住宅樓公共煙道油煙細(xì)顆粒物排放現(xiàn)狀及治理必要性

魏玉濱，路 琳，劉 欣

(深圳市力德諾華科技有限公司 廣東 深圳 518110)

隨著城市的高速發(fā)展，文化、產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療及教育資源慢慢向城市集中，使得城市人口數(shù)量激增，出現(xiàn)了大城市甚至超大城市。單位地域人口數(shù)量的增多也間接導(dǎo)致住宅形式的轉(zhuǎn)變，多層住宅和高層住宅慢慢成為城市住宅的主要形式，居民廚房的油煙排放也由分散式向集中式轉(zhuǎn)變，使得單位地域廚房的烹飪油煙成為一項不得忽略的大氣污染物排放源。

烹飪油煙成分主要包括大顆粒油滴、小顆粒油煙氣溶膠以及氣態(tài)的可揮發(fā)有機(jī)物(VOCs)[1]。大顆粒油滴在空氣中懸浮時間持續(xù)數(shù)秒至數(shù)小時，一般只對廚房和排煙口附近造成地表和墻面污染，通常不會成為長期持續(xù)的大氣污染物，對人體健康的直接危害不大；小顆粒油煙氣溶膠以及氣態(tài)的可揮發(fā)有機(jī)物(VOCs)在空氣中長期存在直至其被吸附或者氧化分解[2]，且小顆粒油煙氣溶膠還具有較高的消光效應(yīng)，是導(dǎo)致大氣能見度變差及城市霧霾的主要原因之一[3-5]。油煙產(chǎn)生的氣溶膠主要為核膜態(tài)和積聚模態(tài)，這兩種模態(tài)下的油煙氣溶膠正好落在 PM2.5范圍內(nèi)，據(jù)胡敏等[6]研究發(fā)現(xiàn)，餐飲業(yè)排放的細(xì)顆粒 PM10在PM2.5的質(zhì)量濃度中占50%～85%。

研究高層住宅公共煙道油煙細(xì)顆粒物(即 PM2.5)的排放現(xiàn)狀，評估其對大氣霧霾的貢獻(xiàn)情況，可以更科學(xué)地為城市大氣污染治理提供方向，創(chuàng)造更好的生活環(huán)境。

1 實驗方法

1.1 樣品采集

我國高層住宅建筑目前以11層、18層、26層和33層居多，選取深圳市福田區(qū) 3個具有代表性層高的居民樓公共煙道排放口作為采樣點，分別為全海花園3棟A單元16層(15戶)，全?；▓@6棟B單元27層(26戶)和花好園某棟 32層(29戶)，公共煙道排放口均位于樓頂。連續(xù) 10d分別在 3個公共煙道排放口進(jìn)行油煙 PM2.5的采樣檢測，采樣時間為中午和下午的家庭烹飪高峰時間段，分別為 11：00～13：00、17：30～19：30。

1.2 檢測儀器

采用深圳市力德環(huán)保工程有限公司的NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀對采樣口的油煙 PM2.5進(jìn)行監(jiān)測，儀器的檢出限為 0.1μg/m3，檢測方法符合深圳市地方標(biāo)準(zhǔn) SZDB/Z 254—2017《飲食業(yè)油煙排放控制規(guī)范》中附錄 B油煙現(xiàn)場和在線監(jiān)測等效測試方法—粒子集合光散射法[7]。

圖1為NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀和 TH-880F微電腦煙塵平行采樣儀(國標(biāo)法)的油煙濃度測試結(jié)果對比，2種儀器所測數(shù)據(jù)具有較好的擬合度(R2=0.957)，說明 NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀所測數(shù)據(jù)具有可靠性。

圖1 NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀和TH-880F微電腦煙塵平行采樣儀的油煙濃度測試結(jié)果擬合結(jié)果Fig.1 Relationship of measured values between NUCBRICK 8100 and TH-880F

