安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要：采用在線監(jiān)測(cè)和采樣分析等手段對(duì)深圳市4家規(guī)模相當(dāng)?shù)牟蛷d(粵菜館、茶餐廳、西餐廳、職工食堂)烹飪過(guò)程排放顆粒物的質(zhì)量濃度、微觀形貌、化學(xué)組分進(jìn)行研究。結(jié)果表明，不同餐廳的烹飪方式、用油量、原材料及調(diào)料都會(huì)影響到餐廳排放顆粒物的理化性質(zhì)。各餐廳午市烹飪時(shí)段排放的PM2．5/PM10約為7．5%—96．9%，說(shuō)明餐飲源排放顆粒物在細(xì)顆粒和粗顆粒均有分布。餐飲源排放顆粒物主要包含6種形態(tài):片狀、塊狀、簇狀、絮狀、球狀、不規(guī)則狀，其中數(shù)量較多的為不規(guī)則狀(30%)和塊狀顆粒物(21%)。塊狀、片狀、球狀顆粒物粒徑較小，處于小于2．5μm范圍內(nèi)；絮狀和簇狀顆粒物粒徑普遍偏大，且大部分大于4．0μm；不規(guī)則狀顆粒物在各個(gè)粒徑段均有分布。Cu、Fe、Zn、Ca2+、Cl－、SO2－4等6種物質(zhì)在餐飲源排放顆粒物中均偏高，此外，粵菜館和西餐廳的CH3COO－占比偏高。烹飪排放是環(huán)境揮發(fā)性化合物(VOCs)的來(lái)源之一，嚴(yán)重威脅著環(huán)境空氣質(zhì)量和人類(lèi)健康。結(jié)合餐飲油煙VOCs的組成特征，總結(jié)近幾年餐飲油煙VOCs凈化技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其難點(diǎn)，同時(shí)闡述了油煙VOCs凈化組合工藝的優(yōu)勢(shì)和必要性。針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題對(duì)油煙VOCs凈化組合工藝的發(fā)展做出了展望。

 

關(guān)鍵詞：PM2.5；PM10；餐飲源；化學(xué)組成；形貌特征；餐飲油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)；安科瑞

 

       目前，世界范圍內(nèi)存在的空氣污染已成為嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)，每年超過(guò)370萬(wàn)人死于空氣污染。在不同的大氣污染物中，顆粒物(particulatematter，PM)的性質(zhì)、組成和粒徑分布等較為復(fù)雜。因此可吸入顆粒物(inhalableparticles，PM10)、細(xì)顆粒物(fineparticulatematter，PM2．5)為特征污染物的治理工作受到廣泛關(guān)注。研究表明顆粒物的來(lái)源主要包括:機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、燃煤、工業(yè)生產(chǎn)、揚(yáng)塵等。近年來(lái)，相關(guān)研究結(jié)果顯示餐飲源排放的顆粒物中顆粒物的排放量已接近交通源排放，餐飲油煙顆粒物也應(yīng)該作為大氣顆粒物的重要來(lái)源之一。此外，烹飪過(guò)程中產(chǎn)生的油煙顆粒物會(huì)吸附大量有毒、有害物質(zhì)，如苯并芘等，會(huì)對(duì)室內(nèi)人員的健康造成很大的危害。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)顆粒物的排放特征進(jìn)行了大量的研究。

       吳芳谷等對(duì)飲食業(yè)油煙的排放特征進(jìn)行了研究，油煙中顆粒物粒徑小于10μm的粒子占總懸浮顆粒物(totalsuspendedparticulate，TSP)的90%以上，小于2．5μm的粒子占TSP的70%左右。譚德生等對(duì)北京市內(nèi)餐飲單位烹飪時(shí)廚房?jī)?nèi)油煙中進(jìn)行了采樣分析，發(fā)現(xiàn)油煙中可吸入顆粒質(zhì)量濃度峰值粒徑為6．56—9．99μm。林立等選擇了上海城區(qū)9家典型餐飲企業(yè)進(jìn)行了餐飲油煙排放監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)餐飲企業(yè)排放源PM2．5的濃度在0．14—1．67mg·m－3之間；另一方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)餐飲油煙顆粒物的化學(xué)組成特別是組分進(jìn)行了研究，確定了油煙顆粒物中豆甾醇、左旋葡聚糖、壬二酸和β-谷甾醇等特征物質(zhì)的存在。而Yao等發(fā)現(xiàn)油炸比油煎產(chǎn)生更多的多環(huán)芳烴和苯并芘(分別為其1．3倍和10．9倍)。袁暢等認(rèn)為大氣環(huán)境PM2．5中的As、Zn、Cu、Pb、Sb、Ni、Cd等元素主要來(lái)自于人為源。

