塗志燕

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要： 在分析現有油煙淨化技術優缺點的基礎上，對近幾年吸附及催化法治理餐飲油煙汙染物以及揮發性的研究進行了綜述，並對這些方法在油煙淨化方面的應用前景做出展望。

關鍵詞：餐飲油煙;；VOCs; 吸附；催化氧化；淨化技術；餐飲油煙監測雲平臺；安科瑞

0. 前言

餐飲油煙( cooking oil fumes，COFs) 指烹調過程中食用油揮發後凝結以及食材高溫後產生的油煙霧，包含很多種有毒化學成分，不僅會危害烹調者的健康，還會對周圍環境造成汙染。烹飪溫度、食用 油種類、新增食材種類以及烹飪方式的不同都會影響油煙的組成。餐飲油煙汙染物主要包括顆粒物以 及揮發性物2大類。近兩年來，各地陸續出臺了油煙治理新標準，不僅收緊了油煙、顆粒物排放限值，還增加了非甲烷總烴( NMHC) 的排放限制。因此，開發新型餐飲油煙淨化技術對於保護大氣環境、保障人體健康具有非常重要的意義。本文中首先對各類淨化技術進行對比分析其優缺點，在此基礎上對吸附及催化技術淨化揮發性物進行了分析，並對應用於油煙汙染物的淨化方面做出了展望。

1. 餐飲油煙淨化技術對比分析

1.1 機械法

機械法指使油煙氣流運動方向發生強烈轉折，油煙氣體中的顆粒物在慣性作用下到達沉積面( 碰撞面) 而從氣流中脫離出來。通常，機械式淨化裝置採用設定折板式、濾網式、蜂窩波紋式等濾油柵 ( 金屬網罩、格柵) ，使得油煙顆粒物與格柵碰撞、黏附而從氣流中分離去除。濾油柵一般安裝於集 氣罩內或集成於其他淨化裝置的前端，以減輕其他裝置的清洗維護壓力。該法具有裝置簡單、阻力小、 造價低等優勢，被廣泛應用於家用廚房抽油煙機中， 並仍使用於一些老式餐飲業油煙處理系統中。為了 提高淨化效率，通常採取對集油板、外 形/尺 寸、增設吸油煙通道以及擴散吸油煙範圍等改進措施。但該法對小粒徑油煙顆粒物的捕集效率低，無除味功能，油煙淨化率通常為50% ～70%。 此外，擋板濾網易破裂，廢氣直接排放，且由於油煙中顆粒物黏度很大，清洗維護工作量較大，因此，該法適於油煙汙染物的預處理或淨化效率要求較低的場合。

1.2 洗滌吸收法

洗滌吸收法指採用水或其他洗滌劑，以噴頭噴 灑的方式形成水膜、水霧來吸收油煙。油煙粒子與噴嘴噴出的水霧、水膜相接觸，經過相互的慣性碰撞、滯留、細微顆粒的擴散和相互凝聚等作用後，隨水滴流下，使油煙顆粒從氣流中分離出來。該法所需裝置結構簡單、投資少、佔地小、執行費用低、維修管理方便。但存在二次汙染、阻力大、對亞微米級顆粒物的淨化率低、需對產生的油汙水進行處理等缺點。

1.3 靜電法

靜電法指電場在外加高壓的作用下，負的金屬絲表面或附近產生粒子風，油煙粒子在短的時間內因碰撞俘獲氣體離子而荷電，受電場力作用向正集塵板運動。其淨化機理與其他方法的區別在於: 分離力是靜電力，直接作用在粒子上，而非作用於氣流上，因此具有能耗低，阻力小的特點。靜電法是油煙淨化處理的傳統方法之一，技術手段比較成熟，應用廣泛，靜電式油煙淨化裝置投資少、佔地小、無二次汙染，且由於易於捕捉粒徑較小的粉塵，對油煙中的顆粒物淨化效率高，可達90%～98%，但對油煙中的氣態汙染物去除效果一般，不能滿足餐飲業汙染物排放新標準中對非甲烷總烴的淨化要求。

