CN104198227A - 餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统 - Google Patents

Abstract

一种餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统，该系统包括油烟引入系统、反应停留系统、颗粒物采样系统、VOCs采样系统、控制及数据采集系统。烟气引入系统由等速采样烟枪、加热保温管、温度传感器a串联而成；采样系统分为颗粒物采样系统与VOCs采样系统两部分；所述质量流量控制器用于控制泵引入混合烟气的流量。VOCs采样系统用于采集餐饮油烟中VOCs样品；控制及数据采集系统包括配套软件、LED操控面板、机箱。本系统可同时实现餐饮油烟排放源颗粒物不同粒径样品的采集与VOCs采样，可用于餐饮行业PM_2.5与VOCs污染物排放特征、排放因子、成份谱等相关研究。

Description

餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统

技术领域

本发明属于环境监测仪器技术领域，特别是涉及一种能够针对餐饮油烟源排放的颗粒物及挥发性有机气体采样系统。

背景技术

中国餐饮业规模迅速发展，餐饮源排放的油烟主要以液体气溶胶和固体气溶胶形态存在，粒径在0.01～10μm之间，可长时间悬浮于空气中。油烟漂移过程中吸附多种物质，发生复杂的物理与化学反应，其已成为大气污染物的重要来源，尤其是以PM_2.5为代表的大气复合污染物。

目前我国对餐饮源排放烟气的采集主要采用《饮食业油烟排放标准》(GB18483-2001)规定的等速直接采样法。该方法不能实现颗粒物的粒径分级采样；并且该方法采集的是油烟温度下的油烟样品的浓度，也不能模拟油烟排放至大气中的物理化学变化。此外，该方法中规定使用的滤筒为玻璃纤维滤筒，玻璃纤维滤筒成分复杂对颗粒物化学成分分析准确性影响较大。同时标准中的方法不能采集挥发性有机气体。国内外研究还有采用PM_2.5环境采样仪器设备在油烟排放口附近或下风向进行样品采集餐饮源颗粒物，该方法受背景浓度影响、实验误差较大。对于油烟VOCs采集，也是直接使用真空采样罐采集，餐饮油烟容易污染采样设备，极大缩短了真空采样罐的使用寿命、增加采样成本与样品数据分析的误差。

近些年国内外学者开发了稀释通道采样法，该方法通过高温烟气与洁净空气混合，使烟气温度降低到接近大气环境温度后再进行采样。该方法可很好的模拟烟气排放到大气中的成核、冷凝、凝聚等过程，并可采用大气环境颗粒物的粒径分级采样方法对颗粒物进行采样，因而对颗粒物进行物理化学分析的结果更接近实际。但固定源稀释系统通常应用于温度较高、所需稀释倍数也较高的固定源采集；而餐饮源油烟温度较低，固定源稀释系统若应用于餐饮油烟采样中会增加采样时间，不利于典型餐饮油烟排放过程的采集、增加测试结果的偏差。另一方面固定源系统复杂、设备尺寸规格大，也不便于餐饮排放口的实地测试。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种适合餐饮源油烟颗粒物及挥发性有机物采样系统，以解决现有餐饮源烟气采样设备存在的不足和缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统，该系统包括油烟引入系统、反应停留系统、颗粒物采样系统、VOCs采样系统、控制及数据采集系统。

烟气引入系统由等速采样烟枪1、加热保温管2、温度传感器a3串联而成。所述等速采样烟枪1一端为采样端，另一端与混合室6相连；其中采样烟枪1在采样过程中直接伸入餐饮烟囱中，加热保温管2用于控制采样烟枪中温度保持在油烟烟气排出口温度，温度传感器a3设置在等速采样烟枪1与混合室6接触处，用于实时测量当前采样烟枪温度。反应停留系统包括零气发生器4、质量流量控制器a5、混合室6、加热管线7、温度传感器b8、混合稀释气体导出管路9；该反应停留系统用于模拟餐饮源烟气排放到大气是的混合稀释降温与二次污染形成过程。油烟烟气与稀释气体在混合室6中充分反应、混合，模拟烟气排放到大气中过程。温度传感器b8设置在混合室6与导出管路9的出口处，用于显示混合室内的温度；加热管线7设置在混合室6内，用于控制混合室中混合气温度接近环境温度。零气发生器4通过质量流量控制器a5与混合室6相连，所述零气发生器4用于向停留系统只提供洁净的稀释气体。通过质量流量控制器a5控制混合室中稀释气的进气流量。混合稀释气体导出管路9出口处设有两个开口，分别与VOCs采样系统导入管10、颗粒物采样系统导入管11相连。

