定程度上降低了异味,但运行效率受一些因素的影响,例如运行参数,烹饪过程和天气条件。

2. 4 湿式油烟净化

       湿式油烟净化法是将吸取净化液( 水、化学药剂) 通过特殊的装置形成液膜或液雾,通过气液接触使污染物从气相向液相转移,从而洗涤吸取颗粒物和有害气体。李刚等提出“水幕式公共厨房油烟净化装置”,处理效率在75%~90%左右; 邵伟庆等发明的“组合式油烟洗涤净化装置”,净化效率可达到80%。洗涤法对于去除油烟中SO2,NOx等废气很有效,但此方法耗水、耗电,运行费用较高; 如果采用循环水,喷淋装置容易堵塞,不易清洗; 而且设备庞大,对于场地比较狭窄的厨房则无法安装。

       湿式净化法需要对洗涤液进行无害化处理。显然,这种技术可以用于餐饮烹饪的排放净化,却难以适用于家庭烹饪油烟排放的净化。

2. 5 催化净化法

       催化净化法的原理是在催化剂的作用下,在烹调过程产生的污染物在一定温度下被催化氧化燃烧或分解,转化为二氧化碳和水蒸气,消除污染和臭味。张大伟等[27]采用浸渍法制备La0.8Sr0.2MnO3负载型纳米催化剂,经800℃焙烧的催化剂形成了钙钛矿晶粒,当负载量达到10% 时,催化剂对油烟低温燃烧的催化活性较高,起燃温度为198℃,300℃下催化效率高,达到90%。Yang 等以Al2O3为载体、MnO2 /CuO 为活性组分,在650℃下焙烧制成球形催化剂,对油烟进行催化,催化温度200~600℃,能将PAHs、硝基多环芳烃等氧化为CO2和H2O,在200℃对油烟的催化效率达到了96%。

       以上结果表明,虽然催化燃烧法对油烟的去除效率较高,但需要在高温环境( 300℃左右) 才能进行催化反应,能耗高、危险性大,家庭厨房难以应用。

       各种净化技术的优缺点对比总结在表1中。可以预见,未来该领域的研究在于寻找能够同时去除颗粒物与VOCs、总体造价与能耗都较低、尺寸小、适用于家庭厨房的复合式油烟净化技术。

表1 常见油烟净化技术对比

 

3 高压静电催化耦合净化技术

       高压静电的原理决定了它具有捕捉细小颗粒物的特性,以及对烹饪油烟的净化能力。在一定范围内,电压越高则颗粒物捕集效率也越高,同时产生更多臭氧。臭氧污染环境,单

编辑概况:陈盼,女,本科。任职单位:现任职于安科瑞电气股份有限企业,联系电话:021-69156059,
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