, 李勤勤2, 李源遽1, 李鸷1, 吴爱华1
1. 北京大学深圳研究院深圳环境模拟与污染控制重点实验室, 深圳 518057;
2. 暨南大学环境与气候研究院, 广州 510632
收稿日期: 2021-03-04; 修回日期: 2021-04-29; 录用日期: 2021-04-29
基金项目: 国家重点研发计划（No.2017YFC0211501）
作者简介: 童梦雪(1996—), 女, E-mail: 260734878@qq.com
通讯作者（责任作者）: 吴爱华, E-mail: IERespc@163.com
摘要：随着我国餐饮业的快速发展，餐饮源逐渐成为城市大气非甲烷碳氢（NMHCs）的主要来源之一.因此，深入研究餐饮源NMHCs的排放特征是餐饮业科学减排的重要基础.本研究采集了深圳市6类典型餐馆（西式快餐、茶餐厅、职工食堂、湘菜馆、浙菜馆和家常菜馆）排放的NMHCs，并分析了其相应的排放特征、排放因子（EF）、臭氧生成潜势（OFP）和二次有机气溶胶生成潜势（SOAp）.结果显示，6类餐馆排放NMHCs中，茶餐厅、家常菜馆和浙菜馆排放的烷烃浓度最高，而西式快餐和职工食堂排放的烯烃浓度最高，湘菜馆油烟中烷烃和烯烃浓度相近.采用灶台数及用油量作为EF的核算基准，结果显示西式快餐和职工食堂的EF较高.餐饮排放的NMCHs中乙烯、丙烯、1，3-丁二烯、间/对二甲苯、甲苯及癸烷的OFP最高，而环己烷、正庚烷、正辛烷和正癸烷则具有较高的SOA生成潜势.此外，甲苯和苯不仅具有高的O3生成潜势，还对SOA的生成有明显贡献，是油烟中值得重点关注的污染物.
关键词：餐饮油烟非甲烷碳氢化合物排放因子臭氧生成潜势(OFP)二次有机气溶胶生成潜势(SOAP)
Pollution characteristics of non-methane hydrocarbons emitted from commercial kitchen in Shenzhen
TONG Mengxue1
, LI Qinqin2, LI Yuanju1, LI Zhi1, WU Aihua11. Shenzhen Key Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control, Peking University Shenzhen Institute, Shenzhen 518057;
2. Environment and Climate Institute, Jinan University, Guangzhou 510632
Received 4 March 2021; received in revised from 29 April 2021; accepted 29 April 2021
Abstract: With the rapid development of the catering industry in China, catering has gradually become one of the main sources of non-methane hydrocarbons (NMHCs) in the urban atmosphere. Therefore, an in-depth study on the emission characteristics of catering sources of NMHCs can lay the foundation for scientific emission reduction in the catering industry. In this study, 6 types of typical restaurants in Shenzhen (Western fast food, Dim Sum restaurants, Staff canteens, Hunan cuisine, Zhejiang cuisine and Home cooking) were investigated and their corresponding emission characteristics, emission factors (EF), ozone formation potential (OFP) and secondary organic aerosols formation potential (SOAp) of NMHCs were analyzed. The result showed that the highest concentrations of alkanes were emitted from Din Sum restaurants, Home cooking and Zhejiang restaurants, while Western fast food and Staff canteens contributed the highest concentrations of alkenes. And the concentrations of alkanes and alkenes emitted from Hunan restaurants were approximate. Based on the number of stoves and the amount of oil consumption, the Western fast food and Staff canteen had higher EF. Additionally, ethylene, propylene, 1, 3-butadiene, m/p-xylene, toluene and decane had the highest OFP, while cyclohexane, n-heptane, n-octane and n-decane had a high SOAp. Furthermore, toluene and benzene are the cooking fumes that should be focused on due to their high OFP and significant contribution to SOA formation.
Keywords: cooking fumesnon-methane hydrocarbonsemission factorsozone formation potential (OFP)secondary organic aerosols formation potential (SOAp)
1 引言(Introduction)随着生态文明建设的推进, 我国城市大气污染表现出颗粒物浓度较低, 而大气氧化性增强及二次污染突出的新特征.以深圳市为例, 2020年深圳市全年PM2.5浓度为19 μg · m-3, 全年灰霾天数仅3 d, 创1988年以来新低, 但臭氧(O3)日平均浓度仍超过100 μg · m-3(深圳市生态环境局, 2021).挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOCs)排放是影响城市地区大气氧化性的关键(Suthawaree et al., 2012；Hou et al., 2015).随着深圳市对传统行业VOCs减排工作的推进及社会经济的快速发展, 餐饮源逐渐成为大气VOCs的主要来源之一, 深入研究餐饮源VOCs排放特征已成为解决当前深圳地区新型大气复合污染问题的基础(褚艳玲等, 2015).
