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淺析餐飲源VOCs組成特征及應對措施

更新時間：2021-07-21　點擊次數(shù)： 929次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801


摘 要：烹飪排放是環(huán)境揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的來源之一，嚴重威脅著環(huán)境空氣質(zhì)量和人類健康。結(jié)合VOCs的組成特征，總結(jié)近幾年VOCs凈化技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其難點，同時闡述了油煙VOCs凈化組合工藝的優(yōu)勢和必要性。針對現(xiàn)有問題對油煙VOCs凈化組合工藝的發(fā)展做出了展望。
關(guān)鍵詞：；組成特征；凈化技術(shù)；監(jiān)測云平臺；安科瑞

0.前言
       隨著我國餐飲行業(yè)的快速發(fā)展，污染已成為城市大氣污染的重要來源之一。餐飲場所主要分布在人口稠密的商業(yè)區(qū)和居民區(qū)，在烹飪過程中產(chǎn)生的油煙污染物具有數(shù)多、覆蓋面廣、污染源分散、污染不易擴散等特點，對城市大氣污染的貢獻僅次于機動車污染源和工業(yè)源。此外，居民針對烹飪油煙刺激性氣味的投訴越來越多。據(jù)相關(guān)調(diào)查，對污染的投訴占所有環(huán)境投訴的30%-40%，引起了有關(guān)部門的極大關(guān)注。
      中國的烹飪風格以油炸、燒烤、蒸煮和爆炒為主，與西方單一的烹飪方式相比，更容易產(chǎn)生大量的油煙。目前我國使用的油煙機，只能通過機械作用去除大顆粒的油滴，而顆粒物和VOCs則通過管道轉(zhuǎn)移到室外，并未進行有效處理。的成分復雜并包含較多有毒物質(zhì)，這些混合物若通過無組織排放，在大氣環(huán)境中逐漸積累，短期內(nèi)會對當?shù)乜諝赓|(zhì)量和人類健康有顯著影響。因此，亟需發(fā)展綠色高效的凈化技術(shù)對污染進行控制。本文針對污染處理難題，結(jié)合VOCs的組成特征，總結(jié)油煙VOCs凈化技術(shù)研究進展及其難點和熱點問題，為進一步研究油煙VOCs凈化提供參考和思路。

?油煙VOCs的形成、組成特征及危害
1.1 油煙VOCs的形成
     烹飪油煙是指食物在高溫烹制過程中與食用油反應，生成各種脂質(zhì)熱氧化和分解的混合
物，主要包括固態(tài)顆粒物和氣態(tài)污染物。油煙的形成主要有三個階段：當加熱溫度為50℃–100℃時，油脂中所含低沸點物質(zhì)和水分發(fā)生汽化，小分子物質(zhì)散發(fā)；溫度為 100℃–260℃時，食用油所含沸點較高的物質(zhì)發(fā)生汽化并分解，形成小油滴（>10 μm）；加熱到 260℃以上，高沸點物質(zhì)急劇汽化，形成大量細顆粒物（0.1–10 μm）。當各階段產(chǎn)生的混合氣體在上升過程中與空氣發(fā)生碰撞，溫度迅速下降，形成含冷凝物的氣溶膠，各種混合物散逸至大氣中。
1.2 油煙VOCs組成特征
     VOCs的化學成分較為復雜，其化學特性因烹飪風格、烹飪原料、加熱溫度等不同而有很大差異。何萬清等[10]以菜籽油為例，對在不同溫度下加熱產(chǎn)生的油煙VOCs組分進行分析，實驗結(jié)果如圖 1 所示。當加熱溫度從130℃上升到260℃時，葵花籽油排放的VOCs的種類和濃度水平都呈上升趨勢。其中，烷烴和醛酮類化合物隨著溫度的升高而升高，且濃度變化范圍較大。
圖 1 葵花籽油在不同溫度下的 VOCs 排放濃度
     zhang 等測定同一溫度（270℃）下，五種食用油油煙 VOCs 排放種類及濃度。實驗得到，五種食用油 VOCs 的排放濃度依次為：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）>豬油（20.5 mg/m3），這表明富含不飽和脂肪
