成都市餐飲源大氣污染物排放清單研究*

費(fèi) 怡 胡秋萍 陳 耀 周子航 張 雷 楊 亮 王 斌#

(1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065;2.成都市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，四川 成都610072；3.四川佳士特環(huán)境檢測有限公司，四川 成都 611700)

餐飲業(yè)是第三產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，隨著國民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定的發(fā)展，餐飲企業(yè)的數(shù)量與規(guī)模在不斷增加與擴(kuò)大[1-2]，隨之而來的是餐飲源對大氣環(huán)境質(zhì)量的影響不斷增強(qiáng)。李勤勤等[3]研究發(fā)現(xiàn)，餐飲源已成為城市大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)的重要來源之一，其貢獻(xiàn)率最高可達(dá)25%；周子航等[4]研究表明，餐飲源是成都市武侯區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)排放量最大的生活源。由此可見，餐飲源對成都市大氣環(huán)境質(zhì)量的影響已不容小覷[5]。

餐飲源包括社會餐飲、家庭餐飲和食堂餐飲3類[6]，其大氣污染物包括食物烹飪和加工過程產(chǎn)生的PM2.5、非甲烷總烴(NMHCs)、油煙、氮氧化物(NOx)、SO2和CO等[7]，是大氣VOCs[8]和城市氣溶膠[9]的重要來源之一。目前，餐飲源中污染物排放因子、排放總量和化學(xué)成分等雖有研究[10]2883，但往往只考慮了社會餐飲，而忽略了家庭餐飲與食堂餐飲。在污染物種類方面，一般也只是關(guān)注到PM2.5、NMHCs和油煙[11-14]。

本研究在重點(diǎn)考慮社會餐飲的基礎(chǔ)上，對成都市社會餐飲、家庭餐飲和食堂餐飲的6種大氣污染物(包括PM2.5、NMHCs、油煙、NOx、SO2和CO)進(jìn)行了監(jiān)測，分別采用用油量、就餐人次和灶頭風(fēng)量3種核算依據(jù)計算污染物排放因子，以期獲得成都市準(zhǔn)確的污染物排放因子，并通過問卷調(diào)查和相關(guān)統(tǒng)計年鑒獲取成都市餐飲源活動水平數(shù)據(jù)，計算了6種污染物的排放量，為成都市建立了餐飲源大氣污染物排放清單。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 監(jiān)測對象

通過實(shí)地走訪和現(xiàn)場調(diào)查，綜合考慮餐飲企業(yè)的烹飪方式、規(guī)模、污染物產(chǎn)生與排放情況等，選擇了7家典型餐飲企業(yè)作為社會餐飲監(jiān)測對象，涵蓋燒烤、川菜、商業(yè)綜合體、快餐和火鍋5種類型和小型、中型、大型和特大型4種規(guī)模，涵蓋的餐飲類型與規(guī)模較為全面且具有當(dāng)?shù)靥厣?；選擇了3個家庭作為家庭餐飲監(jiān)測對象，分別為25年以上老舊低層住宅(家庭1)、15年以上高層住宅(家庭2)和5年左右高層住宅(家庭3)；選擇了1家市級事業(yè)單位的中型規(guī)模食堂作為食堂餐飲監(jiān)測對象，基本代表了成都市食堂餐飲的平均水平。11個監(jiān)測對象的基本信息見表1。

根據(jù)《固定污染源廢氣 油煙和油霧的測定 紅外分光光度法》(HJ 1077—2019)的規(guī)定，油煙的監(jiān)測需要在煙道中采樣，因不便在居民廚房煙道打孔，故家庭餐飲未能監(jiān)測油煙。此外，由于火鍋店不在店內(nèi)炒制底料，故污染物主要來源于涮煮過程，因此中型火鍋也沒有監(jiān)測油煙。

根據(jù)實(shí)地走訪和現(xiàn)場調(diào)查，社會餐飲就餐高峰期集中在11:30—12:30和18:00—19:00，故選擇在中午或傍晚就餐高峰期采樣，采樣時間設(shè)置為1.0 h?；疱伒谋O(jiān)測時間覆蓋包間內(nèi)客人就餐全過程，平均為0.5 h。家庭餐飲和食堂餐飲通常烹飪一餐的時間只有0.5 h，故采樣時間設(shè)置為0.5 h。

1.2 污染物監(jiān)測

1.2.1 采樣方法

社會餐飲和食堂餐飲采樣參照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T 16157—1996)；家庭餐飲采樣點(diǎn)設(shè)置參照《室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 167—2004)，并在關(guān)閉門窗及抽油煙機(jī)的情況下進(jìn)行采樣[15-17]；同時現(xiàn)場采集空白樣品。

