居民住宅油烟排放特征及综合治理技术研究

2022-06-29杨振亚许志龙晏乃强

环境科技 2022年3期

杨振亚，刘伟，惠斌，许志龙，晏乃强

(1. 江苏省环境工程技术有限公司，江苏南京 210019；2. 上海交通大学环境科学与工程学院，上海 200240)

0 引言

餐饮油烟是指居民住宅、食堂以及餐饮行业在高温烹制食物过程中挥发的油脂、有机物以及热氧化和热裂解产生的气、液、固三相混合物，既包括固态颗粒物和液态油滴，还包括烷烃、烯烃、有机酸、醛类化合物以及多环芳烃等挥发性有机物（VOCs）[1]。餐饮油烟未经处理直接排放，在城市大气中不断积累，具有量大、面广、难扩散等特点。餐饮油烟排放约占生活源VOCs 总排放量的14.7%，是仅次于汽车尾气和工业污染的第三大城市大气污染源[2-3]。

近年来，餐饮油烟污染已成为民众关注最为强烈的环保问题之一。全国各地加大力度治理餐饮油烟，积极推动餐饮行业安装油烟净化装置及在线监测设备，并陆续出台相关法律政策规范完善管理，取得了初步成效[4-5]。居民住宅油烟作为一种无组织排放源，其排放呈现出比餐饮行业更加散、乱、小、广的特征，然而对餐饮源PM2.5和VOCs 贡献最大的居民住宅油烟目前尚未引起广泛关注[6]。由于排放源在厨房，缺乏相应的污染物控制措施，导致居民住宅油烟直接对环境和身体造成危害，比同等污染物排放的工业源危害更大。

对此，根据居民住宅餐饮油烟的排放特征，综合分析了餐饮油烟治理技术、法律法规及排放标准的研究现状，并结合当前居民住宅油烟治理试点项目调研结果，总结出目前居民住宅油烟治理存在的不足。并对油烟颗粒物与VOCs 协同治理技术进行了展望和提出了对策建议。

1 居民住宅餐饮油烟排放现状及污染特征

1.1 居民住宅餐饮油烟排放现状及与餐饮服务业油烟区别

我国居民住宅油烟污染问题主要体现在： ①大量老旧小区家庭采用老式排风扇，排烟效果差，厨房空气污染严重；②老式排风扇将油烟直排室外，形成老旧小区特有的“油鼻涕”现象，严重污染建筑外立面，影响市容市貌，并且存在火灾隐患；③老旧小区家庭油烟均为无净化低空直排，新小区通过集中烟道高空直排，严重影响城市空气质量。

居民住宅油烟与餐饮服务业油烟控制存在较大差别：①管控对象既分散又集中。居民住宅以每一户来看，是单独分散的个体，但分散的个体又是集中于居民社区中的居民楼中，有相应的管理单元；②油烟排放方式不同。老旧小区无专用烟道，多采用排风扇直排；新型小区采用井道集中高空排放；③主体责任不同。法律规定餐饮服务企业是治理油烟并达标排放的主体责任，但是对于居民住宅源的油烟治理没有明确的责任划分。

1.2 居民住宅餐饮油烟污染特征

国内外学者对油烟PM2.5浓度和成分进行了研究。 ALLEN R 等[7]发现烹饪过程中PM2.5平均质量浓度为5.5 mg/m3。油烟颗粒物的化学组成复杂，富含有机碳（OC）、元素碳（EC）、无机离子、元素组分、PAHs、有机酸等多种组分，其中OC 占比最高，为57.13% ～ 69.30%，EC 占比较小，只有2%左右[8-10]。李林璇等[11]对6 种餐饮源排放PM2.5样品分析发现，居民厨房排放的颗粒物浓度略低于中餐馆、商场综合餐饮和职工食堂，而PAHs 却显著高于职工食堂、中餐馆和商场综合餐饮。闫广轩等[12]通过编制新乡市餐饮源PM2.5排放清单发现，家庭餐饮油烟中PM2.5排放量达到48～238 t/a，对餐饮源PM2.5总排放量的贡献最大，贡献率达到63%～78%。吴雪伟等[13]通过对长春市餐饮油烟PM2.5和VOCs 排放清单的研究同样发现，长春市辖区餐饮源PM2.5和VOCs 的最大排放源是家庭餐饮，其贡献率分别为74%～81%和28%～78%。

