烹飪油煙排放特征的研究

趙麗麗

摘? ?要：飲食文化是我國文化的一大特色，有炸、炒、煎、烤、蒸等烹飪方式。油煙中含有大量的氣溶膠以及各種有害氣體成分，對城市空氣以及室內(nèi)環(huán)境都有很大影響。總結(jié)前人對烹飪油煙的研究，從形成機理、形貌特征兩個方面的定量和定性分析進(jìn)行匯總歸納，為油煙治理提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：烹飪油煙;形成機理;排放特征

飲食文化是我國文化的一大特色，以地區(qū)化和多樣化為特征。烹飪方式有炸、炒、煎、烤、蒸等。但烹飪油煙中含有大量的氣溶膠以及各種有害氣體成分，包括烷烴、烯烴、多環(huán)芳烴、脂肪酸、鹵代烴、羰基化合物、離子、金屬元素等[1]。流行病學(xué)研究表明，長期暴露于烹飪油煙中不利于身體健康，易引起如肺癌、鼻炎、肺功能衰竭等病癥[2]。

烹飪油煙是指在烹飪行為中，食物制作和加工揮發(fā)的油脂、有機質(zhì)及其加熱分解或裂解產(chǎn)物，是一種有機氣溶膠顆粒物和揮發(fā)性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）的混合物。烹飪行為中產(chǎn)生的油煙可能因擴散、通風(fēng)條件不良等因素影響室內(nèi)環(huán)境，且當(dāng)油煙排放至室外后，有機氣溶膠顆粒是造成城市大氣霧霾的罪魁禍?zhǔn)字?，VOCs氣體也成為大氣二次氣溶膠的主要前體物。

1? ? 烹飪油煙對環(huán)境的影響

近年來，隨著城市大氣霧霾污染的逐漸加重，針對大氣顆粒物污染源的研究越來越多。烹飪源對城市霧霾有很大的影響，以北京市為例，烹飪源PM2.5占大氣PM2.5質(zhì)量分?jǐn)?shù)的7.5%～21.2%[3-4]。

1.1? 對室內(nèi)環(huán)境的影響

在傳統(tǒng)觀念中，人們提到的室內(nèi)空氣質(zhì)量往往以住宅內(nèi)的裝修材料揮發(fā)出來的甲醛、苯系物等總揮發(fā)性有機物（Total Votatile Organic Compound，TVOC）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為評判優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，而忽略室內(nèi)空氣中的顆粒物污染。顆粒物是室內(nèi)重要的污染源，可隨呼吸進(jìn)入人體呼吸道甚至肺泡，這些進(jìn)入人體的顆粒物作為有毒物質(zhì)的載體，對人體的危害極大[5]。室內(nèi)顆粒物主要來源于室內(nèi)人為行為和室外顆粒物的滲透。Koutrakls等[6]對紐約州能源研究發(fā)展局（Energy Research and Development Agency，ERDA）研究的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并運用簡單的質(zhì)平衡模型計算了室內(nèi)污染源和室外環(huán)境空氣對室內(nèi)顆粒物濃度的貢獻(xiàn)率。發(fā)現(xiàn)在沒有明顯室內(nèi)污染的情況下，室內(nèi)PM2.5質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%～40%來自室內(nèi)污染源，而烹調(diào)行為的貢獻(xiàn)率占到25%～30%。Glytsos等[7]針對幾種不同的室內(nèi)行為引起的室內(nèi)顆粒物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)烹飪行為明顯導(dǎo)致室內(nèi)顆粒物濃度的增加，并且其中納米顆粒物占數(shù)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)的80%以上。這與郭偉等[8]針對不同場所的人為行為導(dǎo)致室內(nèi)顆粒物濃度變化的研究結(jié)果一致。郭偉研究發(fā)現(xiàn)，烹飪會使室內(nèi)顆粒物的數(shù)量濃度急劇增加，但質(zhì)量濃度并沒有數(shù)量濃度的增幅明顯。另外，Kim等研究也發(fā)現(xiàn)，烹飪能釋放多種有害物質(zhì)，增加室內(nèi)污染等級，危及烹飪者以及家庭成員的健康。

1.2? 對室外環(huán)境的影響

烹飪行為對室外環(huán)境也有一定的貢獻(xiàn)，特別是像中國這樣注重飲食文化的國家。我國的烹飪油煙排放源頭包括住宅、餐館以及具有餐飲功能的商業(yè)建筑。在住宅和具有餐飲功能的商業(yè)建筑排放源中，通過油煙機未經(jīng)處理直接排放或集中通過煙道排放至室外環(huán)境。在餐館排放源中，烹飪油煙不經(jīng)過處理或者通過油煙凈化設(shè)備簡單處理后排放至大氣中。這些排放到大氣的烹飪油煙成為引起大氣污染的重要排放源之一。2001年出臺的《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)》中，對油煙的排放標(biāo)準(zhǔn)存在缺陷，導(dǎo)致“抽樣檢測合格但目測有很濃的煙霧”的現(xiàn)象發(fā)生。不論是現(xiàn)有油煙凈化設(shè)備或者國家標(biāo)準(zhǔn)均未對油煙中的顆粒物特別是細(xì)顆粒物（動力學(xué)直徑<2.5 μm）加以關(guān)注。