    酸的植物油在270℃下比富含飽和脂肪酸的豬油排放更多VOCs。黃永海考察在260℃時，大豆油、花生油和調(diào)和油三種食用油非甲烷總烴（Non-methane hydrocarbons，NMHCs）、醛類和ben系物的排放濃度。實驗得出，大豆油加熱產(chǎn)生的油煙中 NMHCs的濃度（31588.33 ppm）明顯高于其他兩種食用油，但三種食用油排放的醛酮類和ben系物濃度水平相當。相比之下，大豆油在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生的 VOCs 濃度（31995.37 ppm）最高，而花生油和調(diào)和油的VOCs 排放濃度相當。綜上所述，烹飪油煙 VOCs 的化學成分主要包括烴類、醛酮、醇類及其他雜環(huán)化合物。不同食用油在高溫狀態(tài)下排放的 VOCs 種類和濃度都不相同，其中富含不飽和脂肪酸的植物油產(chǎn)生的油煙VOCs濃度最高。
     為了解不同類型餐飲源對 VOCs 排放的種類和濃度水平的影響，圖 2 對比了不同菜系油煙 VOCs 濃度水平和種類。Huang 等重點研究上海五種類型餐館（火鍋、川菜、粵菜、西餐和正宗上海菜）VOCs 的排放特性。研究發(fā)現(xiàn)，火鍋在室內(nèi)排放油煙產(chǎn)生的VOCs質(zhì)量濃度最高(1.90 mg/m3)，其次是川菜(1.41 mg/m3)、西餐（0.66 mg/m3)、粵菜(0.63 mg/m3
)和上海菜(0.61 mg/m3)。烷烴是五種菜系的主要 VOC 污染物，所占比例為 34.4%~71.7%。崔彤等研究北京 5 家不同菜系（燒烤類、中餐、西餐、川菜和浙菜）油煙 VOCs 的排放特征。結(jié)果顯示，5 種菜系油煙 VOCs 的排放濃度從高到低依次為：燒烤類（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）。燒烤類與非燒烤類菜系油煙排放的污染物種類有顯著差別。燒烤類 VOCs 排放主要是以烴類化合物為主，占所有組分的 89.65% 。非燒烤類菜系的烹飪排放中，烷烴和醛類是主要污染物。徐敏等[以北京烤鴨作為研究對象，通過氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，共檢測出 58 種 VOCs。其中醛酮類和脂類等碳鏈較短的化合物含量較高，C1-C3 物質(zhì)所占比例 72.27%。同時指出，由于烤鴨烤制溫度較高，使大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)，與烹飪油煙產(chǎn)生的有機物濃度大不相同，因此不具有明顯的線性相關(guān)。
圖 2 不同餐飲源 VOCs 排放濃度
1.3 油煙的危害
1.3.1 環(huán)境效應
       的排放對空氣質(zhì)量和人類健康都有顯著影響，其具體環(huán)境效應和健康風險如圖
3 所示。烹飪產(chǎn)生的 PM2.5等細顆粒物是城市環(huán)境霧霾污染和室內(nèi)污染的重要貢獻者。有研究表明，與西方烹飪風格相比，中國烹飪風格所產(chǎn)生的 PM2.5 含量較高。活性 VOCs 能促進大氣中的羥基自由基、臭氧和二次有機氣溶膠(secondary organic aerosol，SOA)的形成，
      導致光化學煙霧事件并加快二次顆粒物的生成，對城市和區(qū)域環(huán)境質(zhì)量影響較大究表示，烹飪會釋放出 SOA 前體，例如烯烴(<C10)、初級半揮發(fā)性、中間揮發(fā)性有機化合物（primary semi-volatile and intermediate-volatility organic compounds，SVOCs 和 IVOCs）等。同時，Hayes 等通過建模顯示，烹飪排放的 SVOCs和IVOCs占洛杉磯市SOA質(zhì)量19%-35%。假設(shè)烹飪排放具有SVOCs和IVOCs的揮發(fā)性分布，該結(jié)果表明烹飪與
汽車尾氣具有相同的 SOA 排放產(chǎn)量。
1.3.2 毒理學效應