       從前人的研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，顆粒物的濃度、大小和理化組成對(duì)人體健康有重要影響。因此，為了制定戰(zhàn)略來(lái)減少這些污染物對(duì)空氣的影響，了解大氣中的毒性效應(yīng)，并確定可能的排放源，有必要對(duì)顆粒物進(jìn)行化學(xué)和形態(tài)表征。在全球范圍內(nèi)，大量研究圍繞在城市和農(nóng)村地區(qū)的烹飪油煙排放顆粒物特征，并且大氣化學(xué)反應(yīng)往往發(fā)生在粒子表面。但是，很少有研究涉及這些顆粒物的表面化學(xué)。此外，顆粒物被人體吸入后其表面可迅速與生物液體和組織相互作用，因此顆粒物形態(tài)分析對(duì)于了解其對(duì)人類(lèi)健康的影響至關(guān)重要。而SEM-EDX由于側(cè)重于單個(gè)粒子的分析，并能提供元素和分子組成的信息，成為研究顆粒物形態(tài)的合適方法。

       本次研究在深圳市篩選出4家具有代表性的商業(yè)餐廳，采集餐飲油煙中的顆粒物，并通過(guò)ICP、HPLC、SEM-EDX對(duì)顆粒物的形態(tài)特征和理化性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，將不同餐廳的顆粒物排放特征進(jìn)行了對(duì)比，并得出結(jié)論。餐飲油煙顆粒物排放特征信息的獲得能為當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境治理、政策的制定提供必要的理論支持。

 

1.1采樣點(diǎn)描述

       本次研究中的4家餐廳都位于深圳市內(nèi)，4家餐廳的規(guī)模類(lèi)似，具體信息見(jiàn)表1。

1.2樣品采集

       采樣地點(diǎn)均位于采樣餐廳的廚房?jī)?nèi)，距離灶臺(tái)約2m、距離地面約1m、流速60L·min－1，利用兩臺(tái)中流量采樣器(嶗應(yīng)公司，2030型)分別采集PM2．5和PM10采樣時(shí)間為2018年6到2018年7月，每周進(jìn)行1次中午用餐高峰的1h(12:00—13:00)采樣，每家餐廳每次采集1份PM2．5樣品、1份PM10樣品，每家餐廳共采集3次，成分測(cè)定取3次平均值。采樣所使用的是直徑90mm的石英濾膜(型號(hào)是MK360，Munktell，Sweden)。同時(shí)利用2臺(tái)顆粒物監(jiān)測(cè)儀(TSI公司，型號(hào)DusttrakAerosolMonitor)分別在線監(jiān)測(cè)餐飲源排放顆粒物PM2．5和PM10的質(zhì)量濃度，質(zhì)量濃度分析所用為一次采樣監(jiān)測(cè)值。

表1采樣餐廳基本信息表

       采樣前將石英纖維濾膜置于馬弗爐內(nèi)于450℃烘烤4h去除濾膜上的雜質(zhì)。稱(chēng)量濾膜之前，需要將濾膜放于恒定溫濕度((25±1)℃，(50±5)%)下保存24h，然后用精度為0．01mg的分析天平進(jìn)行稱(chēng)量，每片濾膜稱(chēng)量次數(shù)應(yīng)不少于3次，每次誤差小于0．02mg，取3次平均值。收集樣品時(shí)，使用潔凈的鑷子將濾膜從采樣器中取出，然后裝入干凈的膜盒中，放置于冰箱(－18℃)中保存。

