餐饮油烟废气污染及其净化技术进展

李亚倩 李建军 李海娇

(四川大学建筑与环境学院，四川成都，610065)

近些年来我国经济发展迅速，民众生活水平不断提高，餐饮业作为第三产业中不可或缺的一部分，让城市经济的发展更加充满活力，也形成了独特的美食文化。但由此也引发了许多环境方面的问题。目前，餐饮油烟废气大部分是通过抽油烟机直接排入大气中，这种方法只实现了污染物质的转移，并没有使油烟废气得到有效处理，并且产生的油烟粘附在油烟机上，会造成清洗异常困难；餐饮油烟废气中含有许多种有害物质，这些有害物质未经任何处理就排入大气，会严重破坏大气质量[1]。但长期以来我国大部分餐厅的烟气都未经处理便排放，这不仅会对环境造成不良影响，还会对我国民众的健康造成很大的危害。因此，餐饮业的油烟废气污染已成为一个亟待解决的社会问题，采取有效措施防止油烟废气污染，已经成为城市环境保护的一个重要课题。

1 餐饮油烟废气的产生及危害

1.1 餐饮油烟废气的产生

食用油有很多种类，其主要成分也不尽相同。如：植物油和动物油的主要成分分别为不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸甘油脂。在温度达到170℃时食用油开始分解，形成很多小油滴(直径>10-3cm)。在油温高于270℃时，食用油开始汽化，汽化成许多微油滴(直径10-7～10-3cm)。加入食物后，油温逐渐下降到60℃，由于食物中的水分流失，遇到空气中的油烟和烟尘后共同形成油烟雾[2]。

1.2 餐饮油烟废气的特点

餐饮油烟废气的主要成分可大致分为两种：气态污染物和颗粒物，其中颗粒物粒径一般在0.01～10μm之间[3]，可长时间悬浮于空气中，黏度较大，而抽油烟机等初级处理设备可以把大颗粒的气溶胶吸附或收集起来，但是对细颗粒几乎没有去除效率；餐饮油烟废气中气态污染物化学成分十分复杂，与一般的工业废气存在很大差异，由220多种挥发性有机化合物构成[4]；餐饮油烟废气污染物种类多，浓度低，同时是室内空气的主要污染物之一，所以对餐饮油烟废气的研究主要是对挥发性有机物的研究。

1.3 餐饮油烟废气的危害

国外的食物多为生食或加工为半成品，与我国的烹饪方式差异也很大，厨房污染程度较低；而我国烹饪的温度高、油量大，同时加入各种油、盐、酱、醋，在高温下这些调味品也发生化学变化，厨房的污染程度很高。一些研究表明，亚洲的烹饪方式产生的PM2.5要多于西式烹饪，分别为30～1400和20～535μg/m3[5-6]。Li等[7]分析了中餐、西餐和日餐的废气来研究排放中的多环芳烃，发现中餐废气中苯并芘更多，其中，西餐是中餐的1/7，而日餐和快餐几乎都不产生苯并芘。

餐饮油烟废气中含有的挥发性有机物大部分都有毒有害，更有部分有机物可致癌如苯系物、多环芳烃等，对人体健康造成极大的威胁。研究表明[8]，在新加坡、中国及香港，烹饪频率越高的女性，患肺癌的几率越大，这与她们经常暴露在充满油烟的厨房环境中有很大关系[9]。

2 餐饮油烟废气污染现状

目前，油烟污染大气环境，已成为一个社会问题。据报道目前餐饮油烟废气对城市大气污染源的“贡献”已经上升到第三位，第一位和第二位分别是工业污染源和汽车尾气污染。在对环境污染投诉的处理中发现，餐饮油烟废气污染投诉占总投诉量的一半[10]。其中，群众反映最强烈的是位于居民生活区内及周边的小型餐馆。小型餐馆通常采用的方法是设置抽油烟机，抽油烟机只是将厨房内产生的油烟进行转移，并没有将污染物进行有效去除，仍留下污染隐患。

经研究，挥发性有机物是PM2.5的重要前驱体。据估算，辽宁省沈阳市2007年餐饮行业挥发性有机物总排放量高达580吨[11]；而北京市餐饮行业每年向大气中排放近1500吨有机颗粒物[12]。餐饮油烟废气是城市挥发性有机物的重要来源之一，而挥发性有机物又是城市雾霾的重要前因，进一步改善空气质量，必须要重视对餐饮油烟废气的处理与管理。

3 餐饮油烟污染净化技术

油烟废气的控制包括两个方面：一是对污染源的控制，主要通过控制源头来达到控制要求，比如将油温控制在170℃以下、禁止露天烧烤等；二是进行末端处理，油烟废气排入大气前使用净化装置来降低浓度。

目前国外学者对油烟净化分离技术的研究不够深入。而且国内外实际情况相差甚多，借鉴意义不大。在国外规模较大的餐厅大多使用热氧焚烧法来净化餐饮油烟废气，但此方法会生成二噁英、NOx等二次污染物，目前已被淘汰；规模较小的餐厅则使用催化剂净化法。这两种方法技术复杂、设备成本高，适用性方面存在限制，在国内推广难度较大。

目前，国内已有餐饮油烟废气净化技术主要分为三大类：物理净化方法、化学净化方法和生物净化方法。而由于生物净化法仍处于研究的初级阶段，未能达到应用水平，所以目前应用的净化方法以物理和化学净化方法为主。