采样系统分为颗粒物采样系统与VOCs采样系统两部分；颗粒物采样系统包括切割头a16、切割头b17、膜托a18、膜托b19、膜托c20、膜托d21、膜托e22、膜托f23、膜托g24、膜托h25、质量流量控制器a26、质量流量控制器b27、质量流量控制器c28、质量流量控制器d29、采样泵30；所述切割头a16、切割头b17为并联结构，切割头a16、切割头b17的合流端与颗粒物采样系统导入管11相连，每个切割头分流成两组支路，每组支路设置有两个串联的膜托、质量流量控制器；具体而言，切割头a16分流成两组支路，一组支路上膜托a18、膜托b19串联且再与质量流量控制器a26串联，另一组支路上膜托c20、膜托d21串联且再与质量流量控制器b27串联；切割头b17分流成两组支路，一组支路上膜托e22、膜托f23串联且再与质量流量控制器c28串联，另一组支路膜托g24、膜托h25串联且再与质量流量控制器d29串联连接；所述串联的膜托用于放置不同采样膜片，可以通过前后膜托中膜片采集到的样品浓度计算系统采集误差，以保证采样系统的质量；所述经由切割头a16分流的两组支路、切割头b17分流的两组支路，四组支路合流与控制泵30相连，所述控制泵30为颗粒物采样系统的动力系统；

所述质量流量控制器a26、质量流量控制器b27、质量流量控制器c28、质量流量控制器d29用于控制泵30引入混合烟气的流量。其工作过程如下：在停留室中经过稀释混合后的油烟烟气由控制泵30通过混合稀释气体导出管路9吸入到颗粒物采样系统。切割头a16与切割头b17分别筛选出PM₁₀与PM_2.5颗粒物，膜托中采样膜片将PM₁₀与PM_2.5截留后采集。

VOCs采样系统用于采集餐饮油烟中VOCs样品。该系统包括不锈钢密闭容器12、质量流量控制器g13、外置泵14、VOC采样袋15。VOC采样袋15置于不锈钢密封容器12内，采样袋15同时与VOCs采样系统导入管10相连。不锈钢密封容器12与外置采样泵14相连。其工作过程如下：外置泵14对不锈钢罐抽气，形成密闭容器。在负压的状态下，稀释后的混合烟气进入到采样袋15中。质量流量控制器g13用于调节VOCs样品进气量。

控制及数据采集系统包括配套软件、LED操控面板31、机箱32。LED操控面板31设置在机箱32外侧，用于显示采集系统流量、流速、温度，同时可以在显示屏上进行参数设计与系统控制。所述反应停留系统、颗粒物采样系统、VOCs采样系统控制置于机箱32内部。

所述采样系统、反应停留系统、采样系统的管路均渡有特氟龙涂层。颗粒物采样泵放置于采样系统的尾端，经过膜托中采样膜的截留作用，可以大大减少烟气对泵的附着，防止油烟的污染影响采样泵的正常工作。VOCs采样系统采样负压采样法，也有效避免油烟烟气与采样泵的直接接触、减少对泵的污染。通过以上结构设计可以有效降低油烟的对采样系统的黏附性，减少二次污染。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

1、本系统可同时实现餐饮油烟排放源颗粒物不同粒径样品的采集与VOCs采样，可用于餐饮行业PM_2.5与VOCs污染物排放特征、排放因子、成份谱等相关研究。

2、该系统可以真实模拟油烟排放到大气过程中的降温与二次转化过程，使采集得到的样品更加符合实际。

3、本系统小型化、集成化，主要装置集成于机箱内，采样过程中无需组装，方便携带与测试操作。另外系统配有集成控制软件，便于流量、采样时间等参数的设置与操作。

附图说明

图1是餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统外观示意；

图2为本发明的餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统的结构示意图。

图中：1、等速采样烟枪，2、加热保温管，3、温度传感器，4、零气发生器，5、质量流量控制器a，6反应停留室，7、加热管线，8、温度传感器，9、混合稀释气体导出管路，10、VOCs采样系统导入管，11、颗粒物采样系统导入管，12、不锈钢密闭容器13、质量流量控制器b，14、外置泵，15、气体采样袋，16切割头a，17、切割头b，18、膜托a，19、膜托b，20、膜托c，21、膜托d，22、膜托e，23、膜托f，24、膜托g，25、膜托h，26、质量流量控制器a，27、质量流量控制器b，28、质量流量控制器c，29、质量流量控制器d，30、采样泵，31、LED控制面板，32、机箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统的具体实施方式作进一步详细说明。