2 結(jié)果與討論

2.1 住宅樓公共煙道油煙PM2.5排放濃度分析

通過對 3個典型層高住宅樓公共煙道排放口連續(xù)10d的監(jiān)測，監(jiān)測時間段內(nèi)油煙PM2.5的變化幅度較大，峰值濃度最高可達(dá) 30mg/m3，油煙 PM2.5的平均質(zhì)量濃度主要分布在 0.5～2mg/m3之間(圖2—圖4)。GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[8]中PM2.5二級濃度限值為 75μg/m3，以此可以推算出所測高層住宅公共煙道油煙 PM2.5的平均質(zhì)量濃度是環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中 PM2.5二級濃度限值的 7～26倍，可見住宅樓油煙PM2.5的排放對環(huán)境空氣質(zhì)量具有較大的影響。

譚德生等[2]研究發(fā)現(xiàn)在大學(xué)食堂、快餐和燒烤的油煙污染物中，粒徑處于 0.4～0.65μm 的細(xì)顆粒物的質(zhì)量濃度為 9～30mg/m3，實驗監(jiān)測測得的住宅樓油煙 PM2.5低于此值。家用的小型燃?xì)鉅t灶功率 3～4kW，低于餐飲行業(yè)大型燃?xì)鉅t灶(20～50kW)，使得炒菜過程中油溫較低，油量、食材量也低于餐飲企業(yè)，而且各家庭不同的飲食習(xí)慣所造成的油煙 PM2.5排放差異在多戶共用的排煙管被稀釋均衡化，因此最終住宅樓公共煙道油煙PM2.5排放濃度較低。

圖2 16層住宅公共煙道油煙PM2.5排放情況Fig.2 PM2.5 in cooking fume from public flue of 16 storied residential building

圖3 27層住宅公共煙道油煙PM2.5排放情況Fig.3 PM2.5 in cooking fume from public flue of 27 storied residential building

圖4 32層住宅公共煙道油煙PM2.5排放情況Fig.4 PM2.5 in cooking fume from public flue of 32 storied residential building

家庭廚房油煙濃度雖然比餐飲油煙低，但城市人口基數(shù)大、住宅樓建筑總量多，由此必然會產(chǎn)生較高的顆粒物排放總量。

2.2 住宅樓公共煙道油煙PM2.5排放量分析

通過測定公共煙道平均風(fēng)速和煙道截面積來估算平均風(fēng)量，從而對3個采樣口的每餐油煙PM2.5平均排放量進(jìn)行估算(表1)，并根據(jù)每棟樓的戶數(shù)計算出在有煙時間段內(nèi)平均每戶每餐油煙 PM2.5的排放當(dāng)量平均值約為70mg/(戶·餐)。

表1 3個油煙排放口每餐PM2.5平均排放量Tab.1 Average emission of PM2.5 per meal fromthree fume outlets

根據(jù)福田區(qū)政府在線2017年發(fā)布的《福田區(qū)人口家庭住房狀況分析》中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，按下式估算深圳市住宅樓居民總戶數(shù)：

式中：Hsum為深圳市住宅樓居民總戶數(shù)；Nsum為截止到 2018年深圳市常住人口數(shù)量，約 1300萬；μ為人均住房間數(shù)，根據(jù)《福田區(qū)人口家庭住房狀況分析》統(tǒng)計數(shù)據(jù)，深圳市人均住房間數(shù)為 0.75間/人；θ為四層以上住宅樓占總住宅的比例，根據(jù)《福田區(qū)人口家庭住房狀況分析》統(tǒng)計數(shù)據(jù)，取98.7%。

按上式估算出深圳市四層以上住宅樓所居住的居民約962.3萬戶。根據(jù)本研究的結(jié)論每戶每餐烹飪PM2.5的排放當(dāng)量，參照《2018中國一線城市白領(lǐng)膳食健康藍(lán)皮書》中統(tǒng)計的白領(lǐng)在家吃飯的比例，可以簡單估算出深圳市家庭住宅樓PM2.5的年排放量：