1.2.2 PM2.5監(jiān)測方法

社會餐飲和食堂餐飲根據(jù)GB/T 16157—1996測定PM2.5濃度。家庭餐飲根據(jù)《環(huán)境空氣 PM10和PM2.5的測定 重量法》(HJ 618—2011)測定PM2.5濃度。社會餐飲和食堂餐飲的采樣膜用直徑37 mm的石英濾膜，家庭餐飲的采樣膜用直徑90 mm的玻璃纖維濾膜。

采樣前將石英濾膜在180 ℃下烘焙1 h，玻璃纖維濾膜不烘焙；兩種濾膜均在25 ℃、50%相對濕度條件下平衡24 h以上，確保平衡后稱量間隔大于1 h 的兩次稱量之差小于0.02 mg。

1.2.3 NMHCs監(jiān)測方法

根據(jù)《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》(HJ 38—2017)測定NMHCs濃度。

樣品采集后避光保存并在8 h內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測。

1.2.4 油煙監(jiān)測方法

根據(jù)HJ 1077—2019測定油煙濃度，選用濾筒吸附，四氯乙烯超聲萃取。

1.2.5 其他污染物監(jiān)測方法

根據(jù)《固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 397—2007)測定NOx、SO2和CO濃度。

1.3 餐飲源污染物排放量計算

1.3.1 污染物排放因子計算

表1 監(jiān)測對象基本信息Table 1 Monitoring objects’ basic information

本研究根據(jù)監(jiān)測對象的監(jiān)測結(jié)果嘗試分別采用用油量、就餐人次和灶頭風(fēng)量3種核算依據(jù)計算社會餐飲、家庭餐飲和食堂餐飲的6種污染物排放因子，計算公式見式(1)。其中，社會餐飲和家庭餐飲分別算出各自的多個監(jiān)測對象的排放因子后取平均值得到。

(1)

式中：EFi,j,k為采用j種核算依據(jù)計算i類餐飲污染物k的排放因子，單位根據(jù)核算依據(jù)而定；ci,k為i類餐飲污染物k的質(zhì)量濃度，mg/m3；v為煙氣流量，m3/h；t為采樣時間，h；ni,j為i類餐飲采用j種核算依據(jù)的監(jiān)測活動水平數(shù)據(jù)，單位根據(jù)核算依據(jù)而定。

由于家庭餐飲在油煙凈化設(shè)備前端采樣，故對于環(huán)境而言還需扣除抽油煙機(jī)凈化的濃度。抽油煙機(jī)的實(shí)際效率按30%計[10]2884。

1.3.2 污染物排放量計算

采樣排放因子法[18]141計算成都市餐飲源污染物排放量，計算公式如下：

Ei,j,k=EFi,j,k×Ai,j

(2)

式中：Ei,j,k為采用j種核算依據(jù)計算的i類餐飲污染物k的排放量，mg；Ai,j為i類餐飲采用j種核算方法的調(diào)研活動水平數(shù)據(jù)，單位同ni,j。

1.3.3 不確定性

排放清單的不確定性包括排放因子的不確定性和活動水平的不確定性，有加法合并公式(見式(3))和乘法合并公式(見式(4))兩種定量計算方法[19]12-15,[20]307,[21]265，本研究則同時兼顧了兩種方法，取兩種方法的平均值。但由于本研究中排放因子的不確定性遠(yuǎn)小于活動水平的不確定，因此排放因子的不確定性忽略不計。

(3)

(4)

式中：U加、U乘分別為加法、乘法合并公式計算的排放清單不確定性，%；Ui,j,p為i類餐飲采用j種核算依據(jù)的調(diào)研活動水平數(shù)據(jù)的第p項(xiàng)不確定性，%；Ai,j,p為i類餐飲采用j種核算依據(jù)的調(diào)研活動水平數(shù)據(jù)的第p項(xiàng)，單位根據(jù)實(shí)際情況而定。

2 結(jié)果與討論

2.1 污染物監(jiān)測濃度

監(jiān)測對象6種污染物的監(jiān)測結(jié)果見表2。社會餐飲PM2.5的質(zhì)量濃度為0.29～2.31 mg/m3，NMHCs為0.92～15.57 mg/m3，油煙為0.42～1.38 mg/m3，NOx為0.26～14.32 mg/m3，SO2為0.01～8.47 mg/m3，CO為2.47～74.14 mg/m3。家庭餐飲PM2.5的質(zhì)量濃度為0.06～1.55 mg/m3，NMHCs為1.70～3.98 mg/m3，NOx為0.09～0.47 mg/m3，SO2為0～0.12 mg/m3，CO為1.72～3.55 mg/m3。食堂餐飲PM2.5的質(zhì)量濃度為1.23 mg/m3，NMHCs為0.80 mg/m3，油煙為1.30 mg/m3，NOx為0.40 mg/m3，SO2為0.66 mg/m3，CO為11.95 mg/m3。不同餐飲類型污染物濃度有一定差異，因此有必要對不同餐飲類型進(jìn)行全面考慮。

