住宅楼公共烟道油烟细颗粒物排放现状及治理必要性

魏玉滨，路 琳，刘 欣

(深圳市力德诺华科技有限公司 广东 深圳 518110)

随着城市的高速发展，文化、产业、医疗及教育资源慢慢向城市集中，使得城市人口数量激增，出现了大城市甚至超大城市。单位地域人口数量的增多也间接导致住宅形式的转变，多层住宅和高层住宅慢慢成为城市住宅的主要形式，居民厨房的油烟排放也由分散式向集中式转变，使得单位地域厨房的烹饪油烟成为一项不得忽略的大气污染物排放源。

烹饪油烟成分主要包括大颗粒油滴、小颗粒油烟气溶胶以及气态的可挥发有机物(VOCs)[1]。大颗粒油滴在空气中悬浮时间持续数秒至数小时，一般只对厨房和排烟口附近造成地表和墙面污染，通常不会成为长期持续的大气污染物，对人体健康的直接危害不大；小颗粒油烟气溶胶以及气态的可挥发有机物(VOCs)在空气中长期存在直至其被吸附或者氧化分解[2]，且小颗粒油烟气溶胶还具有较高的消光效应，是导致大气能见度变差及城市雾霾的主要原因之一[3-5]。油烟产生的气溶胶主要为核膜态和积聚模态，这两种模态下的油烟气溶胶正好落在 PM2.5范围内，据胡敏等[6]研究发现，餐饮业排放的细颗粒 PM10在PM2.5的质量浓度中占50%～85%。

研究高层住宅公共烟道油烟细颗粒物(即 PM2.5)的排放现状，评估其对大气雾霾的贡献情况，可以更科学地为城市大气污染治理提供方向，创造更好的生活环境。

1 实验方法

1.1 样品采集

我国高层住宅建筑目前以11层、18层、26层和33层居多，选取深圳市福田区 3个具有代表性层高的居民楼公共烟道排放口作为采样点，分别为全海花园3栋A单元16层(15户)，全海花园6栋B单元27层(26户)和花好园某栋 32层(29户)，公共烟道排放口均位于楼顶。连续 10d分别在 3个公共烟道排放口进行油烟 PM2.5的采样检测，采样时间为中午和下午的家庭烹饪高峰时间段，分别为 11：00～13：00、17：30～19：30。

1.2 检测仪器

采用深圳市力德环保工程有限公司的NUCBRICK 8100便携式油烟PM2.5检测仪对采样口的油烟 PM2.5进行监测，仪器的检出限为 0.1μg/m3，检测方法符合深圳市地方标准 SZDB/Z 254—2017《饮食业油烟排放控制规范》中附录 B油烟现场和在线监测等效测试方法—粒子集合光散射法[7]。

图1为NUCBRICK 8100便携式油烟PM2.5检测仪和 TH-880F微电脑烟尘平行采样仪(国标法)的油烟浓度测试结果对比，2种仪器所测数据具有较好的拟合度(R2=0.957)，说明 NUCBRICK 8100便携式油烟PM2.5检测仪所测数据具有可靠性。

图1 NUCBRICK 8100便携式油烟PM2.5检测仪和TH-880F微电脑烟尘平行采样仪的油烟浓度测试结果拟合结果Fig.1 Relationship of measured values between NUCBRICK 8100 and TH-880F

2 结果与讨论

2.1 住宅楼公共烟道油烟PM2.5排放浓度分析

通过对 3个典型层高住宅楼公共烟道排放口连续10d的监测，监测时间段内油烟PM2.5的变化幅度较大，峰值浓度最高可达 30mg/m3，油烟 PM2.5的平均质量浓度主要分布在 0.5～2mg/m3之间(图2—图4)。GB 3095—2012《环境空气质量标准》[8]中PM2.5二级浓度限值为 75μg/m3，以此可以推算出所测高层住宅公共烟道油烟 PM2.5的平均质量浓度是环境空气质量标准中 PM2.5二级浓度限值的 7～26倍，可见住宅楼油烟PM2.5的排放对环境空气质量具有较大的影响。

