居民住宅油煙排放特征及綜合治理技術(shù)研究

楊振亞，劉 偉，惠 斌，許志龍，晏乃強

(1. 江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019；2. 上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200240)

0 引言

餐飲油煙是指居民住宅、 食堂以及餐飲行業(yè)在高溫烹制食物過程中揮發(fā)的油脂、 有機物以及熱氧化和熱裂解產(chǎn)生的氣、液、固三相混合物，既包括固態(tài)顆粒物和液態(tài)油滴，還包括烷烴、烯烴、有機酸、醛類化合物以及多環(huán)芳烴等揮發(fā)性有機物（VOCs）[1]。餐飲油煙未經(jīng)處理直接排放，在城市大氣中不斷積累，具有量大、面廣、難擴(kuò)散等特點。餐飲油煙排放約占生活源VOCs 總排放量的14.7%，是僅次于汽車尾氣和工業(yè)污染的第三大城市大氣污染源[2-3]。

近年來，餐飲油煙污染已成為民眾關(guān)注最為強烈的環(huán)保問題之一。 全國各地加大力度治理餐飲油煙，積極推動餐飲行業(yè)安裝油煙凈化裝置及在線監(jiān)測設(shè)備，并陸續(xù)出臺相關(guān)法律政策規(guī)范完善管理，取得了初步成效[4-5]。 居民住宅油煙作為一種無組織排放源，其排放呈現(xiàn)出比餐飲行業(yè)更加散、亂、小、廣的特征，然而對餐飲源PM2.5和VOCs 貢獻(xiàn)最大的居民住宅油煙目前尚未引起廣泛關(guān)注[6]。由于排放源在廚房，缺乏相應(yīng)的污染物控制措施，導(dǎo)致居民住宅油煙直接對環(huán)境和身體造成危害，比同等污染物排放的工業(yè)源危害更大。

對此，根據(jù)居民住宅餐飲油煙的排放特征，綜合分析了餐飲油煙治理技術(shù)、 法律法規(guī)及排放標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀，并結(jié)合當(dāng)前居民住宅油煙治理試點項目調(diào)研結(jié)果，總結(jié)出目前居民住宅油煙治理存在的不足。 并對油煙顆粒物與VOCs 協(xié)同治理技術(shù)進(jìn)行了展望和提出了對策建議。

1 居民住宅餐飲油煙排放現(xiàn)狀及污染特征

1.1 居民住宅餐飲油煙排放現(xiàn)狀及與餐飲服務(wù)業(yè)油煙區(qū)別

我國居民住宅油煙污染問題主要體現(xiàn)在： ①大量老舊小區(qū)家庭采用老式排風(fēng)扇，排煙效果差，廚房空氣污染嚴(yán)重；②老式排風(fēng)扇將油煙直排室外，形成老舊小區(qū)特有的“油鼻涕”現(xiàn)象，嚴(yán)重污染建筑外立面，影響市容市貌，并且存在火災(zāi)隱患；③老舊小區(qū)家庭油煙均為無凈化低空直排，新小區(qū)通過集中煙道高空直排，嚴(yán)重影響城市空氣質(zhì)量。

居民住宅油煙與餐飲服務(wù)業(yè)油煙控制存在較大差別：①管控對象既分散又集中。居民住宅以每一戶來看，是單獨分散的個體，但分散的個體又是集中于居民社區(qū)中的居民樓中，有相應(yīng)的管理單元；②油煙排放方式不同。老舊小區(qū)無專用煙道，多采用排風(fēng)扇直排；新型小區(qū)采用井道集中高空排放；③主體責(zé)任不同。 法律規(guī)定餐飲服務(wù)企業(yè)是治理油煙并達(dá)標(biāo)排放的主體責(zé)任，但是對于居民住宅源的油煙治理沒有明確的責(zé)任劃分。

1.2 居民住宅餐飲油煙污染特征

國內(nèi)外學(xué)者對油煙PM2.5濃度和成分進(jìn)行了研究。 ALLEN R 等[7]發(fā)現(xiàn)烹飪過程中PM2.5平均質(zhì)量濃度為5.5 mg/m3。 油煙顆粒物的化學(xué)組成復(fù)雜，富含有機碳（OC）、元素碳（EC）、無機離子、元素組分、PAHs、 有機酸等多種組分，其中OC 占比最高，為57.13% ～ 69.30%，EC 占比較小，只有2%左右[8-10]。李林璇等[11]對6 種餐飲源排放PM2.5樣品分析發(fā)現(xiàn)，居民廚房排放的顆粒物濃度略低于中餐館、 商場綜合餐飲和職工食堂，而PAHs 卻顯著高于職工食堂、中餐館和商場綜合餐飲。 閆廣軒等[12]通過編制新鄉(xiāng)市餐飲源PM2.5排放清單發(fā)現(xiàn)，家庭餐飲油煙中PM2.5排放量達(dá)到48～238 t/a，對餐飲源PM2.5總排放量的貢獻(xiàn)最大，貢獻(xiàn)率達(dá)到63%～78%。 吳雪偉等[13]通過對長春市餐飲油煙PM2.5和VOCs 排放清單的研究同樣發(fā)現(xiàn)，長春市轄區(qū)餐飲源PM2.5和VOCs 的最大排放源是家庭餐飲，其貢獻(xiàn)率分別為74%～81%和28%～78%。