1.4 光催化法

光催化法指利用特殊波長紫外燈發出的紫外線對油煙分子進行照射達到油煙分子的淨化方式。利用紫外線－C波段的光來改變油質的分子鏈，同時這種紫外線與空氣中的氧反應後產生臭氧，臭氧將油質分子冷燃燒後生成水和二氧化碳，同時煙道中的異味也隨之不見。餐飲業汙染物排放標準收緊後，紫外光催化法( UV法) 成為淨化氣態汙染物的熱門處理方法之一。很多廠家( 如帥康、廣東銳 士達、四川奧潔、深圳天瀧等) 開發的油煙淨化裝置 均採用UV法。但運用該技術需要至少30m長的管道，便於安裝紫外光管。此外，紫外光致癌，密封嚴實，且會帶來臭氧汙染，淨化效率較低。

1.5 過濾法

過濾法指油煙廢氣先經過一定數目的金屬格柵，使得大顆粒汙染物被阻截；而後煙氣經過纖維墊等濾料，顆粒物被擴散、截留繼而被脫除。通常選用的濾料材料為吸油效能高的高分子複合材料。過濾法裝置投資少、執行費用低、無二次汙染、維修 管理方便，但由於濾料阻力很大且濾料需更換，使其應用受到侷限。因此，增加濾料的使用壽命並提高過濾效率成為目前的研究方法。值得注意的是，過濾法作為油煙的預處理裝置具有一定的可行性，但對VOCs淨化效果差，需在過濾段下游增加VOCs淨化段; 同時還需考慮濾料的成本以及重 復利用問題。

1.6 生物法

生物法本質為吸收傳質過程與生物氧化過程相結合的過程。廢氣淨化過程的實質是利用微生物的代謝活動將有害物質轉變為簡單的無機物( 如 CO2 和 H2O) 及細胞質等。氣態汙染物同水接觸並溶解於水中( 即由氣膜擴散進入液膜) ；溶解於液膜中的汙染物在濃度差的推動下，進一步擴散到填料表面附著的生物膜層，被其中的微生物捕獲、吸收。相比於其他方法，生物法可以解決多組分汙染物間淨化效率低等技術難題，實現複雜、多組分的油煙汙染物去除。同時，可以針對較難降解的特徵汙染物，選育具有高降解的專屬菌種，並基於微生物的代謝規律，最佳化調控菌群結構，構建複合微生物菌劑，實現油煙生物淨化裝置的穩定執行。但是該法存在菌種選育耗時長、受煙氣溫 溼度影響大、啟動時間長、對成分適應性需考察等問題，因此，其應用在一定程度上受到限制。

1.7 吸附法

吸附法指利用吸附介質(炭等) 吸附油煙中的汙染物，從而達到淨化油煙汙染物的效果。該法不僅能去除汙染物，還可對油煙的氣味有明顯的淨化作用，且裝置結構簡單，油煙去除率高。吸附法裝置執行初期效果好，隨執行時間變長，油煙開始附著在吸附質上，吸附層逐漸增厚使吸附能力逐漸下降，執行阻力的加大致使費用增加，且吸附劑需要定期處理和更換，增加了執行成本。

