0.前言
随着我国餐饮行业的快速发展，餐饮油烟污染已成为城市大气污染的重要来源之一。餐饮场所主要分布在人口稠密的商业区和居民区，在烹饪过程中产生的油烟污染物具有数多、覆盖面广、污染源分散、污染不易扩散等特点，对城市大气污染的贡献仅次于机动车污染源和工业源。此外，居民针对烹饪油烟刺激性气味的投诉越来越多。据相关调查，对餐饮油烟污染的投诉占所有环境投诉的30%-40%，引起了有关部门的关注。
中国的烹饪风格以油炸、烧烤、蒸煮和爆炒为主，与西方单一的烹饪方式相比，更容易产生大量的油烟。目前我国使用的油烟机，只能通过机械作用去除大颗粒的油滴，而颗粒物和VOCs则通过管道转移到室外，并未进行处理。餐饮油烟的成分复杂并包含较多有毒物质，这些混合物若通过无组织排放，在大气环境中逐渐积累，短期内会对当地空气质量和人类健康有显著影响。因此，亟需发展绿色的净化技术对餐饮油烟污染进行控制。本文针对餐饮油烟污染处理难题，结合餐饮油烟VOCs的组成特征，总结油烟VOCs净化技术研究进展及其难点和热点问题，为进一步研究油烟VOCs净化提供参考和思路。
⦁油烟VOCs的形成、组成特征及危害
1.1 油烟VOCs的形成
烹饪油烟是指食物在高温烹制过程中与食用油反应，生成各种脂质热氧化和分解的混合
物，主要包括固态颗粒物和气态污染物。油烟的形成主要有三个阶段：当加热温度为50℃–100℃时，油脂中所含低沸点物质和水分发生汽化，小分子物质散发；温度为 100℃–260℃时，食用油所含沸点较高的物质发生汽化并分解，形成小油滴（>10 μm）；加热到 260℃以上，高沸点物质急剧汽化，形成大量细颗粒物（0.1–10 μm）。当各阶段产生的混合气体在上升过程中与空气发生碰撞，温度迅速下降，形成含冷凝物的气溶胶，各种混合物散逸至大气中。
1.2 油烟VOCs组成特征
餐饮油烟VOCs的化学成分较为复杂，其化学特性因烹饪风格、烹饪原料、加热温度等不同而有很大差异。何万清等[10]以菜籽油为例，对在不同温度下加热产生的油烟VOCs组分进行分析，实验结果如图 1 所示。当加热温度从130℃上升到260℃时，葵花籽油排放的VOCs的种类和浓度水平都呈上升趋势。其中，烷烃和醛酮类化合物随着温度的升高而升高，且浓度变化范围较大。
图 1 葵花籽油在不同温度下的 VOCs 排放浓度
zhang 等测定同一温度（270℃）下，五种食用油油烟 VOCs 排放种类及浓度。实验得到，五种食用油 VOCs 的排放浓度依次为：菜籽油（81.0 mg/m3）>大豆油（75.5 mg/m3）>花生（70.9 mg/m3）>玉米油（60.3 mg/m3）>猪油（20.5 mg/m3），这表明富含不饱和脂肪
酸的植物油在270℃下比富含饱和脂肪酸的猪油排放更多VOCs。黄永海考察在260℃时，大豆油、花生油和调和油三种食用油非甲烷总烃（Non-methane hydrocarbons，NMHCs）、醛类和苯系物的排放浓度。实验得出，大豆油加热产生的油烟中 NMHCs的浓度（31588.33 ppm）明显高于其他两种食用油，但三种食用油排放的醛酮类和苯系物浓度水平相当。相比之下，大豆油在高温状态下产生的 VOCs 浓度（31995.37 ppm）高，而花生油和调和油的VOCs 排放浓度相当。综上所述，烹饪油烟 VOCs 的化学成分主要包括烃类、醛酮、醇类及其他杂环化合物。不同食用油在高温状态下排放的 VOCs 种类和浓度都不相同，其中富含不饱和脂肪酸的植物油产生的油烟VOCs浓度高。
为了解不同类型餐饮源对 VOCs 排放的种类和浓度水平的影响，图 2 对比了不同菜系油烟 VOCs 浓度水平和种类。Huang 等研究上海五种类型餐馆（火锅、川菜、粤菜、西餐和正宗上海菜）VOCs 的排放特性。研究发现，火锅在室内排放油烟产生的VOCs质量浓度高(1.90 mg/m3)，其次是川菜(1.41 mg/m3)、西餐（0.66 mg/m3)、粤菜(0.63 mg/m3