2.2 污染物排放因子

采用用油量、就餐人次和灶頭風(fēng)量3種核算依據(jù)計算的不同餐飲類型的6種污染物排放因子見表3。社會餐飲的污染物排放因子為CO>NMHCs>NOx>SO2>油煙>PM2.5，家庭餐飲的污染物排放因子為NMHCs>CO>PM2.5>NOx>油煙>SO2，食堂餐飲的污染物排放因子為CO>油煙>PM2.5>NMHCs>SO2>NOx。

表2 監(jiān)測對象的污染物監(jiān)測質(zhì)量濃度Table 2 The monitored pollutants’ mass concentrations of the monitored objects mg/m3

在餐飲源大氣污染物排放清單研究中，對于PM2.5、NMHCs和油煙已有較為廣泛的關(guān)注，而對于CO、NOx和SO2的關(guān)注較少，事實(shí)上它們的排放因子并不容忽視，特別是CO的排放因子可能比PM2.5、NMHCs和油煙還大，所以理應(yīng)也引起重視和關(guān)注。

目前，對于建立本地化的排放因子還非常匱乏，本研究的監(jiān)測對象覆蓋餐飲類型齊全且具有本地化特色，是對成都市餐飲源本地化排放因子的充實(shí)。

2.3 污染物排放量

2.3.1 活動水平數(shù)據(jù)獲取

各類餐飲采用不同核算依據(jù)所需調(diào)研的各項(xiàng)調(diào)研活動水平數(shù)據(jù)及計算公式見表4。問卷調(diào)查覆蓋5個主城區(qū)(錦江區(qū)、青羊區(qū)、成華區(qū)、高新區(qū)和天府新區(qū))、2個二圈層縣級區(qū)(郫都區(qū)和青白江區(qū))和2個三圈層縣級市(彭州市和邛崍市)，共計收回問卷716份。

社會餐飲活動水平數(shù)據(jù)獲取：成都市餐飲企業(yè)數(shù)量通過地圖中城市設(shè)施興趣點(diǎn)(POI)獲取，刪除甜品店、飲品店等不產(chǎn)生餐飲廢氣的企業(yè)和重復(fù)企業(yè)，共計92 836家；日均用油量為7.65 kg/d，年?duì)I業(yè)天數(shù)為360 d，通過問卷調(diào)查獲得；常住人口通過《成都統(tǒng)計年鑒2020》(以下簡稱年鑒)獲得，為1 658.1萬人，人均年就餐次數(shù)按100次計算[23]；平均灶頭數(shù)和日均使用時間通過問卷調(diào)查獲得，分別為2.9個和3.2 h/d，平均灶頭風(fēng)量按2 000 m3/h計算[10]2884。

家庭餐飲活動水平數(shù)據(jù)獲?。焊鶕?jù)問卷調(diào)查，人均年用油量為10.46 kg/人；人均日就餐次數(shù)算作1 次/d，年就餐天數(shù)按360 d計算；根據(jù)年鑒，成都市總戶數(shù)為574.16萬，平均灶頭數(shù)為和日均使用時間通過問卷調(diào)查獲得，分別為2個和0.5 h/d，平均灶頭風(fēng)量按600 m3/h計算。

食堂餐飲活動水平數(shù)據(jù)獲?。菏程镁筒腿藬?shù)根據(jù)年鑒統(tǒng)計在校學(xué)生及教職工人數(shù)、企事業(yè)和機(jī)關(guān)單位人數(shù)，合計為4 848 420人，人均日用油量按0.1 kg/人計算，年就餐天數(shù)折算為222 d[10]2885；人均就餐次數(shù)按1次/d計算；總灶頭數(shù)按每150人1個灶頭計算得到，平均灶頭風(fēng)量也按2 000 m3/h計算[10]2885，日均使用時間按2.27 h/d計算。