國內(nèi)外不少學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，烹飪源是城市有機氣溶膠的主要來源之一。Rogge等研究發(fā)現(xiàn)，在洛杉磯地區(qū)，大約有21%的一次有機細(xì)顆粒物是由烹飪排放引起的。Sun等研究發(fā)現(xiàn)，紐約地區(qū)大氣中的PM1.0，有機氣溶膠占總質(zhì)量的54%，而烹飪和交通排放的有機氣溶膠占總有機氣溶膠的30%左右。Huang等使用高分辨率飛行時間質(zhì)譜儀（HR-TOF-AMS）對2008年奧運會期間北京及周邊地區(qū)空氣中的亞微氣溶膠顆粒進(jìn)行源分析，發(fā)現(xiàn)烹飪排放的有機氣溶膠占總有機氣溶膠的24.4%。Sun等也對北京地區(qū)夏季空氣中的有機和無機氣溶膠進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)餐時間內(nèi)，空氣中由烹飪排放引起的烴類有機氣溶膠明顯增加。潘月云等建立了廣東省大氣污染物的排放清單，顯示餐飲源是室外空氣有機碳（Organic Carbon，OC）的第二大貢獻(xiàn)源。

2? ? 烹飪油煙的物理特征

顆粒物的物理特征主要包括形貌特征、排放質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及粒徑分布3個方面。烹飪過程的顆粒物排放研究主要集中在模擬廚房和實際環(huán)境兩個方面。

2.1? 形成機理

烹飪過程中產(chǎn)生的油煙通常由顆粒相和氣相的污染物組成，顆粒相的污染物包含油滴、燃燒源充分燃燒導(dǎo)致的碳顆粒、霧滴以及部分氣相污染物的凝結(jié)顆粒。這些顆粒物的粒徑較小，通常在200 nm以下。中式烹飪需要大量的油以及較高的烹飪溫度，因而產(chǎn)生大量的煙霧，這些煙霧冷凝成核形成細(xì)顆粒物。Buonanno等研究發(fā)現(xiàn)，在烹飪過程中，燃燒源燃燒形成的碳顆粒、食物中的水分以及烹飪過程加入的水分蒸發(fā)冷凝形成的水顆粒、食物中部分脂肪酸降解過程產(chǎn)生的碳顆粒，這些顆粒物表面凝結(jié)或吸附氣態(tài)污染物以及顆粒之間的碰并等，都是油煙中顆粒物的形成途徑。

2.2? 形貌特征

目前，關(guān)于烹飪油煙中顆粒物形貌特征的報道較少，而顆粒物的形貌對反映顆粒物特征尤為重要。不同形狀的顆粒物表面積差別很大，其表面的有害物質(zhì)吸附量也有不同。另外，顆粒物形狀的研究對顆粒物的脫除也有重要的參考價值。

Buonanno等通過透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope，TEM）對烹飪產(chǎn)生的顆粒物形貌進(jìn)行觀察，如圖1所示。從圖1中可以看出，油煙中產(chǎn)生的顆粒物呈枝狀，其分形維度低于2。另外，圖1中的原始粒子近似為核模態(tài)細(xì)顆粒，通過擴散、凝并、碰并等作用形成積聚模態(tài)顆粒。溫夢婷等采用電廠發(fā)射掃描電鏡（Field Emission Scanning Electron Microscope，F(xiàn)ESEM）發(fā)現(xiàn)烹飪油煙中的顆粒物形貌有3種：球狀、固態(tài)及液態(tài)，認(rèn)為球狀顆粒來自燃燒排放的碳顆粒，固態(tài)顆粒多為無定型結(jié)構(gòu)，可能為有機顆粒物，液態(tài)顆粒呈扁平狀等不規(guī)則形狀。3種形狀的顆粒數(shù)量比例為3%、43%、44%。

3? ? 結(jié)語

烹飪過程中產(chǎn)生的油煙對室內(nèi)和室外環(huán)境都有影響，與人類的健康息息相關(guān)。目前，我國對烹飪油煙的排放管理相對較松，在住宅和具有餐飲功能的商業(yè)建筑排放源中，通過油煙機后未經(jīng)處理直接或集中通過煙道排放至室外環(huán)境。在餐館排放源中，烹飪油煙不經(jīng)過處理或者通過油煙凈化設(shè)備簡單處理后排放至大氣中?？偨Y(jié)前人研究成果，從形成機理、形貌特征兩個方面的定量和定性分析進(jìn)行匯總歸納，以便充分了解烹飪油煙，為治理油煙污染提供基礎(chǔ)。

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