1.8燃燒法

燃燒法指利用高溫燃燒所產生的熱量進行氧化反應，把油煙廢氣中的汙染物質轉化為 CO2和H2O等物質，從而達到淨化目的。燃燒法包括直接燃燒法和催化燃燒法。對於直接燃燒法，國外採用此種技術較多，油煙中物質燃燒較完全，熱效率高，油煙淨化效率高。但裝置成本及執行、維修費用較高，不適用於中小型的餐飲單位和家用，適合大型油炸企業和餐飲業。催化燃燒法是利用催化劑降低氧化反應能和起燃溫度，使得反應物完全氧化生成 CO2和H2O，從而達到油煙淨化目的的方法。通常與吸附法協同淨化VOCs氣態汙染物，處理能力強，無二次汙染，產生的熱量可回收利用。一般採用陶瓷或金屬蜂窩作為載體進行氧化催化。以上各技術工藝特點對比如表1 所示。總的看來，現有的油煙淨化裝置多采用的是機械過濾法、靜 電法、離心法等。這些方法對於油滴、顆粒物具有較好的去除效果，但對VOCs 的去除非常有限；吸附法、氧化法以及生物法雖然對VOCs具有較好的淨化效果，但應用於餐飲油煙淨化的實際應用仍處於技術空白。此外，鑑於餐飲油煙汙染物組成複雜，同時含有顆粒物，利用單一技術難以實現多汙染物的同時淨化，亟需開發新型整合油煙處理技術，在淨化油煙顆粒物的同時實現對NMHC的去除。

表 1 不同淨化技術的工藝特點分析對比

2. 吸附/催化法淨化餐飲油煙技術

透過前述各淨化技術的對比可知，現有的油煙 淨化技術主要用於油滴和顆粒物的淨化，隨著新法規的出現，對於油煙中揮發性物的淨化逐漸提上日程。鑑於未有針對餐飲油煙淨化的專門技術，工業VOCs淨化技術，如吸附法、吸收法、生物法、等 離子體法、催化氧化法等被研究者們廣為借鑑。其中，吸附法裝置結構簡單，對揮發性物的去除率高; 燃燒法亦能去除揮發性物，但應用範圍有限; 催化燃燒法因催化劑的引入能夠在較低溫度下降解油煙汙染物，實現無焰燃燒，成為研究者們研究物件。但是不論是吸附法亦或是催化燃燒法，應用的前提與核心是高效能吸附/催化材料的開發。

2.1吸附材料

目前常見的工業上VOCs吸附劑主要包括三氧化二鋁、碳基吸附劑、分子篩、矽膠、金屬框架材料等。其中，碳材料因具有發達的孔隙以及表面積、 強大的吸附能力、低廉的成本等優勢成為廣泛使用的吸附劑。研究者們不斷更新制碳原料來源以及制碳方法，以期改進碳材料的吸附能力以及拓寬應用 範圍。Yang 等採用廢牛骨碳化形成骨炭，使用H3PO4修飾降低了傳質阻力，加速吸附過程; 使用K2CO3，促使形成新的分層孔結構，提供了豐富的吸附位。典型VOCs的比吸附容量達到13. 03 mmol /g，遠高於相同條件下的文獻資料。劉超等採用直接炭化法制備油茶果殼炭，並將其應用於油煙淨化，討論了自制油煙吸附裝置中油煙入口濃度、體積空速和吸附床層高度3個因素對穿 透曲線和吸附容量的影響。所開發的油茶果殼炭含有眾多孔徑不一的孔隙，有利於油煙這種含有多種組分汙染物分子的吸附作用。此外，進行芬頓改性後的新型吸附材料的孔道結構保持良好，表面產生了大量的羥基、羰基、羧基等基團。儘管碳材料具備眾多優勢， 但是由於其具有易燃特性，存在隱患，不適合應用於油煙淨化體系中。同時，根據環境部印發的《國家危險廢物名錄( 2021年版) 》，廢棄炭已被列為危廢，嚴重限制了其應用。因此，越來越多的研究者嘗試開發新型吸附材料以取代炭。Sinan等開發了矽膠基新型吸附劑，以增加對典型VOCs二甲苯和甲苯的吸附/解吸效能。具體的，將亞芳基羧酸衍生物束縛到GBS固定相上獲得吸附劑 DACTS。DACTS 對二甲苯和甲苯氣體顯示出顯著的吸附效能，GBS、DACTS 對二甲苯吸附量分別為542. 98、882. 94 mg /g，甲苯吸附量分別為398. 14、660. 87 mg /g。

