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浅谈餐饮业大气污染物排放特征及对策

作者:上海安科瑞新能源有限公司时间:2021-07-22 我要发布

关键词: 餐饮

摘要

餐饮业是中国大型城市大气环境污染源之一。为了解餐饮业大气污染物的产生能力,本研究以北京为研究对象,选取41家不同菜系的餐饮企业,现场实地检测了净化设备前端的油烟、颗粒物和非甲烷总烃( NMHC) 的产生浓度水平。结果表明,净化前油烟、颗粒物和 NMHC的初始平均浓度约为1.93、6.6 和10.9 mg·m-3。 提出了一种基于工作日与非工作日的估算污染物排放总量的计算方法。并基于北京市餐饮企业数量和本研究测得的排放因子,初步估算了2019年全市餐饮源主要污染物的初始产生总量,油烟、颗粒物和NMHC的年排放总量分别5512、18849和6169 t。川湘菜、烧烤、烤鸭与家常菜产生的油烟与颗粒物浓度的 Pearson系数均 > 0. 6,具有强相关性;其中川湘菜和烤鸭排放的Pearson系数均 > 0. 8,呈现很强相关性。

关键词:餐饮业;油烟;颗粒物; 非甲烷总烃( NMHC);餐饮油烟监测云平台;安科瑞

前言

餐饮业排放的主要污染物为食物加工过程中产生的油烟、颗粒物、非甲烷总烃( NMHC) 以及烹饪使用的煤、天气的燃烧产物。餐饮业废气对环境空气质量有一定影响,主要表现在液态油烟与空气中水分结合形成气凝胶,气凝胶在大气中长时间悬浮,会导致大气PM2.5含量增加,部分挥发性VOCs在大气中经过复杂地反应会生成可以长时间悬浮的二次颗粒物,进一步增加大气PM2.5含量。有研究表明,餐饮业排放以PM2.5为主,其排放的颗粒物约占北京大气PM2.5浓度的7.5%~21.2%,是北京城区大气污染的来源之一。且随着经济平稳增长,北京市人口增长,餐饮业消费大大提升。北京市商务局统计数据显示,截至 2018年12月,北京地区共有餐饮企业5.95万户,同比增长7.7%,尤其在城区,高密度分布的餐饮企业油烟排放,是造成局部空气污染的一大原因。餐饮业排放的油烟成分复杂,并对人体呼吸道产生不利影响,大量吸入后有致癌风险。

近年来,为了解餐饮业污染现状,学者们开展了众多研究。施巍等给出了一种餐饮业无组织排放的核算方法。Wang等基于Kuznets Curve对中国 各省市地区餐饮业VOCs的排放进行了估算。林立等测算了上海典型餐饮业的油烟、颗粒物以及VOCs的排放,确定餐饮业排放是上海地区细颗粒物PM2.5的主要来源之一。温梦婷等研究了烹饪产生的PM2.5对北京冬季空气污染的贡献,结果表明 研究目标排放的PM2.5浓度为当日大气环境PM2.5质量浓度的8~35倍之多。但是仍缺少北京地区餐饮源直接产生的污染总量的估算。本研究于2019年在北京市内选取了川湘菜、烤鸭、烧烤和家常菜这4种典型菜系,共41家餐饮企业,对各餐饮企业排放的油烟、颗粒物和非甲烷总烃进行现场采样、分析并估算年排放总量,旨在通过此研究,探明北京市餐饮业大气污染物初始产生总量,考察餐饮业排放的大气污染物对大型城市空气质量的影响程度。

1、材料与方法

1.1 设备与材料

设备: QC-2大气采样仪;大气烟尘气采样仪;OIL-460型红外测油仪;GC8600 型气相色谱;甲烷柱为以GDX-502高分子多孔微球为填料的色谱柱,长3m,内径3 mm;总烃柱为以硅烷化玻璃微珠为填料的色谱柱,柱长1m,内径 3mm。系统载气为氮气( > 99.999% ) ,氢气由氢气发生器提供;电子天平。

材料: 聚四氟乙烯杯;不锈钢油烟滤筒;特氟龙气袋;颗粒物滤膜;四氯化碳。

1.2 样品采集与分析

根据城市居民外出就餐习惯,选午间11: 30~13: 30和晚间17: 30~19: 30(冬季晚餐高峰时间延后1h) 的用餐高峰时段对选取的41家餐饮企业进行样品采集,其中川湘菜9家、烤鸭10家、烧烤5家和家常菜17家。 

样品采集参考《饮食业油烟排放标准试行》 (GB18483-2001) 、《餐饮业颗粒物的测定手工称重法》( DB11T1485-2017) 和《固定污染源废气挥发性气体的采样气袋法》( HJ732-2014) 规定的标准方法。采集断面位于油烟净化设备前端的平直烟道。油烟每组5个样品,每个样品采集10min,颗粒物每组1个样品,采集时间45min,非甲烷总烃每组1个样品,采集时间30min。