)和上海菜(0.61 mg/m3)。烷烃是五种菜系的主要 VOC 污染物，所占比例为 34.4%~71.7%。崔彤等研究北京 5 家不同菜系（烧烤类、中餐、西餐、川菜和浙菜）油烟 VOCs 的排放特征。结果显示，5 种菜系油烟 VOCs 的排放浓度从高到低依次为：烧烤类（12.22 mg/m3）>中餐（4.28 mg/m3）>西餐（5.79 mg/m3）>川菜（5.45 mg/m3）>浙菜（3.93 mg/m3）。烧烤类与非烧烤类菜系油烟排放的污染物种类有显著差别。烧烤类 VOCs 排放主要是以烃类化合物为主，占所有组分的 89.65% 。非烧烤类菜系的烹饪排放中，烷烃和醛类是主要污染物。徐敏等[以北京烤鸭作为研究对象，通过气相色谱–质谱联用仪分析，共检测出 58 种 VOCs。其中醛酮类和脂类等碳链较短的化合物含量较高，C1-C3 物质所占比例 72.27%。同时指出，由于烤鸭烤制温度较高，使大分子物质分解为小分子物质，与烹饪油烟产生的有机物浓度大不相同，因此不具有明显的线性相关。
图 2 不同餐饮源 VOCs 排放浓度
1.3 油烟的危害
1.3.1 环境效应
餐饮油烟的排放对空气质量和人类健康都有显著影响，其具体环境效应和健康风险如图
3 所示。烹饪产生的 PM2.5等细颗粒物是城市环境雾霾污染和室内污染的重要贡献者。有研究表明，与西方烹饪风格相比，中国烹饪风格所产生的 PM2.5 含量较高。活性 VOCs 能促进大气中的羟基自由基、臭氧和二次有机气溶胶(secondary organic aerosol，SOA)的形成，
导致光化学烟雾事件并加快二次颗粒物的生成，对城市和区域环境质量影响较大究表示，烹饪会释放出 SOA 前体，例如烯烃(<C10)、初级半挥发性、中间挥发性有机化合物（primary semi-volatile and intermediate-volatility organic compounds，SVOCs 和 IVOCs）等。同时，Hayes 等通过建模显示，烹饪排放的 SVOCs和IVOCs占洛杉矶市中心SOA质量19%-35%。假设烹饪排放具有SVOCs和IVOCs的挥发性分布，该结果表明烹饪与汽车尾气具有相同的 SOA 排放产量。
⦁油烟 VOCs 净化技术
餐饮油烟的净化主要是针对 VOCs 废气的处理。VOCs 控制技术分为回收技术和破坏性技术。回收技术是对污染物进行物理处理，主要包括吸附法、吸收法等；破坏性技术是用化学方法将VOCs氧化分解为CO2 和 H2O 等无污染的物质，主要包括催化燃烧法、低温等离子体法等。两种控制技术的工作原理和性能对比如表 1。
表 1 油烟 VOCs 净化技术工作原理与性能对比
2.安科瑞AcrelCloud3500餐饮油烟监测云平台
为了弥补现存餐饮行业在烟油监测上的漏洞，同时便利监管部门的监察，安科瑞油烟监测云平台应运而生。油烟监测模块通过2G/4G与云端平台进行通信和数据交互，系统能够对企业餐饮设备的开机状态、运行状态进行监控；实现开机率监测，净化效率监测，设施停运告警，待清洗告警，异常告警等功能；对采集数据进行统计分析、排名等统计功能；较之传统的静电监测方案，更具实效性。平台预留与其他应用系统、设备交互对接接口，具有很好的扩展性。
2.1 平台结构
平台GIS地图采集餐饮油烟处理设备运行状态和油烟排放的浓度数据，自动对超标排放及异常企业进行提示预警，监管部门可迅速进行处理，督促餐饮企业整改设备，并定期清洗、维护，实现减排环保，不扰民等目的。现场安装监测终端，持续监测油烟净化器的工作状态，包括设备运行的电流、电压、功率、耗电量等等，同时结合排烟口的挥发性物质、颗粒物浓度等进行对比分析，一旦排放超标，系统会发出异常信号。
