廚房油煙 PM2.5 散發(fā)主要影響因素及控制措施研究

蘭禎豪，黃思敏頔（上海市西南位育中學(xué)，上海 200032）

廚房油煙 PM2.5 散發(fā)主要影響因素及控制措施研究

Study on Key Factors of PM2.5 Emission in Kitchen and Control Measures

蘭禎豪，黃思敏頔（上海市西南位育中學(xué)，上海 200032）

廚房油煙已成為室內(nèi)污染的主要原因之一。通過(guò)研究不同烹飪方式、廚房油煙機(jī)在不同工作情況下對(duì)廚房油煙顆粒物PM2.5散發(fā)強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)炒和煎的油煙散發(fā)強(qiáng)度較大，通風(fēng)量和通風(fēng)效率對(duì)廚房油煙控制具有較大影響。同時(shí)從改善工作區(qū)通風(fēng)條件、提高通風(fēng)效率入手，研究加擋板和加風(fēng)幕兩種控制措施對(duì)廚房油煙的控制效果，得出了在同時(shí)加擋板和風(fēng)幕并開(kāi)啟油煙機(jī)情況下，廚房油煙污染濃度顯著降低，對(duì)廚房油煙的控制效果非常顯著的結(jié)論。

油煙 PM2.5 ；空氣質(zhì)量； 通風(fēng)效率； 油煙控制

廚房油煙是指在烹飪過(guò)程中由食用油、食品在高溫下的揮發(fā)物及其冷凝物氣溶膠、水氣及燃?xì)馊济簾煔馑M成的烹調(diào)油煙氣。廚房油煙主要包括顆粒物及氣態(tài)污染物。顆粒物主要是 10 μm 以下的可吸入顆粒物，其濃度與烹飪溫度有關(guān)，烹飪溫度越高(200℃ 以上)，產(chǎn)生的油煙中顆粒物濃度就越高；氣態(tài)污染物是食物和食油在高溫烹飪過(guò)程中發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的大量熱氧化分解產(chǎn)物，主要是一些揮發(fā)性有機(jī)化合物，是室內(nèi)空氣的主要污染物之一，同時(shí)也是氣味的主要來(lái)源。

文獻(xiàn)研究表明，烹調(diào)油煙與肺癌有很高的相關(guān)關(guān)系[1]；油煙中含有大量的致癌與致突變化合物，具有明確的細(xì)胞遺傳毒性[2]；廚房油煙具有一定的免疫毒性，能引起細(xì)胞功能的損傷[3]。廚房油煙對(duì)于長(zhǎng)期暴露于油煙下的廚師[4]、非吸煙女性[5]產(chǎn)生了嚴(yán)重的健康危害，具有短期急性和長(zhǎng)期慢性效應(yīng)。

目前，面對(duì)廚房烹飪時(shí)產(chǎn)生的大量油煙，主要是通過(guò)油煙機(jī)來(lái)快速降低廚房油煙污染。但是，由于油煙機(jī)等油煙處理設(shè)備目前不能完全捕集廚房油煙，油煙不可避免地散發(fā)到廚房及鄰室，被廚師、廚房工作人員和其他室內(nèi)人員吸入。尤其在烹飪時(shí)間，散發(fā)到廚房及鄰室的油煙濃度急劇增加，油煙中顆粒物和有毒化學(xué)物質(zhì)對(duì)人們的身體健康會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的危害。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，餐飲服務(wù)業(yè)也得到了極大的發(fā)展。各類(lèi)大中小型餐廳和飯館數(shù)量急劇增加，再加上我國(guó)龐大的城鎮(zhèn)住宅廚房數(shù)量，廚房油煙已成為空氣污染中的一個(gè)重要因素。據(jù)國(guó)家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部統(tǒng)計(jì)，2006 年我國(guó)家庭廚房擁有量已達(dá) 3.5 億多個(gè)，并且正以每年 1 300 萬(wàn)個(gè)廚房的速度遞增。有關(guān)資料顯示，2006年國(guó)內(nèi)注冊(cè)住宿型酒店和餐飲業(yè)法人單位約 10 萬(wàn)個(gè)，企業(yè)職工食堂約 460.9 萬(wàn)個(gè)，各類(lèi)學(xué)校食堂約 10 萬(wàn)個(gè)[6]。大量沒(méi)有排出室外的廚房油煙也成為室內(nèi)污染的主要源頭。