餐饮油烟中包含多种VOCs，以烃类、醛酮类污染物含量较高，其次包括酸酯类、醇类和少量的多环芳烃类[14]。 ROGGE W F 等[15]研究发现，烤肉过程中排放的VOCs 对城市大气二次有机气溶胶（SOA）的形成有较大影响。HUANG X 等[16]对比上海市不同类型餐馆VOCs 排放特征发现，火锅产生的VOCs 质量浓度最高（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]对成都市不同居民住宅类型的油烟进行监测发现，VOCs 平均质量浓度为0.856～3.695 mg/m3，因此估算出成都市住宅油烟VOCs 排放量为1 548.2 t/a。

2 餐饮油烟净化技术研究现状

2.1 治理模式

为推动餐饮油烟污染全面减排，我国部分城市开始探索住宅楼居民家庭油烟治理，分为分散式治理和集中式治理2 类模式。分散式治理模式指在每家每户吸油烟机中增加油烟净化模块、在吸油烟机连接管线上增加油烟净化器。由于相关产品种类较少，价格昂贵，尚难在居民家庭中普及。集中式治理模式指将净化装置安装在集中排气道的顶部，充分利用楼顶空间，可将一整栋楼的油烟统一收集，统一净化，该模式是当前居民油烟治理的主要模式。

2.2 油烟净化技术

目前油烟颗粒物净化技术主要包括静电法、机械法和洗涤法等[18]。其中机械法采用折板式、滤网式或蜂窝波纹式格栅，利用惯性碰撞原理将粗颗粒分离[19]。洗涤法是将洗涤液通过喷淋或雾化实现气液接触进而去除污染物的方法。洗涤法的油烟净化效率可达50%～70%，但需定期更换洗涤液，并产生大量含油废水[20]。静电沉积法是利用高压放电使油烟颗粒物荷电，最终在电场力的作用下被捕集。静电法相比其他技术对油烟颗粒物的净化效率高，可达90%～98%，且设备占地面积小，是目前餐饮油烟治理的主流技术，但是其无法净化VOCs[21]。

2.3 VOCs 净化技术

餐饮油烟中VOCs 控制技术主要包括吸附法、光催化法、低温等离子法以及催化燃烧法等。

（1）吸附法是指利用活性炭等多孔材料捕集油烟中的VOCs，该方法去除效率高，且设备结构简单。但随着油雾的沉积附着，吸附能力将逐渐减弱，并且阻力增大，需要定期更换吸附剂，同时饱和吸附剂难以再生，极易造成二次污染[22]。

（2）光催化技术是指催化剂在光照作用下产生大量电子和空穴，氧化吸附在催化剂表面的VOCs可在常温下进行降解[23]。王海龙[24]使用185 nm 紫外灯做光源，对餐饮油烟中甲苯（C7H8）和三氯乙烯（C2HCl3）的降解进行研究发现，在进口体积分数为1 × 10-4时，C7H8和C2HCl3的降解效率均超过80%。但紫外光易与空气中的O2反应产生O3，浓度比高压静电高96%以上[25]。此外，紫外灯使用寿命普遍较差，需要经常更换维护。

（3）低温等离子法通过在电极之间施加一定高压，激发出大量高活性离子、电子和自由基等，可在短时间内使VOCs 化学键断裂，转化成CO2和H2O[26]。低温等离子法可在常温下进行反应，操作简单，被广泛使用于低浓度恶臭异味废气的治理。欧阳雨川[27]采用介质阻挡放电等离子体反应器（DBD）用于处理烧烤油烟VOCs 发现，其对VOCs 的平均净化效率达到76.6%。为克服等离子产生O3造成二次污染和能耗高等缺点，向东[28]将等离子与分子筛催化剂结合，考察了其对餐饮油烟特征污染物正己醛(C6H12O)的降解性能。结果发现，结合后对C6H12O 的去除率明显提高，且能耗下降，CO2的选择性在9 kV 时由单独使用等离子体的39.2%提高至68.8%。

