沈陽市烹飪油煙中VOCs排放特征分析

王秀艷 史建武 白志鵬 孔少飛 張寶生 武 杰

(1．南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300071;2．遼寧省環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)中心，遼寧 沈陽110031)

隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市化進(jìn)程的加速，城市空氣污染已由早期的燃煤型向燃煤、機(jī)動車尾氣等復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變。2005年北京餐飲業(yè)對大氣有機(jī)顆粒物的貢獻(xiàn)已和交通源的排放相當(dāng)［1］;1982年洛杉磯烤肉排放細(xì)粒子約占當(dāng)?shù)卮髿庥袡C(jī)細(xì)粒子的20%［2］;而Schauer實(shí)驗(yàn)測試表明:在炒菜和烤肉時VOCs排放濃度分別是有機(jī)細(xì)粒子的18．3、1．2 倍［3－4］，可見烹飪油煙中 VOCs的排放量相當(dāng)可觀。VOCs不僅本身組分中含有有毒物質(zhì)，更是光化學(xué)污染物生成的主要前體物。因餐飲污染引起的居民投訴呈增加趨勢，而國內(nèi)對油煙污染的排放特征、理化特性、治理技術(shù)等的系統(tǒng)研究尚顯薄弱。本文擬在沈陽烹飪油煙實(shí)地監(jiān)測的基礎(chǔ)上，分析油煙中VOCs排放特征，評價其光化學(xué)活性，確定其排放因子，為從源頭上控制空氣污染提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1．1 樣品采集

采用3．2L蘇碼罐進(jìn)行采樣，采樣罐在采樣前用自動清洗系統(tǒng)進(jìn)行清洗，抽真空后備用;在采樣罐前端連接一段20cm左右的U型玻璃管，使油煙中的水汽和油滴顆粒盡可能冷凝在管壁上。

分別以沈陽某賓館飯店、沈陽某單位食堂、沈陽街邊小飯店為沈陽大、中、小餐館的代表，每處在高峰時段采樣3次。其中在賓館飯店處，直接用蘇瑪罐采集炒菜過程中產(chǎn)生油煙，時間間隔5min，采樣點(diǎn)高度距離操作面0．5m左右;在某單位食堂，采樣對象為烹飪后經(jīng)煙道排放油煙，采樣點(diǎn)在距排風(fēng)口1m左右處，時間間隔10min;在小餐館處，采樣對象為加熱烹調(diào)用油產(chǎn)生油煙，時間間隔2min，采樣點(diǎn)高度距離操作面0．5m左右。

1．2 樣品分析

VOCs分析在美國EPATO －15方法中推薦的低溫預(yù)濃縮技術(shù)和氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)上進(jìn)行。

樣品分析前進(jìn)行空白樣品的分析，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性?？紤] VOCs成分理化特性及對大氣影響［5］，本實(shí)驗(yàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)氣體是含有PAMS的混合標(biāo)氣共108種。

2 結(jié)果與討論

2．1 組成特征分析

我國常用的烹飪用油包括豆油、菜籽油、色拉油、花生油等植物油和豬油等動物油。油煙霧是食用油及食物在高溫下的熱裂解產(chǎn)物，不同種類的食材在不同溫度下的熱解產(chǎn)物也不盡相同［6］;而且油的主要成分不同，油煙的出峰溫度點(diǎn)不同［7］。

國內(nèi)研究人員對烹飪油煙進(jìn)行了定性分析，或針對某類物質(zhì)進(jìn)行了定量分析［8－11］;國外的油煙研究［6－7］，在用油種類和烹飪方式上都有很大差異，而且多數(shù)研究是在實(shí)驗(yàn)室完成的，與實(shí)地監(jiān)測數(shù)據(jù)存在差異［11］。

分別對大中小三類餐館油煙中VOCs采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類處理得到:烹飪油煙中共檢測出81種VOCs;總VOCs平均質(zhì)量濃度為 3407．06 ± 889．5μg．m－3，其主要成分包括飽和烷烴(40．0%)、烯烴(10．4%)、芳香烴(1．9%)、鹵代烷烴(1．7%)和鹵代芳香烴(0．1%)、醇類(42．7%)、醛酮(3．1%);其中PAMS混合標(biāo)氣的57種化合物中有55種被檢出，其濃度是周圍環(huán)境背景濃度的2－9倍。這種情況表明烹飪油煙可以排放出相當(dāng)數(shù)量的VOCs，對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重影響。

對比三類餐館的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:烹飪油煙的VOCs主要成分是烷烴和烯烴;醇類中乙醇的占比很大，乙醇在某賓館飯店和食堂油煙中平均濃度分別達(dá)到1 447．3ug/m3和2 760．7ug/m3，而在加熱烹調(diào)油產(chǎn)生的油煙中只有61．3 ug/m3，高低值相差達(dá)45倍，分析認(rèn)為是炒菜過程中調(diào)料(料酒)造成的餐館油煙中乙醇濃度過高;鹵代物的產(chǎn)生認(rèn)為和廚房清潔劑有關(guān)［3］。綜合考慮物種排放濃度和不確定性，烹飪油煙的特征物質(zhì)為丙烷、丙酮、乙醇。