      烹飪排放的污染物包含多種有毒化合物，研究表明，這些化合物對人體產(chǎn)生肺毒性、免疫毒性、遺傳毒性和潛在致癌性等。Lu等設(shè)計十一種烹飪菜肴研究中國家庭烹飪呼吸區(qū)PM2.5 的排放及對人體健康的影響。結(jié)果表明，烹飪的直接呼吸區(qū) PM2.5 平均濃度接近0.60mg/m3，比中國國家室外空氣標準（GB3095-2012，0.075 mg/m3）高約8倍，可導致較高的人類健康風險。油煙污染的潛在健康風險往往會影響到長期烹飪的人。劉占琴等觀察大鼠吸入1ppm的油煙對肺部的影響。結(jié)果顯示，染毒24h后，巨噬細胞有明顯減少，乳酸脫氫酶等物質(zhì)含量增多，產(chǎn)生急性炎癥，對肺組織和機體造成損傷。實驗和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，烹飪被認為是非吸煙亞洲婦女患有肺癌有關(guān)的主要因素之一，相對風險為 1.4-3.8。同時，油煙顆粒黏附在皮膚上會加速皮膚組織老化，生成皺紋，色斑等。
圖 3 VOCs 的環(huán)境效應與健康風險示意圖

?油煙 VOCs 凈化技術(shù)
的凈化主要是針對 VOCs 廢氣的處理。VOCs 控制技術(shù)分為回收技術(shù)和破壞性技術(shù)。回收技術(shù)是對污染物進行物理處理，主要包括吸附法、吸收法等；破壞性技術(shù)是用化學方法將VOCs氧化分解為CO2 和 H2O 等無污染的物質(zhì)，主要包括催化燃燒法、低溫等離子體法等。兩種控制技術(shù)的工作原理和性能對比如表 1。
表 1 油煙 VOCs 凈化技術(shù)工作原理與性能對比
2.1 回收技術(shù)
2.1.1 吸附法
吸附法的基礎(chǔ)是多孔性材料選擇性的從油煙廢氣中吸收一種或多種 VOCs。根據(jù)吸附劑的性質(zhì)不同，一般可分為無機吸附劑、有機吸附劑以及無機-有機混合吸附劑。表2對比
了用于VOCs處理的吸附劑性能和工作條件。
表 2 吸附劑的工作條件和吸附能力對比
     劉超等考察用碳化法制備的油茶果殼炭吸附劑對油煙的吸附性能。結(jié)果顯示，油茶果殼炭達到吸附最大容量（122.6 mg/g）的*條件為：油煙進口濃度為 50 mg/m3，體積空速 1.7/h，吸附劑床層高度為 40cm。魏玉濱等利用負載MnO2的蜂窩活性炭與臭氧協(xié)同作用考察其對油煙VOCs 特征污染物 yi醇的吸附性能。負載 MnO2活性炭對乙醇具有明顯的吸附緩沖性能和催化氧化分解的作用。在反應時間<150 min 時，yi醇去除率達到 80%-90%。然而當反應時間>150 min，吸附劑性能下降，最終去除率維持在 30% -40%。Lee等將椰子殼活性炭（GAC）表面進行酸和堿改性，探究經(jīng)過酸或堿處理后的 GAC 對鄰二甲苯的吸附性能。結(jié)果表明，在鄰二甲苯濃度為 393-504 mg/m3，吸附停留 16.8 s 的條件下，經(jīng)過堿處理的GAC 吸附容量最大（305.7 mg/g），與酸處理后的GAC相比，堿處理后的GAC表面接受量增加26.5%。Cosseron 等用水熱法分別合成硅石-1 沸石、SSZ-23 沸石、CHA 型沸石和 BEA 型沸石四種吸附劑，在三種不同的溫度 25、75 和 150℃下，分別考察其動態(tài)吸附丙酮能力。實驗測得，在25℃時，四種吸附劑的吸附能力最大，依次為：BEA 型沸石（141.1 mg/g）> CHA 型沸石（124.9 mg/g）>硅石-1 沸石（105.7 mg/g）>SSZ-23 沸石（5.81 mg/g）。
吸附法被較多應用于VOCs 的分離和回收/銷毀，但吸附劑利用率較低，設(shè)備維護成本較高，對于吸附油煙 VOCs 的應用案例較少。因此，選擇合適的吸附劑對有效吸附油煙 VOCs至關(guān)重要。一種理想的去除VOCs的吸附劑應具有：高吸附容量、熱穩(wěn)定性強以及高疏水性等優(yōu)良性質(zhì)。既保證了循環(huán)吸附再生的使用，同時克服常見的水蒸氣的競爭性吸附。
2.1.2吸收法
     吸收法的凈化效果往往跟吸收液的選擇和吸收設(shè)備有關(guān)。肖瀟采用鼓泡吸收的方式，考察合適配比的氟碳微乳液吸收劑對甲苯的吸收性能。當實驗時間<1500 min，甲苯濃度<4000 mg/m3，處理容量為 1-2 m3/(kg·h)時，甲苯的凈化率大于 90%。楊驥等用質(zhì)量分數(shù)為 1%的 NaOH 與 1%洗滌劑的混合液為吸收液，測定其對油煙的凈化率。實驗發(fā)現(xiàn)當吸收塔填料高度為 5-6 cm，淋洗量為300ml/min 時，凈化效率達到 80%以上。但連續(xù)使用 3d，每天使用 1h 后，吸收液會出現(xiàn)渾濁、絮凝的現(xiàn)象。
