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(xì)顆粒物(PM2.5)的排放現(xiàn)狀及其對大氣環(huán)境的影響，對 3個(gè)典型層高的居民住宅樓公共煙道排放口油煙PM2.5濃度進(jìn)行了連續(xù)采樣監(jiān)測。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，3個(gè)排放口PM2.5的平均質(zhì)量濃度為0.5～2 mg/m3，超出環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)量約為252.5 t/a，占烹飪油煙PM2.5總排放量的5%，是又一個(gè)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(qiáng)排風(fēng)機(jī)使煙道內(nèi)的平均風(fēng)速在2.0 m/s 以下，較低的排放速度容易導(dǎo)致污染物在樓面聚集，擴(kuò)散緩慢，靜穩(wěn)天氣下會(huì)對居民生活環(huán)境的空氣質(zhì)量造成持續(xù)大范圍的影響。
 

　　關(guān)鍵詞：住宅樓；公共煙道；油煙 細(xì)顆粒物；餐飲油煙監(jiān)測云平臺(tái)；安科瑞
 

　　0 前言
 

　　隨著城市的高速發(fā)展，文化、產(chǎn)業(yè)及教育 資源慢慢向城市集中，使得城市人口數(shù)量激增，出現(xiàn)了大城市甚至超大城市。單位地域人口數(shù)量的增多也間接導(dǎo)致住宅形式的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變，使得單位地域廚房的烹飪油煙成為一項(xiàng)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(tài)VOCs。大顆粒 油滴在空氣中懸浮時(shí)間持續(xù)數(shù)秒至數(shù)小時(shí)，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(huì)成為長期持續(xù)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(tài)的可揮發(fā)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(yīng)，是導(dǎo)致大氣能見度變差及城市霧霾的主要原因之一。油煙產(chǎn)生的氣溶膠主要為核膜態(tài)和積聚模 態(tài)，這兩種模態(tài)下的油煙氣溶膠正好落在PM2.5范圍內(nèi)，據(jù)胡敏等[6]研究發(fā)現(xiàn)，餐飲業(yè)排放的細(xì)顆粒PM10在PM2.5的質(zhì)量濃度中占50% ～85% 。研究高層住宅公共煙道油煙細(xì)顆粒物(即 PM2.5)的排放現(xiàn)狀，評(píng)估其對大氣霧霾的貢獻(xiàn)情況，可以更 科學(xué)地為城市大氣污染治理提供方向，創(chuàng)造更好的生活環(huán)境。
 

　　1.實(shí)驗(yàn)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(qū)3個(gè)具有代表性層高的居民樓公共煙道排放口作為采樣點(diǎn)，分別為全海花園3棟A單元16 層(15 戶)，全海花園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(xù) 10 d分別在3個(gè)公共煙道 排放口進(jìn)行油煙PM2.5的采樣檢測，采樣時(shí)間為中午和下午的家庭烹飪高峰時(shí)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(huán)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(jìn)行監(jiān)測，儀器的檢出限為0.1 μg/m3 ，檢測方法符合深圳市地方標(biāo)準(zhǔn)SZDB/Z 254—2017 《飲食業(yè)油煙排放控制規(guī)范》中附錄B油煙現(xiàn)場和在線監(jiān)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(biāo)法)的油煙濃度測試結(jié)果對比，2儀器所測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)果擬合結(jié)果
 

　　2.結(jié)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(gè)典型層高住宅樓公共煙道排放口連續(xù)10d的監(jiān)測，監(jiān)測時(shí)間段內(nèi)油煙PM2.5的變化幅度較大，峰值濃度可達(dá)30 mg/m3 ，油煙PM2.5 的平均質(zhì)量濃度主要分布在0.5～2 mg/m3之間(圖2—圖4)。GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中PM2.5二級(jí)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(zhì)量濃度是環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中PM2.5二級(jí)濃度限值的7～26倍，可見住宅樓油煙PM2.5的排放對環(huán)境空氣質(zhì)量具有較大的影響。
 

　　譚德生等研究發(fā)現(xiàn)在大學(xué)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(xì)顆粒物的質(zhì)量濃度為9～30 mg/m3 ，實(shí)驗(yàn)監(jiān)測測得的住宅樓油煙PM2.5低于此值。家用的小型燃?xì)鉅t灶功率 3～ 4 kW，低于餐飲行業(yè)大型燃?xì)鉅t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(yè)，而且各家庭不同的飲食習(xí)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(shù)大、住宅樓建筑總量多，由此必然會(huì)產(chǎn)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(fēng)速和煙道截面積來估算平均風(fēng)量，從而對3個(gè)采樣口的每餐油煙PM2.5平均排放量進(jìn)行估算(表1)，并根據(jù)每棟樓的戶數(shù)計(jì)算出在有煙時(shí)間段內(nèi)平均每戶每餐油煙PM2.5的排放當(dāng)量平均值約為70 mg/(戶·餐)。
 