样品在规定期内进行分析,分析方法参考 《饮食业油烟排放标准试行》(GB 18483-2001) 、《餐饮业颗粒物的测定手工称重法》(DB11T 1485-2017) 和《固定污染源总烃、甲烷和非甲烷的测定气相色谱法》( HJ38-2017)。本研究采用《固定污染源总烃、甲烷和非甲烷的测定气相色谱法》(HJ38- 2017) 对烟气中VOCs浓度进行分析,故VOCs浓度以NMHC计。

1.3 污染物年排放总量计算方法

不安装油烟净化设备情况下餐饮企业的污染物年排放总量计算见公式( 1)。

W = y × h × k × 10 -3 (1)

式中,W为年排放总量( kg·a - 1 ) ;y为全年营业天数 ( d) ; h为每天营业小时数 ( h ) ;k为排放系数 ( g·h - 1 ) 。

排放系数 k 计算见公式( 2) :

k = V0 × E × n (2)

式中,V0 为平均标况风量( m3 ·h - 1 ) ;E 为基准平均排放浓度,( mg·m - 3 ) ; n 为平均折算灶头数( 个) 。 

由于工作日与非工作日餐饮企业工作强度有差异,所以在进行全年总量计算时将工作日与非工作日分别计算,日排放总量Wd计算公式为:

Wd = k × h × N (3)

式中,N 为北京市餐饮企业总数。 

全年污染物排放总量计算公式为:

Wy = Wd,g × 250 + Wd,j × 115 (4)

式中,Wy 为全年排放总量( t) ;Wd,g为工作日排放总 量( t·d - 1 ) ; Wd,j为非工作日排放总量( t·d - 1 )。

2、结果与讨论

2.1 油烟与颗粒物排放情况

41家餐饮企业的净化前油烟与颗粒物排放情况见图 1(a) ,油烟基准排放浓度范围为0.14 ~ 6.25 mg·m- 3 ,平均排放浓度1.93 mg·m- 3 。从中可知,油烟基准排放浓度< 1. 0 mg·m- 3 ,即满足《餐饮业大气污染物排放标准》( DB11/1488-2018)油烟排放限值要求的有13家企业,占比31.71%,这些企业不需加装净化设备即可满足达标排放;油烟基准排放浓度 ≥1.0 mg·m- 3的餐饮企业共28家,占比68.29%,其中油烟基准排放浓度≥2.0 mg·m - 3 ,即超标2倍的企业有16家,占调查总量的39.02%。由此可见,大部分餐饮企业需通过加装净化设备以油烟污染,满足达标排放。DB11 /1488-201的编制说明中对100家餐饮企业的油烟测试结果为1.77 mg·m- 3 ,与本研究的结果相近。而林立等的研究发现上海市餐饮企业平均油烟排放浓度为1.28 mg·m- 3 ,朱春等发现湖南菜和广东菜的油烟密度分别1.51mg·m- 3 和 1.72 mg·m- 3 ,均低于本研究结果,原因在于不同菜系之间的烹饪方式烹饪过程以及使用食用油种类和食材不同,可能造成油烟排放差异。

颗粒物排放情况见图 1( b) ,颗粒物基准排放浓度范围为 < 0. 1 ~ 19.3 mg·m - 3 ,平均排放浓度为6.6 mg·m - 3 。从中可知,颗粒物浓度 < 5 mg·m - 3 ,即满足DB11 /1488-2018油烟排放限值要求的有21家企业,占比51.22%,这些企业无需安装净化设备即可满足排放标准; 颗粒物基准浓度≥5 mg·m - 3 的餐饮企业共20家,占比48.78%,其中颗粒物基准浓度≥10 mg·m - 3 有8家,占比19.51%.DB11 /1488- 2018的编制说明中对100家餐饮企业的测试结果为7.50 mg·m- 3 ,与本研究结果相近。林立等测得上海市餐饮企业颗粒物排放浓度为0.14 ~1.67 mg·m - 3 之间,温梦婷等测得北京地区川菜、杭州菜以及烧烤等餐饮企业颗粒物排放浓度为1.38 ~ 1.81 mg·m- 3 ,低于本研究结果.原因在于样品会受采集断面、净化设备、采样工况和餐饮企业菜系等因素影响,导致颗粒物排放浓度存在较大差异。

2.2 颗粒物与油烟排放浓度相关性分析
研究发现油烟与颗粒物的排放浓度具有一定相关性,分析结果见图 2,统计结果见表 1。
本研究分别对全部餐饮企业与不同菜系间餐饮企业的油烟与颗粒物浓度进行相关性分析,结果表明油烟与颗粒物之间存在强相关性,且不同菜系间存在差异;家常菜和烧烤排放的油烟与颗粒物表现为强相关性,而烤鸭和川湘菜的Pearson系数分别为0.8和0.9,表现出了很强的相关性,与孙鹏等对河南省郑州市具有代表性餐饮企业排放油烟和颗粒物之间具有很高线性关系的研究结论相符。但是,有研究表明烤鸭排放的油烟与颗粒物之间相关性不好,与本研究的结论不同,可能由于本研究样本中烤鸭均为电烤炉烹饪,与传统果木烤鸭的油烟和颗粒物排放水平不同、样品受采集条件和餐饮企业工况等因素影响。
 

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