■ 油烟监测设备用来监测油烟、颗粒物、NmHc等数据
■ 净化器和风机配合对油烟进行净化处理，同时对净化设备的电流、电压进行监测
■ 设备通过4G网络将采集的数据上传至远程云端服务器
2.2平台主要功能
（1）在线监测
对油烟排污数据的监测，包括油烟排放浓度，颗粒物，NmHc等数值采集监测；同时对监控风机和净化器的启停状态、运行数据进行监测。
(2)告警数据监测
系统根据采集的油烟数值大小，产生对应的排放超标告警；对净化器的运行数据分析，上传净化设备对应的运行、停机、故障等告警事件。
(3)数据分析
运行时长分析，离线分析；告警占比、排名分析；历史数据统计等。
(4)隐患管理
系统对采集的告警数据分析，产生对应的隐患记录，派发、处理隐患，及时处理告警，形成闭环。
(5)统计分析
包括时长分析、超标分析、历史数据、分析报告等模块。
(6)基础数据维护
个人信息、权限维护，企业信息录入，对应测点信息录入等。
(7)数据服务
数据采集，短信提醒，数据存储和解析。
2.3 油烟监测主机
油烟监控主机是现场的管理设备，实时采集油烟浓度探测器和工况传感器的信号，进行数据处理，通过有线或无线网络通讯将数据传输到服务器平台。同时，对本地数据进行存储，监控现场设备状态，提供人机操作界面。
注：双探头适合双排烟通道的场合，每路探头监测1路排烟通道。
3.结论
餐饮油烟作为中国城市地区的一个大型VOCs排放源，严重威胁着生态环境和人体健康。因此，餐饮油烟VOCs净化技术仍迫切需要深入的研究。
1）本文综述了餐饮油烟VOCs的排放特征。结果表明，不同烹饪风格和烹饪原料会导致VOCS排放有很大差异。不同菜系烹饪油烟 VOCs排放种类和浓度有明显差异。典型的非烧烤类菜系中以川菜污染排放较为严重，主要以烷烃和烯烃为主。烧烤类菜系以芳香烃类化合物排放为主。不同食用油中，大豆油污染排放浓度较高，玉米油则相对健康。目前，国内外对餐饮油烟VOCs排放特征的研究取得了大量成果，但油烟 VOCs 采样方式与排放量的估算仍需进一步规范。相关部门要加强小规模及未注册餐饮业的排放监测，获得相关排放系数，提高排放量估算的准确性，对制定相关排放标准和控制措施具有指导意义。
2）目前我国餐饮油烟净化设备主要针对油烟颗粒物的去除，但对于油烟VOCs的末端
治理还尚不完善。综上所述，餐饮油烟VOCs净化技术种类繁多且较为成熟，回收技术中以吸附法应用较多，但该技术大多应用于大型食品加工行业，并未在中小型餐饮业进行推广使用。破坏技术可大幅度提高 VOCs 的净化效率，其中以催化燃烧法的应用较多。催化燃烧是一种绿色的净化技术，但催化设备造价较高、占地较广，并不适合低成本的餐饮油烟 VOCs的净化。针对餐饮油烟成分的复杂性和污染气体排放情况的差异性，采用单一的治理技术已不能满足当下的治理需求。因此，为了实现多种VOCs的大范围去除，通常采用多技术耦合，充分发挥各种 VOCs 净化技术的优点，实现降解。根据上述VOCs净化技术的分析，低温等离子体与催化相结合在降低能耗和减少副产物方面具有潜在优势，也日益受到了人们的关注。等离子体催化系统可以通过改变催化剂表面物理化学性质提升催化剂反应活性，充分利用等离子与催化剂之间的协同作用，提高能量利用率，实现油烟VOCs的降解。然而要实现大规模产量化和商业化，催化剂的选择尤为重要，探究两者如何协同产生更有利于VOCs降解的物理化学变化仍是我们未来的研究方向。同时，为了践行绿色环保的发展理念，选择环保的油烟废气处理技术，也是未来研究的方向。
0.前言
