淺析餐飲油煙污染物凈化技術(shù)對(duì)比及應(yīng)對(duì)

2. 吸附/催化法凈化餐飲油煙技術(shù)

     通過前述各凈化技術(shù)的對(duì)比可知，現(xiàn)有的油煙 凈化技術(shù)主要用于油滴和顆粒物的凈化，隨著新法規(guī)的出現(xiàn)，對(duì)于油煙中揮發(fā)性物的凈化逐漸提上日程。鑒于未有針對(duì)餐飲油煙凈化的專門技術(shù)，工業(yè)VOCs凈化技術(shù)，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鑒。其中，吸附法設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)揮發(fā)性物的去除率高; 燃燒法亦能去除揮發(fā)性物，但應(yīng)用范圍有限; 催化燃燒法因催化劑的引入能夠在較低溫度下降解油煙污染物，實(shí)現(xiàn)無焰燃燒，成為研究者們研究對(duì)象。但是不論是吸附法亦或是催化燃燒法，應(yīng)用的前提與核心是高性能吸附/催化材料的開發(fā)。

2.1吸附材料 

      目前常見的工業(yè)上VOCs吸附劑主要包括三氧化二鋁、碳基吸附劑、分子篩、硅膠、金屬框架材料等。其中，碳材料因具有發(fā)達(dá)的孔隙以及表面積、 強(qiáng)大的吸附能力、低廉的成本等優(yōu)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(jìn)碳材料的吸附能力以及拓寬應(yīng)用 范圍。Yang 等采用廢牛骨碳化形成骨炭，使用H3PO4修飾降低了傳質(zhì)阻力，加速吸附過程; 使用K2CO3，促使形成新的分層孔結(jié)構(gòu)，提供了豐富的吸附位。典型VOCs的比吸附容量達(dá)到13. 03 mmol /g，遠(yuǎn)高于相同條件下的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。劉超等采用直接炭化法制備油茶果殼炭，并將其應(yīng)用于油煙凈化，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(gè)因素對(duì)穿 透曲線和吸附容量的影響。所開發(fā)的油茶果殼炭含有眾多孔徑不一的孔隙，有利于油煙這種含有多種組分污染物分子的吸附作用。此外，進(jìn)行芬頓改性后的新型吸附材料的孔道結(jié)構(gòu)保持良好，表面產(chǎn)生了大量的羥基、羰基、羧基等基團(tuán)。盡管碳材料具備眾多優(yōu)勢， 但是由于其具有易燃特性，存在隱患，不適合應(yīng)用于油煙凈化體系中。同時(shí)，根據(jù)環(huán)境部印發(fā)的《國家危險(xiǎn)廢物名錄( 2021年版) 》，廢棄炭已被列為危廢，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。因此，越來越多的研究者嘗試開發(fā)新型吸附材料以取代炭。Sinan等開發(fā)了硅膠基新型吸附劑，以增加對(duì)典型VOCs二甲苯和甲苯的吸附/解吸性能。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(duì)二甲苯和甲苯氣體顯示出顯著的吸附性能，GBS、DACTS 對(duì)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(yīng)用于吸附劑。分子篩因具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)、可調(diào)變的硅鋁比使其成為疏水吸附材料的重要選擇，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于吸附轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)中。金屬框架材料( MOFs) 以較大的比表面積、可調(diào)節(jié)的孔徑和可修飾性等優(yōu)勢，在VOCs脫除 領(lǐng)域展示出良好的應(yīng)用前景。從吸附劑角度看，吸附量主要受 MOFs的結(jié)構(gòu)形狀、改性官能團(tuán)和碳材料摻雜的影響。從吸附質(zhì)的角度看，吸附量主要受吸附質(zhì)的結(jié)構(gòu)形狀、水的競爭吸附和酸堿的影響。 提高M(jìn)OFs對(duì)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(duì)不同形狀、不同性質(zhì)的吸附質(zhì)對(duì)MOFs進(jìn)行修飾改性， 如添加官能團(tuán)，以增強(qiáng)非鍵相互作用; 修改連接配體，調(diào)節(jié)孔的形狀大小，比如將連接配體對(duì)苯二甲酸替換為2，6－萘二甲酸二甲酯、采用柔性連接配體等。VOCs中含有的水和酸堿亦對(duì)吸附量有一定影響，例如競爭吸附，破壞配位鍵，可以通過采用 疏水性連接配體屏蔽金屬團(tuán)簇與連接配體之間的弱配位鍵來使得水和酸堿對(duì)框架的影響，還可以在 MOFs表面添加疏水基團(tuán)來達(dá)到疏水目的，或者采用高價(jià)態(tài)或高惰性的金屬團(tuán)簇也可以增加配位鍵強(qiáng)度，使MOFs具有更高的穩(wěn)定性。常用吸附劑及其性質(zhì)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(rèn)為是油煙氣體中揮發(fā)性化合物的合適凈化方法。在催化氧化過程中，催化劑起著重要作用，是催化氧化凈化的核心。開發(fā)性能優(yōu)異的催化劑是提高凈化效率、降低反應(yīng)溫度、降低能耗的關(guān)鍵。工業(yè)VOCs催化燃燒催化劑主要由金屬構(gòu)成，分為金屬氧化物型和負(fù)載型催化劑。其中，金屬氧化物型催化劑根據(jù)元素組成包括錳、鐵、銅、鎳、鈷以及復(fù)合金屬等，根據(jù)形貌結(jié)構(gòu)則可分為尖晶石結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)、三維立體結(jié)構(gòu)以及其他特殊結(jié)構(gòu)類型。負(fù)載型催化劑通常包括貴金屬負(fù)載和金屬氧化物負(fù)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(shí)來減少用量，是目前廣泛研究的催化劑之一。針對(duì)餐飲油煙中大量、多種揮發(fā)性的催化凈化，北京科技大學(xué) Huang等開發(fā)了一系列堇青石負(fù)載金屬氧化物催化劑( Mn4Ce1/Ti/NC－CTAB－U/C) ，對(duì)餐飲油煙中非甲烷總烴的催化氧化凈化效率在400℃可達(dá)94%，是一種性能優(yōu)異 的催化劑。中國礦業(yè)大學(xué)( 北京) Li 等及中北大學(xué)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(diǎn)。分子篩除了作為優(yōu)越的吸附劑，也是催化劑的載體之一。

