沈阳市烹饪油烟中VOCs排放特征分析

王秀艳 史建武 白志鹏 孔少飞 张宝生 武 杰

(1．南开大学环境科学与工程学院，天津300071;2．辽宁省环境监测实验中心，辽宁 沈阳110031)

随着经济结构调整和城市化进程的加速，城市空气污染已由早期的燃煤型向燃煤、机动车尾气等复合型污染转变。2005年北京餐饮业对大气有机颗粒物的贡献已和交通源的排放相当［1］;1982年洛杉矶烤肉排放细粒子约占当地大气有机细粒子的20%［2］;而Schauer实验测试表明:在炒菜和烤肉时VOCs排放浓度分别是有机细粒子的18．3、1．2 倍［3－4］，可见烹饪油烟中 VOCs的排放量相当可观。VOCs不仅本身组分中含有有毒物质，更是光化学污染物生成的主要前体物。因餐饮污染引起的居民投诉呈增加趋势，而国内对油烟污染的排放特征、理化特性、治理技术等的系统研究尚显薄弱。本文拟在沈阳烹饪油烟实地监测的基础上，分析油烟中VOCs排放特征，评价其光化学活性，确定其排放因子，为从源头上控制空气污染提供依据。

1 实验方法

1．1 样品采集

采用3．2L苏码罐进行采样，采样罐在采样前用自动清洗系统进行清洗，抽真空后备用;在采样罐前端连接一段20cm左右的U型玻璃管，使油烟中的水汽和油滴颗粒尽可能冷凝在管壁上。

分别以沈阳某宾馆饭店、沈阳某单位食堂、沈阳街边小饭店为沈阳大、中、小餐馆的代表，每处在高峰时段采样3次。其中在宾馆饭店处，直接用苏玛罐采集炒菜过程中产生油烟，时间间隔5min，采样点高度距离操作面0．5m左右;在某单位食堂，采样对象为烹饪后经烟道排放油烟，采样点在距排风口1m左右处，时间间隔10min;在小餐馆处，采样对象为加热烹调用油产生油烟，时间间隔2min，采样点高度距离操作面0．5m左右。

1．2 样品分析

VOCs分析在美国EPATO －15方法中推荐的低温预浓缩技术和气相色谱－质谱联用系统上进行。

样品分析前进行空白样品的分析，以保证监测数据的可靠性。考虑 VOCs成分理化特性及对大气影响［5］，本实验使用的标准气体是含有PAMS的混合标气共108种。

2 结果与讨论

2．1 组成特征分析

我国常用的烹饪用油包括豆油、菜籽油、色拉油、花生油等植物油和猪油等动物油。油烟雾是食用油及食物在高温下的热裂解产物，不同种类的食材在不同温度下的热解产物也不尽相同［6］;而且油的主要成分不同，油烟的出峰温度点不同［7］。

国内研究人员对烹饪油烟进行了定性分析，或针对某类物质进行了定量分析［8－11］;国外的油烟研究［6－7］，在用油种类和烹饪方式上都有很大差异，而且多数研究是在实验室完成的，与实地监测数据存在差异［11］。

分别对大中小三类餐馆油烟中VOCs采样数据进行归类处理得到:烹饪油烟中共检测出81种VOCs;总VOCs平均质量浓度为 3407．06 ± 889．5μg．m－3，其主要成分包括饱和烷烃(40．0%)、烯烃(10．4%)、芳香烃(1．9%)、卤代烷烃(1．7%)和卤代芳香烃(0．1%)、醇类(42．7%)、醛酮(3．1%);其中PAMS混合标气的57种化合物中有55种被检出，其浓度是周围环境背景浓度的2－9倍。这种情况表明烹饪油烟可以排放出相当数量的VOCs，对大气环境造成严重影响。

对比三类餐馆的监测数据表明:烹饪油烟的VOCs主要成分是烷烃和烯烃;醇类中乙醇的占比很大，乙醇在某宾馆饭店和食堂油烟中平均浓度分别达到1 447．3ug/m3和2 760．7ug/m3，而在加热烹调油产生的油烟中只有61．3 ug/m3，高低值相差达45倍，分析认为是炒菜过程中调料(料酒)造成的餐馆油烟中乙醇浓度过高;卤代物的产生认为和厨房清洁剂有关［3］。综合考虑物种排放浓度和不确定性，烹饪油烟的特征物质为丙烷、丙酮、乙醇。

