淺析住宅樓公共煙道油煙細顆粒物排放的應對及現狀

　　劉丹
 

　　安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801
 

　　摘 要：為了解住宅樓公共煙道油煙細顆粒物(PM2.5)的排放現狀及其對大氣環境的影響，對 3個典型層高的居民住宅樓公共煙道排放口油煙PM2.5濃度進行了連續采樣監測。根據實驗數據，3個排放口PM2.5的平均質量濃度為0.5～2 mg/m3，超出環境空氣質量二級標準的 7～26 倍。以此估算深圳市住宅樓公共煙道對大氣PM2.5的年貢獻量約為252.5 t/a，占烹飪油煙PM2.5總排放量的5%，是又一個重要的生活 PM2.5排放源，且由于住宅樓公共煙道均未安裝強排風機使煙道內的平均風速在2.0 m/s 以下，較低的排放速度容易導致污染物在樓面聚集，擴散緩慢，靜穩天氣下會對居民生活環境的空氣質量造成持續大范圍的影響。
 

　　關鍵詞：住宅樓；公共煙道；油煙 細顆粒物；餐飲油煙監測云平臺；安科瑞
 

　　0 前言
 

　　隨著城市的高速發展，文化、產業及教育 資源慢慢向城市集中，使得城市人口數量激增，出現了大城市甚至超大城市。單位地域人口數量的增多也間接導致住宅形式的轉變，多層住宅和高層住宅慢慢成為城市住宅的主要形式，居民廚房的油煙排放也由分散式向集中式轉變，使得單位地域廚房的烹飪油煙成為一項不得忽略的大氣污染物排放源。烹飪油煙成分主要包括大顆粒油滴、小顆粒油煙氣溶膠以及氣態VOCs。大顆粒 油滴在空氣中懸浮時間持續數秒至數小時，一般只對廚房和排煙口附近造成地表和墻面污染，通常不會成為長期持續的大氣污染物，對人體健康的直接危害不大；小顆粒油煙氣溶膠以及氣態的可揮發VOCs在空氣中長期存在直至其被吸附或者氧化分解，且小顆粒油煙氣溶膠還具有較高的消光效應，是導致大氣能見度變差及城市霧霾的主要原因之一。油煙產生的氣溶膠主要為核膜態和積聚模 態，這兩種模態下的油煙氣溶膠正好落在PM2.5范圍內，據胡敏等[6]研究發現，餐飲業排放的細顆粒PM10在PM2.5的質量濃度中占50% ～85% 。研究高層住宅公共煙道油煙細顆粒物(即 PM2.5)的排放現狀，評估其對大氣霧霾的貢獻情況，可以更 科學地為城市大氣污染治理提供方向，創造更好的生活環境。
 

　　1.實驗方法
 

　　1.1 樣品采集
 

　　我國高層住宅建筑目前以11層、18層、26層和33層居多，選取深圳市福田區3個具有代表性層高的居民樓公共煙道排放口作為采樣點，分別為全?；▓@3棟A單元16 層(15 戶)，全?；▓@6棟B單元27層(26 戶)和花好園某棟32 層(29 戶)，公共煙道排放口均位于樓頂。連續 10 d分別在3個公共煙道 排放口進行油煙PM2.5的采樣檢測，采樣時間為中午和下午的家庭烹飪高峰時間段，分別為 11：00～ 13：00、17：30～19：30。
 

　　1.2 檢測儀器
 

　　采用深圳市力德環保工程有限公司的NUCBRICK 8100便攜式油煙 PM2.5檢測儀對采樣口 的油煙PM2.5進行監測，儀器的檢出限為0.1 μg/m3 ，檢測方法符合深圳市地方標準SZDB/Z 254—2017 《飲食業油煙排放控制規范》中附錄B油煙現場和在線監測等效測試方法—粒子集合光散射法。
 