餐飲油煙中包含多種VOCs，以烴類、醛酮類污染物含量較高，其次包括酸酯類、醇類和少量的多環(huán)芳烴類[14]。 ROGGE W F 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，烤肉過程中排放的VOCs 對城市大氣二次有機氣溶膠（SOA）的形成有較大影響。HUANG X 等[16]對比上海市不同類型餐館VOCs 排放特征發(fā)現(xiàn)，火鍋產(chǎn)生的VOCs 質(zhì)量濃度最高（1.9 mg/m3），其次是川菜（1.41 mg/m3），其它菜系均低于1.0 mg/m3。 王波等[17]對成都市不同居民住宅類型的油煙進(jìn)行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，VOCs 平均質(zhì)量濃度為0.856～3.695 mg/m3，因此估算出成都市住宅油煙VOCs 排放量為1 548.2 t/a。

2 餐飲油煙凈化技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 治理模式

為推動餐飲油煙污染全面減排，我國部分城市開始探索住宅樓居民家庭油煙治理，分為分散式治理和集中式治理2 類模式。 分散式治理模式指在每家每戶吸油煙機中增加油煙凈化模塊、 在吸油煙機連接管線上增加油煙凈化器。 由于相關(guān)產(chǎn)品種類較少，價格昂貴，尚難在居民家庭中普及。 集中式治理模式指將凈化裝置安裝在集中排氣道的頂部，充分利用樓頂空間，可將一整棟樓的油煙統(tǒng)一收集，統(tǒng)一凈化，該模式是當(dāng)前居民油煙治理的主要模式。

2.2 油煙凈化技術(shù)

目前油煙顆粒物凈化技術(shù)主要包括靜電法、機械法和洗滌法等[18]。 其中機械法采用折板式、濾網(wǎng)式或蜂窩波紋式格柵，利用慣性碰撞原理將粗顆粒分離[19]。 洗滌法是將洗滌液通過噴淋或霧化實現(xiàn)氣液接觸進(jìn)而去除污染物的方法。 洗滌法的油煙凈化效率可達(dá)50%～70%，但需定期更換洗滌液，并產(chǎn)生大量含油廢水[20]。 靜電沉積法是利用高壓放電使油煙顆粒物荷電，最終在電場力的作用下被捕集。靜電法相比其他技術(shù)對油煙顆粒物的凈化效率高，可達(dá)90%～98%，且設(shè)備占地面積小，是目前餐飲油煙治理的主流技術(shù)，但是其無法凈化VOCs[21]。

2.3 VOCs 凈化技術(shù)

餐飲油煙中VOCs 控制技術(shù)主要包括吸附法、光催化法、低溫等離子法以及催化燃燒法等。

（1）吸附法是指利用活性炭等多孔材料捕集油煙中的VOCs，該方法去除效率高，且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。 但隨著油霧的沉積附著，吸附能力將逐漸減弱，并且阻力增大，需要定期更換吸附劑，同時飽和吸附劑難以再生，極易造成二次污染[22]。

（2）光催化技術(shù)是指催化劑在光照作用下產(chǎn)生大量電子和空穴，氧化吸附在催化劑表面的VOCs可在常溫下進(jìn)行降解[23]。 王海龍[24]使用185 nm 紫外燈做光源，對餐飲油煙中甲苯 （C7H8） 和三氯乙烯（C2HCl3）的降解進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)口體積分?jǐn)?shù)為1 × 10-4時，C7H8和C2HCl3的降解效率均超過80%。 但紫外光易與空氣中的O2反應(yīng)產(chǎn)生O3，濃度比高壓靜電高96%以上[25]。此外，紫外燈使用壽命普遍較差，需要經(jīng)常更換維護(hù)。