2.3.2 排放量計算結(jié)果

成都市餐飲源大氣污染物排放量計算結(jié)果見表5。3種核算方法計算的成都市餐飲源PM2.5排放量總計為364～951 t，NMHCs為1 960～5 843 t，油煙為282～892 t，NOx為887～2 651 t，SO2為541～1 478 t，CO為5 892～15 167 t。其中，社會餐飲的污染物排放量是3類餐飲中最大的，社會餐飲的PM2.5排放量約占PM2.5排放量總計的50%，NMHCs占到60%以上，NOx、SO2和CO更是占到約80%。毋庸置疑，社會餐飲產(chǎn)生的大氣污染物應(yīng)當(dāng)引起關(guān)注，尤其是NMHCs和NOx是重要的臭氧前體物，其排放量較大、污染源分散，對城市大氣環(huán)境質(zhì)量的影響不容小覷。家庭餐飲中污染物排放量最大的是NMHCs，約占NMHCs排放量總計的25%，另外CO和PM2.5的排放量也較大，因此居民長期暴露于家庭餐飲污染物的健康影響也應(yīng)得到關(guān)注[24]。食堂餐飲排放的主要污染物是CO和PM2.5，也應(yīng)受到關(guān)注。

表3 污染物排放因子計算結(jié)果1)Table 3 Calculated results of pollutants’ emission factors

表4 活動水平數(shù)據(jù)計算公式Table 4 Activity level data calculation formula

表5 成都市餐飲源大氣污染物排放量Table 5 Emission of air pollutants from catering sources in Chengdu t

家庭餐飲在餐飲源大氣污染物排放清單中的研究不多，一方面是不便在居民廚房煙道進(jìn)行打孔，而難以用傳統(tǒng)監(jiān)測煙氣濃度的方式得到污染物濃度；另一方面可能認(rèn)為家庭餐飲污染物濃度較小，所以將它忽視。本研究發(fā)現(xiàn)，家庭餐飲NMHCs、CO和PM2.5排放量較大，是餐飲源大氣污染物的重要組成部分。雖然吳雪偉等[10]2885和秦之湄等[18]142對餐飲源大氣污染物排放清單的研究中也關(guān)注了家庭餐飲，但是他們未對本地化的排放因子進(jìn)行實(shí)測，本研究獲得的本地化家庭餐飲排放因子具有更高的可信度。

2.4 不確定性分析

污染源排放清單通常是基于有代表性的排放因子和活動水平數(shù)據(jù)計算得到的，在獲取排放因子和活動水平數(shù)據(jù)時由于測量誤差和統(tǒng)計誤差等原因的存在導(dǎo)致建立的清單勢必具有不確定性[20]307,[21]265,[25]257。本研究主要考慮活動水平數(shù)據(jù)不確定性對于排放清單不確定性的影響。

清單不確定性分析方法有定性分析法、半定量分析法和定量分析法3種[20]306,[25]260-262。本研究采用政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的定量分析法進(jìn)行不確定性估算[19]12-15。社會餐飲企業(yè)數(shù)量不確定性按±50%計算，人均就餐次數(shù)按±80%計算；家庭餐飲平均灶頭風(fēng)量不確定性按±100%計算；食堂餐飲食堂就餐人數(shù)不確定性按±50%計算，人均日用油量、總灶頭數(shù)和日均使用時間按±80%計算[10]2884,[21]265,[26-27]。其余活動水平數(shù)據(jù)來源于年鑒和問卷調(diào)查，不確定度按±30%計算。

在95%置信區(qū)間內(nèi)，3種核算方法計算的不同類型餐飲的不確定性見表6。3種核算方法的不確定性依據(jù)用油量的<就餐人次的<灶頭風(fēng)量的，依據(jù)用油量核算的活動水平數(shù)據(jù)多數(shù)直接來源于統(tǒng)計年鑒，數(shù)據(jù)可信度更高。由于年齡階段、飲食偏好不同等都會影響就餐次數(shù)，按人均就餐次數(shù)計算，存在較大的不確定性。灶頭數(shù)和灶頭風(fēng)量數(shù)據(jù)受餐飲類型、餐飲規(guī)模等因素的影響很大且數(shù)據(jù)不易獲得，因此其不確定性較大。根據(jù)不確定性判斷，建議優(yōu)先使用依據(jù)用油量建立的大氣污染物排放清單。

表6 不確定性Table 6 Uncertainty analysis %

3 結(jié) 論

(1) 3種核算方法計算的成都市餐飲源PM2.5排放量為364～951 t，NMHCs為1 960～5 843 t，油煙為282～892 t，NOx為887～2 651 t，SO2為541～1 478 t，CO為5 892～15 167 t。

(2) 家庭餐飲的NMHCs排放量約占NMHCs排放量總計的25%，CO和PM2.5排放量也較大，家庭餐飲已成為餐飲源大氣污染物的重要組成部分。

(3) 在95%置信區(qū)間內(nèi)，3種核算方法的不確定性依據(jù)用油量計算的排放清單不確定性最小，建議優(yōu)先使用。