非甲烷碳氢化合物(Non-methane Hydrocarbon, NMHC)是指除甲烷以外的所有可挥发的碳氢化合物(环境保护部, 2017).餐饮油烟往往排放大量的NMHCs(郭浩等, 2018；Yi et al., 2019), 其对大气中NMHCs的贡献率可与工业排放及汽车尾气相当(何万清等, 2013；Alves et al., 2015).Schauer等(1999；2002)较早研究了烹饪油烟NMHCs的排放特征, 并测定了各NMHCs组分的排放速率.Mugica等(2001)对墨西哥城中几种不同类型西餐厅油烟排放的研究显示, 乙烷、乙烯及乙炔在烤肉店和油炸食品店油烟中的排放较高, 油脂高温分解是主要原因.Klein等(2016)的研究表明, 烹饪油烟NMHCs的排放特征与油品种类、食材、烹饪方法及燃料的选择等多种因素有关.
随着我国餐饮业的持续发展, 餐饮油烟NMHCs的排放逐渐成为研究热点(Wang et al., 2017；徐敏等, 2017；高雅琴等, 2018；Zhang et al., 2019).但上述研究主要集中在实验室模拟及家庭厨房油烟排放(何万清等, 2012；郭浩等, 2018).与家庭厨房相比, 商业厨房灶台数更多、作业时间更长, 烹饪油烟所带来的污染问题更为严重(Gysel et al., 2018).Wang等(2018)和崔彤等(2015)分别对上海及北京商业厨房排放NMHCs的研究表明, 不同类型中式餐馆排放的NMHCs浓度及组分差异较大.中餐烹饪方式复杂、菜品种类多样, 无法简单地归为一类来进行研究(张振东, 2018).现有研究中餐馆种类还不够全面, 且缺乏对职工食堂等特殊餐饮类型的研究(陈鹏等, 2011；王敏等, 2013).因此, 中式餐馆餐饮油烟NMHCs的排放值得进一步补充和完善.
基于此, 本研究对深圳市浙菜馆、湘菜馆、茶餐厅、家常菜馆、西式快餐及职工食堂6类典型餐馆餐饮油烟NMHCs进行采样, 分析其排放特征, 并重点讨论餐饮油烟NMHCs臭氧生成潜势和二次有机气溶胶生成潜势, 以期为我国城市大气复合污染防治工作提供理论基础.
2 材料与方法(Materials and methods)2.1 样品采集与分析2.1.1 样品采集选择其中销售量较高的几类典型餐馆及职工食堂(深圳发展迅速, 因此, 工厂、公司数量较多, 职工食堂也具有一定代表性)作为采样对象.此外, 在之前资料收集时发现前人文献中同一类型餐馆一般选择2~4家, 所以本研究选择了12家餐馆作为采样对象, 以期为我国大气污染防治工作提供数据支撑和理论支持.
根据辰智科技(2017)《深圳餐饮大数据研究报告》的统计结果, 本研究对其中销售量较高的5类餐馆(浙菜馆、湘菜馆、茶餐厅、家常菜馆及西式快餐)及职工食堂(随着深圳工业稳步发展, 大量工业园区的出现使得职工食堂数量快速增长)(关云平等, 2017)共6种典型餐馆(共计12家)进行油烟采样, 所选餐馆详细信息见表 1(均采用静电式油烟净化器).采样点设置在油烟净化装置后的烟道垂直管段内, 距弯头、变径管下游方向不小于3倍直径、上游方向不小于1.5倍直径处.使用空气采样器(FCG-5型, 盐城银河科技有限公司)于餐馆排放NMHCs高峰时间(11:30—13:30和17:30—19:30)进行采样(国家环境保护局, 1996；2000).样品经过颗粒物过滤器并采集至事先抽真空的Tedlar采样袋(T000317L70, AP Sampler, 宁波)中, 采样流速为100 mL · min-1, 单个样品采样时长为25 min.采样完毕后, 关闭采样阀门并避光保存, 并在12 h内进行分析(环境保护部, 2015).每类餐馆各采样2家, 每次采集3个平行样品, 共采集NMHCs样品50份.其中包括油烟样品36份, 采样点周围环境样品12份, 以及运输空白2份.