　　圖1為NUCBRICK 8100便攜式油煙 PM2.5檢測儀和TH-880F微電腦煙塵平行采樣儀(國標法)的油煙濃度測試結果對比，2儀器所測數據具有較好的擬合度(R2 =0.957)，說明 NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀所測數據具有可靠性。
 

　　圖1 NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀和TH880F微電腦煙塵平行采樣儀的油煙濃度測試結果擬合結果
 

　　2.結果與討論
 

　　2.1 住宅樓公共煙道油煙PM2.5排放濃度分析
 

　　通過對3個典型層高住宅樓公共煙道排放口連續10d的監測，監測時間段內油煙PM2.5的變化幅度較大，峰值濃度可達30 mg/m3 ，油煙PM2.5 的平均質量濃度主要分布在0.5～2 mg/m3之間(圖2—圖4)。GB 3095—2012《環境空氣質量標準》中PM2.5二級濃度限值為75 μg/m3 ，以此可以推算出所測高層住宅公共煙道油煙PM2.5的平均質量濃度是環境空氣質量標準中PM2.5二級濃度限值的7～26倍，可見住宅樓油煙PM2.5的排放對環境空氣質量具有較大的影響。
 

　　譚德生等研究發現在大學食堂、快餐和燒烤的油煙污染物中，粒徑處于0.4～0.65 μm的細顆粒物的質量濃度為9～30 mg/m3 ，實驗監測測得的住宅樓油煙PM2.5低于此值。家用的小型燃氣爐灶功率 3～ 4 kW，低于餐飲行業大型燃氣爐灶(20～50 kW)，使得炒菜過程中油溫較低，油量、食材量也低于餐飲企業，而且各家庭不同的飲食習慣所造成的油煙PM2.5排放差異在多戶共用的排煙管被稀釋均衡化，因此住宅樓公共煙道油煙 PM2.5排放濃度較低。
 

圖 2 16層住宅公共煙道油煙 PM2.5 排放情況
 

圖 3 27層住宅公共煙道油煙 PM2.5 排放情況
 

圖 4 32層住宅公共煙道油煙 PM2.5排放情況
 

　　家庭廚房油煙濃度雖然比餐飲油煙低，但城市人口基數大、住宅樓建筑總量多，由此必然會產生較高的顆粒物排放總量。
 

　　2.2 住宅樓公共煙道油煙 PM2.5排放量分析
 

　　通過測定公共煙道平均風速和煙道截面積來估算平均風量，從而對3個采樣口的每餐油煙PM2.5平均排放量進行估算(表1)，并根據每棟樓的戶數計算出在有煙時間段內平均每戶每餐油煙PM2.5的排放當量平均值約為70 mg/(戶·餐)。
 

表 1 3個油煙排放口每餐 PM2.5平均排放量
 

　　根據福田區在線2017年發布的《福田區人口家庭住房狀況分析》中的統計數據，按下式估算深圳市住宅樓居民總戶數：
 

　　Hsum=Nsum×μ×θ=1 300×0.75×98.7% =962.3(萬戶)
 

　　式中：Hsum 為深圳市住宅樓居民總戶數；Nsum 為截止到2018年深圳市常住人口數量，約1 300萬；μ為人均住房間數，        根據《福田區人口家庭住房狀況分析》 統計數據，深圳市人均住房間數為0.75 間/人；θ為四層以上住宅樓占總住宅的比例，根據《福田區人口家 庭住房狀況分析》統計數據，取 98.7% 。
 

　　按上式估算出深圳市四層以上住宅樓所居住的居民約 962.3 萬戶。根據本研究的結論每戶每餐烹飪PM2.5的排放當量，參照《2018 中國一線城市白領膳 食健康藍皮書》中統計的白領在家吃飯的比例，可以 簡單估算出深圳市家庭住宅樓 PM2.5的年排放量：
 

　　Psum=Hsum×ζ×=962.3×(23.7% +79% )×365×70 =252.5 t/a
 

　　式中：Hsum 為深圳市住宅樓居民總戶數；ζ為在家用 餐比例，參照《2018 中國一線城市白領膳食健康藍 皮書》統計數據，深圳市白領人群午餐和晚餐在家用餐為分別占 23.7% 和 79% (由于早餐可能產生的油煙量較少，本研究未將早餐計算在內)；γ 為住宅樓居民每戶每餐烹飪PM2.5的排放當量。
 