     為進一步提高吸收效率，研究人員也進行了大量實驗，嘗試開發(fā)新型吸收設(shè)備，其中超重力旋轉(zhuǎn)填料床是目前較為典型的一種新型吸收技術(shù)。劉海弟[36]等用不同種類的吸收液，研究旋轉(zhuǎn)填料床對油煙的吸收性能。結(jié)果表明，當以0.2%的十六烷基sanjia基溴化銨（CTAB）水溶液為吸收液，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速為 900-1000 r/min 時，油煙凈化效率接近 80%，同時也有效證明了超重力技術(shù)可以顯著提高氣體在介質(zhì)中的傳質(zhì)速率。張秀東研究超重力油煙凈化設(shè)備的凈化效率并考察不同濃度的堿性吸收液的吸收性能。結(jié)果表明，當堿性溶液濃度為5%時，在超重力因子β為257，氣液比為600的條件下，油煙凈化率能達到92%。
     吸收法凈化效率較高，并可回收利用廢氣中的有用物質(zhì)。但吸收設(shè)備占地面積大，且吸收廢液的處理并沒有規(guī)范合理的方法，易產(chǎn)生二次污染，在油煙凈化行業(yè)也未大力推行。
2.2 破壞技術(shù)
2.2.1生物降解法
     生物降解法是涉及氣、液、固三相及生化降解的過程，影響因素較多，國內(nèi)主要集中在優(yōu)勢高效菌種的篩選、填料性質(zhì)的研究及工藝的研究等，但其相關(guān)研究和實際應用還并不多。在實驗室規(guī)模上，馬紅妍利用生物降解法，從被油煙長期污染的土壤中篩選出混合菌株作為掛膜微生物，選用玉米芯為填料進行油煙凈化實驗。結(jié)果表明在系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，在保證降解率和排放濃度兩項指標的前提下，油煙廢氣進氣濃度低于40.0 mg/m3 時，出氣濃度可達到 0mg/m3，此時油煙廢氣去除率保持在90%以上。廖雷等通過活性污泥馴化，對烹飪煙霧中污染物的生物降解性進行了研究。結(jié)果表明，在進氣口溫度為 50-70℃，油煙濃度低于33mg/L時，凈化率為80%以上。
      劉超等利用馴化成熟的活性污泥進行油煙生物降解的研究。結(jié)果顯示，初始階段36h內(nèi)液相油煙濃度由32.11 mg/L 迅速降至14.45 mg/L，比降解速率為0.001699 h-1，降解率可維持在80%以上。然而隨著降解時間的增加，比降解速率逐漸減小至0.000447 h-1，說明油煙濃度過低時，不足以提供微生物營養(yǎng)，導致降解速率降低。
生物降解法設(shè)備簡單，油煙凈化效率較高。但易受溫度、進氣流量等影響，降解效率下
降。目前，也尚未在油煙凈化行業(yè)較多應用。
2.2.2催化燃燒法
     近年來，大量研究集中于通過催化氧化對揮發(fā)性有機化合物進行降解。一般來說，在這些過程中使用的兩種基本類型的催化劑：負載貴金屬催化劑和過渡金屬氧化物。貴金屬基催化劑有 Pt、Pd、Au 等，由于其*的活性和易于再生而得到研究。然而，其應用受到高成本、熱穩(wěn)定性差等限制。近年來，過渡金屬氧化物催化劑由 Cu、Co、Ce 等元素組成。因具有較高的催化活性和良好的熱穩(wěn)定性，被認為是貴金屬催化劑的合適替代品。表 3總結(jié)了近年來用于催化降解油煙VOCs的金屬催化劑。
表 3 不同金屬催化劑的油煙凈化率
      近年來，對于負載型金屬催化劑的研究越來越多。金屬載體的負載方式和種類不同都會對催化劑的穩(wěn)定性和活性產(chǎn)生影響。柯琪等采用等體積浸漬法，在γ-Al2O3 材料上負載不同含量的CuO 制備了一系列CuO/γ-Al2O3 催化劑并考察其對對油煙催化性能。結(jié)果顯示，當催化劑載體負載20%的氧化銅，氣體流量為5 L/min，催化溫度 350℃時，對油煙廢氣凈化率可達88.6%。而邱晉卿以γ-Al2O3 為載體制備 La0.8Sr (0.2) MnO3/γ-Al2O3 催化劑并利用自制的油煙裝置測試其催化效果。當 La0.8Sr (0.2) MnO3 的負載量為 20%，催化溫度為250℃時，油煙凈化效率達97.3%。