1.3樣品分析

1．3．1顆粒物顯微形貌及能譜的測(cè)定

       顆粒物顯微形貌和元素組成的測(cè)定于北京大學(xué)深圳研究院環(huán)境模擬與污染控制實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，使用的SEM是荷蘭PhenomWorld公司生產(chǎn)的Phenompro型掃描電子顯微鏡。能譜使用的是蔡司公司生產(chǎn)的MerlinCompact高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡。

1.3.2水溶性陰陽(yáng)離子的測(cè)定

       采集樣品之后，將石英濾膜的四分之一利用超純水超聲提取濾膜中的水溶性陰陽(yáng)離子。將提取液經(jīng)(德國(guó)Membrana公司，孔隙0．45μm)濾紙過(guò)濾。用(ICS3000)型離子色譜儀測(cè)定陰陽(yáng)離子。陽(yáng)離子測(cè)試條件:用CS-12A型陽(yáng)離子色譜柱，CG-12A型保護(hù)柱(淋洗液為20mmol·L－1甲磺酸溶液)測(cè)定水溶性無(wú)機(jī)陽(yáng)離子(Na+、NH+4、K+、Mg2+、Ca2+)．離子色譜較小檢出限為:Na+0．019μg·m－3、NH+40．020μg·m－3、K+0．025μg·m－3、Mg2+0．020μg·m－3、Ca2+0．037μg·m－3。

       陰離子測(cè)試條件:用AS-14型陰離子色譜柱，AG-14型陰離子保護(hù)柱(淋洗液為3．5mmol·L－1Na2CO3+1．0mmol·L－1NaHCO3)測(cè)定提取液中水溶性無(wú)機(jī)陰離子(F－、Cl－、NO－3、SO2－4);(洗脫液為18．2MΩ·cm－3水(A)和30mmol·L－1NaOH(B))測(cè)定提取液中水溶性離子(CH3COO－)，梯度淋洗．離子色譜較小檢出限為:F－0．004μg·m－3、Cl－0．004μg·m－3、NO－30．001μg·m－3、SO2－40．010μg·m－3、CH3COO－0．004μg·m－3。

1．3．3金屬元素的提取及測(cè)定

       采集樣品之后，將石英濾膜的四分之一采用電熱板消解法提取濾膜中的微量和常量元素。首先配置硝酸－鹽酸混合消解液:于約500mL水中加入55．5mL硝酸及167．5mL鹽酸，用水稀釋并定容至1L。然后將濾膜樣品剪成小塊，置于50mL燒杯中，加入20mL硝酸-鹽酸混合消解液，使濾膜碎片浸沒(méi)其中，蓋上表面皿，置于電熱板(100℃)上加熱回流2h。用水淋洗燒杯內(nèi)壁及表面皿內(nèi)壁，靜置0．5h后進(jìn)行浸提，將浸提液過(guò)濾到100mL容量瓶中，用水定容至100mL。

       測(cè)試儀器是島津公司生產(chǎn)的ICPE-9000型電感耦合等離子光譜發(fā)生儀。元素的方法檢出限為:Al1．2ng·m－3、As2．0ng·m－3、Cd1．0ng·m－3、Co0．3ng·m－3、Cr0．3ng·m－3、Cu2．0ng·m－3、Fe2．0ng·m－3、Mn0．3ng·m－3、Ni1．0ng·m－3、Pb2．0ng·m－3、Ti1．0ng·m－3、V1．0ng·m－3、Zn3．0ng·m－3。

 