图1餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统外观示意，设备各部分高度集成，反应停留系统、颗粒物采样系统及质量流量控制系统均集成于主机箱中，方便操控、搬运。图2为本发明提供的餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统示意图。该系统包括油烟引入系统、反应停留系统、样品采集系统、控制数据采集系统组成。

烟气引入系统由等速采样烟枪1、加热保温管2、温度传感器3串联而成。采样过程中烟枪1直接伸入餐饮烟囱中。根据温度传感器a3显示的油烟温度，调节加热保温管2温度，控制采样烟枪中温度保持在油烟烟气排出口温度。采样枪末端出口与反应停留系统的进口相连。反应停留系统包括零气发生器4、质量流量控制器a5、混合室6、加热管线7、温度传感器b8、混合稀释气体导出管路9。首先零气发生器4，将空气中的水、颗粒物与有机物和其他污染物去除，得到的洁净空气。来自烟枪的油烟烟气经加烟气引入系统与洁净空气在反应停留室经过充分混合降温反应，模拟二次污染物的转化过程。温度传感器b8位于反应停留室出口处，可实时显示混合气温度。通过零气的流量调节可以保证混合气温度接近于环境温度。反应停留后的油烟分为两路，一路进行颗粒物采样系统、另一路进入挥发性有机气体采样系统。颗粒物采样系统中，真空泵30作为颗粒物样品的采集系统的动力，为避免油烟污染真空泵，将其布置在采样膜后端。颗粒物切割头分为PM_2.5切割头a16、PM₁₀切割头b17。在停留室中经过稀释混合后的油烟烟气由控制泵30通过混合稀释气体导出管路9吸入到颗粒物采样系统。切割头a16与切割头b17分别筛选出PM₁₀与PM_2.5颗粒物，膜托中采样膜片将PM₁₀与PM_2.5截留后采集。经过切割头a16、切割头b17后的油烟又分别分为两路，其中一路的膜托中放置特氟龙膜，用于颗粒物称重、元素与离子成分分析；另一路的膜托放置石英膜，用于颗粒物OC/EC和特定有机物（如多环芳烃PAHs）分析。膜托a18、膜托b19、膜托c20、膜托d21、膜托e22、膜托f23、膜托g24、膜托h25采用前后串联两个膜托的结构，后置膜托中的采样膜用于质量控制与测量误差估算，其采样前后质量差理论值为0。采样流量分别用质量流量控制器a26、质量流量控制器b27、质量流量控制器c28、质量流量控制器d29调节。外置泵14对不锈钢罐抽气，形成密闭容器。在负压的状态下，稀释后的混合烟气进入到采样袋15中。质量流量控制器g13用于调节VOCs样品进气量。VOCs样品采集流量由质量流量控制器g13控制，采集的油烟样品用于VOCs成分分析。采样系统配有自动控制软件，并且控制系统都集成于LED控制面板31中。控制系统可以设定颗粒物与VOCs采样的开启、采样流量、时间的控制。颗粒物采样系统与VOCs采样系统同时使用或选择其中一种使用。

采样系统的工作流程如下：

将PM_2.5石英采样膜、特氟龙采样膜分别装入相应膜托中，更换并连接VOCs采样袋，按照图1连接采样管路。打开主机电源，通过液晶控制面板分别设定零气流量、切割头流量、采样时间，使烟气与零气混合后的温度接近环境温度。开启颗粒物与VOCs采样。例如，环境温度为20℃，烟气温度为35℃，切割头固定流量为8.35L/min，则设定采样时间2.5h，零气流量为15L/min时，能较好使混合气温度接近于环境温度、模拟油烟烟气中二次污染物的转化。

Claims (4)

1.一种餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统，其特征在于：该系统包括油烟引入系统、反应停留系统、颗粒物采样系统、VOCs采样系统、控制及数据采集系统；

