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浅谈餐饮油烟在线监测系统的设计及应用

 更新时间:2024-03-29 点击量:213

摘要:餐饮油烟在线监测监控技术作为城市污染源智慧监控管理的应用之一,全国很多城市正开展试点,但目前大规模推广仍存在诸多问题。通过对我国餐饮油烟在线监测监控技术发展和应用情况的深入调研,系统阐述目前我国餐饮油烟在线监测监控主流技术的分类及原理、现行的相关法规标准和实际应用现状,分析目前技术和应用层面存在的问题,并基于智慧环保背景对未来餐饮油烟在线监测监控推广的技术路径提出思路与建议。

关键词:餐饮油烟;在线监测系统;智慧环保;排放过程监控;创新监管模式

多元的生活方式促使了人们消费方式的升级,近些年来,我国城市餐饮业规模的迅速增长带来了日趋严重的餐饮油烟污染问题。目前,餐饮油烟已成为城市大气污染的重要来源之一。与工业污染源不同,餐饮企业多位于居民区附近,且量大面广。并且随着我国“放管服”改革的持续开展,餐饮企业的开办已无需任何环保审批手续,这对生态环境部门的事中事后监管提出了更的要求。为有效解决餐饮企业量大面广、油烟瞬时超标难以抓取、手工监测效率低等监管难问题,全国各地正探索餐饮油烟在线监测监控的创新监管模式。

与此同时,近几年智慧环保的理念随着我国智慧城市的建设应运而生。智慧环保体系是物联网技术在数字环保应用的基础上形成的,即将多种感应传感器应用到环境中以获取多种环境信息,并利用云计算、数据挖掘等处理环境信息,提出更智慧的决策和管理方式。其中,污染源监控管理是目前智慧环保体系在环境治理中应用的主要方面之一,餐饮油烟这一贴近民生的污染源也纳入了城市智慧环保系统当中。餐饮油烟在线监测监控设备的安装,实现了对油烟排放浓度或者净化设备的运行情况数据化的实时自动上报、统计和展示,可为生态环境部门的监管提供数据支撑,也使环境执法更有针对性。

餐饮油烟在线监测监控技术在我国部分城市已经试点数年,推广实操过程中也遇到了重重阻碍,例如,法律法规的支撑、设备的技术成熟度和数据应用等各方面都存在诸多问题。文章通过对我国餐饮油烟在线监测监控技术的分类和原理的分析、现行相关法规标准的梳理,结合对目前油烟在线监测监控技术发展和应用情况的深入调研,提出对未来餐饮油烟在线监测监控推广技术路径的思路与建议。

1.餐饮油烟在线监测监控技术分析

餐饮油烟在线监控,也被称为餐饮油烟在线监测,是一个实时的监控系统,通过芯片无线网的传输器,对餐饮油烟净化设备在工作时产生的各种情况、油烟污染物的排放情况等进行连续、实时的自动监测并通过无线网络实时上传。有些地区对油烟在线监控和在线监测做了明确的区分,即在线监控主要指的是用于实时监控污染防治设施运行情况的仪器、仪表等设施;而在线监测设施则指的是用于实时监控、监测污染物排放的仪器、仪表等设施。

1.1技术分类

目前,市场上油烟在线监测监控技术按原理主要分为对油烟排放浓度的监测和对净化设备工况的监控。油烟排放浓度在线监控指通过油烟探头采样排烟管道内的油烟,输送至控制主机中进行计算分析,输出油烟等污染物的浓度值;净化设备工况监控主要通过对静电式净化设备低压端的电流、风机的开关量进行监测,有些设备商还会结合一定的数学模型推算分析该净化设备的净化效率和模拟清洁程度。油烟浓度在线监测设备从形式上也分为固定式设备和便携式设备。固定式设备即传感器安装于排烟管道内的固定连续采集某排烟管道内的油烟污染物的在线监测设备,而便携式则指小型手持式的油烟浓度监测设备,目前多用于生态环境辅助现场执法以及物业或餐饮企业的日常自査工作中。

