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)域內餐飲企業(yè)進行實地污染物檢測及排放活動水平調查,計算得到基于就餐人數、就餐時間、烹飪油用量和灶頭數4種核算基準的餐飲業(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備升級改造前后餐飲企業(yè)VOCs和PM2.5年排放量。結果表明:本研究區(qū)域餐飲業(yè)廢氣凈化設備升級改造前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)廢氣凈化設備升級改造減排效果良好。計算得到以街道為單元的餐飲源VOCs和PM2.5排放強度范圍分別為1.45~4.32t/km2和0.47~1.42t/km2。通過PM2.5實測濃度(小時值)數據分析,餐飲業(yè)廢氣凈化設備升級改造前、后PM2.5濃度平均減少了28.9%,接近于用油量為核算基準的排放因子降低比例。

關鍵詞：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

      為應對嚴重的大氣污染,北京市自1998年開始連續(xù)實施大氣污染綜合治理,空氣質量明顯變化。但是,2017年PM2.5年均濃度仍超過國家空氣質量標準66%。此外,揮發(fā)性物(VOCs)是大氣環(huán)境中二次細顆粒物和O3的重要前體物,科學管控VOCs的排放對協同防控PM2.5和O3有重要作用。目前,北京大氣污染已進入綜合治理階段,以能源結構調整和工業(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,對城市部大氣質量及人體健康產生不利影響。

      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。準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,北京市域內餐飲業(yè)大氣污染物排放特征研究陸續(xù)涌現,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、不同核算基準的排放因子。因餐飲行業(yè)類型眾多,排放污染物組分復雜,活動水平信息的獲取也存在一定限性,大部分餐飲業(yè)活動水平數據來自統(tǒng)計年鑒,部分數據僅有數據或無數據,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)調查和實測數據,開展餐飲業(yè)廢氣中VOCs和PM2.5排放因子和排放量核算實證研究,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. 方法與數據

1.1 監(jiān)測數據

      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年營業(yè)額高達90.6億元。

2019年北京市推進餐飲業(yè)大氣污染控制工程,各餐飲服務單位陸續(xù)開展廢氣凈化設備升級改造。本研究在2019年先后檢測2組餐飲企業(yè)廢氣樣本,其中包括未進行廢氣凈化設備升級改造(廢氣凈化設備升級改造前)餐飲企業(yè)42家(小型餐飲8家、中型20家、大型14家)和完成廢氣凈化設備升級改造(廢氣凈化設備升級改造后)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備進行采樣。每組樣本中燒烤(含燃氣燒烤、電燒烤、炭火燒烤)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)標態(tài)干廢氣流量(m3/h)和折算后實際使用灶頭數(個)等相關指標。

      為構建本地化排放因子庫,對研究區(qū)域內上述餐飲企業(yè)進行抽樣檢測,實地檢測餐飲業(yè)廢氣中顆粒物和非甲烷總烴(NMHC)污染物濃度。參考北京市地方標準DB11/1488-2018,使用“非甲烷總烴(NMHC)"作為VOCs的綜合控制指標.樣品采集選擇在餐飲廢氣排放單位作業(yè)(炒菜、食品加工或其他產生油煙的操作)高峰期進行,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任公司)進行顆粒物采樣,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,其外殼材質為聚丙烯,內置雙層濾膜,一層濾膜為聚丙烯纖維濾膜,孔徑1~3μm,二層為超細玻璃纖維濾膜。此類型濾芯對于0.3μm標準粒子的截留效率≥99.95%。濾芯使用前經過101A-1E型電熱鼓風干燥箱(上海實驗儀器廠有限公司)干燥2h,干燥溫度為(60±1)℃,自然冷卻后,放入玻璃干燥器內,室溫下干燥12h。將濾芯用來自梅特勒-托利多國際貿易(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測得排氣靜壓、測點動壓、溫度等參數,使用濕度儀測得煙氣水分含量,計算出采樣嘴的內徑。選擇對應采樣嘴內徑的濾芯(濾芯采樣嘴內徑一般為6,8,10和12mm)進行采樣,采樣步驟按照DB11/T1485-2017進行。

      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。結束采樣后樣品應立即放入樣品保存箱內保存,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)進行。

1.3 分析方法

      顆粒物的分析方法采用手工稱重法.根據DB11/T1485-2017[9],采用煙道內過濾的方式,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型電熱鼓風干燥箱(上海實驗儀器廠有限公司)除去水分后,由采樣前后濾芯的質量差除以標干采樣體積,計算出顆粒物的質量濃度。采樣時間均不少于15min,每次平行采集3個樣品。采樣后濾芯運回實驗室后,從密封袋中取出并放入玻璃干燥器內,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行檢測。根據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值,以扣除樣品中的氧對總烴測定的干擾。實驗中色譜分析條件為:空氣流速400mL/min;進樣口溫度120℃；柱箱溫80℃；檢測器溫度200.℃購買5個濃度梯度的甲烷標準氣體分別繪制總烴、甲烷的校準曲線,進樣量1.0mL。再取1.0mL待測樣品測定樣品中總烴和甲烷的峰面積,總烴峰面積應扣除氧峰面積后參與計算。