随着我国餐饮行业的快速发展，餐饮油烟污染已成为城市大气污染的重要来源之一。餐饮场所主要分布在人口稠密的商业区和居民区，在烹饪过程中产生的油烟污染物具有数多、覆盖面广、污染源分散、污染不易扩散等特点，对城市大气污染的贡献仅次于机动车污染源和工业源。此外，居民针对烹饪油烟刺激性气味的投诉越来越多。据相关调查，对餐饮油烟污染的投诉占所有环境投诉的30%-40%，引起了有关部门的关注。
中国的烹饪风格以油炸、烧烤、蒸煮和爆炒为主，与西方单一的烹饪方式相比，更容易产生大量的油烟。目前我国使用的油烟机，只能通过机械作用去除大颗粒的油滴，而颗粒物和VOCs则通过管道转移到室外，并未进行处理。餐饮油烟的成分复杂并包含较多有毒物质，这些混合物若通过无组织排放，在大气环境中逐渐积累，短期内会对当地空气质量和人类健康有显著影响。因此，亟需发展绿色的净化技术对餐饮油烟污染进行控制。本文针对餐饮油烟污染处理难题，结合餐饮油烟VOCs的组成特征，总结油烟VOCs净化技术研究进展及其难点和热点问题，为进一步研究油烟VOCs净化提供参考和思路。
⦁油烟VOCs的形成、组成特征及危害
1.1 油烟VOCs的形成
烹饪油烟是指食物在高温烹制过程中与食用油反应，生成各种脂质热氧化和分解的混合
物，主要包括固态颗粒物和气态污染物。油烟的形成主要有三个阶段：当加热温度为50℃–100℃时，油脂中所含低沸点物质和水分发生汽化，小分子物质散发；温度为 100℃–260℃时，食用油所含沸点较高的物质发生汽化并分解，形成小油滴（>10 μm）；加热到 260℃以上，高沸点物质急剧汽化，形成大量细颗粒物（0.1–10 μm）。当各阶段产生的混合气体在上升过程中与空气发生碰撞，温度迅速下降，形成含冷凝物的气溶胶，各种混合物散逸至大气中。
1.2 油烟VOCs组成特征
餐饮油烟VOCs的化学成分较为复杂，其化学特性因烹饪风格、烹饪原料、加热温度等不同而有很大差异。何万清等[10]以菜籽油为例，对在不同温度下加热产生的油烟VOCs组分进行分析，实验结果如图 1 所示。当加热温度从130℃上升到260℃时，葵花籽油排放的VOCs的种类和浓度水平都呈上升趋势。其中，烷烃和醛酮类化合物随着温度的升高而升高，且浓度变化范围较大。
图 1 葵花籽油在不同温度下的 VOCs 排放浓度
zhang 等测定同一温度（270℃）下，五种食用油油烟 VOCs 排放种类及浓度。实验得到，五种食用油 VOCs 的排放浓度依次为：菜籽油（81.0 mg/m3）>大豆油（75.5 mg/m3）>花生（70.9 mg/m3）>玉米油（60.3 mg/m3）>猪油（20.5 mg/m3），这表明富含不饱和脂肪
酸的植物油在270℃下比富含饱和脂肪酸的猪油排放更多VOCs。黄永海考察在260℃时，大豆油、花生油和调和油三种食用油非甲烷总烃（Non-methane hydrocarbons，NMHCs）、醛类和苯系物的排放浓度。实验得出，大豆油加热产生的油烟中 NMHCs的浓度（31588.33 ppm）明显高于其他两种食用油，但三种食用油排放的醛酮类和苯系物浓度水平相当。相比之下，大豆油在高温状态下产生的 VOCs 浓度（31995.37 ppm）高，而花生油和调和油的VOCs 排放浓度相当。综上所述，烹饪油烟 VOCs 的化学成分主要包括烃类、醛酮、醇类及其他杂环化合物。不同食用油在高温状态下排放的 VOCs 种类和浓度都不相同，其中富含不饱和脂肪酸的植物油产生的油烟VOCs浓度高。
为了解不同类型餐饮源对 VOCs 排放的种类和浓度水平的影响，图 2 对比了不同菜系油烟 VOCs 浓度水平和种类。Huang 等研究上海五种类型餐馆（火锅、川菜、粤菜、西餐和正宗上海菜）VOCs 的排放特性。研究发现，火锅在室内排放油烟产生的VOCs质量浓度高(1.90 mg/m3)，其次是川菜(1.41 mg/m3)、西餐（0.66 mg/m3)、粤菜(0.63 mg/m3
