隨著餐飲業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)生的環(huán)境污染問題日益突出：油煙投訴案件近年來已成為環(huán)保投訴的熱點(diǎn)；餐飲業(yè)油煙也是PM2.5的主要成因之一；餐飲業(yè)油煙廢氣正和工業(yè)廢氣、機(jī)動(dòng)車尾氣一起，被視為大氣中的三大“污染殺手”，對(duì)人體身心健康危害極大。
國(guó)家環(huán)保部嚴(yán)令要求全國(guó)各省、市、自治區(qū)。直轄市環(huán)境保護(hù)局（廳）和環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市環(huán)境保護(hù)局將油煙污染問題列入正常環(huán)境管理工作范圍。按照《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)》，限制餐飲企業(yè)的油煙允許排放濃度和油煙凈化設(shè)施的低去除效率。
眾所周知，油煙是指食物烹飪、加工過程中揮發(fā)的油脂、有機(jī)質(zhì)及其加熱分解或裂解產(chǎn)物。烹調(diào)時(shí)，食用油和食物在高溫條件下，產(chǎn)生的大量熱氧化分解產(chǎn)物，主要由細(xì)顆粒物和氣態(tài)物質(zhì)(揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)化合物)組成，其中部分分解產(chǎn)物以煙霧形式散發(fā)到空氣中，形成油煙。當(dāng)溫度達(dá)到食用油的發(fā)煙點(diǎn)170℃時(shí)，出現(xiàn)初期分解的藍(lán)煙霧，隨著溫度繼續(xù)升高，分解速度加快，當(dāng)溫度達(dá)250℃時(shí)，出現(xiàn)大量油煙，并伴有刺鼻的氣味。
污染源主要來自燃料的燃燒和炒菜鍋內(nèi)的油煙氣，產(chǎn)生的有害物種類多，毒性大，像CO、SO2、CO2、NOx、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、戊烷、硫化氫、煙塵、臭氣、熱氣、多環(huán)芳烴及強(qiáng)致癌物（如苯并蓖、氡等），即使用些電炊具，也會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化。這些有害物的濃度大大超過國(guó)家規(guī)定的居民區(qū)大氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，少則3-5倍，多則100倍之多。
油煙污染物成分比較復(fù)雜，既有油脂、蛋白質(zhì)和原料等在受熱條件下進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)煙氣，也有加熱操作過程中，油料物料液滴濺裂所分解、氧化、聚合的高分子化合物，再與燃燒煙氣混合，形成氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的三類污染。
研究表明，油煙氣組成化合物至少有300多種，其中含有多種有害化合物。油煙中主要有脂肪酸、烷烴、烯烴、醛、酮、醇、酯、芳香化合物和雜環(huán)化合物等，具體隨所選用的烹調(diào)油種類、操作條件、操作規(guī)模及操作溫度等的不同有很大差異。除此之外，廚房燃料在燃燒或不完全燃燒時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，如CO、CO2、NOx、SO2及顆粒物等。
油煙濃度在線監(jiān)控系統(tǒng)原理
在油煙的傳感器測(cè)量方面，和多家國(guó)外專業(yè)氣體傳感器廠家進(jìn)行了深入合作。根據(jù)提供的研究數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)氣體傳感器的參數(shù)配置提出了特別的要求，生產(chǎn)廠家對(duì)氣體傳感器的參數(shù)配置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，采用多個(gè)氣體傳感器一起協(xié)同工作，而每個(gè)氣體傳感器都針對(duì)油煙的一部分特性做了特別優(yōu)化，當(dāng)多個(gè)傳感器一起協(xié)同工作時(shí)，就能有效測(cè)量油煙內(nèi)包含的各種成分，從而保證了油煙濃度測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。RTU模塊對(duì)油煙濃度探測(cè)儀采集到的各種油煙信號(hào)進(jìn)行綜合計(jì)算和分析，并根據(jù)國(guó)標(biāo)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)后得到油煙濃度，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
根據(jù)研究結(jié)果，各種不同菜系所生成的油煙濃度范圍各不相同，油煙成分有很大區(qū)別，為了能夠有效的測(cè)量油煙濃度，需要采用多個(gè)氣體傳感器進(jìn)行協(xié)同工作，通過對(duì)多個(gè)氣體傳感器的采樣結(jié)果進(jìn)行綜合分析，建立相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，才能夠比較準(zhǔn)確的計(jì)算出油煙濃度。實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的地域特色，針對(duì)不同的典型油煙特點(diǎn)，選用不同的傳感器組合，以及對(duì)傳感器的參數(shù)做不同的調(diào)校配置，配以不同的分析方法和數(shù)學(xué)模型，才能夠得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。
