李亞倩 李建軍 李海嬌

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065)

近些年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，民眾生活水平不斷提高，餐飲業(yè)作為第三產(chǎn)業(yè)中不可或缺的一部分，讓城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展更加充滿活力，也形成了獨(dú)特的美食文化。但由此也引發(fā)了許多環(huán)境方面的問(wèn)題。目前，餐飲油煙廢氣大部分是通過(guò)抽油煙機(jī)直接排入大氣中，這種方法只實(shí)現(xiàn)了污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，并沒(méi)有使油煙廢氣得到有效處理，并且產(chǎn)生的油煙粘附在油煙機(jī)上，會(huì)造成清洗異常困難；餐飲油煙廢氣中含有許多種有害物質(zhì)，這些有害物質(zhì)未經(jīng)任何處理就排入大氣，會(huì)嚴(yán)重破壞大氣質(zhì)量[1]。但長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)大部分餐廳的煙氣都未經(jīng)處理便排放，這不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響，還會(huì)對(duì)我國(guó)民眾的健康造成很大的危害。因此，餐飲業(yè)的油煙廢氣污染已成為一個(gè)亟待解決的社會(huì)問(wèn)題，采取有效措施防止油煙廢氣污染，已經(jīng)成為城市環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要課題。

1 餐飲油煙廢氣的產(chǎn)生及危害

1.1 餐飲油煙廢氣的產(chǎn)生

食用油有很多種類(lèi)，其主要成分也不盡相同。如：植物油和動(dòng)物油的主要成分分別為不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸甘油脂。在溫度達(dá)到170℃時(shí)食用油開(kāi)始分解，形成很多小油滴(直徑>10-3cm)。在油溫高于270℃時(shí)，食用油開(kāi)始汽化，汽化成許多微油滴(直徑10-7～10-3cm)。加入食物后，油溫逐漸下降到60℃，由于食物中的水分流失，遇到空氣中的油煙和煙塵后共同形成油煙霧[2]。

1.2 餐飲油煙廢氣的特點(diǎn)

餐飲油煙廢氣的主要成分可大致分為兩種：氣態(tài)污染物和顆粒物，其中顆粒物粒徑一般在0.01～10μm之間[3]，可長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中，黏度較大，而抽油煙機(jī)等初級(jí)處理設(shè)備可以把大顆粒的氣溶膠吸附或收集起來(lái)，但是對(duì)細(xì)顆粒幾乎沒(méi)有去除效率；餐飲油煙廢氣中氣態(tài)污染物化學(xué)成分十分復(fù)雜，與一般的工業(yè)廢氣存在很大差異，由220多種揮發(fā)性有機(jī)化合物構(gòu)成[4]；餐飲油煙廢氣污染物種類(lèi)多，濃度低，同時(shí)是室內(nèi)空氣的主要污染物之一，所以對(duì)餐飲油煙廢氣的研究主要是對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的研究。

1.3 餐飲油煙廢氣的危害

國(guó)外的食物多為生食或加工為半成品，與我國(guó)的烹飪方式差異也很大，廚房污染程度較低；而我國(guó)烹飪的溫度高、油量大，同時(shí)加入各種油、鹽、醬、醋，在高溫下這些調(diào)味品也發(fā)生化學(xué)變化，廚房的污染程度很高。一些研究表明，亞洲的烹飪方式產(chǎn)生的PM2.5要多于西式烹飪，分別為30～1400和20～535μg/m3[5-6]。Li等[7]分析了中餐、西餐和日餐的廢氣來(lái)研究排放中的多環(huán)芳烴，發(fā)現(xiàn)中餐廢氣中苯并芘更多，其中，西餐是中餐的1/7，而日餐和快餐幾乎都不產(chǎn)生苯并芘。

餐飲油煙廢氣中含有的揮發(fā)性有機(jī)物大部分都有毒有害，更有部分有機(jī)物可致癌如苯系物、多環(huán)芳烴等，對(duì)人體健康造成極大的威脅。研究表明[8]，在新加坡、中國(guó)及香港，烹飪頻率越高的女性，患肺癌的幾率越大，這與她們經(jīng)常暴露在充滿油煙的廚房環(huán)境中有很大關(guān)系[9]。

2 餐飲油煙廢氣污染現(xiàn)狀

目前，油煙污染大氣環(huán)境，已成為一個(gè)社會(huì)問(wèn)題。據(jù)報(bào)道目前餐飲油煙廢氣對(duì)城市大氣污染源的“貢獻(xiàn)”已經(jīng)上升到第三位，第一位和第二位分別是工業(yè)污染源和汽車(chē)尾氣污染。在對(duì)環(huán)境污染投訴的處理中發(fā)現(xiàn)，餐飲油煙廢氣污染投訴占總投訴量的一半[10]。其中，群眾反映最強(qiáng)烈的是位于居民生活區(qū)內(nèi)及周邊的小型餐館。小型餐館通常采用的方法是設(shè)置抽油煙機(jī)，抽油煙機(jī)只是將廚房?jī)?nèi)產(chǎn)生的油煙進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并沒(méi)有將污染物進(jìn)行有效去除，仍留下污染隱患。

