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淺析餐飲源VOCs組成特征及應對措施
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0.前言

        suizhewoguocanyinxingyedekuaisufazhan,canyinyouyanwuranyichengweichengshidaqiwurandezhongyaolaiyuanzhiyi。canyinchangsuozhuyaofenbuzairenkouchoumideshangyequhejuminqu,zaipengrenguochengzhongchanshengdeyouyanwuranwujuyoushuduo、覆蓋麵廣、汙染源分散、汙(wu)染(ran)不(bu)易(yi)擴(kuo)散(san)等(deng)特(te)點(dian),對(dui)城(cheng)市(shi)大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)的(de)貢(gong)獻(xian)僅(jin)次(ci)於(yu)機(ji)動(dong)車(che)汙(wu)染(ran)源(yuan)和(he)工(gong)業(ye)源(yuan)。此(ci)外(wai),居(ju)民(min)針(zhen)對(dui)烹(peng)飪(ren)油(you)煙(yan)刺(ci)激(ji)性(xing)氣(qi)味(wei)的(de)投(tou)訴(su)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)。據(ju)相(xiang)關(guan)調(tiao)查(zha),對(dui)餐(can)飲(yin)油(you)煙(yan)汙(wu)染(ran)的(de)投(tou)訴(su)占(zhan)所(suo)有(you)環(huan)境(jing)投(tou)訴(su)的(de)30%-40%,引起了有關部門的極大關注。

       中國的烹飪風格以油炸、燒烤、蒸(zheng)煮(zhu)和(he)爆(bao)炒(chao)為(wei)主(zhu),與(yu)西(xi)方(fang)單(dan)一(yi)的(de)烹(peng)飪(ren)方(fang)式(shi)相(xiang)比(bi),更(geng)容(rong)易(yi)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)的(de)油(you)煙(yan)。目(mu)前(qian)我(wo)國(guo)使(shi)用(yong)的(de)油(you)煙(yan)機(ji),隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)機(ji)械(xie)作(zuo)用(yong)去(qu)除(chu)大(da)顆(ke)粒(li)的(de)油(you)滴(di),而(er)顆(ke)粒(li)物(wu)和(he)VOCs則ze通tong過guo管guan道dao轉zhuan移yi到dao室shi外wai,並bing未wei進jin行xing有you效xiao處chu理li。餐can飲yin油you煙yan的de成cheng分fen複fu雜za並bing包bao含han較jiao多duo有you毒du物wu質zhi,這zhe些xie混hun合he物wu若ruo通tong過guo無wu組zu織zhi排pai放fang,在zai大da氣qi環huan境jing中zhong逐zhu漸jian積ji累lei,短duan期qi內nei會hui對dui當dang地di空kong氣qi質zhi量liang和he人ren類lei健jian康kang有you顯xian著zhu影ying響xiang。因yin此ci,亟ji需xu發fa展zhan綠lv色se高gao效xiao的de淨jing化hua技ji術shu對dui餐can飲yin油you煙yan汙wu染ran進jin行xing控kong製zhi。本ben文wen針zhen對dui餐can飲yin油you煙yan汙wu染ran處chu理li難nan題ti,結jie合he餐can飲yin油you煙yanVOCs的組成特征,總結油煙VOCs淨化技術研究進展及其難點和熱點問題,為進一步研究油煙VOCs淨化提供參考和思路。

 

⦁ 油煙VOCs的形成、組成特征及危害

1.1 油煙VOCs的形成

      烹飪油煙是指食物在高溫烹製過程中與食用油反應,生成各種脂質熱氧化和分解的混合

物,主要包括固態顆粒物和氣態汙染物。油煙的形成主要有三個階段:當加熱溫度為50℃–100℃時,油脂中所含低沸點物質和水分發生汽化,小分子物質散發;溫度為 100℃–260℃時,食用油所含沸點較高的物質發生汽化並分解,形成小油滴(>10 μm);加熱到 260℃以上,高沸點物質急劇汽化,形成大量細顆粒物(0.1–10 μm)。當各階段產生的混合氣體在上升過程中與空氣發生碰撞,溫度迅速下降,形成含冷凝物的氣溶膠,各種混合物散逸至大氣中。

1.2 油煙VOCs組成特征 

      餐飲油煙VOCs的化學成分較為複雜,其化學特性因烹飪風格、烹飪原料、加熱溫度等不同而有很大差異。何萬清等[10]以菜籽油為例,對在不同溫度下加熱產生的油煙VOCs組分進行分析,實驗結果如圖 1 所示。當加熱溫度從130℃上升到260℃時,葵花籽油排放的VOCs的種類和濃度水平都呈上升趨勢。其中,烷烴和醛酮類化合物隨著溫度的升高而升高,且濃度變化範圍較大。

