APP下载

沈阳市烹饪油烟中VOCs排放特征分析

2011-06-23王秀艳史建武白志鹏孔少飞张宝生

中国人口·资源与环境 2011年1期
关键词:油烟丙烯餐馆

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)

[1]温梦婷,胡敏,等.北京餐饮源排放细粒子理化特征及其对有机颗粒物的贡献[J].环境科学,2007,28(11):2620-2625.

[2]Schauer JJ,et al.Source Apportionment of Airborne Particulate Matter Using Organic Compounds As Tracers[J].Atmos.Environ.1996,30:3837-3855.

[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.

[4]Schauer J J,et al.Measurement of Emissions from Air Pollution Sources.1.C1 through C29 Organic Compounds from Meat Charbroiling[J].Environmental Science&Technology,1999,33:1566 -1577.

[5]邵敏,付琳琳,刘莹,等.北京市大气挥发性有机物的关键活性组分及其来源[J].中国科学D辑地球科学,2005,35(增刊I):123-130.

[6]Hua Hsien Chiu,et al.Constituents of Volatile Organic Compounds of Evaporating Essential Oil[J].Atmospheric Environment,2009,43:5743–5749.

[7]Santford V O,John J M.Analysis of Volatile Organics in Cooking Oils by Thermal Desorption-Gas Chromatography-Mass Spectrometry[J].Agric.Food Chem,1995,43:1314 -1320.

[8]王凯雄,朱杏冬.烹调油烟气的成分及其分析方法[J].上海环境科学,1999,18(11):526 -528.

[9]刘中文,孙咏梅,袭著革.烹调油烟雾中有机成分的分析[J].中国公共卫生,2002,18(9):1046-1048.

[10]厉曙光,黄昕.家庭厨房烹调油烟污染的危害[J].上海预防医学杂志,2003,15(2):57 -59.

[11]刘光明,王凯雄,陈小燕.餐饮业油烟气排放量的重量法监测[J].环境污染与防治,1997,19(4):36 -39.

[12]Laure M,Corinne M.VOC Emissions During Outdoor Ship Painting and Health-risk Assessment[J].Atmospheric Environment ,2007,41:6322–6330.

[13]Martien P T,Harley R A,Milford J B .Evaluation of Incremental Reactivity and Its Uncertainty in Southern California[J].Environmental Science and Technology,2003,37:1598 ~1608 .

[14]沈阳统计局,沈阳2008统计年鉴[EB/OL].http://www.sysinet.gov.cn/web/tjnianjian/2008sy/nrll.htm

猜你喜欢

油烟丙烯餐馆
《共生》主题系列作品
收获 刘瑞森 布面丙烯油彩 190cm x 190cm 2022年
一种解决中小型餐馆油烟处理难题的油烟分级处理系统设计
要求太多的餐馆
苯丙烯菌酮
烹饪油烟污染与处理技术探讨
郭文昊作品
二级抽油烟机排油烟装置
1号异星球餐馆
1号异星球餐馆