浅析餐饮油烟污染物净化技术对比及应对

1. 吸附/催化法净化餐饮油烟技术

     通过前述各净化技术的对比可知，现有的油烟 净化技术主要用于油滴和颗粒物的净化，随着新法规的出现，对于油烟中挥发性物的净化逐渐提上日程。鉴于未有针对餐饮油烟净化的专门技术，工业VOCs净化技术，如吸附法、吸收法、生物法、等 离子体法、催化氧化法等被研究者们广为借鉴。其中，吸附法设备结构简单，对挥发性物的去除率高; 燃烧法亦能去除挥发性物，但应用范围有限; 催化燃烧法因催化剂的引入能够在较低温度下降解油烟污染物，实现无焰燃烧，成为研究者们研究对象。但是不论是吸附法亦或是催化燃烧法，应用的前提与核心是高性能吸附/催化材料的开发。

1.1吸附材料 

      目前常见的工业上VOCs吸附剂主要包括三氧化二铝、碳基吸附剂、分子筛、硅胶、金属框架材料等。其中，碳材料因具有发达的孔隙以及表面积、 强大的吸附能力、低廉的成本等优势成为广泛使用的吸附剂。研究者们不断更新制碳原料来源以及制碳方法，以期改进碳材料的吸附能力以及拓宽应用 范围。Yang 等采用废牛骨碳化形成骨炭，使用H3PO4修饰降低了传质阻力，加速吸附过程; 使用K2CO3，促使形成新的分层孔结构，提供了丰富的吸附位。典型VOCs的比吸附容量达到13. 03 mmol /g，远高于相同条件下的文献数据。刘等采用直接炭化法制备油茶果壳炭，并将其应用于油烟净化，讨论了自制油烟吸附装置中油烟入口浓度、体积空速和吸附床层高度3个因素对穿 透曲线和吸附容量的影响。所开发的油茶果壳炭含有众多孔径不一的孔隙，有利于油烟这种含有多种组分污染物分子的吸附作用。此外，进行芬顿改性后的*吸附材料的孔道结构保持良好，表面产生了大量的羟基、羰基、羧基等基团。尽管碳材料具备众多优势， 但是由于其具有易燃特性，存在隐患，不适合应用于油烟净化体系中。同时，根据环境部印发的《*危险废物名录( 2021年版) 》，废弃炭已被列为危废，严重限制了其应用。因此，越来越多的研究者尝试开发*吸附材料以取代炭。Sinan等开发了硅胶基*吸附剂，以增加对典型VOCs二甲苯和甲苯的吸附/解吸性能。具体的，将亚芳基羧酸衍生物束缚到GBS固定相上获得吸附剂 DACTS。DACTS 对二甲苯和甲苯气体显示出显著的吸附性能，GBS、DACTS 对二甲苯吸附量分别为542. 98、882. 94 mg /g，甲苯吸附量分别为398. 14、660. 87 mg /g。

       近年来，分子筛材料以及金属框架材料 ( MOFs) 也被广泛应用于吸附剂。分子筛因具有规则的孔道结构、可调变的硅铝比使其成为疏水吸附材料的重要选择，已经广泛应用于吸附转轮浓缩技术中。金属框架材料( MOFs) 以较大的比表面积、可调节的孔径和可修饰性等优势，在VOCs脱除 领域展示出良好的应用前景。从吸附剂角度看，吸附量主要受 MOFs的结构形状、改性官能团和碳材料掺杂的影响。从吸附质的角度看，吸附量主要受吸附质的结构形状、水的竞争吸附和酸碱的影响。 提高MOFs对VOCs的吸附量首先要了解MOFs的孔径大小、几何形状和VOCs分子的形状。针对不同形状、不同性质的吸附质对MOFs进行修饰改性， 如添加官能团，以增强非键相互作用; 修改连接配体，调节孔的形状大小，比如将连接配体对苯二甲酸替换为2，6－萘二甲酸二甲酯、采用柔性连接配体等。VOCs中含有的水和酸碱亦对吸附量有一定影响，例如竞争吸附，破坏配位键，可以通过采用 疏水性连接配体屏蔽金属团簇与连接配体之间的弱配位键来使得水和酸碱对框架的影响，还可以在 MOFs表面添加疏水基团来达到疏水目的，或者采用高价态或高惰性的金属团簇也可以增加配位键强度，使MOFs具有更高的稳定性。常用吸附剂及其性质如表 2 所示。