式中：Hsum為深圳市住宅樓居民總戶數(shù)；ζ為在家用餐比例，參照《2018中國一線城市白領(lǐng)膳食健康藍(lán)皮書》統(tǒng)計數(shù)據(jù)，深圳市白領(lǐng)人群午餐和晚餐在家用餐為分別占23.7%和79%(由于早餐可能產(chǎn)生的油煙量較少，本研究未將早餐計算在內(nèi))；γ為住宅樓居民每戶每餐烹飪PM2.5的排放當(dāng)量。

參照深圳市白領(lǐng)在家吃飯的比例估算深圳市住宅樓公共煙道對大氣 PM2.5的貢獻(xiàn)量約為 252.5t/a，將此數(shù)據(jù)與餐飲業(yè)油煙相比較。一個中型餐館(6個灶頭)一年油煙 PM2.5排放總量約 52.6kg[6]。據(jù)辰智科技中國餐飲大數(shù)據(jù)研究中心數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)顯示，2016年深圳餐廳總數(shù)為124534個，其中輕餐和西餐的比例分別為 19.9%和 3.11%，由此可估算出深圳餐飲業(yè)油煙 PM2.5年排放總量約為 5043t/a，則住宅樓公共煙道PM2.5的排放量約占烹飪油煙PM2.5總排放量的5%。

2.3 住宅樓公共煙道PM2.5對大氣環(huán)境的污染情況分析

與霧霾形成密切相關(guān)的大氣細(xì)顆粒物組分中約10%來自于自然界的排放，90%來自于人為排放源。王躍思等[4]對北京 PM2.5的源解析發(fā)現(xiàn)，北京年平均PM2.5排放組成中：燃煤占26%，機(jī)動車占19%，餐飲占 11%，工業(yè)占 10%。由以上研究數(shù)據(jù)可見，住宅樓公共煙道油煙PM2.5也是一個不可忽略的PM2.5生活排放源。

圖5 16層住宅公共煙道油煙排放平均風(fēng)速變化曲線Fig.5 Average wind speed of cooking fume from public flue of 16 storied residential building

本研究通過對全?；▓@ 2個公共煙道采樣口風(fēng)速的測量考察住宅油煙污染物的擴(kuò)散能力，實測住宅公共煙道平均風(fēng)速低于2m/s(圖5—圖6)，小于餐飲業(yè)油煙排放口的風(fēng)速(8～10m/s)，且住宅公共煙道未安裝強(qiáng)排風(fēng)機(jī)，僅靠功率較低的抽油煙機(jī)作為油煙排放的動力，致使住宅公共煙道風(fēng)速普遍較低。寶文宏等[9]研究證實了污染源排放在風(fēng)速較小時容易出現(xiàn)污染物濃度持續(xù)較高，且范圍較大的污染現(xiàn)象；在風(fēng)速較大時污染物擴(kuò)散快，只在小范圍內(nèi)造成污染現(xiàn)象。由此可見，住宅樓公共煙道較低的油煙排放速度以及末端結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致污染物在樓面聚集緩慢擴(kuò)散，靜穩(wěn)天氣下會對居民生活環(huán)境的空氣質(zhì)量造成持續(xù)的大范圍影響。

圖6 27層住宅公共煙道油煙排放平均風(fēng)速變化曲線Fig.6 Average wind speed of cooking fume from public flue of 27 storied residential building

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

①住宅樓公共煙道 PM2.5的小時平均質(zhì)量濃度集中在 0.5～2mg/m3，是環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中 PM2.5二級濃度限值的7～26倍，對城市空氣質(zhì)量具有較大影響。

②參照深圳市白領(lǐng)在家吃飯的比例估算深圳市住宅樓公共煙道對大氣 PM2.5的貢獻(xiàn)量約為252.5t/a，將此數(shù)據(jù)與餐飲業(yè)油煙相比較，則住宅樓公共煙道油煙PM2.5的排放量約占烹飪油煙PM2.5總排放量的5%。