　　參照深圳市白領在家吃飯的比例估算深圳市住宅樓公共煙道對大氣PM2.5的貢獻量約為 252.5 t/a，將此數據與餐飲業油煙相比較。一個中型餐館(6 個灶頭)一年油煙 PM2.5排放總量約52.6 kg。據辰智 科技中國餐飲大數據研究數據庫數據顯示，2016年深圳餐廳總數為124534 個，其中輕餐和西餐的比例分別為19.9%和3.11% ，由此可估算出深圳餐飲業油煙PM2.5年排放總量約為5 043 t/a，則住宅樓公共煙道PM2.5的排放量約占烹飪油煙PM2.5總排放量的5%。
 

　　2.3 住宅樓公共煙道PM2.5對大氣環境的污染情況分析
 

　　與霧霾形成密切相關的大氣細顆粒物組分中約 10% 來自于自然界的排放，90% 來自于人為排放源。 王躍思等對北京PM2.5的源解析發現，北京年平均PM2.5排放組成中：燃煤占 26% ，機動車占19% ，餐飲占11% ，工業占10% 。由以上研究數據可見，住宅樓公共煙道油煙PM2.5也是一個不可忽略的PM2.5生活排放源。
 

　　本研究通過對全海花園 2 個公共煙道采樣口風速的測量考察住宅油煙污染物的擴散能力，實測住宅公共煙道平均風速低于2 m/s(圖 5—圖 6)，小于餐飲業油煙排放口的風速(8～10 m/s)，且住宅公共煙道未安裝強排風機，僅靠功率較低的抽油煙機作為油煙排放的動力，致使住宅公共煙道風速普遍較低。寶文宏等研究證實了污染源排放在風速較小時容易出現污染物濃度持續較高，且范圍較大的污染現象；在風速較大時污染物擴散快，只在小范圍內造成污染現象。由此可見，住宅樓公共煙道較低的油煙排放速度以及末端結構容易導致污染物在樓面聚集緩慢擴散，靜穩天氣下會對居民生活環境的空氣質量造成持續的大范圍影響。
 

圖 5 16層住宅公共煙道油煙排放平均風速變化曲線
 

圖 6 27層住宅公共煙道油煙排放平均風速變化曲線
 

　　3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監測云平臺
 

　　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，安科瑞油煙監測云平臺應運而生。油煙監測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數據交互，系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，凈化效率監測，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。平臺預留與其他應用系統、設備交互對接接口，具有很好的擴展性。
 

　　3.1 平臺結構
 

　　平臺GIS地圖采集餐飲油煙處理設備運行狀態和油煙排放的濃度數據，自動對超標排放及異常企業進行提示預警，監管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業整改設備，并定期清洗、維護，實現減排環保，不擾民等目的?，F場安裝監測終端，持續監測油煙凈化器的工作狀態，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，系統會發出異常信號。
 

       ■ 油煙監測設備用來監測油煙、顆粒物、NmHc等數據

 

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

　　■ 設備通過4G網絡將采集的數據上傳至遠程云端服務器
 

　　3.2平臺主要功能
 

　　(1)在線監測
 

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

       (2)告警數據監測

 

　　系統根據采集的油煙數值大小，產生對應的排放超標告警；對凈化器的運行數據分析，上傳凈化設備對應的運行、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；歷史數據統計等。
 

        (4)隱患管理

 

　　系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、歷史數據、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
 

　　油煙監控主機是現場的管理設備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進行數據處理，通過有線或無線網絡通訊將數據傳輸到服務器平臺。同時，對本地數據進行存儲，監控現場設備狀態，提供人機操作界面。
 

        具體技術參數如下：

 

        3.4設備選型方案

 