圖 1 葵花籽油在不同溫度下的 VOCs 排放濃度

      zhang 等測定同一溫度(270℃)下,五種食用油油煙 VOCs 排放種類及濃度。實驗得到,五種食用油 VOCs 的排放濃度依次為:菜籽油(81.0 mg/m3)>大豆油(75.5 mg/m3)>花生(70.9 mg/m3)>玉米油(60.3 mg/m3)>豬油(20.5 mg/m3),這表明富含不飽和脂肪

     酸的植物油在270℃下比富含飽和脂肪酸的豬油排放更多VOCs。黃永海考察在260℃時,大豆油、花生油和調和油三種食用油非甲烷總烴(Non-methane hydrocarbons,NMHCs)、醛類和苯係物的排放濃度。實驗得出,大豆油加熱產生的油煙中 NMHCs的濃度(31588.33 ppm)明顯高於其他兩種食用油,但三種食用油排放的醛酮類和苯係物濃度水平相當。相比之下,大豆油在高溫狀態下產生的 VOCs 濃度(31995.37 ppm)最高,而花生油和調和油的VOCs 排放濃度相當。綜上所述,烹飪油煙 VOCs 的化學成分主要包括烴類、醛酮、醇類及其他雜環化合物。不同食用油在高溫狀態下排放的 VOCs 種類和濃度都不相同,其中富含不飽和脂肪酸的植物油產生的油煙VOCs濃度最高。

      為了解不同類型餐飲源對 VOCs 排放的種類和濃度水平的影響,圖 2 對比了不同菜係油煙 VOCs 濃度水平和種類。Huang 等重點研究上海五種類型餐館(火鍋、川菜、粵菜、西餐和正宗上海菜)VOCs 的排放特性。研究發現,火鍋在室內排放油煙產生的VOCs質量濃度最高(1.90 mg/m3),其次是川菜(1.41 mg/m3)、西餐(0.66 mg/m3)、粵菜(0.63 mg/m3

)和上海菜(0.61 mg/m3)。烷烴是五種菜係的主要 VOC 汙染物,所占比例為 34.4%~71.7%。崔彤等研究北京 5 家不同菜係(燒烤類、中餐、西餐、川菜和浙菜)油煙 VOCs 的排放特征。結果顯示,5 種菜係油煙 VOCs 的排放濃度從高到低依次為:燒烤類(12.22 mg/m3)>中餐(4.28 mg/m3)>西餐(5.79 mg/m3)>川菜(5.45 mg/m3)>浙菜(3.93 mg/m3)。燒烤類與非燒烤類菜係油煙排放的汙染物種類有顯著差別。燒烤類 VOCs 排放主要是以烴類化合物為主,占所有組分的 89.65% 。非燒烤類菜係的烹飪排放中,烷烴和醛類是主要汙染物。徐敏等[以北京烤鴨作為研究對象,通過氣相色譜–質譜聯用儀分析,共檢測出 58 種 VOCs。其中醛酮類和脂類等碳鏈較短的化合物含量較高,C1-C3 物質所占比例 72.27%。同tong時shi指zhi出chu,由you於yu烤kao鴨ya烤kao製zhi溫wen度du較jiao高gao,使shi大da分fen子zi物wu質zhi分fen解jie為wei小xiao分fen子zi物wu質zhi,與yu烹peng飪ren油you煙yan產chan生sheng的de有you機ji物wu濃nong度du大da不bu相xiang同tong,因yin此ci不bu具ju有you明ming顯xian的de線xian性xing相xiang關guan。

圖 2 不同餐飲源 VOCs 排放濃度

1.3 油煙的危害

1.3.1 環境效應

        餐飲油煙的排放對空氣質量和人類健康都有顯著影響,其具體環境效應和健康風險如圖

3 所示。烹飪產生的 PM2.5等細顆粒物是城市環境霧霾汙染和室內汙染的重要貢獻者。有研究表明,與西方烹飪風格相比,中國烹飪風格所產生的 PM2.5 含量較高。活性 VOCs 能促進大氣中的羥基自由基、臭氧和二次有機氣溶膠(secondary organic aerosol,SOA)的形成,