本文目的是通過(guò)對(duì)廚房油煙 PM2.5 散發(fā)濃度進(jìn)行測(cè)試和表征，找出影響廚房油煙散發(fā)的主要因素；然后針對(duì)這些影響因素，尋找控制廚房油煙的途徑。

1 影響廚房 PM2.5 散發(fā)的主要因素

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為測(cè)試不同烹飪方式對(duì)油煙強(qiáng)度的影響，本文選取了蒸、炒、煎 3 種常用烹飪方式，針對(duì)同種食材和不同食材，分別測(cè)量其在蒸、炒和煎時(shí)廚房?jī)?nèi)的 PM2.5 濃度。

為驗(yàn)證、比較家用油煙機(jī)對(duì)不同種類(lèi)烹飪方式所產(chǎn)生的不同種類(lèi)廚房油煙的吸收效率，本文比較了蒸、炒、煎 3種烹飪方式在不開(kāi)油煙機(jī)、開(kāi)一臺(tái)油煙機(jī)和開(kāi)兩臺(tái)油煙機(jī)時(shí)廚房?jī)?nèi)的 PM2.5 濃度。試驗(yàn)場(chǎng)景見(jiàn)表1。

以上實(shí)驗(yàn)每次使用的食材和原料(油、雞蛋、土豆絲、雞翅等)量以及烹飪時(shí)間都相同，開(kāi)火前測(cè)量?jī)x器的運(yùn)行時(shí)間和關(guān)火后開(kāi)窗時(shí)間保持一致。

表1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)

1.2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)和環(huán)境

本次實(shí)驗(yàn)選取的地點(diǎn)位于上海市閔行區(qū)某公寓 11 層，通風(fēng)環(huán)境良好，實(shí)驗(yàn)時(shí)整個(gè)廚房全封閉。廚房間長(zhǎng)約 3.50 m，寬約 2.25 m，高約 2.40 m，總體積約 18.9 m3。圖1為灶臺(tái)的照片。油煙機(jī)為通風(fēng)效率較高的側(cè)吸式油煙機(jī)。

圖1 實(shí)驗(yàn)用灶臺(tái)示意圖

1.3 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)所用的測(cè)試儀器是美國(guó) TSI 公司的 DUSTTRAK TM II 氣溶膠監(jiān)測(cè)儀 8530 型，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)定的是每 10 s記數(shù)一次。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.4.1 不同烹飪方式的比較

在不開(kāi)油煙機(jī)的狀態(tài)下，同種食材以及不同食材 3 種不同的烹飪方式，廚房油煙散發(fā)濃度曲線，如圖2 和圖3 所示。從圖2 和圖3 中可以看出，煎和炒的油煙散發(fā)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蒸，煎的油煙散發(fā)峰值和炒的接近，但是持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

圖2 同種食材不同烹飪方式油煙散發(fā)濃度

圖3 不同食材不同烹飪方式油煙散發(fā)濃度

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)不開(kāi)油煙機(jī)時(shí)，不同食材的 3 種不同烹飪方式的油煙 PM2.5 峰值濃度與背景濃度比較，如表2所示。

表2 不同食材不同烹飪方式下的廚房 PM2.5 濃度比較

由表2 可見(jiàn)，在不開(kāi)油煙機(jī)狀態(tài)下，蒸、炒和煎 3種烹飪方式都會(huì)導(dǎo)致廚房油煙的迅速上升，其中：蒸的PM2.5 峰值比起始濃度高了 4 倍多，相對(duì)較低，但也超過(guò)了國(guó)家環(huán)境大氣二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 5.5 倍；炒和煎的 PM2.5 濃度比起始濃度高了 49～300 多倍，油煙量很大，廚房里油煙彌漫，味道嗆人。

1.4.2 不同油煙機(jī)運(yùn)行方式下的比較

本文進(jìn)行了 3 組實(shí)驗(yàn)，分別是蒸雞蛋、炒土豆絲和煎雞翅在不開(kāi)油煙機(jī)、開(kāi)一臺(tái)油煙機(jī)和開(kāi)兩臺(tái)油煙機(jī)的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4～圖6 所示。從圖中可以看出，開(kāi)啟油煙機(jī)后，廚房油煙濃度明顯降低。

圖4 蒸雞蛋時(shí)不同方式下的廚房 PM2.5 濃度變化

圖5 炒土豆絲時(shí)不同方式下的廚房 PM2.5 濃度變化

圖6 煎雞翅時(shí)不同方式下的廚房 PM2.5 濃度變化

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)使用不同油煙機(jī)運(yùn)行方式，開(kāi)火后廚房的 PM2.5 峰值濃度增加值(即開(kāi)火后峰值濃度與開(kāi)火前平均濃度之差)的結(jié)果如表3 所示。

