簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：以北京市餐飲企業(yè)分布密度較大的西城區(qū)為案例區(qū),通過對研究區(qū)域內(nèi)餐飲企業(yè)進(jìn)行實(shí)地污染物檢測及排放活動水平調(diào)查,計(jì)算得到基于就餐人數(shù)、就餐時間、烹飪油用量和灶頭數(shù)4種核算基準(zhǔn)的餐飲業(yè)VOCs和PM2.5排放因子,并利用排放因子法分別估算該區(qū)域在餐飲廢氣凈化設(shè)備升級改造前后餐飲企業(yè)VOCs和PM2.5年排放量。結(jié)果表明:本研究區(qū)域餐飲業(yè)廢氣凈化設(shè)備升級改造前VOCs排放量范圍為319.03~506.38t/a,改造后為92.14~109.89t/a；改造前PM2.5排放量范圍為166.55~211.09t/a,改造后為30.22~36.05t/a,排放量明顯減少。餐飲業(yè)廢氣凈化設(shè)備改造后VOCs和PM2.5減排率分別為71%~82%和80%~86%,餐飲業(yè)廢氣凈化設(shè)備升級改造減排效果良好。計(jì)算得到以街道為單元的餐飲源VOCs和PM2.5排放強(qiáng)度范圍分別為1.45~4.32t/km2和0.47~1.42t/km2。通過PM2.5實(shí)測濃度(小時值)數(shù)據(jù)分析,餐飲業(yè)廢氣凈化設(shè)備升級改造前、后PM2.5濃度平均減少了28.9%,接近于用油量為核算基準(zhǔn)的排放因子降低比例。

關(guān)鍵詞：北京典型城區(qū)；餐飲業(yè)；VOCs；PM2.5；排放因子；排放量；餐飲油煙監(jiān)測云平臺；安科瑞

0.引言

      為應(yīng)對嚴(yán)重的大氣污染,北京市自1998年開始連續(xù)實(shí)施大氣污染綜合治理,空氣質(zhì)量明顯變化。但是,2017年P(guān)M2.5年均濃度仍超過國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)66%。此外,揮發(fā)性物(VOCs)是大氣環(huán)境中二次細(xì)顆粒物和O3的重要前體物,科學(xué)管控VOCs的排放對協(xié)同防控PM2.5和O3有重要作用。目前,北京大氣污染已進(jìn)入綜合治理階段,以能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和工業(yè)減排措施為主的治理效果逐步減弱,生活源大氣污染物排放的貢獻(xiàn)逐漸引起重視。近年來北京市餐飲業(yè)發(fā)展迅猛,對大氣環(huán)境中VOCs和顆粒物等有重要的貢獻(xiàn),對城市部大氣質(zhì)量及人體健康產(chǎn)生不利影響。

      餐飲行業(yè)是重要的大氣污染源,但人們對其實(shí)際存在狀況、活動水平及排放量的了解有限。餐飲業(yè)大氣污染物排放因子及排放量核算是控制餐飲業(yè)大氣污染的重要依據(jù)。準(zhǔn)確可靠的排放因子的獲取尤為重要,但存在較大的困難。近年來,北京市域內(nèi)餐飲業(yè)大氣污染物排放特征研究陸續(xù)涌現(xiàn),但針對城區(qū)特定區(qū)域的餐飲業(yè)大氣污染物排放情況研究聚焦較少,且尚未建立涵蓋不同規(guī)模、不同核算基準(zhǔn)的排放因子。因餐飲行業(yè)類型眾多,排放污染物組分復(fù)雜,活動水平信息的獲取也存在一定限性,大部分餐飲業(yè)活動水平數(shù)據(jù)來自統(tǒng)計(jì)年鑒,部分?jǐn)?shù)據(jù)僅有數(shù)據(jù)或無數(shù)據(jù),因此排放量估算存在較大的誤差。

      本文基于北京市典型城區(qū)餐飲行業(yè)調(diào)查和實(shí)測數(shù)據(jù),開展餐飲業(yè)廢氣中VOCs和PM2.5排放因子和排放量核算實(shí)證研究,建立北京市城區(qū)餐飲業(yè)廢氣中VOCs和PM2.5本地化排放因子并估算排放量。

1. 方法與數(shù)據(jù)

1.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)

      選擇北京市西城區(qū)為研究區(qū)域.研究區(qū)域總面積50.70km2,下轄15個街道,共計(jì)261個社區(qū),常住人口117.9萬人。該區(qū)域餐飲企業(yè)分布密集,平均密度約100家/km2,2018年?duì)I業(yè)額高達(dá)90.6億元。