       導致光化學煙霧事件並加快二次顆粒物的生成,對城市和區域環境質量影響較大究表示,烹飪會釋放出 SOA 前體,例如烯烴(

汽車尾氣具有相同的 SOA 排放產量。

1.3.2 毒理學效應

       烹飪排放的汙染物包含多種有毒化合物,研究表明,這些化合物對人體產生肺毒性、免疫毒性、遺傳毒性和潛在致癌性等。Lu等設計十一種烹飪菜肴研究中國家庭烹飪呼吸區PM2.5 的排放及對人體健康的影響。結果表明,烹飪的直接呼吸區 PM2.5 平均濃度接近0.60mg/m3,比中國國家室外空氣標準(GB3095-2012,0.075 mg/m3)高約8倍,可導致較高的人類健康風險。油煙汙染的潛在健康風險往往會影響到長期烹飪的人。劉占琴等觀察大鼠吸入1ppm的油煙對肺部的影響。結果顯示,染毒24h後(hou),巨(ju)噬(shi)細(xi)胞(bao)有(you)明(ming)顯(xian)減(jian)少(shao),乳(ru)酸(suan)脫(tuo)氫(qing)酶(mei)等(deng)物(wu)質(zhi)含(han)量(liang)增(zeng)多(duo),產(chan)生(sheng)急(ji)性(xing)炎(yan)症(zheng),對(dui)肺(fei)組(zu)織(zhi)和(he)機(ji)體(ti)造(zao)成(cheng)損(sun)傷(shang)。實(shi)驗(yan)和(he)調(tiao)查(zha)發(fa)現(xian),烹(peng)飪(ren)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)非(fei)吸(xi)煙(yan)亞(ya)洲(zhou)婦(fu)女(nv)患(huan)有(you)肺(fei)癌(ai)有(you)關(guan)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi),相(xiang)對(dui)風(feng)險(xian)為(wei) 1.4-3.8。同時,油煙顆粒黏附在皮膚上會加速皮膚組織老化,生成皺紋,色斑等。

圖 3 餐飲油煙 VOCs 的環境效應與健康風險示意圖

 

⦁ 油煙 VOCs 淨化技術

餐飲油煙的淨化主要是針對 VOCs 廢氣的處理。VOCs 控製技術分為回收技術和破壞性技術。回收技術是對汙染物進行物理處理,主要包括吸附法、吸收法等;破壞性技術是用化學方法將VOCs氧化分解為CO2 和 H2O 等無汙染的物質,主要包括催化燃燒法、低溫等離子體法等。兩種控製技術的工作原理和性能對比如表 1。

表 1 油煙 VOCs 淨化技術工作原理與性能對比

2.1 回收技術

2.1.1 吸附法

吸附法的基礎是多孔性材料選擇性的從油煙廢氣中吸收一種或多種 VOCs。根據吸附劑的性質不同,一般可分為無機吸附劑、有機吸附劑以及無機-有機混合吸附劑。表2對比

了用於VOCs處理的吸附劑性能和工作條件。

表 2 吸附劑的工作條件和吸附能力對比

      劉超等考察用碳化法製備的油茶果殼炭吸附劑對油煙的吸附性能。結果顯示,油茶果殼炭達到吸附最大容量(122.6 mg/g)的最優條件為:油煙進口濃度為 50 mg/m3,體積空速 1.7/h,吸附劑床層高度為 40cm。魏玉濱等利用負載MnO2的蜂窩活性炭與臭氧協同作用考察其對油煙VOCs 特征汙染物乙醇的吸附性能。負載 MnO2活性炭對乙醇具有明顯的吸附緩衝性能和催化氧化分解的作用。在反應時間<150 min 時,乙醇去除率達到 80%-90%。然而當反應時間>150 min,吸附劑性能下降,最終去除率維持在 30% -40%。Lee等將椰子殼活性炭(GAC)表麵進行酸和堿改性,探究經過酸或堿處理後的 GAC 對鄰二甲苯的吸附性能。結果表明,在鄰二甲苯濃度為 393-504 mg/m3,吸附停留 16.8 s 的條件下,經過堿處理的GAC 吸附容量最大(305.7 mg/g),與酸處理後的GAC相比,堿處理後的GAC表麵接受量增加26.5%。Cosseron 等用水熱法分別合成矽石-1 沸石、SSZ-23 沸石、CHA 型沸石和 BEA 型沸石四種吸附劑,在三種不同的溫度 25、75 和 150℃下,分別考察其動態吸附丙酮能力。實驗測得,在25℃時,四種吸附劑的吸附能力最大,依次為:BEA 型沸石(141.1 mg/g)> CHA 型沸石(124.9 mg/g)>矽石-1 沸石(105.7 mg/g)>SSZ-23 沸石(5.81 mg/g)。

吸附法被較多應用於VOCs 的分離和回收/銷毀,但吸附劑利用率較低,設備維護成本較高,對於吸附油煙 VOCs 的應用案例較少。因此,選擇合適的吸附劑對有效吸附油煙 VOCs至關重要。一種理想的去除VOCs的吸附劑應具有:高吸附容量、熱穩定性強以及高疏水性等優良性質。既保證了循環吸附再生的使用,同時克服常見的水蒸氣的競爭性吸附。