表 1 3個(gè)油煙排放口每餐 PM2.5平均排放量
 

　　根據(jù)福田區(qū)在線2017年發(fā)布的《福田區(qū)人口家庭住房狀況分析》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按下式估算深圳市住宅樓居民總戶數(shù)：
 

　　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(shù)；Nsum 為截止到2018年深圳市常住人口數(shù)量，約1 300萬；μ為人均住房間數(shù)，        根據(jù)《福田區(qū)人口家庭住房狀況分析》 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，深圳市人均住房間數(shù)為0.75 間/人；θ為四層以上住宅樓占總住宅的比例，根據(jù)《福田區(qū)人口家 庭住房狀況分析》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，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(jù)本研究的結(jié)論每戶每餐烹飪PM2.5的排放當(dāng)量，參照《2018 中國一線城市白領(lǐng)膳 食健康藍(lán)皮書》中統(tǒng)計(jì)的白領(lǐng)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(shù)；ζ為在家用 餐比例，參照《2018 中國一線城市白領(lǐng)膳食健康藍(lán) 皮書》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，深圳市白領(lǐng)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(chǎn)生的油煙量較少，本研究未將早餐計(jì)算在內(nèi))；γ 為住宅樓居民每戶每餐烹飪PM2.5的排放當(dāng)量。
 

　　參照深圳市白領(lǐng)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(xiàn)量約為 252.5 t/a，將此數(shù)據(jù)與餐飲業(yè)油煙相比較。一個(gè)中型餐館(6 個(gè)灶頭)一年油煙 PM2.5排放總量約52.6 kg。據(jù)辰智 科技中國餐飲大數(shù)據(jù)研究數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)顯示，2016年深圳餐廳總數(shù)為124534 個(gè)，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(yè)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(huán)境的污染情況分析
 

　　與霧霾形成密切相關(guān)的大氣細(xì)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(fā)現(xiàn)，北京年平均PM2.5排放組成中：燃煤占 26% ，機(jī)動(dòng)車占19% ，餐飲占11% ，工業(yè)占10% 。由以上研究數(shù)據(jù)可見，住宅樓公共煙道油煙PM2.5也是一個(gè)不可忽略的PM2.5生活排放源。
 

　　本研究通過對全海花園 2 個(gè)公共煙道采樣口風(fēng)速的測量考察住宅油煙污染物的擴(kuò)散能力，實(shí)測住宅公共煙道平均風(fēng)速低于2 m/s(圖 5—圖 6)，小于餐飲業(yè)油煙排放口的風(fēng)速(8～10 m/s)，且住宅公共煙道未安裝強(qiáng)排風(fēng)機(jī)，僅靠功率較低的抽油煙機(jī)作為油煙排放的動(dòng)力，致使住宅公共煙道風(fēng)速普遍較低。寶文宏等研究證實(shí)了污染源排放在風(fēng)速較小時(shí)容易出現(xiàn)污染物濃度持續(xù)較高，且范圍較大的污染現(xiàn)象；在風(fēng)速較大時(shí)污染物擴(kuò)散快，只在小范圍內(nèi)造成污染現(xiàn)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(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致污染物在樓面聚集緩慢擴(kuò)散，靜穩(wěn)天氣下會(huì)對居民生活環(huán)境的空氣質(zhì)量造成持續(xù)的大范圍影響。
 

圖 5 16層住宅公共煙道油煙排放平均風(fēng)速變化曲線
 

圖 6 27層住宅公共煙道油煙排放平均風(fēng)速變化曲線
 

　　3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺(tái)
 

　　為了彌補(bǔ)現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測上的漏洞，同時(shí)便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺(tái)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)餐飲設(shè)備的開機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)開機(jī)率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設(shè)施停運(yùn)告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、排名等統(tǒng)計(jì)功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測方案，更具實(shí)效性。平臺(tái)預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對接接口，具有很好的擴(kuò)展性。
 

　　3.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)
 

　　平臺(tái)GIS地圖采集餐飲油煙處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動(dòng)對超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警，監(jiān)管部門可迅速進(jìn)行處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)減排環(huán)保，不擾民等目的。現(xiàn)場安裝監(jiān)測終端，持續(xù)監(jiān)測油煙凈化器的工作狀態(tài)，包括設(shè)備運(yùn)行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時(shí)結(jié)合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進(jìn)行對比分析，一旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出異常信號(hào)。
 

       ■ 油煙監(jiān)測設(shè)備用來監(jiān)測油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)

 

　　■ 凈化器和風(fēng)機(jī)配合對油煙進(jìn)行凈化處理，同時(shí)對凈化設(shè)備的電流、電壓進(jìn)行監(jiān)測
 

　　■ 設(shè)備通過4G網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程云端服務(wù)器
 

　　3.2平臺(tái)主要功能
 

　　(1)在線監(jiān)測
 

　　對油煙排污數(shù)據(jù)的監(jiān)測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數(shù)值采集監(jiān)測；同時(shí)對監(jiān)控風(fēng)機(jī)和凈化器的啟停狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。
 

       (2)告警數(shù)據(jù)監(jiān)測

 