3.1 物理净化方法

3.1.1 机械分离法

机械分离法又详细地划分为惯性分离法和旋风分离法，这两种方法分别利用惯性碰撞原理和旋风分离原理对油烟废气中的颗粒物进行净化。惯性分离法阻力较小，结构简单，但由于对微细颗粒的净化较为困难导致整体净化效率不高(约为50%～70%)，只能用于净化要求不高的场合。旋风分离法设备使用寿命长，不产生二次污染，维修管理简单方便；但其压降较大，占地面积大，所以通常和其他方法结合使用。

3.1.2 洗涤吸收法

常见装置有水雾水膜式油烟净化装置、填料塔、板式塔、鼓泡塔等。简单的喷淋方式除油效果差，净化效率高的装置结构复杂，运行费高，还会产生二次污染。水雾水膜式油烟净化装置将净化装置和排烟罩结合在一起，阻力小，设备紧凑，但存在二次污染，对微小雾滴的净化效率不高。

3.1.3 过滤法

过滤法采用过滤材料对油烟废气中的颗粒物进行分离捕集，从而将颗粒污染物截留下来。常见有滤布过滤、纤维垫过滤等。这种方法净化效率一般可达99%以上，并且性能稳定可靠操作简单，但过滤材料较容易堵塞，需要定期更换，运行维护费用较高。

3.1.4 吸附法

吸附法主要是用多孔固体吸附剂(活性炭等)将油烟中的一种或多种VOCs浓集于固体表面，达到吸附脱除颗粒污染物的目的。吸附过程能有效脱除一般方法难以分离的低浓度有害物质，具有净化效率高、结构简单、易实现自动化控制并且能够有效去除油烟异味。但设备体积较大，需要足够的占地面积，并且吸附质吸附容量小，吸附饱和后需要更换新的吸附质，使得总运行成本提高。

3.2 化学净化方法

3.2.1 催化燃烧法

催化燃烧法是在催化剂的作用下，使餐饮油烟废气中的挥发性有机物在温度较低的条件下氧化成水和二氧化碳等无害气体的餐饮油烟净化方法。该法污染物脱除效率较高，反应温度低，大大降低了能源消耗，避免了二噁英和氮氧化物等二次污染物的生成，是一种环境友好的油烟净化技术。

3.2.2 紫外线法

餐饮油烟废气在紫外线的照射作用下，部分挥发性有机物化学键将会破裂，从而可以产生很多高活性的自由基，这些自由基能够参与反应将油烟废气中的挥发性有机物氧化成二氧化碳、水和粉末。紫外线法用于处理低浓度餐饮油烟废气，净化效率可以达到97%[13]。但是紫外线法所使用的处理设备体积较大，需要一定的占地面积，因其高成本所以一般应用于高档餐厅或规模较大的餐厅，不适用于规模较小的餐厅。

3.2.3 低温等离子体法

低温等离子法也叫非平衡等离子体法，主要是利用高压产生的高能量激发出大量高活性自由基，这些高活性自由基与油烟离子发生碰撞，高压下还能使部分有机物的化学键断裂，从而将有毒有害物质分解成无毒无害的单质原子或分子，达到降解油烟污染物的目的[14]。中国科学院和上海嘉顿环保公司通过技术合作，强强联合，成功研制出“低温等离子体油烟净化装置”，并己获得国家发明专利[15]。

低温等离子体的放电形式有很多，辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电、滑动电弧放电等。电晕放电是一种最常见的气体放电形式同时也是一种比较简单有效的放电方式，具有较好的应用前景[16]。介质阻挡放电已被开发和广泛应用，实验室研究几乎都集中在介质阻挡放电，其原理为：当电极上施加足够高的交流电压，电极间的气体即使在很高的电压下也会被击穿，从而形成DBD。许多研究表明低温等离子体技术对挥发性有机物的去除效果很好，可高达99%，低温等离子体技术广泛应用于材料表面处理、家具制造、汽车喷涂、合成新材料等领域[17]。

仅有等离子体技术处理油烟废气时，处理能耗较高，且会产生诸多副产物，如NO，NO2，N2O，O3和其他挥发性有机化合物等[18]。在等离子体技术的基础上加入催化剂，可以有效解决多种副产物的产生问题，另外，催化剂的加入还可提高目标产物的产率、降低反应温度，还能进一步降低能耗。等离子体能够在常温常压下凝聚和分解细小的油烟颗粒物，因此等离子体协同催化净化技术可实现同时除油除味的目的。

由上所述，对于物理净化法来说，单一使用一种方法净化效率不高。大多只能去除油烟中的颗粒物，对VOCs都没有净化效果，而化学方法可提高净化效率，且能够同时去除油烟中的颗粒物和VOCs，并将污染物转化为无害的CO2、H2O等物质。但紫外线法危害人体健康，低温等离子体技术由于使用高压电，具有安全隐患，并且机理不明，所以，研究出一种多行业，多工况都适用的餐饮油烟废气处理技术迫在眉睫。

4 总结与展望

在国内外已有许多投入应用并进一步推广的餐饮油烟废气净化技术、也有许多相关设备在投产运行，而该技术未来的发展方向应该是在满足相对较高去除效率的基础上，追求运行的稳定性，并进一步降低设备的运行维护管理费用。未来对餐饮油烟废气的治理不仅需要技术创新，还需要国家和政府的一系列科技标准和管理手段，并且加强政府的监督。

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