      金屬載體的負載量和促進劑的添加也會對催化劑的穩(wěn)定性和活性產(chǎn)生影響。左樂[以γ-Al2O3 為載體，制備一系列負載量不同的La0.8Ce0.2CoO3/γ-Al2O3 催化劑。負載量為30%的La0.8Ce0.2CoO3/γ-Al2O3 催化劑在催化溫度為 300℃時，油煙廢氣的凈化效率zui高為 88%，但對于苯系物質(zhì)并不能*降解。王建以摻雜不同 Mn 含量（0~40%）的 Ce0.5–xZr0.5–xMn2xO2為載體，制備一系列新型催化劑并測試其對烹飪油煙的催化效果。結(jié)果表明，當 Mn 含量20%（X=0.1）時制備的 Pt/γ-Al2O3/Ce0.4Zr0.4Mn0.2O2催化劑催化性能較好，油煙*轉(zhuǎn)化溫度僅為222℃。Yang 等以 Al2O3 為載體，MnO2/CuO為原料，研制了一種新型催化劑并測試其對油煙的凈化效果。實驗表明，催化劑 MnO2/CuOAl2O3與油煙廢氣接觸時間小于1s，可以礦化大多數(shù)有機物。當接觸時間延長至 3.18 s，可以在 200℃的低溫下實現(xiàn)96%的凈化效率。催化燃燒法是目前控制末端 VOC 排放的最有前途的方法之一。催化燃燒法可以有效處理中、低濃度的VOCs，在相對較低的溫度下實現(xiàn) VOCs 的分解，減少二次污染。因此，對于催化劑的設(shè)計和制備的研究仍是當下的熱點問題。
2.2.3低溫等離子體技術(shù)
      低溫等離子體已被報道為一種非常有效的VOCs分解方法，它可在短停留時間內(nèi)實現(xiàn)高電子能量，使VOCs化學鍵斷裂，達到凈化效果。常用于VOCs降解的低溫等離子體放電方式可以分為：滑動電弧放電、電暈放電、輝光放電、介質(zhì)阻擋放電等。吳蕭等分別測定不同介質(zhì)阻擋放電反應器對烹飪油煙中三種典型 VOCs（苯、 yi酸yi酯和二氯甲烷）的凈化率。結(jié)果表明，低溫等離子體法對鹵代烴降解效果較好，而芳香烴相對較難；無論工藝條件如何，與單介質(zhì)反應器相比，雙介質(zhì)反應器對三種有機物的降解效果較好。以苯為例，當雙介質(zhì)反應器放電功率為63.9 W，混合氣體濃度低于 696 mg/m3，氣體流速為 100 L/h 時，有機物的降解率在 90%以上。Holzer F 等以低 ppmv 濃度的 2-甲基吡嗪、壬醛、反式-2-壬烯醛等為目標混合物，分別研究其在不同環(huán)境條件下（潮濕空氣和氧氣、氬氣混合物）低溫等離子體的氧化。結(jié)果表明，在 25 kV 電壓下，與氧氣和氬氣混合物條件相比，潮濕空氣下O3 和 CO 產(chǎn)生濃度較低，分別為2100 ppmv 和50ppmv，并且對CO2選擇性較高，轉(zhuǎn)化率可達到92%。該實驗證明了低溫等離子技術(shù)作為降解烹飪產(chǎn)生的VOCs的潛力，提出了等離子體催化與等離子吸附的方法設(shè)想，為后續(xù)實驗研究提供了新思路。
低溫等離子體技術(shù)在操作方便、能耗低、氧化降解活性高等方面表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。但該技術(shù)高效處理的同時，易導致二次產(chǎn)物的形成、能源效率較低，甚至增加了氣體總毒性。因此，該技術(shù)仍需進一步優(yōu)化。
2.2.4復合技術(shù)
?等離子體–催化技術(shù)
    等離子體–催化技術(shù)副產(chǎn)物的形成和低能量效率限制了等離子體技術(shù)的應用。為解決該問題，可以采用等離子體–催化技術(shù)，催化劑的加入可以有效地提高系統(tǒng)效率，特別是對于低濃度的 VOCs 降解。圖 4 為 VOCs 在等離子體–催化系統(tǒng)中可能發(fā)生的降解機理[51]。催化反應的兩個重要模型是活 性 位 點 （ Langmuir-Hinshelwood ） 模 型 和 氣 固 界 面 （ Eley-Rideal ）模型 。Langmuir-Hinshelwood 機制是類似活動位點上兩個吸附分子之間的表面反應；Eley-Rideal機制是吸附分子和氣相分子之間的反應[52]。放電產(chǎn)生的活性粒子和 VOCs 吸附在催化劑表面，在兩種模型下發(fā)生反應，將 VOCs 及其中間產(chǎn)物降解，減少副產(chǎn)物生成。
