住宅樓公共煙道油煙細顆粒物排放現狀及治理必要性

魏玉濱，路 琳，劉 欣

(深圳市力德諾華科技有限公司 廣東 深圳 518110)

隨著城市的高速發展，文化、產業、醫療及教育資源慢慢向城市集中，使得城市人口數量激增，出現了大城市甚至超大城市。單位地域人口數量的增多也間接導致住宅形式的轉變，多層住宅和高層住宅慢慢成為城市住宅的主要形式，居民廚房的油煙排放也由分散式向集中式轉變，使得單位地域廚房的烹飪油煙成為一項不得忽略的大氣污染物排放源。

烹飪油煙成分主要包括大顆粒油滴、小顆粒油煙氣溶膠以及氣態的可揮發有機物(VOCs)[1]。大顆粒油滴在空氣中懸浮時間持續數秒至數小時，一般只對廚房和排煙口附近造成地表和墻面污染，通常不會成為長期持續的大氣污染物，對人體健康的直接危害不大；小顆粒油煙氣溶膠以及氣態的可揮發有機物(VOCs)在空氣中長期存在直至其被吸附或者氧化分解[2]，且小顆粒油煙氣溶膠還具有較高的消光效應，是導致大氣能見度變差及城市霧霾的主要原因之一[3-5]。油煙產生的氣溶膠主要為核膜態和積聚模態，這兩種模態下的油煙氣溶膠正好落在 PM2.5范圍內，據胡敏等[6]研究發現，餐飲業排放的細顆粒 PM10在PM2.5的質量濃度中占50%～85%。

研究高層住宅公共煙道油煙細顆粒物(即 PM2.5)的排放現狀，評估其對大氣霧霾的貢獻情況，可以更科學地為城市大氣污染治理提供方向，創造更好的生活環境。

1 實驗方法

1.1 樣品采集

我國高層住宅建筑目前以11層、18層、26層和33層居多，選取深圳市福田區 3個具有代表性層高的居民樓公共煙道排放口作為采樣點，分別為全海花園3棟A單元16層(15戶)，全海花園6棟B單元27層(26戶)和花好園某棟 32層(29戶)，公共煙道排放口均位于樓頂。連續 10d分別在 3個公共煙道排放口進行油煙 PM2.5的采樣檢測，采樣時間為中午和下午的家庭烹飪高峰時間段，分別為 11：00～13：00、17：30～19：30。

1.2 檢測儀器

采用深圳市力德環保工程有限公司的NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀對采樣口的油煙 PM2.5進行監測，儀器的檢出限為 0.1μg/m3，檢測方法符合深圳市地方標準 SZDB/Z 254—2017《飲食業油煙排放控制規范》中附錄 B油煙現場和在線監測等效測試方法—粒子集合光散射法[7]。

圖1為NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀和 TH-880F微電腦煙塵平行采樣儀(國標法)的油煙濃度測試結果對比，2種儀器所測數據具有較好的擬合度(R2=0.957)，說明 NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀所測數據具有可靠性。

圖1 NUCBRICK 8100便攜式油煙PM2.5檢測儀和TH-880F微電腦煙塵平行采樣儀的油煙濃度測試結果擬合結果Fig.1 Relationship of measured values between NUCBRICK 8100 and TH-880F

2 結果與討論

2.1 住宅樓公共煙道油煙PM2.5排放濃度分析

通過對 3個典型層高住宅樓公共煙道排放口連續10d的監測，監測時間段內油煙PM2.5的變化幅度較大，峰值濃度最高可達 30mg/m3，油煙 PM2.5的平均質量濃度主要分布在 0.5～2mg/m3之間(圖2—圖4)。GB 3095—2012《環境空氣質量標準》[8]中PM2.5二級濃度限值為 75μg/m3，以此可以推算出所測高層住宅公共煙道油煙 PM2.5的平均質量濃度是環境空氣質量標準中 PM2.5二級濃度限值的 7～26倍，可見住宅樓油煙PM2.5的排放對環境空氣質量具有較大的影響。

譚德生等[2]研究發現在大學食堂、快餐和燒烤的油煙污染物中，粒徑處于 0.4～0.65μm 的細顆粒物的質量濃度為 9～30mg/m3，實驗監測測得的住宅樓油煙 PM2.5低于此值。家用的小型燃氣爐灶功率 3～4kW，低于餐飲行業大型燃氣爐灶(20～50kW)，使得炒菜過程中油溫較低，油量、食材量也低于餐飲企業，而且各家庭不同的飲食習慣所造成的油煙 PM2.5排放差異在多戶共用的排煙管被稀釋均衡化，因此最終住宅樓公共煙道油煙PM2.5排放濃度較低。