2.1PM2．5/PM10質(zhì)量濃度特征

       如圖1為不同餐廳烹飪過(guò)程中產(chǎn)生顆粒物的質(zhì)量濃度變化曲線，由圖1(a)可見(jiàn)，粵菜餐廳的PM2．5和PM10質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)幾乎相同，二者均存在1個(gè)大峰多個(gè)小峰，高峰出現(xiàn)在采樣后期。PM2．5和PM10的質(zhì)量濃度分別分布在0．046—1．95mg·m－3和0．096—2．07mg·m－3范圍內(nèi)。在采樣中期，PM2．5和PM10濃度突然升高且在45min時(shí)迅速下降，其原因是這段時(shí)間內(nèi)店內(nèi)招牌菜烤乳鴿的烹制，本菜品的過(guò)程中使用了果木作為燃料，且烤制食物時(shí)會(huì)較蒸煮清炒的烹飪方式釋放更多顆粒物造成的。

       由圖1(b)可見(jiàn)，茶餐廳的PM2．5和PM10質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)幾乎相同，存在3個(gè)波峰，其中2個(gè)峰值接近，高峰出現(xiàn)在采樣后期。PM2．5和PM10的質(zhì)量濃度分別分布在0．012—0．683mg·m－3和0．161—1．82mg·m－3范圍內(nèi)。茶餐廳的PM2．5質(zhì)量濃度整體較低，波動(dòng)并不劇烈，且變化范圍小，PM10質(zhì)量濃度則相反，整體變化范圍也較大，在25min和40min處分別出現(xiàn)了峰值，這可能是蒸煮過(guò)程中形成大量水霧，其易吸附微小顆粒形成大顆粒物。盡管如此，茶餐廳的PM2．5和PM10質(zhì)量濃度仍均處于較低水平，這可能與茶餐廳的調(diào)味料主要添加在半成品食材中，烹飪過(guò)程中使用較少，且蒸煮的烹飪方式會(huì)釋放較少的顆粒物。

       由圖1(c)可見(jiàn)，西餐廳的PM2．5和PM10質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)幾乎相同，高峰出現(xiàn)在采樣后期。PM2．5和PM10的質(zhì)量濃度分別分布在0．836—7．71mg·m－3和1．74—14．4mg·m－3范圍內(nèi)。西餐廳烹飪過(guò)程中顆粒物質(zhì)量濃度均較高且波動(dòng)劇烈，是因?yàn)樵摬蛷d的烹飪方式以油煎為主，而奉水東等也發(fā)現(xiàn)油煎和油炸的烹飪方式油溫普遍較高，這會(huì)使食用油中部分物質(zhì)達(dá)到沸點(diǎn)，釋放大量氣溶膠，導(dǎo)致顆粒物濃度偏高。

       由圖1(d)可見(jiàn)，職工食堂的PM2．5和PM10質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)也幾乎相同，顆粒物質(zhì)量濃度波動(dòng)較明顯，高峰值出現(xiàn)在采樣前期。PM2．5和PM10質(zhì)量濃度分別分布在0．051—1．65mg·m－3和0．138—3．92mg·m－3范圍內(nèi)．顆粒物質(zhì)量濃度在整個(gè)采樣過(guò)程中都有劇烈的波動(dòng)，但是顆粒物的濃度卻偏低，由于前人的研究表明油基烹飪產(chǎn)生的顆粒物比水基烹飪多，因此可能是本次采樣的職工食堂在烹飪過(guò)程中用油量少造成的。

圖1餐飲源排放顆粒物(PM2．5和PM10)的質(zhì)量濃度變化曲線

(a)粵菜餐廳，(b)茶餐廳，(c)西餐廳，(d)職工食堂

 

 