圖 4 VOCs 在典型低溫等離子體?催化體系內(nèi)的降解機理
Li 等用等離子體-催化法分別用于乙醛和苯的降解。結(jié)果表明，單一的介質(zhì)阻擋放電法對乙醛和苯的去除率分別達到 62.0%和 39.1%，同時產(chǎn)生了一些毒性副產(chǎn)品和有機物中間體，如 NOx、O3 等。特別是，O3 的形成可以達到 180 ppmv 以上。而反應器中引入 Co–OMS-2催化劑后，乙醛的去除效率可保持在 100% ，并且避免了 O3 副產(chǎn)物的形成。Y.S.Mok 等采用γ-Al2O3 顆粒填料的介質(zhì)阻擋放電反應器處理氣態(tài)甲苯。研究表明，將吸附甲苯后的γ-Al2O3 顆粒填料通過反應器，甲苯可被氧化為 CO和 CO2，并觀察到在140w高放電功率下，CO和CO2的濃度下降得更快，可用于氧化吸附甲苯的活性物質(zhì)增多。CO和CO2的排放在大約10 min 內(nèi)完成。在 10 min 中輸送到反應器的電能約等于 84000J，計算出處理甲苯的能量產(chǎn)率可達到 41.2 J/μmol。
Yao等通過共沉淀法制備三種不同的堿改性Co-Mn 催化劑，并將其用于等離子體催化系統(tǒng)中己醛（油煙代表物）的去除。實驗表明，將未改性的 Co-Mn 催化劑放入系統(tǒng)中，該催化劑在短時間內(nèi)（60 min）吸附己醛達到飽和。而改性后的 CoMn-Na 催化劑則在570 min后達到吸附飽和，同時將已吸附飽和的 CoMn-Na 催化劑放入等離子體反應器中，整個系統(tǒng)在體積空速為 47700 h-1時，對己醛的去除率為99.4％，同時與其他兩種催化劑相比，Na 改性催化劑的CO2選擇性也提高了75.4％。這項實驗證明了等離子體催化系統(tǒng)是去除己醛的一種高效方法，也可應用于實際應用。
2）低溫等離子體–光催化技術(shù)
低溫等離子體與光催化協(xié)同的復合技術(shù)目前還在進行技術(shù)開發(fā)和試驗研究，并未產(chǎn)量化。等離子體和光催化處理相結(jié)合，可提高光催化劑表面的電子激發(fā)速率，進一步促進光催化劑的催化效果，同時，也有望解決次級產(chǎn)物形成的問題。
Sun 等以活性炭纖維為載體，二氧化鈦（TiO2）為原料制備一種改性光催化劑并考其在等離子體反應器中對甲苯的降解效果。結(jié)果表明，與單一等離子體反應器的凈化效率相比，等離子體驅(qū)動的光催化系統(tǒng)能顯著提高甲苯的去除效果。在放電電壓為10 kV 時，凈化效率提高 16%，達到80.91%。黃海保[58]在穩(wěn)定狀態(tài)下，向等離子體余輝區(qū)引入UV、UV／TiO2和TiO2，研究同時去除甲苯和O3的效率。結(jié)果表明，引入 UV／TiO2后，對甲苯的凈化率達到 82.2%，O3 去除率為90%。與單一等離子體技術(shù)相比，甲苯和 O3的去除率分別提高了80%和 87%。低溫等離子體與光催化技術(shù)不僅有效提高了甲苯和 O3的凈化率，也證實了 O3作為活性氧的前驅(qū)體在甲苯的分解當中起到了非常重要的作用。
3）熱催化–光催化技術(shù)
     Kong 等分別測試了Pt/SrTiO3-x 催化劑在不同條件下對苯、甲苯和二甲苯的催化性能。其反應機理如圖 5 所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)光熱催化協(xié)同氧化在可見光照明，溫度為±150°C 時，催化劑 Pt/SrTiO3-x 活性和穩(wěn)定性更高。在初始濃度均為 500ppm時，甲苯的礦化在反應 2 h后可以達到95%以上，苯和二甲苯的礦化在反應時間 4 h后也均超過95%。
圖 5 光催化 VOCs 在 Pt/SrTiO3-x 上氧化的原理圖
   復合凈化法是將兩種及以上的 VOCs控制方法結(jié)合起來，以提高 VOCs去除效果，減少副產(chǎn)物的生成，提高凈化設(shè)備的凈化率和重復利用率。近年來，復合法降解 VOCs成為本領(lǐng)域的研究熱點。
3.安科瑞AcrelCloud3500監(jiān)測云平臺