表3 不同油煙機(jī)運(yùn)行方式下廚房PM2.5峰值濃度增加值

從表3 可見(jiàn)，開(kāi)啟油煙機(jī)：蒸雞蛋的 PM2.5 濃度水平最高可減少 92%；炒土豆絲的 PM2.5 濃度水平可減少 48%～77%；煎雞翅的 PM2.5 濃度水平可減少90%～97%。

由此可知，使用油煙機(jī)能較好地吸收烹飪時(shí)所產(chǎn)生的油煙，尤其在炒與煎情況下，油煙機(jī)可顯著地改善廚房的PM2.5 濃度；開(kāi)啟了兩臺(tái)工作時(shí)明顯優(yōu)于一臺(tái)。

2 控制廚房油煙 PM2.5 散發(fā)的措施和方法研究

2.1 控制理論分析

通風(fēng)效率是指稀釋通風(fēng)時(shí)，參與工作區(qū)稀釋污染物的風(fēng)量與總風(fēng)量之比，或者是污染物排風(fēng)濃度與工作區(qū)濃度之比

式中：E——通風(fēng)效率；

Cout——污染物排風(fēng)濃度；

Coccupant——污染物工作區(qū)濃度；

Cin——污染物送風(fēng)濃度。

廚房油煙控制原理就是設(shè)法提高 Cout、降低 Coccupant。油煙機(jī)起到的作用是在局部捕獲油煙并排出，從而降低Coccupant。提高通風(fēng)效率 E 的方法主要是在單位時(shí)間提高排出油煙的絕對(duì)量，一般途徑包括提高風(fēng)量或者提高排出濃度。

目前開(kāi)啟兩臺(tái)油煙機(jī)的途徑屬于提高風(fēng)量的方法，其控制效果明顯優(yōu)于開(kāi)啟一臺(tái)油煙機(jī)，即通過(guò)局部通風(fēng)量的增加提高了排出質(zhì)量，從而達(dá)到了 Coccupant降低的目標(biāo)。

另外的途徑是局部風(fēng)量不變，提高 Cout的方法，即優(yōu)化油煙機(jī)的結(jié)構(gòu)形式而僅使排風(fēng)濃度提高，從而提高排出的效率，達(dá)到降低 Coccupant的目的。

基于以上思路和方法，本文從提高工作區(qū)通風(fēng)效率入手，嘗試通過(guò)加擋板和加風(fēng)幕等方式，控制廚房油煙的散發(fā)。

2.2 采用加擋板后廚房油煙散發(fā)的比較

為提高油煙機(jī)的通風(fēng)效率，在油煙機(jī)兩側(cè)加了擋板(如圖7 所示)。

圖7 灶臺(tái)兩邊加擋板示意圖

實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)油煙機(jī)并加擋板后，廚房油煙的PM2.5 濃度峰值比較結(jié)果，如表4 所示。

表4 加擋板前后開(kāi)火后廚房的 PM2.5 濃度增加值

從表4 可以看出，加擋板后，炒土豆絲的 PM2.5 濃度水平降低了 26.70%，煎雞翅的 PM2.5 濃度水平降低了26.11%。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：安裝擋板后對(duì)于降低廚房油煙有明顯的效果。

2.2 采用灶臺(tái)四周加風(fēng)幕后廚房油煙散發(fā)的比較

圍繞灶臺(tái)四周，訂做了 800 mm×480 mm 的不銹鋼管，并在鋼管上每隔 20 mm 鉆一個(gè)氣孔；鋼管連接一個(gè)功率為 60 W 的鼓風(fēng)機(jī)(圖8)。

圖8 灶臺(tái)四周加風(fēng)幕示意圖

做實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)油煙機(jī)和風(fēng)幕，廚房油煙的PM2.5 峰值濃度增加值比較結(jié)果，如表5 所示。

表5 加風(fēng)幕前后廚房油煙 PM2.5 峰值濃度

從表5 可以看出，加風(fēng)幕后，對(duì)炒土豆絲的油煙控制效果非常顯著，PM2.5 濃度水平下降 49.85%；煎雞翅的PM2.5 濃度水平下降略低，為 7.7%。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：加風(fēng)幕對(duì)于廚房油煙控制的效果非常明顯。