表2餐飲源排放顆粒物(PM2．5和PM10)質(zhì)量濃度

       表2為4類(lèi)餐飲源排放顆粒物(PM2．5和PM10)質(zhì)量濃度的統(tǒng)計(jì)情況。從平均值來(lái)看，PM2．5濃度由高到低依次為西餐廳、粵菜、職工食堂、茶餐廳，PM10濃度由高到低依次為西餐廳、職工食堂、粵菜、茶餐廳．可以看出無(wú)論是PM2．5還是PM10，西餐廳的排放量都是較高的，這是因?yàn)楸敬窝芯恐形鞑蛷d在烹飪過(guò)程中用油量較多，這與Long等的研究結(jié)果一致．       另一方面，西餐廳主要的烹飪方式是煎，粵菜餐廳和職工食堂主要是炒，而茶餐廳則是煮或蒸，結(jié)合PM2．5和PM10的排放情況可以發(fā)現(xiàn)不同烹飪方式排放的顆粒物質(zhì)量濃度的大小順序?yàn)?油煎＞炒＞煮，這與前人得出爆炒類(lèi)菜系比蒸煮類(lèi)菜系排放的PM2．5濃度高［24］的結(jié)論一致。此外，茶餐廳和職工食堂的PM2．5平均濃度很接近，PM10濃度有所差距，造成這種現(xiàn)象的原因是茶餐廳以蒸煮為主的烹飪方式，而職工食堂通的菜品用油量通常很低，兩者都具有水多油少的特征，因而顆粒物濃度均偏低。但是，職工食堂在烹飪過(guò)程中，單個(gè)菜品通常使用較多的食材，加入調(diào)味料量大，從而造成PM10稍高于茶餐廳。

       表2還列出了各餐廳的PM2．5與PM10濃度的比值。從表2可以發(fā)現(xiàn)，粵菜餐廳的PM2．5/PM10變化范圍較高，為47．9%—96．9%;其次為西餐廳，為39．2%—57．2%；再次為職工食堂，為21．6%—48．5%；較小為茶餐廳，為7．5%—46．1%。又考慮到4家餐廳的油煙凈化設(shè)備均為靜電除塵，原理相同，因此粵菜餐廳烹飪排放的顆粒物以細(xì)顆粒物為主，西餐廳烹飪排放的顆粒物細(xì)顆粒物與粗顆粒物占比相差不多，茶餐廳與職工食堂烹飪排放顆粒物比值相似，主要為粗顆粒物。從各餐廳PM2．5/PM10范圍來(lái)看，由大到小依次為:粵菜餐廳、茶餐廳、職工食堂、西餐廳。這反映了在采樣過(guò)程中，各餐廳顆粒物粒徑構(gòu)成變化是否明顯，質(zhì)量濃度較高的西餐廳，其PM2．5/PM10范圍反而較小，說(shuō)明在烹飪過(guò)程中加入的調(diào)料和用油量沒(méi)有顯著變化，并且烹飪手段較單一；同樣范圍較小的還有職工食堂，職工食堂屬于大鍋菜，雖然烹制過(guò)程中以大火為主，但量也大，食材入鍋后不能進(jìn)行爆炒，要使食物熟透還需加水烹煮，烹飪過(guò)程中加入的調(diào)料和用油量沒(méi)有顯著變化，與西餐廳原因相似。粵菜餐廳和茶餐廳的PM2．5/PM10范圍大小相差不多，但是顆粒物構(gòu)成相反，粵菜餐廳主要為細(xì)顆粒物，茶餐廳主要為粗顆粒物，這可能與烹飪方式有關(guān)，粵菜雖以清淡為主但是其用料豐富，燉、炒、煎、蒸等烹飪手段多樣，多種調(diào)味料的添加也會(huì)使顆粒物構(gòu)成更復(fù)雜。

2.2化學(xué)元素的特征

       根據(jù)元素組分和離子組分的分析結(jié)果，4類(lèi)餐飲源油煙排放顆粒物中各化學(xué)組分的成分譜如表3所示。粵菜餐廳的金屬元素中占比較高的是Zn、Fe、Cu，分別為1．1640%、0．9810%、0．6859%，它們通常來(lái)源于海鮮、蔬菜、蛋類(lèi)。此外，因?yàn)锳s和Cd容易在水體中富集而被魚(yú)蝦吸收，而粵菜的烹飪?cè)蟼?cè)重海鮮，所以As、Cd含量較高，分別達(dá)到了0．0209%和0．0101%。