2.1.2吸收法

      xishoufadejinghuaxiaoguowangwanggenxishouyedexuanzehexishoushebeiyouguan。xiaoxiaocaiyonggupaoxishoudefangshi,kaochaheshipeibidefutanweiruyexishoujiduijiabendexishouxingneng。dangshiyanshijian<1500 min,甲苯濃度<4000 mg/m3,處理容量為 1-2 m3/(kg·h)時,甲苯的淨化率大於 90%。楊驥等用質量分數為 1%的 NaOH 與 1%洗滌劑的混合液為吸收液,測定其對油煙的淨化率。實驗發現當吸收塔填料高度為 5-6 cm,淋洗量為300ml/min 時,淨化效率達到 80%以上。但連續使用 3d,每天使用 1h 後,吸收液會出現渾濁、絮凝的現象。

      為(wei)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)吸(xi)收(shou)效(xiao)率(lv),研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)也(ye)進(jin)行(xing)了(le)大(da)量(liang)實(shi)驗(yan),嚐(chang)試(shi)開(kai)發(fa)新(xin)型(xing)吸(xi)收(shou)設(she)備(bei),其(qi)中(zhong)超(chao)重(zhong)力(li)旋(xuan)轉(zhuan)填(tian)料(liao)床(chuang)是(shi)目(mu)前(qian)較(jiao)為(wei)典(dian)型(xing)的(de)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)吸(xi)收(shou)技(ji)術(shu)。劉(liu)海(hai)弟(di)[36]等用不同種類的吸收液,研究旋轉填料床對油煙的吸收性能。結果表明,當以0.2%的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)水溶液為吸收液,旋轉床轉速為 900-1000 r/min 時,油煙淨化效率接近 80%,tongshiyeyouxiaozhengminglechaozhonglijishukeyixianzhutigaoqitizaijiezhizhongdechuanzhisulv。zhangxiudongyanjiuchaozhongliyouyanjinghuashebeidejinghuaxiaolvbingkaochabutongnongdudejianxingxishouyedexishouxingneng。jieguobiaoming,dangjianxingrongyenongduwei5%時,在超重力因子β為257,氣液比為600的條件下,油煙淨化率能達到92%。

      吸xi收shou法fa淨jing化hua效xiao率lv較jiao高gao,並bing可ke回hui收shou利li用yong廢fei氣qi中zhong的de有you用yong物wu質zhi。但dan吸xi收shou設she備bei占zhan地di麵mian積ji大da,且qie吸xi收shou廢fei液ye的de處chu理li並bing沒mei有you規gui範fan合he理li的de方fang法fa,易yi產chan生sheng二er次ci汙wu染ran,在zai油you煙yan淨jing化hua行xing業ye也ye未wei大da力li推tui行xing。

2.2 破壞技術

2.2.1生物降解法

      生物降解法是涉及氣、液、固三相及生化降解的過程,影響因素較多,國內主要集中在優勢高效菌種的篩選、填tian料liao性xing質zhi的de研yan究jiu及ji工gong藝yi的de研yan究jiu等deng,但dan其qi相xiang關guan研yan究jiu和he實shi際ji應ying用yong還hai並bing不bu多duo。在zai實shi驗yan室shi規gui模mo上shang,馬ma紅hong妍yan利li用yong生sheng物wu降jiang解jie法fa,從cong被bei油you煙yan長chang期qi汙wu染ran的de土tu壤rang中zhong篩shai選xuan出chu混hun合he菌jun株zhu作zuo為wei掛gua膜mo微wei生sheng物wu,選xuan用yong玉yu米mi芯xin為wei填tian料liao進jin行xing油you煙yan淨jing化hua實shi驗yan。結jie果guo表biao明ming在zai係xi統tong運yun行xing穩wen定ding後hou,在zai保bao證zheng降jiang解jie率lv和he排pai放fang濃nong度du兩liang項xiang指zhi標biao的de前qian提ti下xia,油you煙yan廢fei氣qi進jin氣qi濃nong度du低di於yu40.0 mg/m3 時,出氣濃度可達到 0mg/m3,此時油煙廢氣去除率保持在90%以上。廖雷等通過活性汙泥馴化,對烹飪煙霧中汙染物的生物降解性進行了研究。結果表明,在進氣口溫度為 50-70℃,油煙濃度低於33mg/L時,淨化率為80%以上。

       劉超等利用馴化成熟的活性汙泥進行油煙生物降解的研究。結果顯示,初始階段36h內液相油煙濃度由32.11 mg/L 迅速降至14.45 mg/L,比降解速率為0.001699 h-1,降解率可維持在80%以上。然而隨著降解時間的增加,比降解速率逐漸減小至0.000447 h-1,說明油煙濃度過低時,不足以提供微生物營養,導致降解速率降低。