（3）低溫等離子法通過在電極之間施加一定高壓，激發(fā)出大量高活性離子、電子和自由基等，可在短時間內(nèi)使VOCs 化學(xué)鍵斷裂，轉(zhuǎn)化成CO2和H2O[26]。低溫等離子法可在常溫下進(jìn)行反應(yīng)，操作簡單，被廣泛使用于低濃度惡臭異味廢氣的治理。 歐陽雨川[27]采用介質(zhì)阻擋放電等離子體反應(yīng)器（DBD）用于處理燒烤油煙VOCs 發(fā)現(xiàn)，其對VOCs 的平均凈化效率達(dá)到76.6%。 為克服等離子產(chǎn)生O3造成二次污染和能耗高等缺點，向東[28]將等離子與分子篩催化劑結(jié)合，考察了其對餐飲油煙特征污染物正己醛(C6H12O)的降解性能。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)合后對C6H12O 的去除率明顯提高，且能耗下降，CO2的選擇性在9 kV 時由單獨使用等離子體的39.2%提高至68.8%。

（4）催化氧化法是一種最為有效、可行的VOCs凈化技術(shù)，其關(guān)鍵在于高活性、高穩(wěn)定性的催化劑。催化劑的活性組分主要分為貴金屬和非貴金屬。 其中貴金屬中研究較多是Pt 和Pd。 葉長明[29]將Pt 和Pd 活性組分負(fù)載在涂有活性Al2O3的堇青石蜂窩陶瓷載體上，進(jìn)行油煙VOCs 催化氧化。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在較高溫度（300～360 ℃）下Pd 催化劑活性優(yōu)于Pt 催化劑，而在相對較低溫度（250～300 ℃）下Pt 催化劑的活性更高。 HO Y A 等[30]采用等體積浸漬法，在疏水性碳納米管上負(fù)載不同含量的Pt 并考察其對油煙中非甲烷總烴的催化性能。 結(jié)果顯示，當(dāng)Pt 負(fù)載量為2%，反應(yīng)溫度為200 ℃時，對餐飲油煙VOCs的凈化效率最高。非貴金屬催化劑由于價格低廉，在VOCs 催化氧化領(lǐng)域研究較為廣泛，其中Mn 基催化劑在餐飲油煙VOCs 催化中具有巨大的潛力[31]。 YI H 等[32]制備了一系列的堇青石負(fù)載TiO2，Al2O3，Mn-CeOx/TiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)Mn-CeOx/TiO2/堇青石催化劑催化性能最佳，當(dāng)溫度為400 ℃時對模擬的油煙廢氣中非甲烷總烴催化效率可達(dá)93.6%。 HUANG Y 等[33]以堇青石為載體制備了一系列過渡金屬氧化物催化劑（Mn，Co，F(xiàn)e，Cu，Ni，Cr）發(fā)現(xiàn)，MnOx對油煙非甲烷總烴的凈化效率最高。

3 管控機制

3.1 法律法規(guī)

2021年11月2日發(fā)布的 《中共中央國務(wù)院關(guān)于深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》 中明確提出：“加大餐飲油煙污染、惡臭異味治理力度”。這是在中央文件中首次提出餐飲油煙污染治理問題，充分說明了餐飲油煙污染治理工作重要性。目前，我國餐飲服務(wù)業(yè)的油煙污染控制相關(guān)的法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系已日趨完善，但對居民家庭油煙污染控制方面的管理尚處于一片空白。 廣東省先行先試編制了地方標(biāo)準(zhǔn)《樓宇集中式排放油煙治理技術(shù)規(guī)范》。 此技術(shù)規(guī)范規(guī)定了樓宇油煙集中治理和監(jiān)控的術(shù)語與定義、基本規(guī)定、設(shè)計、設(shè)備、施工與安裝、檢驗調(diào)試與驗收、運行與維護(hù)，適用于含有排氣道的樓宇中所使用的油煙治理系統(tǒng)及油煙監(jiān)控。

3.2 排放標(biāo)準(zhǔn)

2002年1月1日實施的GB 18483—2001《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定了餐飲單位油煙最高允許排放濃度和油煙凈化設(shè)施最低去除效率。近年來，全國多省、市根據(jù)各地區(qū)的實際情況，相繼出臺了地方標(biāo)準(zhǔn)，從增加控制指標(biāo)、收嚴(yán)排放限值、加強運行管理要求及優(yōu)化監(jiān)測效率等方面對油煙污染控制提供有力支撐。 餐飲業(yè)油煙污染物排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 餐飲業(yè)油煙污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

由表1 可知，山東省和河南省規(guī)定了不同規(guī)模餐飲服務(wù)單位的去除效率要求和濃度限值要求，上海和深圳對不同規(guī)模餐飲服務(wù)單位的去除效率要求和濃度限值要求進(jìn)行了統(tǒng)一，天津、北京和重慶則取消了去除效率的要求，深圳、北京、重慶和江蘇省增加了非甲烷總烴的濃度限值，但這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均不適用于居民家庭餐飲油煙控制。