       茶餐廳中占比較高的金屬的元素組分同樣為:Zn(1．4241%)、Fe(1．2295%)、Cu(0。9330%)，同時(shí)，茶餐廳排放的PM2．5顆粒物中As的濃度也處于較高的水平，且明顯高于其他3類(lèi)餐飲源，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0．0387%，這主要源于茶餐廳在烹飪，過(guò)程中使用大量水，而As在高溫情況下形成的氧化物As2O3有利于其在水蒸氣中的溶解度增加，使含As元素的顆粒相在茶餐廳餐飲油煙中大量存在。

       從西餐廳的金屬元素組分中可發(fā)現(xiàn)前3種元素Fe、Zn、Cu的占比順序與粵菜不同，F(xiàn)e元素較高，為1．3369%，通常認(rèn)為Fe、Ni來(lái)自于不銹鋼鍋具中，而西餐的烹飪過(guò)程中，此類(lèi)鍋具的使用程度明顯高于粵菜餐廳和茶餐廳。并且西餐廳煎牛排基本是旺火，高溫會(huì)導(dǎo)致Ni的釋放量相應(yīng)增多。此外，在烹飪過(guò)程中食用油中含有的檸檬酸與金屬元素發(fā)生螯合反應(yīng)生成不溶物，使這些金屬元素更多保留在顆粒相中。西餐廳以煎炸為主，高用油量的烹飪方式導(dǎo)致油煙中Cr、Cu、Mn、Pb等金屬含量更高。

       職工食堂的前3種金屬元素Fe、Zn、Cu的組分占比順序與西餐廳一致，同樣是Fe元素較高，為1．3697%，這與職工食堂具有較高的不銹鋼鍋具使用率和鍋鏟碰撞頻率有關(guān)。除此之外，職工食堂的Pb、Co的占比均低于粵菜餐廳，這與職工食堂不常使用海鮮有關(guān)。

       4類(lèi)餐飲源均檢測(cè)了13種金屬元素，其中含量較高的3種元素一致，為Cu、Fe、Zn，屬于烹飪油煙富集金屬元素。4家餐廳的Cu、Fe、Zn元素的平均濃度水平由大到小為:西餐廳＞職工食堂＞茶餐廳＞粵菜餐廳(對(duì)應(yīng)的烹飪方式煎炸＞炒＞蒸煮)，與研究結(jié)果致。鍋具的頻繁使用會(huì)影響到某些元素的釋放，尤其是Cr、Fe、Ni等元素。Pb、Cd和As等微量元素易于富集在魚(yú)類(lèi)頭部和動(dòng)物內(nèi)臟，經(jīng)常使用上述食材的餐廳，油煙顆粒物中此類(lèi)元素的含量較高，會(huì)對(duì)人體健康造成傷害。

       表3中同樣表示了餐飲油煙顆粒物中離子組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。粵菜餐廳和茶餐廳的SO2－4(7．3826%、6．8437%)和F－(0．6570%、0．7814%)占比較高，這是由于烹飪過(guò)程中加入大量水，而前人研究表明SO2－4和F－主要來(lái)源于飲用水中。此外，茶餐廳的Ca2+含量較高。粵菜餐廳和西餐廳的CH3COO－含量遠(yuǎn)高于另外2類(lèi)餐飲源，為4．8411%和1．8925%．CH3COO－一般出現(xiàn)在食醋中，但是粵菜和西餐烹飪基本不用醋，但是酒類(lèi)使用量很高，可能是乙醇發(fā)生氧化作用形成醋酸導(dǎo)致的。

表3各類(lèi)餐飲源油煙化學(xué)成分譜(%)

       總體來(lái)說(shuō)，4類(lèi)餐飲源由于烹飪方式和食材的不同，導(dǎo)致不同菜系的元素種類(lèi)含量存在差異，但主要化學(xué)特征是相似的。Cu、Fe、Zn、Ca2+、Cl－、SO2－4等6種物質(zhì)在4家餐廳的油煙顆粒物中均偏高。