表 1不同吸附剂简单介绍

1.2 催化材料

       催化氧化法被认为是油烟气体中挥发性化合物的合适净化方法。在催化氧化过程中，催化剂起着重要作用，是催化氧化净化的核心。开发性能优异的催化剂是提高净化效率、降低反应温度、降低能耗的关键。工业VOCs催化燃烧催化剂主要由金属构成，分为金属氧化物型和负载型催化剂。其中，金属氧化物型催化剂根据元素组成包括锰、铁、铜、镍、钴以及复合金属等，根据形貌结构则可分为尖晶石结构、核壳结构、三维立体结构以及其他特殊结构类型。负载型催化剂通常包括贵金属负载和金属氧化物负载2大类，主要是利用组分可以在载体上高度分散，在增加催化的同时来减少用量，是目前广泛研究的催化剂。针对餐饮油烟中大量、多种挥发性的催化净化，北京科技大学 Huang等开发了一系列堇青石负载金属氧化物催化剂( Mn4Ce1/Ti/NC－CTAB－U/C) ，对餐饮油烟中非甲烷烃的催化氧化净化效率在400℃可达94%，是一种性能优异 的催化剂。矿业大学( 北京) Li 等及中北大学苗隆鑫等以ZSM－5分子筛作为载体，利用其较大的比表面积与孔容，为VOCs催化氧化提供更多的位点。分子筛除了作为优越的吸附剂，也是催化剂的载体。

1.3 吸附/催化复合技术/材料

        餐饮油烟中VOCs成分复杂，含有烷烃、芳香烃、醛酮、酸酯等多种类型的VOCs，因此相比单一组分VOCs，催化氧化过程更复杂，难度也相对更高。对单一VOCs组分具有优异催化性能的催化材料并不一定能够实现对复杂组分的同时净化。从这个角度来看，单一净化技术难以满足餐饮油烟中VOCs的净化需求。此外，餐饮油烟VOCs经油烟机抽气稀释排放后具有浓度很低、成分非常复杂、含水分、间歇排放的特征，针对此，将吸附富集与催化降解联用，具有较大的应用价值。在排放烟气时对VOCs进行吸附富集，保证再次处理效果。上海交通大学Yao等将吸附与等离子体技术相结合，开发碱改性钴锰固溶体作为复合材料，一方面利用材料表面的羟基实现对油烟典型化合物正己醛的化学吸附富集，另一方面利用等离子体实现对材料表面吸附的正己醛的催化降解。采用该技术路线，正己醛的去除率可达99.4%，矿化率则可达85. 7%。魏玉滨等则利用蜂炭的比表面积大、风阻低等特征，将MnO2负载于炭上，使得材料同时具备了优越的吸附与催化性能，对油烟典型组分乙醇具有良好的净化效果。北京科技大学Yu等开发了一类同时具备优异吸附和催化氧化性能的双功能金属基MEL分子筛，可以实现对非甲烷烃的吸附净化，待烹饪结束后，利用材料表面的催化位点实现对吸附富集的VOCs分子的原位催化降解，实现材料吸附性能的恢复。因所制备的分子筛材料具有多级孔道结构， 因此可以实现对油烟中多种污染物分子的同时吸附，展现出优异的净化效果。

2.安科瑞AcrelCloud3500餐饮油烟监测云平台

      为了弥补现存餐饮行业在烟油监测上的漏洞，同时便利监管部门的监察，安科瑞油烟监测云平台应运而生。油烟监测模块通过2G/4G与云端平台进行通信和数据交互，系统能够对企业餐饮设备的开机状态、运行状态进行监控；实现开机率监测，净化效率监测，设施停运

告警，待清洗告警，异常告警等功能；对采集数据进行统计分析、排名等统计功能；较之传统的静电监测方案，更具实效性。平台预留与其他应用系统、设备交互对接接口，具有很好的扩展性。

2.1 平台结构

       平台GIS地图采集餐饮油烟处理设备运行状态和油烟排放的浓度数据，自动对标排放及异常企业进行提示预警，监管部门可迅速进行处理，督促餐饮企业整改设备，并定期清洗、维护，实现减排环保，不扰民等目的。现场安装监测终端，持续监测油烟净化器的工作状态，包括设备运行的电流、电压、功率、耗电量等等，同时结合排烟口的挥发性物质、颗粒物浓度等进行对比分析，一旦排放标，系统会发出异常信号。

■ 油烟监测设备用来监测油烟、颗粒物、NmHc等数据

■ 净化器和风机配合对油烟进行净化处理，同时对净化设备的电流、电压进行监测 

■ 设备通过4G网络将采集的数据上传至远程云端服务器

2.2平台主要功能

（1）在线监测

       对油烟排污数据的监测，包括油烟排放浓度，颗粒物，NmHc等数值采集监测；同时对监控风机和净化器的启停状态、运行数据进行监测。

(2)告警数据监测

      系统根据采集的油烟数值大小，产生对应的排放标告警；对净化器的运行数据分析，上传净化设备对应的运行、停机、故障等告警事件。

(3)数据分析

      运行时长分析，离线分析；告警占比、排名分析；历史数据统计等。

(5)统计分析

      包括时长分析、标分析、历史数据、分析报告等模块。

(6)基础数据维护

     个人信息、权限维护，企业信息录入，对应测点信息录入等。

(7)数据服务

     数据采集，短信提醒，数据存储和解析。

2.3 油烟监测主机

      油烟监控主机是现场的管理设备，实时采集油烟浓度探测器和工况传感器的信号，进行数据处理，通过有线或无线网络通讯将数据传输到服务器平台。同时，对本地数据进行存储，监控现场设备状态，提供人机操作界面。