生物降解法設備簡單,油煙淨化效率較高。但易受溫度、進氣流量等影響,降解效率下

降。目前,也尚未在油煙淨化行業較多應用。

2.2.2催化燃燒法

      近年來,大量研究集中於通過催化氧化對揮發性有機化合物進行降解。一般來說,在這些過程中使用的兩種基本類型的催化劑:負載貴金屬催化劑和過渡金屬氧化物。貴金屬基催化劑有 Pt、Pd、Au 等,由於其優越的活性和易於再生而得到研究。然而,其應用受到高成本、熱穩定性差等限製。近年來,過渡金屬氧化物催化劑由 Cu、Co、Ce 等元素組成。因具有較高的催化活性和良好的熱穩定性,被認為是貴金屬催化劑的合適替代品。表 3總結了近年來用於催化降解油煙VOCs的金屬催化劑。

表 3 不同金屬催化劑的油煙淨化率

       jinnianlai,duiyufuzaixingjinshucuihuajideyanjiuyuelaiyueduo。jinshuzaitidefuzaifangshihezhongleibutongdouhuiduicuihuajidewendingxinghehuoxingchanshengyingxiang。keqidengcaiyongdengtijijinzifa,zaiγ-Al2O3 材料上負載不同含量的CuO 製備了一係列CuO/γ-Al2O3 催化劑並考察其對對油煙催化性能。結果顯示,當催化劑載體負載20%的氧化銅,氣體流量為5 L/min,催化溫度 350℃時,對油煙廢氣淨化率可達88.6%。而邱晉卿以γ-Al2O3 為載體製備 La0.8Sr (0.2) MnO3/γ-Al2O3 催化劑並利用自製的油煙裝置測試其催化效果。當 La0.8Sr (0.2) MnO3 的負載量為 20%,催化溫度為250℃時,油煙淨化效率達97.3%。

       金屬載體的負載量和促進劑的添加也會對催化劑的穩定性和活性產生影響。左樂[以γ-Al2O3 為載體,製備一係列負載量不同的La0.8Ce0.2CoO3/γ-Al2O3 催化劑。負載量為30%的La0.8Ce0.2CoO3/γ-Al2O3 催化劑在催化溫度為 300℃時,油煙廢氣的淨化效率最高為 88%,但對於苯係物質並不能完全降解。王建以摻雜不同 Mn 含量(0~40%)的 Ce0.5–xZr0.5–xMn2xO2為載體,製備一係列新型催化劑並測試其對烹飪油煙的催化效果。結果表明,當 Mn 含量20%(X=0.1)時製備的 Pt/γ-Al2O3/Ce0.4Zr0.4Mn0.2O2催化劑催化性能較好,油煙完全轉化溫度僅為222℃。Yang 等以 Al2O3 為載體,MnO2/CuO為原料,研製了一種新型催化劑並測試其對油煙的淨化效果。實驗表明,催化劑 MnO2/CuOAl2O3與油煙廢氣接觸時間小於1s,可以礦化大多數有機物。當接觸時間延長至 3.18 s,可以在 200℃的低溫下實現96%的淨化效率。催化燃燒法是目前控製末端 VOC 排放的最有前途的方法之一。催化燃燒法可以有效處理中、低濃度的VOCs,在相對較低的溫度下實現 VOCs 的分解,減少二次汙染。因此,對於催化劑的設計和製備的研究仍是當下的熱點問題。

2.2.3低溫等離子體技術

       低溫等離子體已被報道為一種非常有效的VOCs分解方法,它可在短停留時間內實現高電子能量,使VOCs化學鍵斷裂,達到淨化效果。常用於VOCs降解的低溫等離子體放電方式可以分為:滑動電弧放電、電暈放電、輝光放電、介質阻擋放電等。吳蕭等分別測定不同介質阻擋放電反應器對烹飪油煙中三種典型 VOCs(苯、乙酸乙酯和二氯甲烷)的淨化率。結果表明,低溫等離子體法對鹵代烴降解效果較好,而芳香烴相對較難;無論工藝條件如何,與單介質反應器相比,雙介質反應器對三種有機物的降解效果較好。以苯為例,當雙介質反應器放電功率為63.9 W,混合氣體濃度低於 696 mg/m3,氣體流速為 100 L/h 時,有機物的降解率在 90%以上。Holzer F 等以低 ppmv 濃度的 2-甲基吡嗪、壬醛、反式-2-壬烯醛等為目標混合物,分別研究其在不同環境條件下(潮濕空氣和氧氣、氬氣混合物)低溫等離子體的氧化。結果表明,在 25 kV 電壓下,與氧氣和氬氣混合物條件相比,潮濕空氣下O3 和 CO 產生濃度較低,分別為2100 ppmv 和50ppmv,並且對CO2選擇性較高,轉化率可達到92%。該實驗證明了低溫等離子技術作為降解烹飪產生的VOCs的潛力,提出了等離子體催化與等離子吸附的方法設想,為後續實驗研究提供了新思路。