2.3顆粒物形貌及能譜特征

       本次研究將4個(gè)采樣點(diǎn)的PM10樣品膜分別隨機(jī)剪取了3份，每1份1cm2，在每一份中隨機(jī)統(tǒng)計(jì)了100個(gè)顆粒物的形態(tài)和元素組成．因此本次研究共統(tǒng)計(jì)了1200個(gè)顆粒物，將總體樣品和各餐廳的樣品分別進(jìn)行了分析。從總體來(lái)看，雖然4家餐廳排放的餐飲油煙質(zhì)量濃度相差懸殊，但都主要由6種不同形態(tài)的顆粒物組成，包括:片狀、塊狀、簇狀、絮狀、球狀、不規(guī)則狀。

       在各個(gè)形態(tài)的顆粒物中，不規(guī)則狀的顆粒物(圖2(a))占比較高，為30%，尺寸范圍較大，處于1．8—6μm之間，其主要包含的元素有:Al、Si、O、Ca，由此推測(cè)可能是鋁硅酸鹽，而前人的研究表明大多數(shù)不規(guī)則形的顆粒物主要來(lái)自于自然源，因此這類(lèi)形態(tài)的顆粒物可能來(lái)自于蔬菜根部殘留的土壤。當(dāng)然本次采樣過(guò)程有些采樣點(diǎn)的煙道是用磚石修葺的，所以部分不規(guī)則顆粒物也可能來(lái)源于墻壁或者煙道。

圖2餐飲源排放顆粒物的SEM顯微形貌圖

(a)不規(guī)則狀，(b)塊狀，(c)絮狀，(d)片狀，(e)簇狀，(f)球狀

       其次為塊狀(圖2(b))，其占比為21%，尺寸較小，粒徑分布于1—4μm之間，絕大多數(shù)小于2．5μm。從元素組成來(lái)看，含量較高的元素是Ca和S元素以及O元素，結(jié)合阿依克孜·吾吉等的研究，推測(cè)類(lèi)似于圖2(b)規(guī)則形長(zhǎng)條狀顆粒主要是石膏。

       絮狀顆粒物(圖2(c))占比14%，尺寸較大，處于2—6μm之間。圖3(a)是餐飲源PM10樣品中的絮狀單顆粒形貌圖和能譜圖，其元素峰由強(qiáng)到弱依次是:O、Si、Ca、Al(Au為濾膜表面鍍金成分)．Si和O原子量比例接近1∶3，經(jīng)過(guò)計(jì)算可知該顆粒物可能是硅酸鹽顆粒物，結(jié)合上一節(jié)的化學(xué)元素分析，推測(cè)其他無(wú)機(jī)組分為Ca2+和Al。

       片狀(圖2(d))顆粒物占比為13%，處于1．5—5μm之間．其主要包含的元素有:O、Ca、Si。且O的原子量分?jǐn)?shù)高達(dá)77．5%，很可能有氧化鈣等氧化物或硅酸鹽存在。與阿依克孜·吾吉等的研究結(jié)論，餐廳單顆粒主要為“富Si"“富Ca"的研究結(jié)論一致。

       簇狀(圖2(e))顆粒物占比為13%，大部分尺寸大于2．5μm。圖3(b)是是餐飲源PM2．5樣品中的簇狀單顆粒形貌圖和能譜圖，其元素峰由強(qiáng)到弱依次是:O、S、Na、Au、Ca、Si、F、N，O的原子量分?jǐn)?shù)高達(dá)62．8%，同時(shí)含有Ca和S，簇狀顆粒物大體與單個(gè)塊狀顆粒物的元素組成相似．實(shí)際上從鏡下觀察來(lái)看，這類(lèi)簇狀顆粒物就是由多個(gè)塊狀顆粒物聚集而成。此外，相較于其他3家餐廳，粵菜餐廳的塊狀和簇狀顆粒物占比較高，分別為25%和16%，這2類(lèi)顆粒物主要成分與上一節(jié)粵菜餐廳的化學(xué)元素組成特征一致，烹飪油煙中富含Ca和SO2－4。