近年來，分子篩材料以及金屬框架材料 ( MOFs) 也被廣泛應用於吸附劑。分子篩因具有規則的孔道結構、可調變的矽鋁比使其成為疏水吸附材料的重要選擇，已經廣泛應用於吸附轉輪濃縮技術中。金屬框架材料( MOFs) 以較大的比表面積、可調節的孔徑和可修飾性等優勢，在VOCs脫除 領域展示出良好的應用前景。從吸附劑角度看，吸附量主要受 MOFs的結構形狀、改性官能團和碳材料摻雜的影響。從吸附質的角度看，吸附量主要受吸附質的結構形狀、水的競爭吸附和酸鹼的影響。 提高MOFs對VOCs的吸附量首先要了解MOFs的孔徑大小、幾何形狀和VOCs分子的形狀。針對不同形狀、不同性質的吸附質對MOFs進行修飾改性， 如新增官能團，以增強非鍵相互作用; 修改連線配體，調節孔的形狀大小，比如將連線配體對苯二甲酸替換為2，6－萘二甲酸二甲酯、採用柔性連線配體等。VOCs中含有的水和酸鹼亦對吸附量有一定影響，例如競爭吸附，破壞配位鍵，可以透過採用 疏水性連線配體遮蔽金屬團簇與連線配體之間的弱配位鍵來使得水和酸鹼對框架的影響，還可以在 MOFs表面新增疏水基團來達到疏水目的，或者採用高價態或高惰性的金屬團簇也可以增加配位鍵強度，使MOFs具有更高的穩定性。常用吸附劑及其性質如表 2 所示。

表 2 不同吸附劑簡單介紹

2.2 催化材料

催化氧化法被認為是油煙氣體中揮發性化合物的合適淨化方法。在催化氧化過程中，催化劑起著重要作用，是催化氧化淨化的核心。開發效能優異的催化劑是提高淨化效率、降低反應溫度、降低能耗的關鍵。工業VOCs催化燃燒催化劑主要由金屬構成，分為金屬氧化物型和負載型催化劑。其中，金屬氧化物型催化劑根據元素組成包括錳、鐵、銅、鎳、鈷以及複合金屬等，根據形貌結構則可分為尖晶石結構、核殼結構、三維立體結構以及其他特殊結構型別。負載型催化劑通常包括貴金屬負載和金屬氧化物負載2大類，主要是利用組分可以在載體上高度分散，在增加催化的同時來減少用量，是目前廣泛研究的催化劑之一。針對餐飲油煙中大量、多種揮發性的催化淨化，北京科技大學 Huang等開發了一系列堇青石負載金屬氧化物催化劑( Mn4Ce1/Ti/NC－CTAB－U/C) ，對餐飲油煙中非甲烷總烴的催化氧化淨化效率在400℃可達94%，是一種效能優異 的催化劑。中國礦業大學( 北京) Li 等及中北大學苗隆鑫等以ZSM－5分子篩作為載體，利用其較大的比表面積與孔容，為VOCs催化氧化提供更多的位點。分子篩除了作為優越的吸附劑，也是催化劑的載體之一。

2.3 吸附/催化複合技術/材料

餐飲油煙中VOCs成分複雜，含有烷烴、芳香烴、醛酮、酸酯等多種型別的VOCs，因此相比單一組分VOCs，催化氧化過程更復雜，難度也相對更高。對單一VOCs組分具有優異催化效能的催化材料並不一定能夠實現對複雜組分的同時淨化。從這個角度來看，單一淨化技術難以滿足餐飲油煙中VOCs的淨化需求。此外，餐飲油煙VOCs經油煙機抽氣稀釋排放後具有濃度很低、成分非常複雜、含水分、間歇排放的特徵，針對此，將吸附富集與催化降解聯用，具有較大的應用價值。在排放煙氣時對VOCs進行吸附富集，保證再次處理效果。上海交通大學Yao等將吸附與等離子體技術相結合，開發鹼改性鈷錳固溶體作為複合材料，一方面利用材料表面的羥基實現對油煙典型化合物正己醛的化學吸附富集，另一方面利用等離子體實現對材料表面吸附的正己醛的催化降解。採用該技術路線，正己醛的去除率可達99.4%，礦化率則可達85. 7%。魏玉濱等則利用蜂炭的比表面積大、風阻低等特徵，將MnO2負載於炭上，使得材料同時具備了優越的吸附與催化效能，對油煙典型組分之一乙醇具有良好的淨化效果。北京科技大學Yu等開發了一類同時具備優異吸附和催化氧化效能的雙功能金屬基MEL分子篩，可以實現對非甲烷總烴的吸附淨化，待烹飪結束後，利用材料表面的催化位點實現對吸附富集的VOCs分子的原位催化降解，實現材料吸附效能的恢復。因所製備的分子篩材料具有多級孔道結構， 因此可以實現對油煙中多種汙染物分子的同時吸附，展現出優異的淨化效果。

