淺談餐飲油煙中典型VOCs催化氧化研究進展與應對措施

簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來，餐飲油煙逐漸成為城市大氣污染的主要來源之一，油煙中揮發性污染物對人體及環境均產生非常大的危害，對其治理刻不容緩。催化燃燒技術因具備去除效率高，無二次污染等優點在廢氣治理方面有著廣闊的應用前景。鑒于此，本文首先總結并分析了油煙中典型揮發性物的成分，發現油煙中烴類、醛酮類污染物含量較高，其次包括酸酯類、醇類和少量的多環芳烴類污染物。在此基礎上，綜述了催化燃燒技術對于凈化上述典型揮發性污染物的研究進展，并對近年來常用的催化劑包括貴金屬催化劑、非貴金屬催化劑及特定結構的催化劑進行了歸納和整理。結合油煙VOCs成分及其特點，總結了不同種類型的催化劑在油煙治理中的適用性，并對催化燃燒技術在油煙治理方面的研究前景做出了展望。

關鍵詞：餐飲油煙；催化氧化；烴；醛酮；酸酯；混合VOCs；餐飲油煙監測云平臺；安科瑞

0.引言

      餐飲油煙是指在烹飪過程中產生的煙氣，化學成分非常復雜，對人體和環境都有較大危害。其中的揮發性化合物（VOCs）容易與大氣中的O3、.OH等強氧化劑反應生成二次氣溶膠，并且在NOx存在的情況下發生光化學反應形成光化學煙霧，同時也是近年來夏季臭氧污染的來源之一，對環境有著很大的負面影響。同時，餐飲油煙對人體的影響也不容忽視，長期暴露在油煙的環境中，會影響人體的呼吸系統，流行病學證明餐飲油煙有一定的致癌風險。隨著大氣污染治理深入開展，餐飲油煙的治理得到進一步的重視，北京、上海、天津、深圳、重慶等地陸續出臺了針對餐飲業油煙排放的地方標準，將油煙排放限值設為1mg/m3，嚴于現有國家標準2mg/m3。此外，北京、深圳等多地新增了對顆粒物和非甲烷總烴排放濃度的限定。目前的油煙凈化方法主要是機械凈化法、靜電沉積法、洗滌吸收法、過濾吸收法等，這些處理方式主要聚焦于對油煙中油滴和顆粒物等的凈化，而對餐飲油煙中的VOCs去除率有限，不能滿足新的排放要求。對于油煙中揮發性處理多采用目前比較成熟的VOCs治理手段，包括吸附法、吸收法、生物法、等離子體法，催化氧化法等。其中，催化氧化法凈化VOCs是一種清潔的方法，其反應溫度低，無二次污染，并且可同時處理多種類型的VOCs，因此對于油煙中VOCs的凈化有著良好的應用前景。鑒于本文首先分析明確了油煙中VOCs的組成及特點，并針對典型VOCs代表物催化凈化所用催化劑的新研究進展進行調研，在此基礎上分析總結適用于催化凈化油煙VOCs的催化劑需要具備的結構特征，為油煙VOCs的催化凈化技術的開發提供一定的借鑒。

1.油煙排放特征

      餐飲油煙中揮發性物的種類非常復雜，包括烷烴、烯烴、芳香烴、醛酮、酸酯、醇及少量的多環芳烴等，且其成份和濃度會因食用油種類、烹飪溫度、烹飪方法、食材等不同而有較大差異，反應過程中產生的物可能還會進一步發生二次反應生成毒性或者難以降解。大量研究表明（圖1&表1），油煙中含量較高的VOCs種類為烴類化合物和醛酮化合物，此外伴隨一定量的醇類、酸酯類化合物及少量的呋喃和鹵代烴。

      烴類污物在餐飲油煙中的種類和含量豐富，主要包括碳C5-C30的正構烷烴、烯烴及芳香烴，其中的十二烷、十八烷、二十烷、甲苯、二甲苯等是重要的促癌物，因此烴類污染物是餐飲油煙中不容忽視的典型污染物之一。徐幽瓊等采用氣相色譜法分析了大豆油、花生油、玉米油和菜籽油油煙中烴類物質的含量，4種植物油產生油煙中烷烴總含量依次占總檢出污染物含量的49.74%、99%、99%和30.96%，其中菜籽油油煙中苯乙烯含量高達69.04%。何萬清等用氣質聯用法測定了花生油、葵花籽油、大豆油、調和油及橄欖油等5種植物油在260℃生成油煙的組分（圖1），結果發現烷烴、烯烴、芳香烴均是油煙主要成分，進一步測得烴類主要包括正戊烷、正庚烷、正辛烷、十四烷、十五烷，而烯烴主要有辛烯、庚烯。芳香烴則以甲苯為主，其次還包括二甲苯、乙苯。

       大量研究表明，醛酮類污染物在油煙中的含量僅次于烴類，是油煙中另一典型揮發性污染物。朱杏冬等、汪篤權等和Zhang等分別測得在菜籽油、色拉油、豬油等多種油品所產生的油煙中醛類污染物含量將近占油煙中揮發性物的1/2。油煙中主要的醛類成分因烹飪條件的不同存在差異，何萬清等實驗檢測出的醛類以己醛為主，其次有庚烯醛、戊醛等；Peng等檢測到油煙中濃度較高的醛為己醛和癸二烯醛，其次為乙醛、丙醛、丁醛等。史純珍等用液相色譜法研究烹飪過程中產生的羰基化合物污染排放特征，發現油炸過程產生的油煙VOCs中含量較多的為，占比81.0%，其次為己醛和二。這些研究結果均表明醛酮類物是油煙中不可忽視的污染組分，且因其具有毒性和誘變性，對人體危害較大，在油煙凈化過程中應受到高度重視。