谭德生等[2]研究发现在大学食堂、快餐和烧烤的油烟污染物中，粒径处于 0.4～0.65μm 的细颗粒物的质量浓度为 9～30mg/m3，实验监测测得的住宅楼油烟 PM2.5低于此值。家用的小型燃气炉灶功率 3～4kW，低于餐饮行业大型燃气炉灶(20～50kW)，使得炒菜过程中油温较低，油量、食材量也低于餐饮企业，而且各家庭不同的饮食习惯所造成的油烟 PM2.5排放差异在多户共用的排烟管被稀释均衡化，因此最终住宅楼公共烟道油烟PM2.5排放浓度较低。

图2 16层住宅公共烟道油烟PM2.5排放情况Fig.2 PM2.5 in cooking fume from public flue of 16 storied residential building

图3 27层住宅公共烟道油烟PM2.5排放情况Fig.3 PM2.5 in cooking fume from public flue of 27 storied residential building

图4 32层住宅公共烟道油烟PM2.5排放情况Fig.4 PM2.5 in cooking fume from public flue of 32 storied residential building

家庭厨房油烟浓度虽然比餐饮油烟低，但城市人口基数大、住宅楼建筑总量多，由此必然会产生较高的颗粒物排放总量。

2.2 住宅楼公共烟道油烟PM2.5排放量分析

通过测定公共烟道平均风速和烟道截面积来估算平均风量，从而对3个采样口的每餐油烟PM2.5平均排放量进行估算(表1)，并根据每栋楼的户数计算出在有烟时间段内平均每户每餐油烟 PM2.5的排放当量平均值约为70mg/(户·餐)。

表1 3个油烟排放口每餐PM2.5平均排放量Tab.1 Average emission of PM2.5 per meal fromthree fume outlets

根据福田区政府在线2017年发布的《福田区人口家庭住房状况分析》中的统计数据，按下式估算深圳市住宅楼居民总户数：

式中：Hsum为深圳市住宅楼居民总户数；Nsum为截止到 2018年深圳市常住人口数量，约 1300万；μ为人均住房间数，根据《福田区人口家庭住房状况分析》统计数据，深圳市人均住房间数为 0.75间/人；θ为四层以上住宅楼占总住宅的比例，根据《福田区人口家庭住房状况分析》统计数据，取98.7%。

按上式估算出深圳市四层以上住宅楼所居住的居民约962.3万户。根据本研究的结论每户每餐烹饪PM2.5的排放当量，参照《2018中国一线城市白领膳食健康蓝皮书》中统计的白领在家吃饭的比例，可以简单估算出深圳市家庭住宅楼PM2.5的年排放量：

式中：Hsum为深圳市住宅楼居民总户数；ζ为在家用餐比例，参照《2018中国一线城市白领膳食健康蓝皮书》统计数据，深圳市白领人群午餐和晚餐在家用餐为分别占23.7%和79%(由于早餐可能产生的油烟量较少，本研究未将早餐计算在内)；γ为住宅楼居民每户每餐烹饪PM2.5的排放当量。

参照深圳市白领在家吃饭的比例估算深圳市住宅楼公共烟道对大气 PM2.5的贡献量约为 252.5t/a，将此数据与餐饮业油烟相比较。一个中型餐馆(6个灶头)一年油烟 PM2.5排放总量约 52.6kg[6]。据辰智科技中国餐饮大数据研究中心数据库数据显示，2016年深圳餐厅总数为124534个，其中轻餐和西餐的比例分别为 19.9%和 3.11%，由此可估算出深圳餐饮业油烟 PM2.5年排放总量约为 5043t/a，则住宅楼公共烟道PM2.5的排放量约占烹饪油烟PM2.5总排放量的5%。

2.3 住宅楼公共烟道PM2.5对大气环境的污染情况分析

与雾霾形成密切相关的大气细颗粒物组分中约10%来自于自然界的排放，90%来自于人为排放源。王跃思等[4]对北京 PM2.5的源解析发现，北京年平均PM2.5排放组成中：燃煤占26%，机动车占19%，餐饮占 11%，工业占 10%。由以上研究数据可见，住宅楼公共烟道油烟PM2.5也是一个不可忽略的PM2.5生活排放源。

图5 16层住宅公共烟道油烟排放平均风速变化曲线Fig.5 Average wind speed of cooking fume from public flue of 16 storied residential building