表 1(Table 1)
| 表 1 采样餐馆基本信息 Table 1 Basic information of the sampling restaurants | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 1 采样餐馆基本信息 Table 1 Basic information of the sampling restaurants
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2.1.2 样品分析使用气密性注射器从气袋中吸取320 mL样品, 通过转接头转移至抽真空的苏玛罐(3.2 L, Entech, 美国)中, 再将苏玛罐接至稀释仪(4600, Entech, 美国)上充入高纯氮气(N2, 纯度≥99.999%)至1个大气压(曹爱丽, 2019).使用气相色谱-质谱联用仪(GC 6890, MS 5973N, Agilent, 美国)对样品进行定量分析(任培芳等, 2013), 在进入GC-MS前样品通过快速连接头进入自动进样系统(7032, Entech, 美国), 并通过三级冷阱(7100A, Entech, 美国)进行预浓缩, 以去除大部分的CO2和H2O.色谱柱型号: DB-5MS毛细管柱(60 m× 0.25 mm, 0.25 μm, J & W scientific, 美国).GC升温程序: -40 ℃下启动, 保持8 min, 然后以8 ℃ · min-1的速率升温至150 ℃, 最后以30 ℃ · min-1的速率升温至220 ℃, 并保持10 min；载气(高纯氦气)流速为1.2 mL · min-1.质谱条件: 电子轰击源, 电压70 eV, 子源温度230 ℃, 扫描质量范围m/z=35~300.利用美国国家标准与技术研究所(NIST)2002年的数据库进行定性, 通过TO-15/PAMs标准气体(Spectra, 美国)进行定量.本研究共检测出烷烃29种、烯烃12种、炔烃1种及芳香烃11种共53种NMHCs.
2.1.3 QA & QC为保证和控制实验质量, 本研究做了以下几方面的工作: ①采样前对所有采样袋进行预清洗, 充入高纯N2至气袋容量的2/3并反复充排气2~3次；②采样前后采用高纯N2对苏玛罐进行清洗, 并抽真空至 < 10 Pa；③采样袋与苏玛罐清洗结束后均充入高纯N2, 静置至少12 h并检测背景水平, 以保证采样袋中各目标化合物的本底浓度均小于0.2 μg · m-3；④每批样品测定一个全程空白, 所有目标物质浓度均应低于检出限；⑤每批样品测定10%的平行双样, 平行双样结果相对偏差小于25%；⑥所有样品均在采样后12 h内进行分析；⑦在气袋中充入标气并分别在0、6 h后使用气密性注射器抽取320 mL标气至苏玛罐中, 充入高纯N2至1个大气压并测定.试验结果显示, 0、6 h后各物质的回收率分别为108%~135%、85%~112%.
2.2 基准风量排放浓度采样餐馆的规模、灶台数、排风量等都会对餐馆排放NMHCs的浓度水平造成影响, 为了更客观地进行总NMHCs的比较, 将实测排放浓度折算成基准风量排放浓度(国家环境保护局, 2000), 具体见式(1).
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2.3 排放因子(EF)本研究选择灶台数、单位时间及用油量作为核算基准来计算NMHCs的排放因子(Emission Factors, EF)(Wang et al., 2018), 公式分别见式(2)~(4).
 | (2) |
 | (3) |
 | (4) |
2.4 臭氧生成潜势估算(OFP)为了综合衡量NMHCs在某地区臭氧生成中的作用, 引入臭氧生成潜势(Ozone Formation Potential, OFP)这一概念, 通过每个污染物的排放浓度及其最大增量反应活性值(Maximum Incremental Reactivity, MIR)来估算其OFP(式(5))(Carter, 2010；Alves et al., 2014；宋锴等, 2020).
 | (5) |
2.5 二次有机气溶胶生成潜势(SOAp)本研究根据Grosjean等(1974)的烟雾箱实验, 利用气溶胶生成系数(Fractional Aerosol Coefficients, FAC)来估算各菜系烹饪排放NMHCs的SOAp值, 计算方法分别见式(6)~(7).