低溫等離子體技術在操作方便、能耗低、氧化降解活性高等方麵表現出巨大的優勢。但該技術高效處理的同時,易導致二次產物的形成、能源效率較低,甚至增加了氣體總毒性。因此,該技術仍需進一步優化。

2.2.4複合技術

⦁ 等離子體–催化技術

     等離子體–催化技術副產物的形成和低能量效率限製了等離子體技術的應用。為解決該問題,可以采用等離子體–催化技術,催化劑的加入可以有效地提高係統效率,特別是對於低濃度的 VOCs 降解。圖 4 為 VOCs 在等離子體–催化係統中可能發生的降解機理[51]。催化反應的兩個重要模型是活 性 位 點 ( Langmuir-Hinshelwood ) 模 型 和 氣 固 界 麵 ( Eley-Rideal )模型 。Langmuir-Hinshelwood 機製是類似活動位點上兩個吸附分子之間的表麵反應;Eley-Rideal機製是吸附分子和氣相分子之間的反應[52]。放電產生的活性粒子和 VOCs 吸附在催化劑表麵,在兩種模型下發生反應,將 VOCs 及其中間產物降解,減少副產物生成。

圖 4 VOCs 在典型低溫等離子體?催化體係內的降解機理

Li 等用等離子體-催化法分別用於乙醛和苯的降解。結果表明,單一的介質阻擋放電法對乙醛和苯的去除率分別達到 62.0%和 39.1%,同時產生了一些毒性副產品和有機物中間體,如 NOx、O3 等。特別是,O3 的形成可以達到 180 ppmv 以上。而反應器中引入 Co–OMS-2催化劑後,乙醛的去除效率可保持在 100% ,並且避免了 O3 副產物的形成。Y.S.Mok 等采用γ-Al2O3 顆粒填料的介質阻擋放電反應器處理氣態甲苯。研究表明,將吸附甲苯後的γ-Al2O3 顆粒填料通過反應器,甲苯可被氧化為 CO和 CO2,並觀察到在140w高放電功率下,CO和CO2的濃度下降得更快,可用於氧化吸附甲苯的活性物質增多。CO和CO2的排放在大約10 min 內完成。在 10 min 中輸送到反應器的電能約等於 84000J,計算出處理甲苯的能量產率可達到 41.2 J/μmol。

Yao等通過共沉澱法製備三種不同的堿改性Co-Mn 催化劑,並將其用於等離子體催化係統中己醛(油煙代表物)的去除。實驗表明,將未改性的 Co-Mn 催化劑放入係統中,該催化劑在短時間內(60 min)吸附己醛達到飽和。而改性後的 CoMn-Na 催化劑則在570 min後達到吸附飽和,同時將已吸附飽和的 CoMn-Na 催化劑放入等離子體反應器中,整個係統在體積空速為 47700 h-1時,對己醛的去除率為99.4%,同時與其他兩種催化劑相比,Na 改性催化劑的CO2選擇性也提高了75.4%。這項實驗證明了等離子體催化係統是去除己醛的一種高效方法,也可應用於實際應用。

2)低溫等離子體–光催化技術

低(di)溫(wen)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)與(yu)光(guang)催(cui)化(hua)協(xie)同(tong)的(de)複(fu)合(he)技(ji)術(shu)目(mu)前(qian)還(hai)在(zai)進(jin)行(xing)技(ji)術(shu)開(kai)發(fa)和(he)試(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu),並(bing)未(wei)產(chan)量(liang)化(hua)。等(deng)離(li)子(zi)體(ti)和(he)光(guang)催(cui)化(hua)處(chu)理(li)相(xiang)結(jie)合(he),可(ke)提(ti)高(gao)光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)表(biao)麵(mian)的(de)電(dian)子(zi)激(ji)發(fa)速(su)率(lv),進(jin)一(yi)步(bu)促(cu)進(jin)光(guang)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)催(cui)化(hua)效(xiao)果(guo),同(tong)時(shi),也(ye)有(you)望(wang)解(jie)決(jue)次(ci)級(ji)產(chan)物(wu)形(xing)成(cheng)的(de)問(wen)題(ti)。