本研究通过对全海花园 2个公共烟道采样口风速的测量考察住宅油烟污染物的扩散能力，实测住宅公共烟道平均风速低于2m/s(图5—图6)，小于餐饮业油烟排放口的风速(8～10m/s)，且住宅公共烟道未安装强排风机，仅靠功率较低的抽油烟机作为油烟排放的动力，致使住宅公共烟道风速普遍较低。宝文宏等[9]研究证实了污染源排放在风速较小时容易出现污染物浓度持续较高，且范围较大的污染现象；在风速较大时污染物扩散快，只在小范围内造成污染现象。由此可见，住宅楼公共烟道较低的油烟排放速度以及末端结构容易导致污染物在楼面聚集缓慢扩散，静稳天气下会对居民生活环境的空气质量造成持续的大范围影响。

图6 27层住宅公共烟道油烟排放平均风速变化曲线Fig.6 Average wind speed of cooking fume from public flue of 27 storied residential building

3 结论与建议

3.1 结论

①住宅楼公共烟道 PM2.5的小时平均质量浓度集中在 0.5～2mg/m3，是环境空气质量标准中 PM2.5二级浓度限值的7～26倍，对城市空气质量具有较大影响。

②参照深圳市白领在家吃饭的比例估算深圳市住宅楼公共烟道对大气 PM2.5的贡献量约为252.5t/a，将此数据与餐饮业油烟相比较，则住宅楼公共烟道油烟PM2.5的排放量约占烹饪油烟PM2.5总排放量的5%。

③住宅公共烟道油烟 PM2.5总排放量对大气雾霾的贡献量不容忽视，且由于住宅楼公共烟道普遍没有设置强排风机，平均排放风速低于2m/s，导致污染物扩散慢，将会对人们生活环境的空气质量造成持续的大范围的影响。

3.2 建议

高层住宅楼公共烟道油烟 PM2.5对大气环境细颗粒物的总贡献量较大，且污染物扩散慢，对其治理十分必要。高层住宅楼公共烟道具有 PM2.5浓度低、风速低、烟道内停留时间长等特点，选择治理方法时需充分考虑以上特征。本文提出以下建议：

其一，采取源头控制。普通的家用抽油烟机只能将大颗粒的油脂离心去除，对细颗粒物作用甚微。目前市场上已经出现一些商用的烟罩式油烟净化一体机，不仅能够去除大颗粒油脂，也可以高效去除油烟小颗粒，净化效率可达 95%以上。住宅楼油烟的治理可以借鉴商用的烟罩式油烟净化一体机，通过宏观政策鼓励企业研发家用的油烟净化一体机，从而在源头上减少家庭油烟的排放。深圳市市场监督管理局2017年发布的SZDB/Z 249—2017《家庭吸油烟机排放控制规范》地方标准[10]中就对家庭厨房环境中使用的外排式吸油烟机气味降低度、油脂分离度、油烟净化效率等性能做出了要求，具有一定的指导意义。

其二，考虑公共烟道油烟的综合治理。高层住宅公共烟道所处位置比较特殊，治理设备的研发需要考虑占地、安全等问题。首先，油烟治理设施尽量避免占用业主的公摊面积，如采用目前常见的商用油烟处理设备则必然会占用业主楼顶的公摊面积，使得治理项目的开展受阻；其次，要全面考虑处理设备对住户存在的安全隐患，如采用静电式油烟净化设备则需考虑高压电源带来的安全隐患；最后，尽量节约建设成本和运营维护成本。住宅油烟的治理直接关系到城市整个大气环境的改善，住户可能无法直接体会到项目带来的环境效益，因此很难将建设成本和运营维护成本均摊到每家住户来收缴。如采用政府建设且运营维护的模式，则由于设备总量巨大，需要尽量降低成本才可能实现。目前已有少数企业开始研发专门针对住宅公共烟道的油烟治理设备，如老板电器2015年研发了一款复合式住宅公共烟道双作用除油装置，该装置采用机械物理与光分解除油法，针对油烟中不同粒径颗粒物进行去除[11]；力德环保公司研发了一种烟道式油烟净化设备，利用烟道现有结构作为油烟净化设备的收尘极，不但不会占用公摊面积，而且运行维护费用低[12]。

其三，公众自觉减排。通过宣传教育，将家庭油烟对大气环境污染的贡献情况进行普及，宣传鼓励以蒸煮为主的健康烹饪方式，让大家明白在日常做菜过程中也可以为我们所在城市的空气质量改善做出贡献。