 | (6) |
 | (7) |
3 结果与分析(Result and analysis)3.1 NMHCs总体浓度水平及排放因子各餐馆NMHCs实测排放浓度与基准风量排放浓度的对比见图 1.深圳市6类餐馆NMHCs实测排放浓度由高到低依次为: 西式快餐>湘菜>浙菜>职工食堂>茶餐厅>家常菜.其中, 西式快餐的实测排放浓度高达9274.79 μg · m-3, 是其它餐馆的2~4倍, 这与西式快餐的规模较大、灶台数较多有关.将实测排放浓度折算成基准风量排放浓度后, 除茶餐厅外, 各餐馆基准排放浓度均有所升高(程婧晨等, 2015).与实测排放浓度不同, 各餐馆基准风量排放浓度由高到低依次为: 职工食堂>西式快餐>湘菜>浙江菜>家常菜>茶餐厅.其中, 职工食堂和西式快餐基准风量排放浓度远高于其它餐馆, 分别为19614.44 μg · m-3和15098.11 μg · m-3.较大的烹饪量是造成职工食堂基准风量排放浓度最高的主要原因, 而西式快餐餐饮油烟高浓度NMHCs的排放则与其以煎炸为主的烹饪方式及较高的用油量有关(史纯珍等, 2015).茶餐厅烹饪方式以蒸煮为主且菜品口味较为清淡, 因此, 其基准风量排放浓度较低(林立等, 2014), 仅有1126.11 μg · m-3.
图 1(Fig. 1)
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| 图 1 各餐馆烹饪排放NMHCs的实测排放浓度、基准风量排放浓度及组分构成 Fig. 1Concentrations, concentrations of reference volume condition and mass percentages for NMHCs from different restaurants |
各餐馆排放NMHCs总量一般需要通过其排放因子来进行估算, 因此, 排放因子的选择合理与否会直接决定排放总量估值的准确性, 从而对后续餐馆排放污染控制政策的制定产生影响(王秀艳等, 2011；尹元畅等, 2015；李勤勤等, 2018).而排放因子的核算基准众多, 包括烹饪方式、油品种类、油温、加热时间、烹饪食材、菜系、燃料等(Schauer et al., 2002；Chen et al., 2018；Yi et al., 2019).为了估算各餐馆NMHCs排放因子, 本研究结合前人研究结果(Wang et al., 2018), 选取工作时间、灶台数、用油量3种因素作为核算基准, 计算结果见表 2.以时间为核算基准的排放因子中, 职工食堂的排放因子最大, 为(226.5±25.7) g · h-1, 其次为西式快餐, 其EFhour-scale为(207.9±20.8) g · h-1.各餐馆在营业时间并不能直观体现油烟排放量, 具有不确定性, 因此, 建议使用灶台数及用油量作为核算基准来进行总排放量的估算.根据这两种核算基准, 可以将6种餐馆分为3类, 其中, 西式快餐和职工食堂的EFkitchen stove-scale和EFoil-scale较高, 是排放NMHCs污染物浓度较高的餐馆类型, 其EFkitchen stove-scale和EFoil-scale分别为(37.75±4.28) g · h-1 · stove-1、(51.98±5.19) g · h-1 · stove-1和(59.60±6.75) g · kg-1、(59.96±5.69) g · kg-1.湘菜馆、浙菜馆和家常菜馆的排放因子处于中间水平.而茶餐厅的EFkitchen stove-scale和EFoil-scale远小于其它餐馆, 仅有(1.897±0.481) g · h-1 · stove-1和(3.431±0.862) g · kg-1, 所带来的污染问题较小.
表 2(Table 2)
| 表 2 各餐馆NMHCs的排放因子 Table 2 Emission factors of NMHCs from different restaurants | ||||||||||||||||||||||||||||
表 2 各餐馆NMHCs的排放因子 Table 2 Emission factors of NMHCs from different restaurants
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3.2 NMHCs组成特征图 1同时给出了6类餐馆排放NMHCs的组成特征.总体来看, 烷烃在所有餐馆中均有较高的贡献, 其占比约为35.19%~79.90%, 与之前的研究结果一致(Wang et al., 2018; Huang et al., 2020).但6类餐馆中, 仅茶餐厅、家常菜馆和浙菜馆餐饮油烟排放的烷烃对NMHCs贡献率最高.对于西式快餐和职工食堂来说, 餐饮油烟中烯烃占据主导地位, 而湘菜馆餐饮油烟排放中烷烃和烯烃的浓度占比大致相同.除烷烃和烯烃外, 各类餐馆油烟还排放了一定量的芳香烃和炔烃, 但浓度普遍偏低.