③住宅公共煙道油煙 PM2.5總排放量對大氣霧霾的貢獻(xiàn)量不容忽視，且由于住宅樓公共煙道普遍沒有設(shè)置強(qiáng)排風(fēng)機(jī)，平均排放風(fēng)速低于2m/s，導(dǎo)致污染物擴(kuò)散慢，將會對人們生活環(huán)境的空氣質(zhì)量造成持續(xù)的大范圍的影響。

3.2 建議

高層住宅樓公共煙道油煙 PM2.5對大氣環(huán)境細(xì)顆粒物的總貢獻(xiàn)量較大，且污染物擴(kuò)散慢，對其治理十分必要。高層住宅樓公共煙道具有 PM2.5濃度低、風(fēng)速低、煙道內(nèi)停留時間長等特點，選擇治理方法時需充分考慮以上特征。本文提出以下建議：

其一，采取源頭控制。普通的家用抽油煙機(jī)只能將大顆粒的油脂離心去除，對細(xì)顆粒物作用甚微。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)一些商用的煙罩式油煙凈化一體機(jī)，不僅能夠去除大顆粒油脂，也可以高效去除油煙小顆粒，凈化效率可達(dá) 95%以上。住宅樓油煙的治理可以借鑒商用的煙罩式油煙凈化一體機(jī)，通過宏觀政策鼓勵企業(yè)研發(fā)家用的油煙凈化一體機(jī)，從而在源頭上減少家庭油煙的排放。深圳市市場監(jiān)督管理局2017年發(fā)布的SZDB/Z 249—2017《家庭吸油煙機(jī)排放控制規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn)[10]中就對家庭廚房環(huán)境中使用的外排式吸油煙機(jī)氣味降低度、油脂分離度、油煙凈化效率等性能做出了要求，具有一定的指導(dǎo)意義。

其二，考慮公共煙道油煙的綜合治理。高層住宅公共煙道所處位置比較特殊，治理設(shè)備的研發(fā)需要考慮占地、安全等問題。首先，油煙治理設(shè)施盡量避免占用業(yè)主的公攤面積，如采用目前常見的商用油煙處理設(shè)備則必然會占用業(yè)主樓頂?shù)墓珨偯娣e，使得治理項目的開展受阻；其次，要全面考慮處理設(shè)備對住戶存在的安全隱患，如采用靜電式油煙凈化設(shè)備則需考慮高壓電源帶來的安全隱患；最后，盡量節(jié)約建設(shè)成本和運(yùn)營維護(hù)成本。住宅油煙的治理直接關(guān)系到城市整個大氣環(huán)境的改善，住戶可能無法直接體會到項目帶來的環(huán)境效益，因此很難將建設(shè)成本和運(yùn)營維護(hù)成本均攤到每家住戶來收繳。如采用政府建設(shè)且運(yùn)營維護(hù)的模式，則由于設(shè)備總量巨大，需要盡量降低成本才可能實現(xiàn)。目前已有少數(shù)企業(yè)開始研發(fā)專門針對住宅公共煙道的油煙治理設(shè)備，如老板電器2015年研發(fā)了一款復(fù)合式住宅公共煙道雙作用除油裝置，該裝置采用機(jī)械物理與光分解除油法，針對油煙中不同粒徑顆粒物進(jìn)行去除[11]；力德環(huán)保公司研發(fā)了一種煙道式油煙凈化設(shè)備，利用煙道現(xiàn)有結(jié)構(gòu)作為油煙凈化設(shè)備的收塵極，不但不會占用公攤面積，而且運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低[12]。

其三，公眾自覺減排。通過宣傳教育，將家庭油煙對大氣環(huán)境污染的貢獻(xiàn)情況進(jìn)行普及，宣傳鼓勵以蒸煮為主的健康烹飪方式，讓大家明白在日常做菜過程中也可以為我們所在城市的空氣質(zhì)量改善做出貢獻(xiàn)。