2.4 加擋板和灶臺(tái)四周加風(fēng)幕后廚房油煙散發(fā)比較

采用同時(shí)加擋板和風(fēng)幕的方式，分別做了炒土豆絲和煎雞翅實(shí)驗(yàn)(圖9)。

圖9 同時(shí)加擋板和風(fēng)幕的示意圖

同時(shí)加擋板和風(fēng)幕并開(kāi)啟兩臺(tái)油煙機(jī)，廚房油煙的PM2.5 峰值濃度的比較結(jié)果，如表6 所示。

表6 同時(shí)加擋板和風(fēng)幕前后廚房油煙PM2.5峰值濃度

從表6 中可以看出，同時(shí)加擋板和風(fēng)幕，炒土豆絲的PM2.5 峰值濃度比開(kāi)兩臺(tái)油煙機(jī)下降 71.29%；煎雞翅的 PM2.5 峰值濃度比開(kāi)兩臺(tái)油煙機(jī)下降 21.00%。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：這兩個(gè)控制措施同時(shí)使用對(duì)油煙控制的效果非常顯著。

幾種不同控制措施下廚房油煙 PM2.5 濃度變化情況，如圖10 和圖11 所示。

圖10 不同控制措施下炒土豆絲廚房 PM2.5 濃度變化

圖11 不同控制措施下煎雞翅廚房 PM2.5 濃度變化

從表7 可以看出，家用油煙機(jī)的最大功率是同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)油煙機(jī)，對(duì)廚房油煙的控制可達(dá) 76%～97%；對(duì)瞬時(shí)油煙量較大的炒土豆絲油煙控制效率略低。采用同時(shí)加擋板和風(fēng)幕改進(jìn)并開(kāi)兩臺(tái)油煙機(jī)，對(duì)油煙的控制在 93%～98%，油煙控制效果非常理想。

表7 油煙機(jī)改進(jìn)前后與不開(kāi)油煙機(jī)廚房的 PM2.5 峰值濃度比較

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究基于廚房油煙的 PM2.5 散發(fā)測(cè)試和油煙控制相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論。

(1) 蒸、炒、煎 3 種烹飪方式相比，蒸的 PM2.5 排放較小，炒和煎的 PM2.5 排放峰值是蒸的 60～70 倍；煎由于用油量大，油煙排放總量更大。同時(shí)，炒和煎在低火時(shí)的 PM2.5 散發(fā)濃度較小，高火時(shí)的 PM2.5 散發(fā)濃度瞬時(shí)增大，說(shuō)明烹飪方式和油溫對(duì)于 PM2.5 散發(fā)強(qiáng)度具有較大的影響。因此，在日常生活中，盡量多選擇蒸的方式烹制食物；炒和煎食物時(shí)，要注意控制油溫。

(2) 開(kāi)兩臺(tái)油煙機(jī)的效果明顯優(yōu)于開(kāi)一臺(tái)油煙機(jī)，說(shuō)明通風(fēng)量和通風(fēng)效率對(duì)廚房油煙濃度具有較大影響。因此，在日常烹飪時(shí)，要盡可能開(kāi)啟兩臺(tái)油煙機(jī)，以減少室內(nèi) PM2.5 的排放。特別是對(duì)于瞬間油煙散發(fā)速度較快的炒菜，一定要同時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)油煙機(jī)，以確保油煙得到有效控制。

(3) 3 種烹飪方式都是在關(guān)火后 PM2.5 達(dá)到峰值，因此，烹飪結(jié)束后，要繼續(xù)開(kāi)啟油煙機(jī) 3～5 min；不要一關(guān)火立即關(guān)閉油煙機(jī)，并要盡快開(kāi)窗通風(fēng)。

(4) 與開(kāi)啟兩臺(tái)油煙機(jī)相比，加擋板后炒和煎的 PM2.5峰值濃度下降 26% 左右；安裝風(fēng)幕后，炒和煎的 PM2.5峰值濃度下降分別為 50% 和 7%；同時(shí)加擋板和風(fēng)幕后，分別下降 71.29% 和 21%，兩種油煙控制措施效果都非常明顯。說(shuō)明在通風(fēng)量不變的情況下，提高工作區(qū)的通風(fēng)效率，對(duì)于廚房油煙濃度的控制具有很大作用。

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1674-814X(2017)01-0049-05

2016-09-18

蘭禎豪，現(xiàn)就讀于上海市西南位育中學(xué)。作者通信地址：上海市桂林路567號(hào)。郵編：200032。