1.2技术原理分析

1.2.1排放浓度在线监测技术油烟排放浓度在线监测技术根据传感器监测原理的不同可分为4大类别:光散射法、红外分光光度法、半导体气敏法和电化学法。

光散射法多用于颗粒物的测量,因其具有快速、灵敏、稳定性较好等优点,目前在大气环境监测、扬尘监测和油烟监测中得到较多的应用。光散射法测量油烟浓度的工作原理是利用激光照射到颗粒物时产生的微弱光散射,在特定方向上的光散射波形与油烟粒径有关,通过不同粒径的波形分类统计及换算即得到不同粒径的实时颗粒物的质量浓度切,再经过标定得到相应的油烟质量浓度数据。光散射法主要分为粒子集合光散射法和粒子计数法。深圳市《饮食业油烟控制规范:SZDB/Z254—2017》将粒子集合光散射法作为油烟现场和在线监测的等效测试方法在其规范性附录里给出。粒子集合光散射法的原理是通过稳定光束照射被测气体,测定粒子集合散射光的强度来推知粒子集合的总表面积,在已知颗粒物数谱的前提下,通过颗粒物密度即可计算出颗粒物的质量浓度,此种方法的优点是测量下限低、精度。粒子计数法的原理是利用散射光通过光电转换器变为电信号,粒子越大该脉冲信号就越大,通过波峰值和脉冲数即可得出每个粒径的个数浓度,即通过测试散射光的波峰数量和强度,得出颗粒物的质量浓度,此方法多适用于低浓度的测量。同时,光学元件的防污染对于监测设备的维护和使用尤为重要,有学者提出利用文丘里效应引射洁净空气以保护光学元件。

红外分光光度法是依据气体分子红外吸收定律,利用油类物质的甲基(CH3)和亚甲基(CH2)在近红外区(3.4μm)的特征吸收从而进行油烟浓度测定的方法,主要测量的是油烟中油的含量。

半导体气敏法是基于简单回路检测低浓度还原性气体的半导体气体传感器TGS2100的油烟浓度测定方法,主要测量的是油烟中的气体成分,但该类传感器易被油烟覆盖而导致寿命较短,并且其测量结果是通过标准油烟浓度与电化学反应电流标定得到,由于实际油烟与标准油烟差距较大,导致检测精度不。

电化学法则是利用电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作,实际工作中由于电机表面连续发生电化学反应,传感电极电势并不能保持恒定,传感器性能会在使用较长时间后退化。

1.2.2净化设备工况监控技术净化设备的工况监控技术主要应用于静电式油烟净化设备,是由早期常见的设备开关状态监控发展而来。主要是对静电式净化设备和风机电源的输入电流的监测,其原理是在风机以及净化设备的电路上安装互感器,监测方法主要有电流互感法和霍尔电流互感器法。

此外,排放过程监控这一工业环保治理理念目前也开始被应用到餐饮油烟治理的在线监控中,其主要是通过对油烟净化设备运行的关键电气参数和工艺参数进行监控,从而判断油烟净化设备的运行状态和净化效果。目前市场上已有的应用于静电式净化设备的智能压电源,可具备将实时电压、电流和功率等监控数据实时传输至采集终端或主站平台,并实现通过远程通信在线控制电源电压数值的功能。在此基础上,还可根据不同净化设备的特性或历史数据,对压电源输出端的电流或电压设定正常工作的阈值范围,从而判定净化设备是否有效运行,并对超出范围的时间或频次做出限定,设定报警提醒等功能。探索建立压电源输出电流、电压和功率等关键参数与静电式净化设备运行状态之间的关系,可实现对其净化效果的监控。排放过程监控不受现场实际排放油烟烟气的工况影响,同时可以对设备的维护清洗运维起到科学的指导作用,目前北京市有部分区已开展此类模式的试点,见表1。

 

 