)和上海菜(0.61 mg/m3)。烷烃是五种菜系的主要 VOC 污染物，所占比例为 34.4%~71.7%。崔彤等研究北京 5 家不同菜系（烧烤类、中餐、西餐、川菜和浙菜）油烟 VOCs 的排放特征。结果显示，5 种菜系油烟 VOCs 的排放浓度从高到低依次为：烧烤类（12.22 mg/m3）>中餐（4.28 mg/m3）>西餐（5.79 mg/m3）>川菜（5.45 mg/m3）>浙菜（3.93 mg/m3）。烧烤类与非烧烤类菜系油烟排放的污染物种类有显著差别。烧烤类 VOCs 排放主要是以烃类化合物为主，占所有组分的 89.65% 。非烧烤类菜系的烹饪排放中，烷烃和醛类是主要污染物。徐敏等[以北京烤鸭作为研究对象，通过气相色谱–质谱联用仪分析，共检测出 58 种 VOCs。其中醛酮类和脂类等碳链较短的化合物含量较高，C1-C3 物质所占比例 72.27%。同时指出，由于烤鸭烤制温度较高，使大分子物质分解为小分子物质，与烹饪油烟产生的有机物浓度大不相同，因此不具有明显的线性相关。
图 2 不同餐饮源 VOCs 排放浓度
1.3 油烟的危害
1.3.1 环境效应
餐饮油烟的排放对空气质量和人类健康都有显著影响，其具体环境效应和健康风险如图
3 所示。烹饪产生的 PM2.5等细颗粒物是城市环境雾霾污染和室内污染的重要贡献者。有研究表明，与西方烹饪风格相比，中国烹饪风格所产生的 PM2.5 含量较高。活性 VOCs 能促进大气中的羟基自由基、臭氧和二次有机气溶胶(secondary organic aerosol，SOA)的形成，
导致光化学烟雾事件并加快二次颗粒物的生成，对城市和区域环境质量影响较大究表示，烹饪会释放出 SOA 前体，例如烯烃(<C10)、初级半挥发性、中间挥发性有机化合物（primary semi-volatile and intermediate-volatility organic compounds，SVOCs 和 IVOCs）等。同时，Hayes 等通过建模显示，烹饪排放的 SVOCs和IVOCs占洛杉矶市中心SOA质量19%-35%。假设烹饪排放具有SVOCs和IVOCs的挥发性分布，该结果表明烹饪与汽车尾气具有相同的 SOA 排放产量。
⦁油烟 VOCs 净化技术
餐饮油烟的净化主要是针对 VOCs 废气的处理。VOCs 控制技术分为回收技术和破坏性技术。回收技术是对污染物进行物理处理，主要包括吸附法、吸收法等；破坏性技术是用化学方法将VOCs氧化分解为CO2 和 H2O 等无污染的物质，主要包括催化燃烧法、低温等离子体法等。两种控制技术的工作原理和性能对比如表 1。
表 1 油烟 VOCs 净化技术工作原理与性能对比
2.安科瑞AcrelCloud3500餐饮油烟监测云平台
为了弥补现存餐饮行业在烟油监测上的漏洞，同时便利监管部门的监察，安科瑞油烟监测云平台应运而生。油烟监测模块通过2G/4G与云端平台进行通信和数据交互，系统能够对企业餐饮设备的开机状态、运行状态进行监控；实现开机率监测，净化效率监测，设施停运告警，待清洗告警，异常告警等功能；对采集数据进行统计分析、排名等统计功能；较之传统的静电监测方案，更具实效性。平台预留与其他应用系统、设备交互对接接口，具有很好的扩展性。
2.1 平台结构
平台GIS地图采集餐饮油烟处理设备运行状态和油烟排放的浓度数据，自动对超标排放及异常企业进行提示预警，监管部门可迅速进行处理，督促餐饮企业整改设备，并定期清洗、维护，实现减排环保，不扰民等目的。现场安装监测终端，持续监测油烟净化器的工作状态，包括设备运行的电流、电压、功率、耗电量等等，同时结合排烟口的挥发性物质、颗粒物浓度等进行对比分析，一旦排放超标，系统会发出异常信号。