2019年北京市推進(jìn)餐飲業(yè)大氣污染控制工程,各餐飲服務(wù)單位陸續(xù)開展廢氣凈化設(shè)備升級改造。本研究在2019年先后檢測2組餐飲企業(yè)廢氣樣本,其中包括未進(jìn)行廢氣凈化設(shè)備升級改造(廢氣凈化設(shè)備升級改造前)餐飲企業(yè)42家(小型餐飲8家、中型20家、大型14家)和完成廢氣凈化設(shè)備升級改造(廢氣凈化設(shè)備升級改造后)餐飲企業(yè)33家(11家、中型14家、大型8家)。升級改造前、后餐飲樣本選擇同類型廢氣凈化設(shè)備進(jìn)行采樣。每組樣本中燒烤(含燃?xì)鉄?、電燒烤、炭火燒?類、烤鴨類(含果木烤鴨、電烤鴨)、川湘菜、本幫江浙菜、家常菜、快餐(含中式、西式)、食堂餐飲占比均勻,檢測樣本類別的選取具有區(qū)域代表性。同時采集樣本餐飲企業(yè)標(biāo)態(tài)干廢氣流量(m3/h)和折算后實(shí)際使用灶頭數(shù)(個)等相關(guān)指標(biāo)。

      為構(gòu)建本地化排放因子庫,對研究區(qū)域內(nèi)上述餐飲企業(yè)進(jìn)行抽樣檢測,實(shí)地檢測餐飲業(yè)廢氣中顆粒物和非甲烷總烴(NMHC)污染物濃度。參考北京市地方標(biāo)準(zhǔn)DB11/1488-2018,使用“非甲烷總烴(NMHC)"作為VOCs的綜合控制指標(biāo).樣品采集選擇在餐飲廢氣排放單位作業(yè)(炒菜、食品加工或其他產(chǎn)生油煙的操作)高峰期進(jìn)行,選擇了在午餐高峰時段11:00~13:00,和晚餐高峰時段18:00~20:00進(jìn)行采樣。采樣位置優(yōu)先選擇垂直管段,且避開煙道彎頭和斷面急劇變化部位。

1.2 采樣方法

      使用TH-880F微電腦煙塵平行采樣儀(武漢市天虹儀表有限責(zé)任公司)進(jìn)行顆粒物采樣,采樣管由S型皮托管、熱電偶或鉑電阻溫度計(jì)和采樣頭組成。使用從天津華翼科技有限公司采購的A型濾芯,其外殼材質(zhì)為聚丙烯,內(nèi)置雙層濾膜,一層濾膜為聚丙烯纖維濾膜,孔徑1~3μm,二層為超細(xì)玻璃纖維濾膜。此類型濾芯對于0.3μm標(biāo)準(zhǔn)粒子的截留效率≥99.95%。濾芯使用前經(jīng)過101A-1E型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司)干燥2h,干燥溫度為(60±1)℃,自然冷卻后,放入玻璃干燥器內(nèi),室溫下干燥12h。將濾芯用來自梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司的XS205型電子天平稱量至恒重。采樣前,將組合采樣管放入煙道內(nèi)測得排氣靜壓、測點(diǎn)動壓、溫度等參數(shù),使用濕度儀測得煙氣水分含量,計(jì)算出采樣嘴的內(nèi)徑。選擇對應(yīng)采樣嘴內(nèi)徑的濾芯(濾芯采樣嘴內(nèi)徑一般為6,8,10和12mm)進(jìn)行采樣,采樣步驟按照DB11/T1485-2017進(jìn)行。

      采用氣袋法采集非甲烷總烴樣品,采樣時將采樣管加熱并保持在(120±5)℃,10L的氣袋用樣品氣清洗3次,連續(xù)采集3個樣品,每個樣品采集時間宜不少于20min,采氣量均不小于10L。結(jié)束采樣后樣品應(yīng)立即放入樣品保存箱內(nèi)保存,直至樣品分析時取出,采樣步驟按照《固定污染源廢氣揮發(fā)性物的采樣氣袋法》(HJ732-2014)進(jìn)行。

1.3 分析方法

      顆粒物的分析方法采用手工稱重法.根據(jù)DB11/T1485-2017[9],采用煙道內(nèi)過濾的方式,按照顆粒物等速采樣原理,使用濾芯采集餐飲廢氣中的顆粒物,通過101A-1E型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司)除去水分后,由采樣前后濾芯的質(zhì)量差除以標(biāo)干采樣體積,計(jì)算出顆粒物的質(zhì)量濃度。采樣時間均不少于15min,每次平行采集3個樣品。采樣后濾芯運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后,從密封袋中取出并放入玻璃干燥器內(nèi),在室溫下干燥12h后,還用XS205型分析天平稱量至恒重。