（4）催化氧化法是一种最为有效、可行的VOCs净化技术，其关键在于高活性、高稳定性的催化剂。催化剂的活性组分主要分为贵金属和非贵金属。其中贵金属中研究较多是Pt 和Pd。叶长明[29]将Pt 和Pd 活性组分负载在涂有活性Al2O3的堇青石蜂窝陶瓷载体上，进行油烟VOCs 催化氧化。结果发现，在较高温度（300～360 ℃）下Pd 催化剂活性优于Pt 催化剂，而在相对较低温度（250～300 ℃）下Pt 催化剂的活性更高。 HO Y A 等[30]采用等体积浸渍法，在疏水性碳纳米管上负载不同含量的Pt 并考察其对油烟中非甲烷总烃的催化性能。结果显示，当Pt 负载量为2%，反应温度为200 ℃时，对餐饮油烟VOCs的净化效率最高。非贵金属催化剂由于价格低廉，在VOCs 催化氧化领域研究较为广泛，其中Mn 基催化剂在餐饮油烟VOCs 催化中具有巨大的潜力[31]。 YI H 等[32]制备了一系列的堇青石负载TiO2，Al2O3，Mn-CeOx/TiO2催化剂，发现Mn-CeOx/TiO2/堇青石催化剂催化性能最佳，当温度为400 ℃时对模拟的油烟废气中非甲烷总烃催化效率可达93.6%。 HUANG Y 等[33]以堇青石为载体制备了一系列过渡金属氧化物催化剂（Mn，Co，Fe，Cu，Ni，Cr）发现，MnOx对油烟非甲烷总烃的净化效率最高。

3 管控机制

3.1 法律法规

2021年11月2日发布的《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》中明确提出：“加大餐饮油烟污染、恶臭异味治理力度”。这是在中央文件中首次提出餐饮油烟污染治理问题，充分说明了餐饮油烟污染治理工作重要性。目前，我国餐饮服务业的油烟污染控制相关的法律法规标准体系已日趋完善，但对居民家庭油烟污染控制方面的管理尚处于一片空白。广东省先行先试编制了地方标准《楼宇集中式排放油烟治理技术规范》。此技术规范规定了楼宇油烟集中治理和监控的术语与定义、基本规定、设计、设备、施工与安装、检验调试与验收、运行与维护，适用于含有排气道的楼宇中所使用的油烟治理系统及油烟监控。

3.2 排放标准

2002年1月1日实施的GB 18483—2001《饮食业油烟排放标准》，规定了餐饮单位油烟最高允许排放浓度和油烟净化设施最低去除效率。近年来，全国多省、市根据各地区的实际情况，相继出台了地方标准，从增加控制指标、收严排放限值、加强运行管理要求及优化监测效率等方面对油烟污染控制提供有力支撑。餐饮业油烟污染物排放标准见表1。

表1 餐饮业油烟污染物排放标准

由表1 可知，山东省和河南省规定了不同规模餐饮服务单位的去除效率要求和浓度限值要求，上海和深圳对不同规模餐饮服务单位的去除效率要求和浓度限值要求进行了统一，天津、北京和重庆则取消了去除效率的要求，深圳、北京、重庆和江苏省增加了非甲烷总烃的浓度限值，但这些标准规范均不适用于居民家庭餐饮油烟控制。

4 试点项目调研情况

近年来，全国多个城市陆续试点居民油烟治理见表2。部分试点项目建设运行情况见表3。

表2 部分试点项目技术路线情况

表3 部分试点项目建设运行情况

5 结论

结合部分试点项目实地调研结果发现，居民家庭油烟治理借鉴了我国餐饮服务业的油烟污染控制经验，已取得较好的环保效果，但仍存在以下问题：

（1）餐饮油烟净化技术装备相对成熟，治理设施、烟道建设“良莠不齐”。当前居民油烟收集和净化系统存在新增公共烟道设计不合理不规范，导致油烟串味、倒灌、增加火灾隐患等问题；现有净化设备主要针对油烟颗粒，对VOCs 协同治理的效果不佳；复合式净化设施效率高，但安装维护成本高，无自清洗功能。此外，还存在噪音扰民问题。

（2）居民油烟安装集中处理设施后，缺乏长期有效监测监管措施。由于净化设备信息孤立，当设备老化或者出现故障时不能及时进行检修。国标法监测油烟排放浓度的方法是传统取样法，无法实现多点监测和实时在线监测。因居民家庭油烟数量多、分布散，单靠人力巡查工作复杂且效率低下，故难以达到监控效果。

（3）当前餐饮服务业的油烟治理法律法规标准体系已日趋完善，但是针对居民厨房的油烟排放并未引起足够重视。目前排放尚无法规标准要求，且从规划设计、施工安装、竣工验收到运行维护均缺少技术规范，导致市场混乱。此外，公共烟道无具体标准和规范，部分公共烟道建设不规范，不仅影响楼栋外立面美观，而且存在安全隐患。

（4）居民家庭油烟排放面广量大，治理设施建设成本高，全部依靠政府出资建设压力巨大。当前试点项目建设运维费用均由政府承担，市场主动买单意愿不强，缺乏可持续的商业化运营模式。