        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.結語與建議
 

　　4.1 結論
 

　　①住宅樓公共煙道 PM2.5 的小時平均質量濃度集中在0.5～2 mg/m3 ，是環境空氣質量標準中 PM2.5二級濃度限值的7～26 倍，對城市空氣質量具有較大影響。
 

　?、趨⒄丈钲谑邪最I在家吃飯的比例估算深圳市 住宅樓公共煙道對大氣PM2.5 的貢獻量約為252.5 t/a，將此數據與餐飲業油煙相比較，則住宅樓公共煙道油煙PM2.5的排放量約占烹飪油煙PM2.5總排放量的 5% 。
 

　?、圩≌矡煹烙蜔烶M2.5總排放量對大氣霧 霾的貢獻量不容忽視，且由于住宅樓公共煙道普遍沒有設置強排風機，平均排放風速低于2 m/s，導致污染物擴散慢，將會對人們生活環境的空氣質量造成持續的大范圍的影響。
 

　　4.2建議
 

　　高層住宅樓公共煙道油煙PM2.5對大氣環境細 顆粒物的總貢獻量較大，且污染物擴散慢，對其治理十分必要。高層住宅樓公共煙道具有PM2.5濃度低、 風速低、煙道內停留時間長等特點，選擇治理方法時 需充分考慮以上特征。本文提出以下建議：
 

　　其一，采取源頭控制。普通的家用抽油煙機只能將大顆粒的油脂離心去除，對細顆粒物作用甚微。目前市場上已經出現一些商用的煙罩式油煙凈化一體機，不僅能夠去除大顆粒油脂，也可以去除油煙小顆粒，凈化效率可達95%以上。住宅樓油煙的治理可以借鑒商用的煙罩式油煙凈化一體機，通過宏觀政 策鼓勵企業研發家用的油煙凈化一體機，從而在源頭上減少家庭油煙的排放。深圳市市場監督管理局 2017年發布的SZDB/Z 249—2017《家庭吸油煙機排 放控制規范》地方標準[10]中就對家庭廚房環境中使用 的外排式吸油煙機氣味降低度、油脂分離度、油煙凈化效率等性能做出了要求，具有一定的指導意義。
 

　　其二，考慮公共煙道油煙的綜合治理。高層住宅公共煙道所處位置比較特殊，治理設備的研發需要考慮占地等問題。首先，油煙治理設施盡量避免占用業主的公攤面積，如采用目前常見的商用油煙處理設備則必然會占用業主樓頂的公攤面積，使得治理項目的開展受阻；其次，要考慮處理設備對住戶存在的隱患，如采用靜電式油煙凈化設備則需考慮高壓電源帶來的隱患；然后，盡量節約建設 成本和運營維護成本。住宅油煙的治理直接關系到城市整個大氣環境，住戶可能無法直接體會到項目帶來的環境效益，因此很難將建設成本和運營維 護成本均攤到每家住戶來收繳。如采用建設且運營維護的模式，則由于設備總量巨大，需要盡量降低成本才可能實現。目前已有少數企業開始研發專門針對住宅公共煙道的油煙治理設備，如BOSS電器2015年研發了一款復合式住宅公共煙道雙作用除油 裝置，該裝置采用機械物理與光除油法，針對油煙中不同粒徑顆粒物進行去除；力德環保公司研發了一種煙道式油煙凈化設備，利用煙道現有結構作煙凈化設備的收塵，不但不會占用公攤面積， 而且運行維護費用低。
 

　　其三，公眾自覺減排。通過宣傳教育，將家庭油煙對大氣環境污染的貢獻情況進行普及，宣傳鼓勵以蒸煮為主的健康烹飪方式，讓大家明白在日常做菜過程中也可以為我們所在城市的空氣質量做出貢獻。
 

　　【參考文獻】
 

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　　[4] 魏玉濱，路 琳，劉 欣. 住宅樓公共煙道油煙細顆粒物排放現狀及治理必要性.[J].天津科技.
 

　　[5]安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監測云平臺.2020.05版.