4 試點項目調(diào)研情況

近年來，全國多個城市陸續(xù)試點居民油煙治理見表2。 部分試點項目建設(shè)運行情況見表3。

表2 部分試點項目技術(shù)路線情況

表3 部分試點項目建設(shè)運行情況

5 結(jié)論

結(jié)合部分試點項目實地調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)，居民家庭油煙治理借鑒了我國餐飲服務(wù)業(yè)的油煙污染控制經(jīng)驗，已取得較好的環(huán)保效果，但仍存在以下問題：

（1）餐飲油煙凈化技術(shù)裝備相對成熟，治理設(shè)施、煙道建設(shè)“良莠不齊”。當(dāng)前居民油煙收集和凈化系統(tǒng)存在新增公共煙道設(shè)計不合理不規(guī)范，導(dǎo)致油煙串味、倒灌、增加火災(zāi)隱患等問題；現(xiàn)有凈化設(shè)備主要針對油煙顆粒，對VOCs 協(xié)同治理的效果不佳；復(fù)合式凈化設(shè)施效率高，但安裝維護(hù)成本高，無自清洗功能。 此外，還存在噪音擾民問題。

（2）居民油煙安裝集中處理設(shè)施后，缺乏長期有效監(jiān)測監(jiān)管措施。由于凈化設(shè)備信息孤立，當(dāng)設(shè)備老化或者出現(xiàn)故障時不能及時進(jìn)行檢修。 國標(biāo)法監(jiān)測油煙排放濃度的方法是傳統(tǒng)取樣法，無法實現(xiàn)多點監(jiān)測和實時在線監(jiān)測。因居民家庭油煙數(shù)量多、分布散，單靠人力巡查工作復(fù)雜且效率低下，故難以達(dá)到監(jiān)控效果。

（3）當(dāng)前餐飲服務(wù)業(yè)的油煙治理法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系已日趨完善，但是針對居民廚房的油煙排放并未引起足夠重視。目前排放尚無法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求，且從規(guī)劃設(shè)計、施工安裝、竣工驗收到運行維護(hù)均缺少技術(shù)規(guī)范，導(dǎo)致市場混亂。 此外，公共煙道無具體標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，部分公共煙道建設(shè)不規(guī)范，不僅影響樓棟外立面美觀，而且存在安全隱患。

（4）居民家庭油煙排放面廣量大，治理設(shè)施建設(shè)成本高，全部依靠政府出資建設(shè)壓力巨大。當(dāng)前試點項目建設(shè)運維費用均由政府承擔(dān)，市場主動買單意愿不強，缺乏可持續(xù)的商業(yè)化運營模式。

6 展望和建議

住宅樓居民家庭油煙治理是一項系統(tǒng)工程，涉及到廚房排煙凈化系統(tǒng)的設(shè)計和選型安裝、 凈化設(shè)備技術(shù)和品質(zhì)控制、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、油煙污染物排放情況監(jiān)測以及設(shè)備設(shè)施定期清洗維護(hù)保養(yǎng)等多個環(huán)節(jié)。未來應(yīng)從以下幾個方面落實管控，實現(xiàn)餐飲油煙減排目標(biāo)。

（1）針對新舊住宅小區(qū)不同應(yīng)用場景，研發(fā)系統(tǒng)性收集、凈化設(shè)備。油煙顆粒物及VOCs 凈化技術(shù)的研發(fā)應(yīng)充分考慮建設(shè)及使用成本，同時做到設(shè)備噪音振動零污染、使用安全、占地小、能耗低，易維護(hù)或免維護(hù)，設(shè)備可長期穩(wěn)定高效運行。

（2）對居民家庭油煙集中治理設(shè)施安裝餐飲油煙在線監(jiān)測設(shè)備，構(gòu)建適用于居民家庭油煙面源污染控制的智慧化監(jiān)測管控平臺，并具備與監(jiān)管執(zhí)法機構(gòu)實時聯(lián)網(wǎng)的條件。 管控平臺實時顯示凈化設(shè)備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和定位運行異常的凈化設(shè)備，幫助企業(yè)降低系統(tǒng)運維成本，也可以通過大數(shù)據(jù)實現(xiàn)精準(zhǔn)溯源，降低監(jiān)管成本。

（3）研究制定一套符合典型新舊住宅樓特征的居民家庭油煙治理全過程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時探索將相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)積極納入建筑設(shè)計、建筑防火、綠色建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和體系中。

基于上述研究成果，積極探索出一條成熟可行的產(chǎn)業(yè)化推廣模式。