烟气引入系统由等速采样烟枪(1)、加热保温管(2)、温度传感器a(3)串联而成；所述等速采样烟枪(1)一端为采样端，另一端与混合室(6)相连；其中采样烟枪(1)在采样过程中直接伸入餐饮烟囱中，加热保温管(2)用于控制采样烟枪中温度保持在油烟烟气排出口温度，温度传感器a(3)设置在等速采样烟枪(1)与混合室(6)接触处，用于实时测量当前采样烟枪温度；反应停留系统包括零气发生器(4)、质量流量控制器a(5)、混合室(6)、加热管线(7)、温度传感器b(8)、混合稀释气体导出管路(9)；该反应停留系统用于模拟餐饮源烟气排放到大气是的混合稀释降温与二次污染形成过程；油烟烟气与稀释气体在混合室(6)中充分反应、混合，模拟烟气排放到大气中过程；温度传感器b8设置在混合室6与导出管路9的出口处，用于显示混合室内的温度；加热管线(7)设置在混合室(6)内，用于控制混合室中混合气温度接近环境温度；零气发生器(4)通过质量流量控制器a(5)与混合室(6)相连，所述零气发生器(4)用于向停留系统只提供洁净的稀释气体；通过质量流量控制器a(5)控制混合室中稀释气的进气流量；混合稀释气体导出管路(9)出口处设有两个开口，分别与VOCs采样系统导入管(10)、颗粒物采样系统导入管(11)相连；

采样系统分为颗粒物采样系统与VOCs采样系统两部分；颗粒物采样系统包括切割头a(16)、切割头b(17)、膜托a(18)、膜托b(19)、膜托c(20)、膜托d(21)、膜托e(22)、膜托f(23)、膜托g(24)、膜托h(25)、质量流量控制器a(26)、质量流量控制器b(27)、质量流量控制器c(28)、质量流量控制器d(29)、采样泵(30)；所述切割头a(16)、切割头b(17)为并联结构，切割头a(16)、切割头b(17)的合流端与颗粒物采样系统导入管(11)相连，每个切割头分流成两组支路，每组支路设置有两个串联的膜托、质量流量控制器；具体而言，切割头a(16)分流成两组支路，一组支路上膜托a(18)、膜托b(19)串联且再与质量流量控制器a(26)串联，另一组支路上膜托c(20)、膜托d(21)串联且再与质量流量控制器b(27)串联；切割头b(17)分流成两组支路，一组支路上膜托e(22)、膜托f(23)串联且再与质量流量控制器c(28)串联，另一组支路膜托g(24)、膜托h(25)串联且再与质量流量控制器d(29)串联连接；所述串联的膜托用于放置不同采样膜片，可以通过前后膜托中膜片采集到的样品浓度计算系统采集误差，以保证采样系统的质量；所述经由切割头a(16)分流的两组支路、切割头b(17)分流的两组支路，四组支路合流与控制泵(30)相连，所述控制泵(30)为颗粒物采样系统的动力系统；

所述质量流量控制器a(26)、质量流量控制器b(27)、质量流量控制器c(28)、质量流量控制器d(29)用于控制泵(30)引入混合烟气的流量；其工作过程如下：在停留室中经过稀释混合后的油烟烟气由控制泵(30)通过混合稀释气体导出管路(9)吸入到颗粒物采样系统；切割头a(16)与切割头b(17)分别筛选出PM₁₀与PM_2.5颗粒物，膜托中采样膜片将PM₁₀与PM_2.5截留后采集；

VOCs采样系统用于采集餐饮油烟中VOCs样品；该系统包括不锈钢密闭容器(12)、质量流量控制器g(13)、外置泵(14)、VOC采样袋(15)；VOC采样袋(15)置于不锈钢密封容器(12)内，采样袋(15)同时与VOCs采样系统导入管(10)相连；不锈钢密封容器(12)与外置采样泵(14)相连；其工作过程如下：外置泵(14)对不锈钢罐抽气，形成密闭容器；在负压的状态下，稀释后的混合烟气进入到采样袋(15)中；质量流量控制器g(13)用于调节VOCs样品进气量；

控制及数据采集系统包括配套软件、LED操控面板(31)、机箱(32)；LED操控面板(31)设置在机箱(32)外侧，用于显示采集系统流量、流速、温度，同时可以在显示屏上进行参数设计与系统控制；所述反应停留系统、颗粒物采样系统、VOCs采样系统控制置于机箱(32)内部。

2.根据权利要求1所述的一种餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统，其特征在于：所述采样系统、反应停留系统、采样系统的管路均渡有特氟龙涂层。

3.根据权利要求1所述的一种餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统，其特征在于：颗粒物采样泵放置于采样系统的尾端；VOCs采样系统采样负压采样法。

4.根据权利要求1所述的一种餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统，其特征在于：采样系统配有自动控制软件，并且控制系统都集成于LED控制面板(31)中；控制系统可以设定颗粒物与VOCs采样的开启、采样流量、时间的控制。