       球狀(圖2(f))顆粒物占比9%，尺寸很小，處于0．5—2μm之間。通常這類(lèi)規(guī)則顆粒物主要來(lái)源于人工源，能譜結(jié)果顯示這類(lèi)顆粒物可能是鋁硅酸鹽或富鐵粒子，這與Conner等的研究是一致的。本研究還發(fā)現(xiàn)球狀顆粒物在西餐廳中占高達(dá)14%，這符合上一節(jié)西餐廳烹飪油煙中富含F(xiàn)e元素的結(jié)論，可以說(shuō)明顆粒物形態(tài)與化學(xué)元素組成具有一致性。

圖3餐飲源排放單顆粒物形貌圖及能譜圖

(a)絮狀，(b)簇狀

       圖4所示為PM10包含的6種顆粒物粒徑分布統(tǒng)計(jì)圖。不規(guī)則狀顆粒物(圖4(a))在0—10μm范圍內(nèi)均有分布，且數(shù)量差異不大．不規(guī)則狀顆粒物在＜2．5μm范圍內(nèi)數(shù)量較多，達(dá)到30%，其次是4．0—6．0μm范圍內(nèi)，占比為27%。塊狀顆粒物(圖4(b))與片狀顆粒物(圖4(d))粒徑分布相似，二者在0—10μm范圍內(nèi)均有分布，且數(shù)量差異明顯。塊狀顆粒物與片狀顆粒物的粒徑分布比例由大到小均為:＜2．5μm、2．5—4．0μm、4．0—6．0μm，另外大于6．0μm的顆粒物均存在很少。另外絮狀顆粒物(圖4(c))與簇狀顆粒物(圖4(e))粒徑分布相似，二者主要分布在粒徑大于4．0μm的大顆粒范圍內(nèi)，其占比達(dá)到80%以上。球狀顆粒物(圖4(f))粒徑分布特點(diǎn)較為突出，絕大部分為小于2．5μm的顆粒物，且比例高達(dá)98%。

       由圖4同樣可以觀察到，PM2．5中主要包含5種顆粒物，其占比由大到小為:球狀顆粒物、塊狀顆粒物、片狀顆粒物、不規(guī)則狀顆粒物、絮狀顆粒物．綜上，塊狀、片狀、球狀顆粒物均為單顆粒狀態(tài)，導(dǎo)致其大部分粒徑處于小于2．5μm范圍內(nèi);絮狀和簇狀顆粒物屬于顆粒物孔隙較多或由多個(gè)塊狀顆粒物聚集而成，使這二者粒徑普遍偏大，且大部分處于大于4．0μm的大顆粒范圍內(nèi)．此外，不規(guī)則狀顆粒物形狀各異，因此這一類(lèi)顆粒物在各范圍內(nèi)分布特征并不突出。

 

圖4PM10顆粒物中6種形態(tài)顆粒物粒徑分布圖

 

       為了彌補(bǔ)現(xiàn)存餐飲行業(yè)在煙油監(jiān)測(cè)上的漏洞，同時(shí)便利監(jiān)管部門(mén)的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測(cè)云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)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(kāi)機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)率監(jiān)測(cè)，凈化效率監(jiān)測(cè)，設(shè)施停運(yùn)

       告警，待清洗告警，異常告警等功能；對(duì)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(cè)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(duì)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(duì)超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警，監(jiān)管部門(mén)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(chǎng)安裝監(jiān)測(cè)終端，持續(xù)監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)設(shè)備用來(lái)監(jiān)測(cè)油煙、顆粒物、NmHc等數(shù)據(jù)

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

       ■設(shè)備通過(guò)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(cè)

       對(duì)油煙排污數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數(shù)值采集監(jiān)測(cè)；同時(shí)對(duì)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(cè)。

       (2)告警數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

       系統(tǒng)根據(jù)采集的油煙數(shù)值大小，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的排放超標(biāo)告警；對(duì)凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對(duì)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(zhǎng)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(duì)采集的告警數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生對(duì)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(zhǎng)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(duì)應(yīng)測(cè)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(cè)主機(jī)

       油煙監(jiān)控主機(jī)是現(xiàn)場(chǎng)的管理設(shè)備，實(shí)時(shí)采集油煙濃度探測(cè)器和工況傳感器的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)有線或無(wú)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(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)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