    為了彌補現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測上的漏洞，同時便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測云平臺應運而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺進行通信和數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)能夠?qū)ζ髽I(yè)餐飲設(shè)備的開機狀態(tài)、運行狀態(tài)進行監(jiān)控；實現(xiàn)開機率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設(shè)施停運告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析、排名等統(tǒng)計功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測方案，更具實效性。平臺預留與其他應用系統(tǒng)、設(shè)備交互對接接口，具有很好的擴展性。
3.1 平臺結(jié)構(gòu)
    平臺GIS地圖采集處理設(shè)備運行狀態(tài)和油煙排放的濃度數(shù)據(jù)，自動對超標排放及異常企業(yè)進行提示預警，監(jiān)管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業(yè)整改設(shè)備，并定期清洗、維護，實現(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)備運行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時結(jié)合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進行對比分析，一旦排放超標，系統(tǒng)會發(fā)出異常信號。
■ 油煙監(jiān)測設(shè)備用來監(jiān)測油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)
■ 凈化器和風機配合對油煙進行凈化處理，同時對凈化設(shè)備的電流、電壓進行監(jiān)測
■ 設(shè)備通過4G網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)上傳至遠程云端服務(wù)器
3.2平臺主要功能
（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；同時對監(jiān)控風機和凈化器的啟停狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)進行監(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)生對應的排放超標告警；對凈化器的運行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對應的運行、停機、故障等告警事件。
(3)數(shù)據(jù)分析
運行時長分析，離線分析；告警占比、排名分析；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計等。
(4)隱患管理
系統(tǒng)對采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對應的隱患記錄，派發(fā)、處理隱患，及時處理告警，形成閉環(huán)。
(5)統(tǒng)計分析
包括時長分析、超標分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報告等模塊。
(6)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護
個人信息、權(quán)限維護，企業(yè)信息錄入，對應測點信息錄入等。
(7)數(shù)據(jù)服務(wù)
數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析。
3.3 油煙監(jiān)測主機