經(jīng)研究，揮發(fā)性有機(jī)物是PM2.5的重要前驅(qū)體。據(jù)估算，遼寧省沈陽(yáng)市2007年餐飲行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物總排放量高達(dá)580噸[11]；而北京市餐飲行業(yè)每年向大氣中排放近1500噸有機(jī)顆粒物[12]。餐飲油煙廢氣是城市揮發(fā)性有機(jī)物的重要來(lái)源之一，而揮發(fā)性有機(jī)物又是城市霧霾的重要前因，進(jìn)一步改善空氣質(zhì)量，必須要重視對(duì)餐飲油煙廢氣的處理與管理。

3 餐飲油煙污染凈化技術(shù)

油煙廢氣的控制包括兩個(gè)方面：一是對(duì)污染源的控制，主要通過(guò)控制源頭來(lái)達(dá)到控制要求，比如將油溫控制在170℃以下、禁止露天燒烤等；二是進(jìn)行末端處理，油煙廢氣排入大氣前使用凈化裝置來(lái)降低濃度。

目前國(guó)外學(xué)者對(duì)油煙凈化分離技術(shù)的研究不夠深入。而且國(guó)內(nèi)外實(shí)際情況相差甚多，借鑒意義不大。在國(guó)外規(guī)模較大的餐廳大多使用熱氧焚燒法來(lái)凈化餐飲油煙廢氣，但此方法會(huì)生成二噁英、NOx等二次污染物，目前已被淘汰；規(guī)模較小的餐廳則使用催化劑凈化法。這兩種方法技術(shù)復(fù)雜、設(shè)備成本高，適用性方面存在限制，在國(guó)內(nèi)推廣難度較大。

目前，國(guó)內(nèi)已有餐飲油煙廢氣凈化技術(shù)主要分為三大類(lèi)：物理凈化方法、化學(xué)凈化方法和生物凈化方法。而由于生物凈化法仍處于研究的初級(jí)階段，未能達(dá)到應(yīng)用水平，所以目前應(yīng)用的凈化方法以物理和化學(xué)凈化方法為主。

3.1 物理凈化方法

3.1.1 機(jī)械分離法

機(jī)械分離法又詳細(xì)地劃分為慣性分離法和旋風(fēng)分離法，這兩種方法分別利用慣性碰撞原理和旋風(fēng)分離原理對(duì)油煙廢氣中的顆粒物進(jìn)行凈化。慣性分離法阻力較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于對(duì)微細(xì)顆粒的凈化較為困難導(dǎo)致整體凈化效率不高(約為50%～70%)，只能用于凈化要求不高的場(chǎng)合。旋風(fēng)分離法設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，不產(chǎn)生二次污染，維修管理簡(jiǎn)單方便；但其壓降較大，占地面積大，所以通常和其他方法結(jié)合使用。

3.1.2 洗滌吸收法

常見(jiàn)裝置有水霧水膜式油煙凈化裝置、填料塔、板式塔、鼓泡塔等。簡(jiǎn)單的噴淋方式除油效果差，凈化效率高的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)高，還會(huì)產(chǎn)生二次污染。水霧水膜式油煙凈化裝置將凈化裝置和排煙罩結(jié)合在一起，阻力小，設(shè)備緊湊，但存在二次污染，對(duì)微小霧滴的凈化效率不高。

3.1.3 過(guò)濾法

過(guò)濾法采用過(guò)濾材料對(duì)油煙廢氣中的顆粒物進(jìn)行分離捕集，從而將顆粒污染物截留下來(lái)。常見(jiàn)有濾布過(guò)濾、纖維墊過(guò)濾等。這種方法凈化效率一般可達(dá)99%以上，并且性能穩(wěn)定可靠操作簡(jiǎn)單，但過(guò)濾材料較容易堵塞，需要定期更換，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。

3.1.4 吸附法

吸附法主要是用多孔固體吸附劑(活性炭等)將油煙中的一種或多種VOCs濃集于固體表面，達(dá)到吸附脫除顆粒污染物的目的。吸附過(guò)程能有效脫除一般方法難以分離的低濃度有害物質(zhì)，具有凈化效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制并且能夠有效去除油煙異味。但設(shè)備體積較大，需要足夠的占地面積，并且吸附質(zhì)吸附容量小，吸附飽和后需要更換新的吸附質(zhì)，使得總運(yùn)行成本提高。