對所監(jiān)測三個點(diǎn)位平均濃度數(shù)據(jù)做單因子方差分析，不同點(diǎn)位之間VOCs濃度不存在顯著差別(α＜0．05)。綜上，不同餐館排放VOCs濃度分布受烹飪方式、原料與工況等的影響表現(xiàn)出一定的波動，但整體分布比較均勻，數(shù)據(jù)具有代表性。

2．2 VOCs理化特性分析

檢出的化合物中有39種是有毒揮發(fā)性有機(jī)物，約占檢出物種的一半，其主要成分是苯系物和鹵代烴，苯、丁二烯等致癌物對職業(yè)暴露人群具有一定的遺傳損壞作用［10，12］。

烯烴和芳香烴的光化學(xué)活性較強(qiáng)，這些物質(zhì)濃度的增加是誘發(fā)光化學(xué)污染的重要原因之一，本文用等效丙烯濃度評價VOCs物種的化學(xué)反應(yīng)活性［13］，

式中C等效丙烯(i)為物種i的等效丙烯濃度;C(i)為物種i的質(zhì)量濃度;KOH(i)為物種i與大氣中OH自由基的反應(yīng)速率常數(shù);KOH(C3H6)為丙烯與大氣中OH自由基的反應(yīng)速率常數(shù)。

排放前18位物種占總VOCs質(zhì)量濃度97．2%，各成分等效丙烯活性計算結(jié)果見圖1，加和得到烹飪油煙VOCs主要物種等效丙烯濃度為 622．5ug．m－3。

2．3 排放清單建立

VOCs排放量計算采用公式

式中Q為VOCs排放量(t);C為VOCs濃度(mg·m－3);V為煙氣排放速率(m3·h－1);t為煙氣排放時間(h);(1－E)為控制因子，其中E為油煙凈化設(shè)施的去除效率(%)。

首先對餐飲源排放VOCs總量Q1進(jìn)行估算(見表1):以1個中型餐館(灶頭數(shù)5個)來說，設(shè)計的排煙通道流量V［5］為 100 00 m3·h－1;每天營業(yè)時間 T 取 4h。油煙排放濃度由三類餐館濃度值考慮去除效率E后平均計算得到，為2．92 mg·m－3;2007年沈陽有注冊餐飲企業(yè)13 627戶［14］。

圖1 前18位VOCs物種質(zhì)量濃度、等效丙烯濃度圖

然后對家庭排放量Q2估算:2007年末沈陽全市農(nóng)業(yè)人口252．1 萬人，非農(nóng)業(yè)人口 464．1 萬人［14］;以加熱烹調(diào)油產(chǎn)生VOCs濃度3．64mg·m－3為非農(nóng)業(yè)家庭排放濃度C;平均每戶每日炒菜2－3個，平均每天炒菜時間T為14分鐘;家庭抽油煙機(jī)設(shè)計排煙量V為600 m3·h－1;考慮非農(nóng)業(yè)家庭每月外出就餐2次，對其排放量進(jìn)行修正。農(nóng)業(yè)家庭年均VOCs排放量，以城鄉(xiāng)居民每人每日耗油量比［4］為依據(jù)核算得到，見表1。

表1 烹飪油煙中VOCs排放量

VOCs排放量乘以各組分質(zhì)量百分比得到烹飪油煙中各物質(zhì)排放清單(篇幅原因略)。中小餐館油煙處理方法多采用機(jī)械法，對VOCs去除性能很差，而其分布廣泛，排煙時間長且排放高度低，對環(huán)境質(zhì)量影響顯著，應(yīng)加強(qiáng)對中小餐飲油煙處理監(jiān)管。

2．4 排放因子確定

烹飪油煙中VOCs排放因子定義為烹飪過程中消耗單位食用油所排放VOCs的量。

式中EF為VOCs排放因子;C．V．T．E意義同公式(2);P為排放時間內(nèi)的耗油量(kg)

城市居民家庭平均每人每年消耗植物油11．52kg/a［11］，則排放因子為 5．03(g·kg－1 油)，見表 2。

對比國內(nèi)外研究得到排放因子，烹飪油煙中VOCs排放因子介于炒青菜和烤肉之間。

表2 烹飪油煙中VOCs排放因子比較

3 結(jié)論

(1)以沈陽為代表的東北地區(qū)烹飪油煙中共檢測出81種揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)，其主要成分是飽和烷烴(40．0%)、烯烴(10．4%);總VOCs平均質(zhì)量濃度為3407．06 ±889．5μg/m3。

(2)檢出的化合物中有39種是有毒揮發(fā)性有機(jī)物，約占檢出物種的一半，其主要成分是苯系物和鹵代烴;加和質(zhì)量濃度前18位物種光化學(xué)活性值得到，烹飪油煙VOCs活性為等效丙烯濃度622．5ug·m－3。

(3)烹飪油煙VOCs排放因子為5．03g．kg－1;沈陽市烹飪2007年向空氣排放VOCs 994．5t。

(編輯:劉照勝)

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