3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監測雲平臺

為了彌補現存餐飲行業在煙油監測上的漏洞，同時便利監管部門的監察，安科瑞油煙監測雲平臺應運而生。油煙監測模組透過2G/4G與雲端平臺進行通訊和資料互動，系統能夠對企業餐飲裝置的開機狀態、執行狀態進行監控；實現開機率監測，淨化效率監測，設施停運

告警，待清洗告警，異常告警等功能；對採集資料進行統計分析、排名等統計功能；較之傳統的靜電監測方案，更具實效性。平臺預留與其他應用系統、裝置互動對接介面，具有很好的擴充套件性。

3.1 平臺結構

平臺GIS地圖採集餐飲油煙處理裝置執行狀態和油煙排放的濃度資料，自動對超標排放及異常企業進行提示預警，監管部門可迅速進行處理，督促餐飲企業整改裝置，並定期清洗、維護，實現減排環保，不擾民等目的。現場安裝監測終端，持續監測油煙淨化器的工作狀態，包括裝置執行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時結合排煙口的揮發性物質、顆粒物濃度等進行對比分析，一旦排放超標，系統會發出異常訊號。

3.2平臺主要功能

（1）線上監測

對油煙排汙資料的監測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數值採集監測；同時對監控風機和淨化器的啟停狀態、執行資料進行監測。

(2)告警資料監測

系統根據採集的油煙數值大小，產生對應的排放超標告警；對淨化器的執行資料分析，上傳淨化裝置對應的執行、停機、故障等告警事件。

(3)資料分析

執行時長分析，離線分析；告警佔比

、排名分析；歷史資料統計等。

(4)隱患管理

系統對採集的告警資料分析，產生對應的隱患記錄，派發、處理隱患，及時處理告警，形成閉環。

(5)統計分析

包括時長分析、超標分析、歷史資料、分析報告等模組。

(6)基礎資料維護

個人資訊、許可權維護，企業資訊錄入，對應測點資訊錄入等。

(7)資料服務

資料採集，簡訊提醒，資料儲存和解析。

3.3 油煙監測主機

油煙監控主機是現場的管理裝置，實時採集油煙濃度探測器和工況感測器的訊號，進行資料處理，透過有線或無線網路通訊將資料傳輸到伺服器平臺。同時，對本地資料進行儲存，監控現場裝置狀態，提供人機操作介面。

4.結論

針對環保法規的新要求，傳統的單一油煙淨化技術已無法實現同時對油滴、顆粒物以及上百種揮發性的同時淨化去除，開發複合型技術、多功能材料勢在必行。本文中在綜述分析對比目前已有油煙淨化技術特點的基礎上，闡述了對油煙中揮發性具有較高淨化效率的吸附以及催化氧化技術，並在此基礎上綜述了國內外關於吸附/催化聯合降解油煙揮發性的較新技術研究進展， 旨在為科研工作者開發新型油煙淨化技術提供一定的借鑑。

【參考文獻】

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［5］安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監測雲平臺.2020.05版.

作者簡介：

塗志燕，女，現任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事餐飲油煙監測的研發與應用。