图 2进一步展示了各餐馆排放NMHCs的物质组成.本研究中, 6类餐饮油烟排放的NMHCs包含含碳量范围在C2~C12的共29种烷烃.其中, 茶餐厅油烟排放的烷烃浓度最高, 其次是家常菜馆和浙江菜馆, 西式快餐的排放量最低.家常菜馆油烟排放的烷烃含碳数相对较高, 且主要集中于C5~C10, 其中, C6类烷烃浓度最高, 为正己烷和2, 3-二甲基丁烷.茶餐厅油烟排放的烷烃的含碳数同样主要集中于C5~C10.与家常菜馆不同的是, 茶餐厅油烟烷烃之中癸烷(C10)的浓度最高(占总NMHCs的31.26%), 其次是C6类的2, 3-二甲基丁烷和2, 2-二甲基丁烷.不同于家常菜馆和茶餐厅, 浙江菜馆油烟排放的烷烃分子量较低.湘菜馆油烟也显示出类似的结果, 但其排放癸烷(C10)的占比略高于浙菜馆.对于浙菜馆和湘菜馆来说, 乙烷(C2)都是最主要的烷烃物质, 分别占油烟排放NMHCs的27.95%和25.18%.职工食堂油烟中烷烃含碳数也较低, 但烷烃物质组成与其他餐厅的差异较大, 主要以C4、C6和C2类烷烃物质为主.对于西式快餐来说, 其油烟烷烃排放特征也明显不同于其他餐厅, 正丁烷(C4)和异丁烷(C4)浓度最高, 其余烷烃物质浓度均较低.西式快餐油烟排放的NMHCs中, 烷烃占比较茶餐厅的低.而烷烃主要来源于肉类和食用油的加热烹饪过程(Alves et al., 2014), 因此, 烹饪温度及食用油品种的不同是导致两餐厅油烟排放的烷烃差异较大的主要原因.此外, 需要指出的是, 在各餐馆排放的NMHCs中均检测到一定量的异丁烷.研究显示, 丙烷、正丁烷和异丁烷是液化石油气/天然气的示踪物, 因此, 本研究中异丁烷的排放可能主要源自烹饪过程中天然气的使用(蔡长杰等, 2010；Li et al., 2015；Wang et al., 2018；张栋等, 2020).
图 2(Fig. 2)
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| 图 2 深圳市各餐馆排放NMHCs的物质组成 Fig. 2Composition of NMHCs from cooking oil fumes in Shenzhen |
图 2表示了各类型餐饮油烟排放NMHCs中C2~C6烯烃(11种)的百分含量.与烷烃的特征相反, 西式快餐油烟排放的烯烃浓度最高, 占其NMHCs的60%以上.其中, 占比最高的物质是丙烯(C3), 其次是乙烯(C2)和丁二烯(C4), C5以上烯烃的占比较低.职工食堂油烟排放的烯烃也占总NMHCs的50%以上, 其分布特征与西式快餐的类似, 但乙烯(C2)和丁二烯(C4)的占比要远低于西式快餐.湘菜馆和浙菜馆油烟排放的烯烃组成特征比较接近, 均占总NMHCs的30%以上, 并且占比最高的物质均是乙烯(C2), 其次是丙烯(C3).茶餐厅和家常菜馆油烟排放的烯烃则远远低于前述4个餐馆的油烟排放.其中, 茶餐厅油烟排放的烯烃占比最低, 仅6.15%, 主要物质为1-己烯.家常菜油烟排放烯烃的占比略高于茶餐厅, 为17.81%, 且主要物质是乙烯.总体而言, 除茶餐厅外, 其余5类餐饮油烟排放的NMHCs中, 均检测到高浓度的乙烯(C2)和丙烯(C3), 这与国外研究结果一致(Mugica et al., 2001).较高的烹饪温度会使得天然油脂发生脱羧和羰基断裂, 从而产生大量的小分子烯烃(Silveira et al., 1965；张春洋等, 2011).因此, 高浓度的C2~C4类烯烃表明, 除茶餐厅外, 大多数菜馆的烹饪温度均较高, 从而导致油脂碳链大量断裂而产生高浓度烯烃.此外, 油脂、肉类和蔬菜等食材的不完全燃烧也是造成C2类碳氢化合物浓度较高的原因之一(Mugica et al., 2001；Huang et al., 2011).