      采用氣相色譜法對非甲烷總烴進(jìn)行檢測。根據(jù)HJ38-2017[11],將氣體樣品直接注入具備氫火焰離子化檢測器的7820A型氣相色譜儀(安捷倫科技(中國)有限公司),分別在總烴柱和甲烷柱上測定總烴和甲烷的含量,兩者之差即為非甲烷總烴的含量。同時以除烴空氣代替樣品,測定氧在總烴柱上的響應(yīng)值,以扣除樣品中的氧對總烴測定的干擾。實(shí)驗(yàn)中色譜分析條件為:空氣流速400mL/min;進(jìn)樣口溫度120℃；柱箱溫80℃；檢測器溫度200.℃購買5個濃度梯度的甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體分別繪制總烴、甲烷的校準(zhǔn)曲線,進(jìn)樣量1.0mL。再取1.0mL待測樣品測定樣品中總烴和甲烷的峰面積,總烴峰面積應(yīng)扣除氧峰面積后參與計(jì)算。

1.4 餐飲業(yè)活動水平調(diào)查數(shù)據(jù)

      餐飲業(yè)活動水平數(shù)據(jù)是污染物排放量計(jì)算的重要參數(shù)。本文中餐飲業(yè)主要的活動水平數(shù)據(jù)綜合以下來源獲得:①環(huán)境部門2019年對餐飲源污染物產(chǎn)生的普查數(shù)據(jù)；②相關(guān)行政管理部門、行業(yè)協(xié)會等公布的信息與資料。

      2019年北京市開展了《餐飲業(yè)大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/1488-2018)發(fā)布后的對餐飲源污染物產(chǎn)生的普查,實(shí)現(xiàn)全區(qū)域餐飲服務(wù)單位清查。由于研究區(qū)域餐飲企業(yè)數(shù)量密度較大,普查工作制定了清查建庫、入戶調(diào)查、數(shù)據(jù)審核、質(zhì)量抽查及匯總上報等一系列工作任務(wù)。建立的臺賬包括單位名稱、詳細(xì)地址、統(tǒng)一社會信用代碼、經(jīng)營面積(m2)、經(jīng)營天數(shù)(d)、年度日均經(jīng)營時間(h)、固定灶頭數(shù)(個)、烹飪油使用量(kg/a)、客流量(人/a)、年?duì)I業(yè)額(當(dāng)年價格,萬元)等指標(biāo)。此次調(diào)查中的餐飲服務(wù)單位包括獨(dú)立經(jīng)營的餐飲服務(wù)機(jī)構(gòu),賓館、酒店、度假村等場所內(nèi)經(jīng)營性餐飲部門,設(shè)于、事業(yè)單位、社會團(tuán)體、民辦非企業(yè)單位、企業(yè)等供應(yīng)內(nèi)部職工、學(xué)生等集中就餐的單位食堂和廚房等集體用餐加工服務(wù)機(jī)構(gòu),覆蓋研究區(qū)域內(nèi)所有產(chǎn)生餐飲大氣污染物的服務(wù)單位。

      企業(yè)規(guī)模是影響餐飲企業(yè)PM2.5排放因子的重要因素。根據(jù)北京市《餐飲業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/1488-2018)中餐飲服務(wù)單位規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn),選取其中較易獲得的劃分指標(biāo)對所調(diào)查的餐飲服務(wù)企業(yè)進(jìn)行規(guī)模劃分(表1)。其中,不同方式判斷規(guī)模不一致的,餐飲服務(wù)單位的規(guī)模類別以大者計(jì)。

1.5 餐飲業(yè)大氣污染物年排放總量估算方法

      根據(jù)《城市大氣污染物排放清單編制技術(shù)手冊》[13],餐飲油煙源排放清單污染物有PM10、PM2.5、BC、OC和VOCs。本文主要對PM2.5和VOCs排放總量進(jìn)行估算.采用的核算方法為排放因子法。根據(jù)餐飲業(yè)行業(yè)特點(diǎn),通常選取就餐人數(shù)、就餐時間、食用油用量和灶頭數(shù)4項(xiàng)便于統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)為核算基準(zhǔn)來計(jì)算相對應(yīng)大氣污染物排放因子。結(jié)合煙氣排放量、污染物排放濃度以及餐飲企業(yè)的數(shù)量等進(jìn)行污染物排放量估算。不同核算基準(zhǔn)存在一定的不確定性,吳雪偉等認(rèn)為以用油量為基準(zhǔn)的不確定性小,如PM2.5和VOCS的不確定性分別為31%和61%。吳芳谷等對餐飲油煙研究發(fā)現(xiàn),油煙中排出的顆粒物主要為細(xì)粒子,PM2.5占餐飲廢氣顆粒物的76.91%。