圖2 16層住宅公共煙道油煙PM2.5排放情況Fig.2 PM2.5 in cooking fume from public flue of 16 storied residential building

圖3 27層住宅公共煙道油煙PM2.5排放情況Fig.3 PM2.5 in cooking fume from public flue of 27 storied residential building

圖4 32層住宅公共煙道油煙PM2.5排放情況Fig.4 PM2.5 in cooking fume from public flue of 32 storied residential building

家庭廚房油煙濃度雖然比餐飲油煙低，但城市人口基數大、住宅樓建筑總量多，由此必然會產生較高的顆粒物排放總量。

2.2 住宅樓公共煙道油煙PM2.5排放量分析

通過測定公共煙道平均風速和煙道截面積來估算平均風量，從而對3個采樣口的每餐油煙PM2.5平均排放量進行估算(表1)，并根據每棟樓的戶數計算出在有煙時間段內平均每戶每餐油煙 PM2.5的排放當量平均值約為70mg/(戶·餐)。

表1 3個油煙排放口每餐PM2.5平均排放量Tab.1 Average emission of PM2.5 per meal fromthree fume outlets

根據福田區政府在線2017年發布的《福田區人口家庭住房狀況分析》中的統計數據，按下式估算深圳市住宅樓居民總戶數：

式中：Hsum為深圳市住宅樓居民總戶數；Nsum為截止到 2018年深圳市常住人口數量，約 1300萬；μ為人均住房間數，根據《福田區人口家庭住房狀況分析》統計數據，深圳市人均住房間數為 0.75間/人；θ為四層以上住宅樓占總住宅的比例，根據《福田區人口家庭住房狀況分析》統計數據，取98.7%。

按上式估算出深圳市四層以上住宅樓所居住的居民約962.3萬戶。根據本研究的結論每戶每餐烹飪PM2.5的排放當量，參照《2018中國一線城市白領膳食健康藍皮書》中統計的白領在家吃飯的比例，可以簡單估算出深圳市家庭住宅樓PM2.5的年排放量：

式中：Hsum為深圳市住宅樓居民總戶數；ζ為在家用餐比例，參照《2018中國一線城市白領膳食健康藍皮書》統計數據，深圳市白領人群午餐和晚餐在家用餐為分別占23.7%和79%(由于早餐可能產生的油煙量較少，本研究未將早餐計算在內)；γ為住宅樓居民每戶每餐烹飪PM2.5的排放當量。

參照深圳市白領在家吃飯的比例估算深圳市住宅樓公共煙道對大氣 PM2.5的貢獻量約為 252.5t/a，將此數據與餐飲業油煙相比較。一個中型餐館(6個灶頭)一年油煙 PM2.5排放總量約 52.6kg[6]。據辰智科技中國餐飲大數據研究中心數據庫數據顯示，2016年深圳餐廳總數為124534個，其中輕餐和西餐的比例分別為 19.9%和 3.11%，由此可估算出深圳餐飲業油煙 PM2.5年排放總量約為 5043t/a，則住宅樓公共煙道PM2.5的排放量約占烹飪油煙PM2.5總排放量的5%。

2.3 住宅樓公共煙道PM2.5對大氣環境的污染情況分析

與霧霾形成密切相關的大氣細顆粒物組分中約10%來自于自然界的排放，90%來自于人為排放源。王躍思等[4]對北京 PM2.5的源解析發現，北京年平均PM2.5排放組成中：燃煤占26%，機動車占19%，餐飲占 11%，工業占 10%。由以上研究數據可見，住宅樓公共煙道油煙PM2.5也是一個不可忽略的PM2.5生活排放源。

圖5 16層住宅公共煙道油煙排放平均風速變化曲線Fig.5 Average wind speed of cooking fume from public flue of 16 storied residential building