油煙監(jiān)控主機是現(xiàn)場的管理設(shè)備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進行數(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。同時，對本地數(shù)據(jù)進行存儲，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，提供人機操作界面。
具體技術(shù)參數(shù)如下：
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)論
    作為中國城市地區(qū)的一個大型VOCs排放源，嚴重威脅著生態(tài)環(huán)境和人體健康。因此，VOCs凈化技術(shù)仍迫切需要深入的研究。
     1）本文綜述了VOCs的排放特征。結(jié)果表明，不同烹飪風格和烹飪原料會導致VOCS排放有很大差異。不同菜系烹飪油煙 VOCs排放種類和濃度有明顯差異。典型的非燒烤類菜系中以川菜污染排放較為嚴重，主要以烷烴和烯烴為主。燒烤類菜系以芳香烴類化合物排放為主。不同食用油中，大豆油污染排放濃度較高，玉米油則相對健康。目前，國內(nèi)外對VOCs排放特征的研究取得了大量成果，但油煙 VOCs 采樣方式與排放量的估算仍需進一步規(guī)范。相關(guān)部門要加強小規(guī)模及未注冊餐飲業(yè)的排放監(jiān)測，獲得相關(guān)排放系數(shù)，提高排放量估算的準確性，對制定相關(guān)排放標準和控制措施具有指導意義。
2）目前我國凈化設(shè)備主要針對油煙顆粒物的去除，但對于油煙VOCs的末端
    治理還尚不完善。綜上所述，VOCs凈化技術(shù)種類繁多且較為成熟，回收技術(shù)中以吸附法應用較多，但該技術(shù)大多應用于大型食品加工行業(yè)，并未在中小型餐飲業(yè)進行推廣使用。破壞技術(shù)可大幅度提高 VOCs 的凈化效率，其中以催化燃燒法的應用較多。催化燃燒是一種綠色、高效的凈化技術(shù)，但催化設(shè)備造價較高、占地較廣，并不適合低成本的 VOCs的凈化。針對成分的復雜性和污染氣體排放情況的差異性，采用單一的治理技術(shù)已不能滿足當下的治理需求。因此，為了實現(xiàn)多種VOCs的大范圍去除，通常采用多技術(shù)耦合，充分發(fā)揮各種 VOCs 凈化技術(shù)的優(yōu)點，實現(xiàn)高效降解。根據(jù)上述VOCs凈化技術(shù)的分析，低溫等離子體與催化相結(jié)合在降低能耗和減少副產(chǎn)物方面具有潛在優(yōu)勢，也日益受到了人們的關(guān)注。等離子體催化系統(tǒng)可以通過改變催化劑表面物理化學性質(zhì)提升催化劑反應活性，充分利用等離子與催化劑之間的協(xié)同作用，提高能量利用率，實現(xiàn)油煙VOCs的高效降解。然而要實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)量化和商業(yè)化，催化劑的選擇尤為重要，探究兩者如何協(xié)同產(chǎn)生更有利于VOCs降解的物理化學變化仍是我們未來的研究重點。同時，為了踐行國家綠色環(huán)保的發(fā)展理念，選擇環(huán)保的油煙廢氣處理技術(shù)，也是未來重點研究的方向。

【參考文獻】
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［2］何永兵. 臭氧協(xié)同 TiO2 光催化氧化中 VOCs 的研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學, 2014.
［3］鄭少卿. 餐飲業(yè)油煙中 VOCs 的排放特征及其治理技術(shù)的研究[D]. 河北：河北科技大學, 2017.
［4］王亞琪，常甜，陳慶彩. 餐飲源 VOCs 組成特征及處理技術(shù)研究進展.［J］環(huán)境工程.2021.
［5］安科瑞AcrelCloud-3500監(jiān)測云平臺.2020.05版.

作者簡介：劉細鳳，女，現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司


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