根據(jù)GB 18483-2001《飲食業(yè)油煙排放標(biāo)準(zhǔn)》，油煙濃度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法為紅外分光光度法。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了油煙的含量測(cè)量方法主要是監(jiān)測(cè)油煙中的有機(jī)成分，油煙濃度在線監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)油煙的研究都是以此標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。
圖 4-1為示意圖，以藍(lán)色代表實(shí)際油煙各種成分和綜合總量，紅色代表標(biāo)準(zhǔn)油煙測(cè)量方法能夠測(cè)量的范圍，紅色與藍(lán)色的交集代表了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果，綠色和黃色分別代表氣體傳感器，綠色和黃色各覆蓋一部分藍(lán)色，表示各能測(cè)量一部分油煙成分，同時(shí)也各與紅色有一部分交集，表示各自的測(cè)量結(jié)果都與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果有相關(guān)性。得到的油煙濃度才能夠更準(zhǔn)確。
圖 4-1很容易看出，使用單個(gè)氣體傳感器測(cè)量油煙濃度的誤差會(huì)比較大，測(cè)量結(jié)果有很大的不確定性。即使在濃度相同的情況下，不同條件下產(chǎn)生的油煙成分區(qū)別也很大，而每一種氣體傳感器都有特定的氣體種類探測(cè)范圍，對(duì)每種可探測(cè)氣體又有不同的敏感度和特征系數(shù)。這樣，測(cè)量結(jié)果就會(huì)有比較大的分散性，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)油煙測(cè)量方法，就會(huì)出現(xiàn)對(duì)某些情況下產(chǎn)生的油煙測(cè)量比較準(zhǔn)確，對(duì)另一些情況下產(chǎn)生的油煙測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大差別，從而產(chǎn)生較大的誤差。
由于氣體傳感器的測(cè)量通常與環(huán)境溫度和濕度有關(guān)，因而在具體測(cè)量時(shí)常需要同時(shí)監(jiān)測(cè)氣體溫度和濕度。為了準(zhǔn)確計(jì)算濃度和油煙排放總量，還可能需要測(cè)量氣壓、風(fēng)速、風(fēng)量等參數(shù)。
油煙濃度關(guān)鍵氣體傳感器技術(shù)的應(yīng)用
目前市場(chǎng)上可以選擇的用于測(cè)量氣體濃度的傳感器型號(hào)、種類繁多，測(cè)量原理也多種多樣，這就需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試研究。如美國(guó)Baseline的pid氣體傳感器和英國(guó)alphasense 的PID氣體傳感器，其測(cè)量原理是：傳感器主要由紫外線發(fā)光管和傳感部件組成，氣體進(jìn)入傳感器后，被紫外線照射并發(fā)生電離，電離后的氣體成分被傳感單元監(jiān)測(cè)并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，電壓值與VOC氣體濃度總量（TVOC）成線性正比關(guān)系。又如英國(guó)city的MICROpeL 75 可燃?xì)怏w傳感器，采用化學(xué)催化方法監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w。電化學(xué)氣體傳感器的工作原理是：采用具有催化活性的金屬，如鉑涂覆在一層透氣但憎水的薄膜上作為電極，被測(cè)氣體擴(kuò)散透過多孔膜在其上進(jìn)行電化學(xué)氧化或還原反應(yīng)，通過電極的熱力學(xué)電位與參考電極上的熱力學(xué)電位之間產(chǎn)生電位差，對(duì)此電位差進(jìn)行測(cè)量可以得到氣體濃度。又如日本Figaro的TGS2600 空氣質(zhì)量傳感器，其測(cè)量原理是：傳感器主要由傳感部件和加熱部件構(gòu)成，傳感部件是一種金屬氧化物半導(dǎo)體材料。加熱部件在特定的電壓和電流條件下，將傳感部件加熱到一定的高溫，一般在300℃ - 500℃。這樣，在特定的高溫條件以及在有氧氣作為介質(zhì)的情況下，傳感部件與氣體發(fā)生作用，一般是氣體從傳感部件表面吸收氧離子并發(fā)生氧化，傳感部件由于失去氧從而導(dǎo)致電阻值發(fā)生變化，一般是電阻值減小，通過測(cè)量此電阻值的變化，從而可以得知?dú)怏w濃度。
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