本次研究主要检测了C6~C9总共15种芳香烃(图 2).各类餐馆油烟排放的芳香烃在NMHCs中占比低于烷烃和烯烃.在6类餐馆油烟中, 芳香烃占比最高的是茶餐厅和家常菜馆, 分别为13.70%和8.71%, 其余餐厅油烟排放的芳香烃浓度均较低, 占比低于5%.茶餐厅油烟排放的NMHCs中, 占比最高的物质是苯乙烯(C8), 其次是甲苯(C7)和苯(C6).而对于家常菜馆来说, 其油烟排放的芳香烃中占比最高的是甲苯(C7), 其次是苯乙烯(C8)和苯(C6).花生油高温加热会排放出大量的苯、甲苯及苯乙烯(Zhang et al., 2019), 因此, 花生油的大量使用是茶餐厅和家常菜馆油烟中含有大量芳香烃的主要原因.此外, 乙炔在家常菜馆油烟中的排放量远高于其他餐馆油烟的排放量, 高达NMHCs总排放量的7.43%, 值得关注.
4 讨论(Discussion)4.1 臭氧生成潜势本研究中6类餐馆油烟排放NMHCs的总OFP值及单位质量OFP值见图 3.从图中可以看出, 西式快餐餐饮油烟的总OFP值高达68104.14 μg · m-3, 是其他餐馆的2~17倍, 其单位质量OFP值为7.34 g · g-1, 也远高于其他餐馆.值得注意的是, 尽管职工食堂油烟总OFP值较低(23087.37 μg · m-3), 但其单位质量OFP值为6.17 g · g-1, 仅次于西式快餐.茶餐厅的总OFP值及单位质量OFP值均最低, 分别仅为3997.96 μg · m-3和1.74 g · g-1.家常菜油烟总OFP值与茶餐厅的接近, 但其单位质量OFP值则高于茶餐厅.
图 3(Fig. 3)
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| 图 3 深圳市各餐馆排放NMHCs的总OFP值、单位质量OFP值及OFP值的组分构成 Fig. 3Total OFP, per unit mass of OFP and composition of OFP for NMHCs from different restaurants in Shenzhen |
图 3同时给出了各餐馆排放NMHCs的OFP值的组分构成.对于西式快餐来说, 其油烟排放的NMHCs中反应活性较高的烯烃占主导地位, 烯烃对OFP的贡献远远高于其他组分, 贡献率为93.91%, 其中, 贡献最大的烯烃物质是丙烯、乙烯和1, 3-丁二烯, 贡献率分别为67.32%、16.20%和9.74%.职工食堂餐饮油烟NMHCs的排放特征与西式快餐比较接近, 因此, OFP值贡献最大的物质均是丙烯(77.24%)、乙烯(7.78%)和1, 3-丁二烯(3.96%).对于湘菜馆、浙菜馆和家常菜馆来说, 尽管其排放的NMHCs中烷烃类化合物的占比较高, 但烷烃对OFP值的贡献却明显低于烯烃, 这与烷烃较低的反应活性有关(梁小明等, 2017).其中, 湘菜馆的结果与西式快餐和职工食堂类似, OFP值贡献最高的物质是丙烯、乙烯及1, 3-丁二烯, 但乙烯和丙烯对OFP值的贡献程度接近, 分别为41.08%和42.12%.而对于浙菜馆来说, 乙烯对OFP值的贡献率为43.96%, 明显高于丙烯(26.57%), 此外, 乙烷、2, 3-二甲基戊烷、癸烷、正/异丁烯、丁二烯、异戊二烯和间/对二甲苯对总OPF值均有较高贡献.家常菜馆的分析结果与浙菜馆类似, 乙烯对OFP值的贡献最高, 其次则是丙烯和甲苯, 此外, 乙炔、正己烷、环己烷和癸烷等多种物质对总OFP值亦有明显贡献.在6类餐厅中, 只有茶餐厅油烟排放的烷烃对总OFP值的贡献高于其他组分, 贡献率高达46.69%, 其中, 癸烷是贡献率最高, 为12.21%, 其次为1-己烯(11.01%)和甲苯(9.93%), 同时, 正戊烷、2-甲基戊烷、2, 3-二甲基戊烷、乙烯、丙烯和间/对二甲苯的OFP贡献均大于5.0%.