■ 油烟监测设备用来监测油烟、颗粒物、NmHc等数据
■ 净化器和风机配合对油烟进行净化处理，同时对净化设备的电流、电压进行监测
■ 设备通过4G网络将采集的数据上传至远程云端服务器
2.2平台主要功能
（1）在线监测
对油烟排污数据的监测，包括油烟排放浓度，颗粒物，NmHc等数值采集监测；同时对监控风机和净化器的启停状态、运行数据进行监测。
(2)告警数据监测
系统根据采集的油烟数值大小，产生对应的排放超标告警；对净化器的运行数据分析，上传净化设备对应的运行、停机、故障等告警事件。
(3)数据分析
运行时长分析，离线分析；告警占比、排名分析；历史数据统计等。
(4)隐患管理
系统对采集的告警数据分析，产生对应的隐患记录，派发、处理隐患，及时处理告警，形成闭环。
(5)统计分析
包括时长分析、超标分析、历史数据、分析报告等模块。
(6)基础数据维护
个人信息、权限维护，企业信息录入，对应测点信息录入等。
(7)数据服务
数据采集，短信提醒，数据存储和解析。
2.3 油烟监测主机
油烟监控主机是现场的管理设备，实时采集油烟浓度探测器和工况传感器的信号，进行数据处理，通过有线或无线网络通讯将数据传输到服务器平台。同时，对本地数据进行存储，监控现场设备状态，提供人机操作界面。
注：双探头适合双排烟通道的场合，每路探头监测1路排烟通道。
3.结论
餐饮油烟作为中国城市地区的一个大型VOCs排放源，严重威胁着生态环境和人体健康。因此，餐饮油烟VOCs净化技术仍迫切需要深入的研究。
1）本文综述了餐饮油烟VOCs的排放特征。结果表明，不同烹饪风格和烹饪原料会导致VOCS排放有很大差异。不同菜系烹饪油烟 VOCs排放种类和浓度有明显差异。典型的非烧烤类菜系中以川菜污染排放较为严重，主要以烷烃和烯烃为主。烧烤类菜系以芳香烃类化合物排放为主。不同食用油中，大豆油污染排放浓度较高，玉米油则相对健康。目前，国内外对餐饮油烟VOCs排放特征的研究取得了大量成果，但油烟 VOCs 采样方式与排放量的估算仍需进一步规范。相关部门要加强小规模及未注册餐饮业的排放监测，获得相关排放系数，提高排放量估算的准确性，对制定相关排放标准和控制措施具有指导意义。
2）目前我国餐饮油烟净化设备主要针对油烟颗粒物的去除，但对于油烟VOCs的末端
治理还尚不完善。综上所述，餐饮油烟VOCs净化技术种类繁多且较为成熟，回收技术中以吸附法应用较多，但该技术大多应用于大型食品加工行业，并未在中小型餐饮业进行推广使用。破坏技术可大幅度提高 VOCs 的净化效率，其中以催化燃烧法的应用较多。催化燃烧是一种绿色的净化技术，但催化设备造价较高、占地较广，并不适合低成本的餐饮油烟 VOCs的净化。针对餐饮油烟成分的复杂性和污染气体排放情况的差异性，采用单一的治理技术已不能满足当下的治理需求。因此，为了实现多种VOCs的大范围去除，通常采用多技术耦合，充分发挥各种 VOCs 净化技术的优点，实现降解。根据上述VOCs净化技术的分析，低温等离子体与催化相结合在降低能耗和减少副产物方面具有潜在优势，也日益受到了人们的关注。等离子体催化系统可以通过改变催化剂表面物理化学性质提升催化剂反应活性，充分利用等离子与催化剂之间的协同作用，提高能量利用率，实现油烟VOCs的降解。然而要实现大规模产量化和商业化，催化剂的选择尤为重要，探究两者如何协同产生更有利于VOCs降解的物理化学变化仍是我们未来的研究方向。同时，为了践行绿色环保的发展理念，选择环保的油烟废气处理技术，也是未来研究的方向。
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