对所监测三个点位平均浓度数据做单因子方差分析，不同点位之间VOCs浓度不存在显著差别(α＜0．05)。综上，不同餐馆排放VOCs浓度分布受烹饪方式、原料与工况等的影响表现出一定的波动，但整体分布比较均匀，数据具有代表性。

2．2 VOCs理化特性分析

检出的化合物中有39种是有毒挥发性有机物，约占检出物种的一半，其主要成分是苯系物和卤代烃，苯、丁二烯等致癌物对职业暴露人群具有一定的遗传损坏作用［10，12］。

烯烃和芳香烃的光化学活性较强，这些物质浓度的增加是诱发光化学污染的重要原因之一，本文用等效丙烯浓度评价VOCs物种的化学反应活性［13］，

式中C等效丙烯(i)为物种i的等效丙烯浓度;C(i)为物种i的质量浓度;KOH(i)为物种i与大气中OH自由基的反应速率常数;KOH(C3H6)为丙烯与大气中OH自由基的反应速率常数。

排放前18位物种占总VOCs质量浓度97．2%，各成分等效丙烯活性计算结果见图1，加和得到烹饪油烟VOCs主要物种等效丙烯浓度为 622．5ug．m－3。

2．3 排放清单建立

VOCs排放量计算采用公式

式中Q为VOCs排放量(t);C为VOCs浓度(mg·m－3);V为烟气排放速率(m3·h－1);t为烟气排放时间(h);(1－E)为控制因子，其中E为油烟净化设施的去除效率(%)。

首先对餐饮源排放VOCs总量Q1进行估算(见表1):以1个中型餐馆(灶头数5个)来说，设计的排烟通道流量V［5］为 100 00 m3·h－1;每天营业时间 T 取 4h。油烟排放浓度由三类餐馆浓度值考虑去除效率E后平均计算得到，为2．92 mg·m－3;2007年沈阳有注册餐饮企业13 627户［14］。

图1 前18位VOCs物种质量浓度、等效丙烯浓度图

然后对家庭排放量Q2估算:2007年末沈阳全市农业人口252．1 万人，非农业人口 464．1 万人［14］;以加热烹调油产生VOCs浓度3．64mg·m－3为非农业家庭排放浓度C;平均每户每日炒菜2－3个，平均每天炒菜时间T为14分钟;家庭抽油烟机设计排烟量V为600 m3·h－1;考虑非农业家庭每月外出就餐2次，对其排放量进行修正。农业家庭年均VOCs排放量，以城乡居民每人每日耗油量比［4］为依据核算得到，见表1。

表1 烹饪油烟中VOCs排放量

VOCs排放量乘以各组分质量百分比得到烹饪油烟中各物质排放清单(篇幅原因略)。中小餐馆油烟处理方法多采用机械法，对VOCs去除性能很差，而其分布广泛，排烟时间长且排放高度低，对环境质量影响显著，应加强对中小餐饮油烟处理监管。

2．4 排放因子确定

烹饪油烟中VOCs排放因子定义为烹饪过程中消耗单位食用油所排放VOCs的量。

式中EF为VOCs排放因子;C．V．T．E意义同公式(2);P为排放时间内的耗油量(kg)

城市居民家庭平均每人每年消耗植物油11．52kg/a［11］，则排放因子为 5．03(g·kg－1 油)，见表 2。

对比国内外研究得到排放因子，烹饪油烟中VOCs排放因子介于炒青菜和烤肉之间。

表2 烹饪油烟中VOCs排放因子比较

3 结论

(1)以沈阳为代表的东北地区烹饪油烟中共检测出81种挥发性有机物(VOCs)，其主要成分是饱和烷烃(40．0%)、烯烃(10．4%);总VOCs平均质量浓度为3407．06 ±889．5μg/m3。

(2)检出的化合物中有39种是有毒挥发性有机物，约占检出物种的一半，其主要成分是苯系物和卤代烃;加和质量浓度前18位物种光化学活性值得到，烹饪油烟VOCs活性为等效丙烯浓度622．5ug·m－3。

(3)烹饪油烟VOCs排放因子为5．03g．kg－1;沈阳市烹饪2007年向空气排放VOCs 994．5t。

(编辑:刘照胜)

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［3］Schauer J J，et al．Measurement of Emissions From Air Pollution Sources．4．C1-C27 Organic Compounds From Cooking With Seed Oils［J］．Environmental Science ＆ Technology，2002，36:567 －575．

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