3.2 化學(xué)凈化方法

3.2.1 催化燃燒法

催化燃燒法是在催化劑的作用下，使餐飲油煙廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物在溫度較低的條件下氧化成水和二氧化碳等無(wú)害氣體的餐飲油煙凈化方法。該法污染物脫除效率較高，反應(yīng)溫度低，大大降低了能源消耗，避免了二噁英和氮氧化物等二次污染物的生成，是一種環(huán)境友好的油煙凈化技術(shù)。

3.2.2 紫外線法

餐飲油煙廢氣在紫外線的照射作用下，部分揮發(fā)性有機(jī)物化學(xué)鍵將會(huì)破裂，從而可以產(chǎn)生很多高活性的自由基，這些自由基能夠參與反應(yīng)將油煙廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物氧化成二氧化碳、水和粉末。紫外線法用于處理低濃度餐飲油煙廢氣，凈化效率可以達(dá)到97%[13]。但是紫外線法所使用的處理設(shè)備體積較大，需要一定的占地面積，因其高成本所以一般應(yīng)用于高檔餐廳或規(guī)模較大的餐廳，不適用于規(guī)模較小的餐廳。

3.2.3 低溫等離子體法

低溫等離子法也叫非平衡等離子體法，主要是利用高壓產(chǎn)生的高能量激發(fā)出大量高活性自由基，這些高活性自由基與油煙離子發(fā)生碰撞，高壓下還能使部分有機(jī)物的化學(xué)鍵斷裂，從而將有毒有害物質(zhì)分解成無(wú)毒無(wú)害的單質(zhì)原子或分子，達(dá)到降解油煙污染物的目的[14]。中國(guó)科學(xué)院和上海嘉頓環(huán)保公司通過(guò)技術(shù)合作，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，成功研制出“低溫等離子體油煙凈化裝置”，并己獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利[15]。

低溫等離子體的放電形式有很多，輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、射頻放電、滑動(dòng)電弧放電等。電暈放電是一種最常見(jiàn)的氣體放電形式同時(shí)也是一種比較簡(jiǎn)單有效的放電方式，具有較好的應(yīng)用前景[16]。介質(zhì)阻擋放電已被開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室研究幾乎都集中在介質(zhì)阻擋放電，其原理為：當(dāng)電極上施加足夠高的交流電壓，電極間的氣體即使在很高的電壓下也會(huì)被擊穿，從而形成DBD。許多研究表明低溫等離子體技術(shù)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的去除效果很好，可高達(dá)99%，低溫等離子體技術(shù)廣泛應(yīng)用于材料表面處理、家具制造、汽車(chē)噴涂、合成新材料等領(lǐng)域[17]。

僅有等離子體技術(shù)處理油煙廢氣時(shí)，處理能耗較高，且會(huì)產(chǎn)生諸多副產(chǎn)物，如NO，NO2，N2O，O3和其他揮發(fā)性有機(jī)化合物等[18]。在等離子體技術(shù)的基礎(chǔ)上加入催化劑，可以有效解決多種副產(chǎn)物的產(chǎn)生問(wèn)題，另外，催化劑的加入還可提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率、降低反應(yīng)溫度，還能進(jìn)一步降低能耗。等離子體能夠在常溫常壓下凝聚和分解細(xì)小的油煙顆粒物，因此等離子體協(xié)同催化凈化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)除油除味的目的。

由上所述，對(duì)于物理凈化法來(lái)說(shuō)，單一使用一種方法凈化效率不高。大多只能去除油煙中的顆粒物，對(duì)VOCs都沒(méi)有凈化效果，而化學(xué)方法可提高凈化效率，且能夠同時(shí)去除油煙中的顆粒物和VOCs，并將污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害的CO2、H2O等物質(zhì)。但紫外線法危害人體健康，低溫等離子體技術(shù)由于使用高壓電，具有安全隱患，并且機(jī)理不明，所以，研究出一種多行業(yè)，多工況都適用的餐飲油煙廢氣處理技術(shù)迫在眉睫。

4 總結(jié)與展望

在國(guó)內(nèi)外已有許多投入應(yīng)用并進(jìn)一步推廣的餐飲油煙廢氣凈化技術(shù)、也有許多相關(guān)設(shè)備在投產(chǎn)運(yùn)行，而該技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)該是在滿足相對(duì)較高去除效率的基礎(chǔ)上，追求運(yùn)行的穩(wěn)定性，并進(jìn)一步降低設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理費(fèi)用。未來(lái)對(duì)餐飲油煙廢氣的治理不僅需要技術(shù)創(chuàng)新，還需要國(guó)家和政府的一系列科技標(biāo)準(zhǔn)和管理手段，并且加強(qiáng)政府的監(jiān)督。

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