Sun 等以活性炭纖維為載體,二氧化鈦(TiO2)為wei原yuan料liao製zhi備bei一yi種zhong改gai性xing光guang催cui化hua劑ji並bing考kao其qi在zai等deng離li子zi體ti反fan應ying器qi中zhong對dui甲jia苯ben的de降jiang解jie效xiao果guo。結jie果guo表biao明ming,與yu單dan一yi等deng離li子zi體ti反fan應ying器qi的de淨jing化hua效xiao率lv相xiang比bi,等deng離li子zi體ti驅qu動dong的de光guang催cui化hua係xi統tong能neng顯xian著zhu提ti高gao甲jia苯ben的de去qu除chu效xiao果guo。在zai放fang電dian電dian壓ya為wei10 kV 時,淨化效率提高 16%,達到80.91%。黃海保[58]在穩定狀態下,向等離子體餘輝區引入UV、UV/TiO2和TiO2,研究同時去除甲苯和O3的效率。結果表明,引入 UV/TiO2後,對甲苯的淨化率達到 82.2%,O3 去除率為90%。與單一等離子體技術相比,甲苯和 O3的去除率分別提高了80%和 87%。低溫等離子體與光催化技術不僅有效提高了甲苯和 O3的淨化率,也證實了 O3作為活性氧的前驅體在甲苯的分解當中起到了非常重要的作用。

3)熱催化–光催化技術

      Kong 等分別測試了Pt/SrTiO3-x 催化劑在不同條件下對苯、甲苯和二甲苯的催化性能。其反應機理如圖 5 所示。結果發現光熱催化協同氧化在可見光照明,溫度為±150°C 時,催化劑 Pt/SrTiO3-x 活性和穩定性更高。在初始濃度均為 500ppm時,甲苯的礦化在反應 2 h後可以達到95%以上,苯和二甲苯的礦化在反應時間 4 h後也均超過95%。

圖 5 光催化 VOCs 在 Pt/SrTiO3-x 上氧化的原理圖

    複合淨化法是將兩種及以上的 VOCs控製方法結合起來,以提高 VOCs去除效果,減少副產物的生成,提高淨化設備的淨化率和重複利用率。近年來,複合法降解 VOCs成為本領域的研究熱點。

3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監測雲平台

     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,安科瑞油煙監測雲平台應運而生。油煙監測模塊通過2G/4G與雲端平台進行通信和數據交互,係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,淨化效率監測,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、排名等統計功能;較之傳統的靜電監測方案,更具實效性。平台預留與其他應用係統、設備交互對接接口,具有很好的擴展性。

3.1 平台結構

     平台GISditucaijicanyinyouyanchulishebeiyunxingzhuangtaiheyouyanpaifangdenongdushuju,zidongduichaobiaopaifangjiyichangqiyejinxingtishiyujing,jianguanbumenkexunsujinxingchuli,ducucanyinqiyezhenggaishebei,bingdingqiqingxi、維護,實現減排環保,不擾民等目的。現場安裝監測終端,持續監測油煙淨化器的工作狀態,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,係統會發出異常信號。

■ 油煙監測設備用來監測油煙、顆粒物、NmHc等數據

■ 淨化器和風機配合對油煙進行淨化處理,同時對淨化設備的電流、電壓進行監測 

■ 設備通過4G網絡將采集的數據上傳至遠程雲端服務器

3.2平台主要功能

(1)在線監測

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

(2)告警數據監測

係統根據采集的油煙數值大小,產生對應的排放超標告警;對淨化器的運行數據分析,上傳淨化設備對應的運行、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、排名分析;曆史數據統計等。

(4)隱患管理

係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、曆史數據、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

youyanjiankongzhujishixianchangdeguanlishebei,shishicaijiyouyannongdutanceqihegongkuangchuanganqidexinhao,jinxingshujuchuli,tongguoyouxianhuowuxianwangluotongxunjiangshujuchuanshudaofuwuqipingtai。tongshi,duibendishujujinxingcunchu,jiankongxianchangshebeizhuangtai,tigongrenjicaozuojiemian。

具體技術參數如下:

 

 