2.3 吸附/催化復(fù)合技術(shù)/材料

        餐飲油煙中VOCs成分復(fù)雜，含有烷烴、芳香烴、醛酮、酸酯等多種類型的VOCs，因此相比單一組分VOCs，催化氧化過程更復(fù)雜，難度也相對(duì)更高。對(duì)單一VOCs組分具有優(yōu)異催化性能的催化材料并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜組分的同時(shí)凈化。從這個(gè)角度來看，單一凈化技術(shù)難以滿足餐飲油煙中VOCs的凈化需求。此外，餐飲油煙VOCs經(jīng)油煙機(jī)抽氣稀釋排放后具有濃度很低、成分非常復(fù)雜、含水分、間歇排放的特征，針對(duì)此，將吸附富集與催化降解聯(lián)用，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。在排放煙氣時(shí)對(duì)VOCs進(jìn)行吸附富集，保證再次處理效果。上海交通大學(xué)Yao等將吸附與等離子體技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)堿改性鈷錳固溶體作為復(fù)合材料，一方面利用材料表面的羥基實(shí)現(xiàn)對(duì)油煙典型化合物正己醛的化學(xué)吸附富集，另一方面利用等離子體實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面吸附的正己醛的催化降解。采用該技術(shù)路線，正己醛的去除率可達(dá)99.4%，礦化率則可達(dá)85. 7%。魏玉濱等則利用蜂炭的比表面積大、風(fēng)阻低等特征，將MnO2負(fù)載于炭上，使得材料同時(shí)具備了優(yōu)越的吸附與催化性能，對(duì)油煙典型組分之一乙醇具有良好的凈化效果。北京科技大學(xué)Yu等開發(fā)了一類同時(shí)具備優(yōu)異吸附和催化氧化性能的雙功能金屬基MEL分子篩，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非甲烷總烴的吸附凈化，待烹飪結(jié)束后，利用材料表面的催化位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)吸附富集的VOCs分子的原位催化降解，實(shí)現(xiàn)材料吸附性能的恢復(fù)。因所制備的分子篩材料具有多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)， 因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油煙中多種污染物分子的同時(shí)吸附，展現(xiàn)出優(yōu)異的凈化效果。