　　系統(tǒng)根據(jù)采集的油煙數(shù)值大小，產(chǎn)生對應(yīng)的排放超標(biāo)告警；對凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對應(yīng)的運(yùn)行、停機(jī)、故障等告警事件。
 

　　(3)數(shù)據(jù)分析
 

　　運(yùn)行時(shí)長分析，離線分析；告警占比、排名分析；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。
 

        (4)隱患管理

 

　　系統(tǒng)對采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對應(yīng)的隱患記錄，派發(fā)、處理隱患，及時(shí)處理告警，形成閉環(huán)。
 

       (5)統(tǒng)計(jì)分析

 

　　包括時(shí)長分析、超標(biāo)分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報(bào)告等模塊。
 

       (6)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)

 

　　個(gè)人信息、權(quán)限維護(hù)，企業(yè)信息錄入，對應(yīng)測點(diǎn)信息錄入等。
 

　　(7)數(shù)據(jù)服務(wù)
 

　　數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和解析。
 

　　3.3 油煙監(jiān)測主機(jī)
 

　　油煙監(jiān)控主機(jī)是現(xiàn)場的管理設(shè)備，實(shí)時(shí)采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)通訊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器平臺(tái)。同時(shí)，對本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，提供人機(jī)操作界面。
 

        具體技術(shù)參數(shù)如下：

 

        3.4設(shè)備選型方案

 

        注：雙探頭適合雙排煙通道的場合，每路探頭監(jiān)測1路排煙通道。

 

　　4.結(jié)語與建議
 

　　4.1 結(jié)論
 

　　①住宅樓公共煙道 PM2.5 的小時(shí)平均質(zhì)量濃度集中在0.5～2 mg/m3 ，是環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中 PM2.5二級(jí)濃度限值的7～26 倍，對城市空氣質(zhì)量具有較大影響。
 

　　②參照深圳市白領(lǐng)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(xiàn)量約為252.5 t/a，將此數(shù)據(jù)與餐飲業(yè)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% 。
 

　　③住宅公共煙道油煙PM2.5總排放量對大氣霧 霾的貢獻(xiàn)量不容忽視，且由于住宅樓公共煙道普遍沒有設(shè)置強(qiáng)排風(fēng)機(jī)，平均排放風(fēng)速低于2 m/s，導(dǎo)致污染物擴(kuò)散慢，將會(huì)對人們生活環(huán)境的空氣質(zhì)量造成持續(xù)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(huán)境細(xì) 顆粒物的總貢獻(xiàn)量較大，且污染物擴(kuò)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(fēng)速低、煙道內(nèi)停留時(shí)間長等特點(diǎn)，選擇治理方法時(shí) 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(jī)只能將大顆粒的油脂離心去除，對細(xì)顆粒物作用甚微。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)一些商用的煙罩式油煙凈化一體機(jī)，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(dá)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(jī)，通過宏觀政 策鼓勵(lì)企業(yè)研發(fā)家用的油煙凈化一體機(jī)，從而在源頭上減少家庭油煙的排放。深圳市市場監(jiān)督管理局 2017年發(fā)布的SZDB/Z 249—2017《家庭吸油煙機(jī)排 放控制規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn)[10]中就對家庭廚房環(huán)境中使用 的外排式吸油煙機(jī)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(dǎo)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(shè)備的研發(fā)需要考慮占地等問題。首先，油煙治理設(shè)施盡量避免占用業(yè)主的公攤面積，如采用目前常見的商用油煙處理設(shè)備則必然會(huì)占用業(yè)主樓頂?shù)墓珨偯娣e，使得治理項(xiàng)目的開展受阻；其次，要考慮處理設(shè)備對住戶存在的隱患，如采用靜電式油煙凈化設(shè)備則需考慮高壓電源帶來的隱患；然后，盡量節(jié)約建設(shè) 成本和運(yùn)營維護(hù)成本。住宅油煙的治理直接關(guān)系到城市整個(gè)大氣環(huán)境，住戶可能無法直接體會(huì)到項(xiàng)目帶來的環(huán)境效益，因此很難將建設(shè)成本和運(yùn)營維 護(hù)成本均攤到每家住戶來收繳。如采用建設(shè)且運(yùn)營維護(hù)的模式，則由于設(shè)備總量巨大，需要盡量降低成本才可能實(shí)現(xiàn)。目前已有少數(shù)企業(yè)開始研發(fā)專門針對住宅公共煙道的油煙治理設(shè)備，如BOSS電器2015年研發(fā)了一款復(fù)合式住宅公共煙道雙作用除油 裝置，該裝置采用機(jī)械物理與光除油法，針對油煙中不同粒徑顆粒物進(jìn)行去除；力德環(huán)保公司研發(fā)了一種煙道式油煙凈化設(shè)備，利用煙道現(xiàn)有結(jié)構(gòu)作煙凈化設(shè)備的收塵，不但不會(huì)占用公攤面積， 而且運(yùn)行維護(hù)費(fèi)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(huán)境污染的貢獻(xiàn)情況進(jìn)行普及，宣傳鼓勵(lì)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(zhì)量做出貢獻(xiàn)。
 

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