       酸類和酯類污染物也是餐飲油煙中含量較高的一類揮發性物。劉中文等通過GC-MS在食用烹調油（大豆油）所產生的油煙中檢測出多種酸酯類物質。其中脂肪酸酯主要包括鄰苯二甲酸二丁酶、壬酸甲酯、9-十八碳烯酸甲酯及其異構體15-十八碳烯酸甲酯，脂肪酸主要是油酸、亞麻酸。何萬清等檢測到以棕櫚酸、油酸乙酯等為代表的酸酯類物質在油煙中也有著相對較高的含量。其中的不飽和脂肪酸如油酸和亞麻酸，還易發生氧化反應進一步轉化為醛和酮，因此餐飲油煙中的酸類和酯類污染物的去除也應受到關注。

       醇類污染物在餐飲油煙中也占有很大的比重，何萬清等在五種食用油產生的餐飲油煙中都檢測到10種及以上的醇類，如戊醇、乙基乙醇、十二醇等，并將醇與烴類、醛酮、酸酯等一并列為油煙中的主要污染物質。很多餐飲源實地油煙組分檢測中也同樣檢測有大量醇類。雖然醇類污染物毒性較低，但易發生反應生成醛類等高毒性污染物，因此在油煙的催化氧化中，也不可以忽略。

2.油煙典型VOCs組分催化氧化研究進展

      揮發性物催化凈化常用的催化劑有貴金屬催化劑、非貴金屬氧化物催化劑等。這些催化材料雖然在特定種類的VOCs凈化過程中有著大量的研究，但在多組分的VOCs凈化體系中，其適用性仍需具體分析。油煙中VOCs成分復雜，不同種類的VOCs在催化過程中可能存在著相互影響進而對催化路徑和催化效果產生不同程度的影響，因此對于催化劑有更高的要求。在此，首先對油煙中典型污染物組分催化氧化催化劑的新研究進展進行綜述，在此基礎上分析各類VOCs催化氧化所需要催化材料的結構共性，為開發的油煙多組分VOCs催化凈化催化劑奠定基礎。

3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監測云平臺

      為了彌補現存餐飲行業在煙油監測上的漏洞，同時便利監管部門的監察，安科瑞油煙監測云平臺應運而生。油煙監測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數據交互，系統能夠對企業餐飲設備的開機狀態、運行狀態進行監控；實現開機率監測，凈化效率監測，設施停運

告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數據進行統計分析、等統計功能；較之傳統的靜電監測方案，更具實效性。平臺預留與其他應用系統、設備交互對接接口，具有很好的擴展性。

3.1平臺結構

      平臺GIS地圖采集餐飲油煙處理設備運行狀態和油煙排放的濃度數據，自動對超標排放及異常企業進行提示預警，監管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業整改設備，并定期清洗、維護，實現減排環保，不擾民等目的。現場安裝監測終端，持續監測油煙凈化器的工作狀態，包括設備運行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時結合排煙口的揮發性物質、顆粒物濃度等進行對比分析，一旦排放超標，系統會發出異常信號。

■油煙監測設備用來監測油煙、顆粒物、NmHc等數據

■凈化器和風機配合對油煙進行凈化處理，同時對凈化設備的電流、電壓進行監測

■設備通過4G網絡將采集的數據上傳至遠程云端服務器

3.2平臺主要功能

   （1）在線監測

      對油煙排污數據的監測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數值采集監測；同時對監控風機和凈化器的啟停狀態、運行數據進行監測。

      (2)告警數據監測

      系統根據采集的油煙數值大小，產生對應的排放超標告警；對凈化器的運行數據分析，上傳凈化設備對應的運行、停機、故障等告警事件。

      (3)數據分析

      運行時長分析，離線分析；告警占比、分析；歷史數據統計等。

     (4)隱患管理

     系統對采集的告警數據分析，產生對應的隱患記錄，派發、處理隱患，及時處理告警，形成閉環。

     (5)統計分析

     包括時長分析、超標分析、歷史數據、分析報告等模塊。

     (6)基礎數據維護

     個人信息、權限維護，企業信息錄入，對應測點信息錄入等。

     (7)數據服務

      數據采集，短信提醒，數據存儲和解析。

3.3油煙監測主機

      油煙監控主機是現場的管理設備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進行數據處理，通過有線或無線網絡通訊將數據傳輸到服務器平臺。同時，對本地數據進行存儲，監控現場設備狀態，提供人機操作界面。

具體技術參數如下：

3.4設備選型方案

注：雙探頭適合雙排煙通道的場合，每路探頭監測1路排煙通道。

4.結語

      油煙組分多樣，所涉及的反應過程復雜，催化溫度相對較高，且有一定的含濕量，因此催化劑除了要有良好的催化性能外，還應具有良好的抗水、抗結焦、抗失能及良好的熱穩定性。另外餐飲油煙中多種VOCs在去除過程中存在一定的相互影響作用，如因對吸附點的競爭而存在優先吸附現象，在混合條件下反應路徑存在相互影響等，與單一組分VOCs催化氧化存在一定差別，因此在今后的研究中，也應結合油煙VOCs的自身特點，設計構建更適合油煙催化氧化的催化劑。

【參考文獻】

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[5]安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監測云平臺.2020.05版.

作者簡介：

簡婷，女，現任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事餐飲油煙監測的研發與應用。