本研究通過對全海花園 2個公共煙道采樣口風速的測量考察住宅油煙污染物的擴散能力，實測住宅公共煙道平均風速低于2m/s(圖5—圖6)，小于餐飲業油煙排放口的風速(8～10m/s)，且住宅公共煙道未安裝強排風機，僅靠功率較低的抽油煙機作為油煙排放的動力，致使住宅公共煙道風速普遍較低。寶文宏等[9]研究證實了污染源排放在風速較小時容易出現污染物濃度持續較高，且范圍較大的污染現象；在風速較大時污染物擴散快，只在小范圍內造成污染現象。由此可見，住宅樓公共煙道較低的油煙排放速度以及末端結構容易導致污染物在樓面聚集緩慢擴散，靜穩天氣下會對居民生活環境的空氣質量造成持續的大范圍影響。

圖6 27層住宅公共煙道油煙排放平均風速變化曲線Fig.6 Average wind speed of cooking fume from public flue of 27 storied residential building

3 結論與建議

3.1 結論

①住宅樓公共煙道 PM2.5的小時平均質量濃度集中在 0.5～2mg/m3，是環境空氣質量標準中 PM2.5二級濃度限值的7～26倍，對城市空氣質量具有較大影響。

②參照深圳市白領在家吃飯的比例估算深圳市住宅樓公共煙道對大氣 PM2.5的貢獻量約為252.5t/a，將此數據與餐飲業油煙相比較，則住宅樓公共煙道油煙PM2.5的排放量約占烹飪油煙PM2.5總排放量的5%。

③住宅公共煙道油煙 PM2.5總排放量對大氣霧霾的貢獻量不容忽視，且由于住宅樓公共煙道普遍沒有設置強排風機，平均排放風速低于2m/s，導致污染物擴散慢，將會對人們生活環境的空氣質量造成持續的大范圍的影響。

3.2 建議

高層住宅樓公共煙道油煙 PM2.5對大氣環境細顆粒物的總貢獻量較大，且污染物擴散慢，對其治理十分必要。高層住宅樓公共煙道具有 PM2.5濃度低、風速低、煙道內停留時間長等特點，選擇治理方法時需充分考慮以上特征。本文提出以下建議：

其一，采取源頭控制。普通的家用抽油煙機只能將大顆粒的油脂離心去除，對細顆粒物作用甚微。目前市場上已經出現一些商用的煙罩式油煙凈化一體機，不僅能夠去除大顆粒油脂，也可以高效去除油煙小顆粒，凈化效率可達 95%以上。住宅樓油煙的治理可以借鑒商用的煙罩式油煙凈化一體機，通過宏觀政策鼓勵企業研發家用的油煙凈化一體機，從而在源頭上減少家庭油煙的排放。深圳市市場監督管理局2017年發布的SZDB/Z 249—2017《家庭吸油煙機排放控制規范》地方標準[10]中就對家庭廚房環境中使用的外排式吸油煙機氣味降低度、油脂分離度、油煙凈化效率等性能做出了要求，具有一定的指導意義。

其二，考慮公共煙道油煙的綜合治理。高層住宅公共煙道所處位置比較特殊，治理設備的研發需要考慮占地、安全等問題。首先，油煙治理設施盡量避免占用業主的公攤面積，如采用目前常見的商用油煙處理設備則必然會占用業主樓頂的公攤面積，使得治理項目的開展受阻；其次，要全面考慮處理設備對住戶存在的安全隱患，如采用靜電式油煙凈化設備則需考慮高壓電源帶來的安全隱患；最后，盡量節約建設成本和運營維護成本。住宅油煙的治理直接關系到城市整個大氣環境的改善，住戶可能無法直接體會到項目帶來的環境效益，因此很難將建設成本和運營維護成本均攤到每家住戶來收繳。如采用政府建設且運營維護的模式，則由于設備總量巨大，需要盡量降低成本才可能實現。目前已有少數企業開始研發專門針對住宅公共煙道的油煙治理設備，如老板電器2015年研發了一款復合式住宅公共煙道雙作用除油裝置，該裝置采用機械物理與光分解除油法，針對油煙中不同粒徑顆粒物進行去除[11]；力德環保公司研發了一種煙道式油煙凈化設備，利用煙道現有結構作為油煙凈化設備的收塵極，不但不會占用公攤面積，而且運行維護費用低[12]。

其三，公眾自覺減排。通過宣傳教育，將家庭油煙對大氣環境污染的貢獻情況進行普及，宣傳鼓勵以蒸煮為主的健康烹飪方式，讓大家明白在日常做菜過程中也可以為我們所在城市的空氣質量改善做出貢獻。