3.安科瑞AcrelCloud3500餐飲油煙監(jiān)測云平臺(tái)

      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(shí)便利監(jiān)管部門的監(jiān)察，安科瑞油煙監(jiān)測云平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。油煙監(jiān)測模塊通過2G/4G與云端平臺(tái)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(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、排名等統(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(tái)預(yù)留與其他應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備交互對(duì)接接口，具有很好的擴(kuò)展性。

3.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

       平臺(tái)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(dòng)對(duì)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?，F(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(shí)結(jié)合排煙口的揮發(fā)性物質(zhì)、顆粒物濃度等進(jìn)行對(duì)比分析，一旦排放超標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出異常信號(hào)。

■ 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(duì)油煙進(jìn)行凈化處理，同時(shí)對(duì)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(tái)主要功能

（1）在線監(jiān)測

       對(duì)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(shí)對(duì)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(duì)應(yīng)的排放超標(biāo)告警；對(duì)凈化器的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，上傳凈化設(shè)備對(duì)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(shí)長分析，離線分析；告警占比、排名分析；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等。

(5)統(tǒng)計(jì)分析

      包括時(shí)長分析、超標(biāo)分析、歷史數(shù)據(jù)、分析報(bào)告等模塊。

(6)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)

     個(gè)人信息、權(quán)限維護(hù)，企業(yè)信息錄入，對(duì)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(chǔ)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(shí)采集油煙濃度探測器和工況傳感器的信號(hào)，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(tái)。同時(shí)，對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，提供人機(jī)操作界面。

4.結(jié)論

      針對(duì)環(huán)保法規(guī)的新要求，傳統(tǒng)的單一油煙凈化技術(shù)已無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)油滴、顆粒物以及上百種揮發(fā)性的同時(shí)凈化去除，開發(fā)復(fù)合型技術(shù)、多功能材料勢在必行。本文中在綜述分析對(duì)比目前已有油煙凈化技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，闡述了對(duì)油煙中揮發(fā)性具有較高凈化效率的吸附以及催化氧化技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上綜述了國內(nèi)外關(guān)于吸附/催化聯(lián)合降解油煙揮發(fā)性的較新技術(shù)研究進(jìn)展， 旨在為科研工作者開發(fā)新型油煙凈化技術(shù)提供一定的借鑒。

 

【參考文獻(xiàn)】

［1］杭州電器股份有限公司．濾網(wǎng)及吸油煙機(jī): CN，202020749084．X［P］．2020－12－08． 

［2］華帝股份有限公司．一種過濾網(wǎng)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的吸油煙機(jī): CN，201911379481．0［P］．2020－03－30． 

［3］浙江越德環(huán)保科技有限公司．一種開孔式餐飲油煙凈化設(shè)備: CN，201921593855．4［P］.2020－06－29．

［4］張媛媛，馮勇超，于慶君，韓佳慧.餐飲油煙污染物凈化技術(shù)對(duì)比及前景分析.［J］現(xiàn)代化工.2021.

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

 

作者簡介：

張娟，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。  QQ：2880635303, 郵箱:2880635303@qq.com