总体而言, 烹饪油烟排放的NMHCs中对总OFP值贡献较高的物质主要有: 乙烯、丙烯、1, 3-丁二烯、间/对二甲苯、甲苯以及癸烷.这几类物质的大气化学反应活性均较高, 易在大气中发生光氧化反应生成过氧自由基, 在富含NO的环境中, 过氧自由基与NO反应生成NO2, NO2迅速光解后形成的O(3P)原子与氧气反应便形成臭氧(Churkina et al., 2017).在城市大气环境富含NOx, 餐饮源则排放的NMHCs具有较高的OFP值, 可加剧城市O3污染.因此, 在推进工业VOCs减排工作的同时, 餐饮源油烟的净化也应得到充分关注.
4.2 SOA生成潜势本次研究累计检测到23种会对大气中SOA的生成产生明显影响的NMHCs组分, 其中包括12种烷烃、1种烯烃及10种芳香烃.表 3所示为深圳市不同餐馆排放NMHCs组分的SOAp值.由表可知, 浙菜馆的总SOAp值远高于其它餐馆, 为3686 μg · m-3, 而其余餐馆的SAOp值则比较接近, 集中于1100~1400 μg · m-3的范围内, 其中, 西式快餐排放NMHCs的总SOAp值最小, 为1137.39 μg · m-3.
表 3(Table 3)
| 表 3 深圳市不同餐馆排放NMHCs组分的SOAp占比及总SOAp值 Table 3 Composition of SOAp and total SOAp for NMHCs from different restaurants in Shenzhen | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 3 深圳市不同餐馆排放NMHCs组分的SOAp占比及总SOAp值 Table 3 Composition of SOAp and total SOAp for NMHCs from different restaurants in Shenzhen
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与OFP的结果不同, 在各类组分之中, 烷烃是NMHCs中对大气SOA贡献最高的组分, 其贡献率在6类餐厅中均超过90%, 且主要以高碳数烷烃物质为主(Derwent et al., 2010).除浙菜馆之外, 其余餐厅油烟排放的环己烷(C6)SOA生成的贡献最高, 贡献率为41.15%~50.81%.此外, C7~C10的正构烷烃也有较高的SOA生成贡献, 其贡献率之和高达40.59%~51.98%.而对于浙菜馆来说, 正庚烷(C7)对SOA的贡献最高, 为31.63%, 其次为正辛烷(29.94%)和环己烷(24.03%).
餐饮油烟中烯烃组分中仅异戊二烯对SOA的生成具有贡献, 其贡献率为0.01%~0.85%.对于餐饮油烟排放芳香烃来说, 苯和甲苯是贡献率最高的芳香烃, 其贡献率之和为0.76%~3.95%.因此, 餐饮油烟排放烷烃, 特别是环己烷及C7~C10类的正构烷烃, 对SOA生成贡献最大, 应作为后续研究的重点.
5 结论(Conclusions)1) 本研究针对深圳市6类典型餐厅排放的NMHCs进行了检测, 共检测出包括烷烃、烯烃、炔烃和芳香烃在内的55种物质.使用灶台数及用油量作为核算基准来估算排放因子, 结果显示, 西式快餐和职工食堂的EF较高, 而茶餐厅的EF值远小于其它餐馆.烷烃在所有餐馆油烟中均有较高的占比, 为35.19%~79.90%.6类餐馆中, 茶餐厅、家常菜馆和浙菜馆餐饮油烟排放的NMHCs中烷烃浓度占比最高.西式快餐和职工食堂餐饮油烟中则是烯烃占据主导地位.湘菜馆油烟排放的烷烃和烯烃占比相近.
2) 各类餐馆油烟排放的NMHCs中对总OFP值贡献较高的物质主要有: 乙烯、丙烯、1, 3-丁二烯、间/对二甲苯、甲苯及癸烷.这几类物质的大气化学反应活性较高, 是生成O3的主要贡献者.与OFP的结果不同, 在各类组分之中, 餐饮油烟排放的烷烃是SOA生成贡献最高的组分, 其在6类餐厅中的SOA生成贡献率均超过90%.其中, 环己烷、正庚烷、正辛烷和正癸烷是对大气SOA生成贡献最大的物质.而餐饮油烟中的甲苯和苯不仅具有较高的O3生成潜势, 对SOA的生成亦具有较高的贡献, 需重点控制.
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