1.4 餐飲業(yè)活動水平調查數據

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

      2019年北京市開展了《餐飲業(yè)大氣污染排放標準》(DB11/1488-2018)發(fā)布后的對餐飲源污染物產生的普查,實現全區(qū)域餐飲服務單位清查。由于研究區(qū)域餐飲企業(yè)數量密度較大,普查工作制定了清查建庫、入戶調查、數據審核、質量抽查及匯總上報等一系列工作任務。建立的臺賬包括單位名稱、詳細地址、統(tǒng)一社會信用代碼、經營面積(m2)、經營天數(d)、年度日均經營時間(h)、固定灶頭數(個)、烹飪油使用量(kg/a)、客流量(人/a)、年營業(yè)額(當年價格,萬元)等指標。此次調查中的餐飲服務單位包括獨立經營的餐飲服務機構,賓館、酒店、度假村等場所內經營性餐飲部門,設于、事業(yè)單位、社會團體、民辦非企業(yè)單位、企業(yè)等供應內部職工、學生等集中就餐的單位食堂和廚房等集體用餐加工服務機構,覆蓋研究區(qū)域內所有產生餐飲大氣污染物的服務單位。

      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。根據北京市《餐飲業(yè)大氣污染物排放標準》(DB11/1488-2018)中餐飲服務單位規(guī)模劃分標準,選取其中較易獲得的劃分指標對所調查的餐飲服務企業(yè)進行規(guī)模劃分(表1)。其中,不同方式判斷規(guī)模不一致的,餐飲服務單位的規(guī)模類別以大者計。

1.5 餐飲業(yè)大氣污染物年排放總量估算方法

      根據《城市大氣污染物排放清單編制技術手冊》[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排放總量進行估算.采用的核算方法為排放因子法。根據餐飲業(yè)行業(yè)特點,通常選取就餐人數、就餐時間、食用油用量和灶頭數4項便于統(tǒng)計的指標為核算基準來計算相對應大氣污染物排放因子。結合煙氣排放量、污染物排放濃度以及餐飲企業(yè)的數量等進行污染物排放量估算。不同核算基準存在一定的不確定性,吳雪偉等認為以用油量為基準的不確定性小,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,油煙中排出的顆粒物主要為細粒子,PM2.5占餐飲廢氣顆粒物的76.91%。

餐飲企業(yè)i以j種核算基準的排放量Eij計算采用下面的公式:

3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺

      為了彌補現存餐飲行業(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據交互，系統(tǒng)能夠對企業(yè)餐飲設備的開機狀態(tài)、運行狀態(tài)進行監(jiān)控；實現開機率監(jiān)測，凈化效率監(jiān)測，設施停運

      告警，待清洗告警，異常告警等功能；對采集數據進行統(tǒng)計分析、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)、設備交互對接接口，具有很好的擴展性。

3.1平臺結構

      平臺GIS地圖采集餐飲油煙處理設備運行狀態(tài)和油煙排放的濃度數據，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)整改設備，并定期清洗、維護，實現減排環(huán)保，不擾民等目的。現場安裝監(jiān)測終端，持續(xù)監(jiān)測油煙凈化器的工作狀態(tài)，包括設備運行的電流、電壓、功率、耗電量等等，同時結合排煙口的揮發(fā)性物質、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)測設備用來監(jiān)測油煙、顆粒物、NmHc等數據

■凈化器和風機配合對油煙進行凈化處理，同時對凈化設備的電流、電壓進行監(jiān)測

■設備通過4G網絡將采集的數據上傳至遠程云端服務器

3.2平臺主要功能

（1）在線監(jiān)測

      對油煙排污數據的監(jiān)測，包括油煙排放濃度，顆粒物，NmHc等數值采集監(jiān)測；同時對監(jiān)控風機和凈化器的啟停狀態(tài)、運行數據進行監(jiān)測。

(2)告警數據監(jiān)測

      系統(tǒng)根據采集的油煙數值大小，產生對應的排放超標告警；對凈化器的運行數據分析，上傳凈化設備對應的運行、停機、故障等告警事件。

(3)數據分析

      運行時長分析，離線分析；告警占比、分析；歷史數據統(tǒng)計等。

(4)隱患管理

      系統(tǒng)對采集的告警數據分析，產生對應的隱患記錄，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、歷史數據、分析報告等模塊。

(6)基礎數據維護

      個人信息、權限維護，企業(yè)信息錄入，對應測點信息錄入等。

(7)數據服務

      數據采集，短信提醒，數據存儲和解析。

3.3油煙監(jiān)測主機

      油煙監(jiān)控主機是現場的管理設備，實時采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號，進行數據處理，通過有線或無線網絡通訊將數據傳輸到服務器平臺。同時，對本地數據進行存儲，監(jiān)控現場設備狀態(tài)，提供人機操作界面。

具體技術參數如下：

4.結語

1）通過對研究區(qū)域內餐飲企業(yè)進行實地檢測數據及活動水平調查,分別得到了基于就餐人數、就餐時間、食用油用量和灶頭數4項核算基準的餐飲業(yè)VOCs和PM2.5排放因子,但4種核算基準的排放因子差異較大,需要進一步本地化檢驗。

2）本研究區(qū)域餐飲業(yè)廢氣凈化設備升級改造前,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,經過餐飲業(yè)廢氣凈化設備升級改造后VOCs及PM2.5排放量分別減少了71%~82%和80%~86%。

3）計算得到以街道為單元的餐飲業(yè)VOCs及PM2.5排放強度,VOCs排放強度范圍1.45~4.32t/km2,PM2.5排放強度范圍0.47~1.42t/km2。通過餐飲源VOCs和PM2.5排放強度情況的定量計算,便于有針對性的開展相應區(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的排放因子降低比例。進一步說明餐飲業(yè)廢氣凈化設備升級改造對于PM2.5減排。

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[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)與應用。