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.結論

     餐飲油煙作為中國城市地區的一個大型VOCs排放源,嚴重威脅著生態環境和人體健康。因此,餐飲油煙VOCs淨化技術仍迫切需要深入的研究。

      1)本文綜述了餐飲油煙VOCs的排放特征。結果表明,不同烹飪風格和烹飪原料會導致VOCS排放有很大差異。不同菜係烹飪油煙 VOCs排(pai)放(fang)種(zhong)類(lei)和(he)濃(nong)度(du)有(you)明(ming)顯(xian)差(cha)異(yi)。典(dian)型(xing)的(de)非(fei)燒(shao)烤(kao)類(lei)菜(cai)係(xi)中(zhong)以(yi)川(chuan)菜(cai)汙(wu)染(ran)排(pai)放(fang)較(jiao)為(wei)嚴(yan)重(zhong),主(zhu)要(yao)以(yi)烷(wan)烴(ting)和(he)烯(xi)烴(ting)為(wei)主(zhu)。燒(shao)烤(kao)類(lei)菜(cai)係(xi)以(yi)芳(fang)香(xiang)烴(ting)類(lei)化(hua)合(he)物(wu)排(pai)放(fang)為(wei)主(zhu)。不(bu)同(tong)食(shi)用(yong)油(you)中(zhong),大(da)豆(dou)油(you)汙(wu)染(ran)排(pai)放(fang)濃(nong)度(du)較(jiao)高(gao),玉(yu)米(mi)油(you)則(ze)相(xiang)對(dui)健(jian)康(kang)。目(mu)前(qian),國(guo)內(nei)外(wai)對(dui)餐(can)飲(yin)油(you)煙(yan)VOCs排放特征的研究取得了大量成果,但油煙 VOCs 采cai樣yang方fang式shi與yu排pai放fang量liang的de估gu算suan仍reng需xu進jin一yi步bu規gui範fan。相xiang關guan部bu門men要yao加jia強qiang小xiao規gui模mo及ji未wei注zhu冊ce餐can飲yin業ye的de排pai放fang監jian測ce,獲huo得de相xiang關guan排pai放fang係xi數shu,提ti高gao排pai放fang量liang估gu算suan的de準zhun確que性xing,對dui製zhi定ding相xiang關guan排pai放fang標biao準zhun和he控kong製zhi措cuo施shi具ju有you指zhi導dao意yi義yi。

2)目前我國餐飲油煙淨化設備主要針對油煙顆粒物的去除,但對於油煙VOCs的末端

     治理還尚不完善。綜上所述,餐飲油煙VOCs淨jing化hua技ji術shu種zhong類lei繁fan多duo且qie較jiao為wei成cheng熟shu,回hui收shou技ji術shu中zhong以yi吸xi附fu法fa應ying用yong較jiao多duo,但dan該gai技ji術shu大da多duo應ying用yong於yu大da型xing食shi品pin加jia工gong行xing業ye,並bing未wei在zai中zhong小xiao型xing餐can飲yin業ye進jin行xing推tui廣guang使shi用yong。破po壞huai技ji術shu可ke大da幅fu度du提ti高gao VOCs 的淨化效率,其中以催化燃燒法的應用較多。催化燃燒是一種綠色、高效的淨化技術,但催化設備造價較高、占地較廣,並不適合低成本的餐飲油煙 VOCs的(de)淨(jing)化(hua)。針(zhen)對(dui)餐(can)飲(yin)油(you)煙(yan)成(cheng)分(fen)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)和(he)汙(wu)染(ran)氣(qi)體(ti)排(pai)放(fang)情(qing)況(kuang)的(de)差(cha)異(yi)性(xing),采(cai)用(yong)單(dan)一(yi)的(de)治(zhi)理(li)技(ji)術(shu)已(yi)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)當(dang)下(xia)的(de)治(zhi)理(li)需(xu)求(qiu)。因(yin)此(ci),為(wei)了(le)實(shi)現(xian)多(duo)種(zhong)VOCs的大範圍去除,通常采用多技術耦合,充分發揮各種 VOCs 淨化技術的優點,實現高效降解。根據上述VOCs淨(jing)化(hua)技(ji)術(shu)的(de)分(fen)析(xi),低(di)溫(wen)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)與(yu)催(cui)化(hua)相(xiang)結(jie)合(he)在(zai)降(jiang)低(di)能(neng)耗(hao)和(he)減(jian)少(shao)副(fu)產(chan)物(wu)方(fang)麵(mian)具(ju)有(you)潛(qian)在(zai)優(you)勢(shi),也(ye)日(ri)益(yi)受(shou)到(dao)了(le)人(ren)們(men)的(de)關(guan)注(zhu)。等(deng)離(li)子(zi)體(ti)催(cui)化(hua)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)催(cui)化(hua)劑(ji)表(biao)麵(mian)物(wu)理(li)化(hua)學(xue)性(xing)質(zhi)提(ti)升(sheng)催(cui)化(hua)劑(ji)反(fan)應(ying)活(huo)性(xing),充(chong)分(fen)利(li)用(yong)等(deng)離(li)子(zi)與(yu)催(cui)化(hua)劑(ji)之(zhi)間(jian)的(de)協(xie)同(tong)作(zuo)用(yong),提(ti)高(gao)能(neng)量(liang)利(li)用(yong)率(lv),實(shi)現(xian)油(you)煙(yan)VOCs的高效降解。然而要實現大規模產量化和商業化,催化劑的選擇尤為重要,探究兩者如何協同產生更有利於VOCsjiangjiedewulihuaxuebianhuarengshiwomenweilaideyanjiuzhongdian。tongshi,weilejianxingguojialvsehuanbaodefazhanlinian,xuanzehuanbaodeyouyanfeiqichulijishu,yeshiweilaizhongdianyanjiudefangxiang。


 

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