餐飲企業(yè)i以j種核算基準(zhǔn)的排放量Eij計(jì)算采用下面的公式:

3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺

      為了彌補(bǔ)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(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺進(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)備的開機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)開機(jī)率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設(shè)施停運(yùn)

      告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、等統(tǒng)計(jì)功能；較之傳統(tǒng)的靜電監(jiān)測方案，更具實(shí)效性。平臺預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對接接口，具有很好的擴(kuò)展性。

3.1平臺結(jié)構(gòu)

      平臺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)，自動對超標(biāo)排放及異常企業(yè)進(jìn)行提示預(yù)警，監(jiān)管部門可迅速進(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(yùn)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(jìn)行對比分析，一旦排放超標(biāo)，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(fēng)機(jī)配合對油煙進(jìn)行凈化處理，同時對凈化設(shè)備的電流、電壓進(jìn)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(yuǎn)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(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。

(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(yīng)的排放超標(biāo)告警；對凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對應(yīng)的運(yùn)行、停機(jī)、故障等告警事件。

(3)數(shù)據(jù)分析

      運(yùn)行時長分析，離線分析；告警占比、分析；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(yīng)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(jì)分析

      包括時長分析、超標(biāo)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(hù)

      個人信息、權(quán)限維護(hù)，企業(yè)信息錄入，對應(yīng)測點(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)存儲和解析。

3.3油煙監(jiān)測主機(jī)

      油煙監(jiān)控主機(jī)是現(xiàn)場的管理設(shè)備，實(shí)時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進(jìn)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(jìn)行存儲，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，提供人機(jī)操作界面。

具體技術(shù)參數(shù)如下：

4.結(jié)語

1）通過對研究區(qū)域內(nèi)餐飲企業(yè)進(jìn)行實(shí)地檢測數(shù)據(jù)及活動水平調(diào)查,分別得到了基于就餐人數(shù)、就餐時間、食用油用量和灶頭數(shù)4項(xiàng)核算基準(zhǔn)的餐飲業(yè)VOCs和PM2.5排放因子,但4種核算基準(zhǔn)的排放因子差異較大,需要進(jìn)一步本地化檢驗(yàn)。

2）本研究區(qū)域餐飲業(yè)廢氣凈化設(shè)備升級改造前,VOCs排放量范圍為319.03~506.38t/a,改造后為92.14~109.89t/a；PM2.5排放量范圍改造前為166.55~211.09t/a,改造后為30.22~36.05t/a,經(jīng)過餐飲業(yè)廢氣凈化設(shè)備升級改造后VOCs及PM2.5排放量分別減少了71%~82%和80%~86%。

3）計(jì)算得到以街道為單元的餐飲業(yè)VOCs及PM2.5排放強(qiáng)度,VOCs排放強(qiáng)度范圍1.45~4.32t/km2,PM2.5排放強(qiáng)度范圍0.47~1.42t/km2。通過餐飲源VOCs和PM2.5排放強(qiáng)度情況的定量計(jì)算,便于有針對性的開展相應(yīng)區(qū)域餐飲源大氣污染物治理工作。

4）通過對典型社區(qū)PM2.5濃度(小時值)抽樣檢測餐飲廢氣凈化設(shè)備升級改造前、后PM2.5濃度平均減少比例為28.9%,較接近于用油量為核算基準(zhǔn)的排放因子降低比例。進(jìn)一步說明餐飲業(yè)廢氣凈化設(shè)備升級改造對于PM2.5減排。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄭君瑜,王水勝,黃志烔,等.區(qū)域高分辨率大氣排放源清單建立的技術(shù)方法與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2014:124-161.

[2]張洋,支國瑞,薛志剛,等.餐飲行業(yè)活動水平調(diào)查及大氣污染物排放清單編制研究[J].環(huán)境科學(xué)研究,2019,32(6):929-937.

[3]孫成一,白畫畫,陳雪,等.北京市餐飲業(yè)大氣污染物排放特征[J].環(huán)境科學(xué),2020,41(6):2596-2601.

[4]馬殊瓊,林偉立,夏建新.北京市典型城區(qū)餐飲業(yè)VOCs和PM2.5排放量估算[J].中國環(huán)境科學(xué)2021,41（5）：2090-2096

[5]安科瑞AcrelCloud-3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺.2020.05版.

作者簡介：

簡婷，女，現(xiàn)任安科瑞電氣股份有限公司，主要從事餐飲油煙監(jiān)測的研發(fā)與應(yīng)用。