2.1法律法规

餐饮油烟在线监测监控技术的应用目前处于试点和推广的阶段,国家层面尚无相关法律法规对其做出相应规定,仅部分省市在其大气污染防治条例或饮食业环境污染管理办法等地方法规规章中对在线监控或监测设备的安装、运维等做了部分要求。其中,分别有5个省级层面和5个地市级层面的大气污染防治条例里对餐饮油烟在线监测(控)的安装等提出了相关要求;另外有7个省市在其餐饮业污染防治的专门地方性政府规章里提出了在线监测或监控的具体管理要求。通过分析地方法规和规章中关于“油烟在线监测或监控”的相关条款,可以看出目前部分地方对于餐饮油烟在线监测(控)的要求主要体现在倡导性或笼统性的规定、在线监测(控)安装依据的划分、联网和信息平台建设等三大方面。大部分法规或规章里都对在线监测(控)安装依据的划分作了较为明确的规定,主要包括根据餐饮企业规模、是否位于敏感区域和油烟超标次数等进行划分,有些地区(如广州、三亚和中山市等)则是将三者结合起来作为安装在线监测或监控的依据,见表2。

 

2.2标准规范

我国关于餐饮油烟在线监测监控的技术规范或标准较少,全国尚无统一的行业标准,截至2022年2月,正式发布的有4个团体标准和1个认证规范,深圳市的地方标准尚处于征求意见稿阶段,见表3。目前对于餐饮油烟在线监测监控技术的要求和规范处于行业的内部自律阶段,一些试点较为成熟的省市,如浙江省、杭州市、广州市和上海市等,根据自身的管理需求,通过协会发布团体标准的形式对目前餐饮油烟在线监控或监测的系统要求、功能要求、技术指标和安装维护等方面做出了相应的规范。全国层面,仅中国环境保护产业协会发布了团标《餐饮业废气排放过程(工况)监控数据采集技术指南:T/CAEPI35—2021》,其是在工业领域《污染物在线监控(监测)系统数据传输标准:HJ212—2017》的基础上,结合餐饮行业特点进行了扩展,规定了餐饮业废气排放过程监控系统的结构与功能要求、技术要求和代码定义,对于餐饮油烟排放过程监控系统的建设,规范数据采集和传输,确保各种排放过程监控装置、传输网络和应用软件系统之间的有效连通起到一定的规范和指导作用。关于餐饮油烟在线监控或监测的设备标准,目前仅中国环境保护产业协会的认证中心出台了《餐饮业油烟浓度在线监测仪:RJGF006—2021》,作为其环境保护产品认证的依据。

 

3.餐饮油烟在线监控技术应用现状分析

在智慧城市、智慧环保的背景下,餐饮油烟在线监测监控设备近几年在很多城市得到推广和应用。本研究以上海市为例,通过对各区生态环境局相关管理部门的问卷调查和访谈调研,分析了目前城市餐饮油烟在线监测监控技术的应用现状以及推进过程存在的主要问题。截至2021年11月,上海市共计安装餐饮油烟在线监测监控设备4600余套,目前仍以中心城区推广为主,中心城区的安装数量占总数约78%。同时,餐饮油烟的在线数据也在智慧城市的体系中得到了初步的应用。长宁区将餐饮油烟的在线数据接入上海市“一网统管”中生态环境治理应用场景,试点探索通过自动化感知设备的实时数据,及时发现问题并根据各类数据的集成、分析和研判进行风险预警等环境治理创新模式;徐汇区将餐饮油烟在线数据引入其分类分级监管执法体系,构建了线上线下餐饮油烟问题监管双闭环管理模式;静安区则通过共享监管和油烟在线数据,为餐饮集聚区物业属地化横向管理和餐饮品牌连锁纵向管理的管理试点上提供支撑服务。随着餐饮油烟在线监测监控技术的试点与推进过程中,各种问题也随着显现,主要包括数据应用和监测监控技术2个层面。

3.1数据应用层面

餐饮油烟在线监测监控技术在数据应用层面存在以下4个方面问题:(1)数据质量差。餐饮油烟在线监测监控设备商的软件能力普遍较弱,实际使用中发现,系统存在大量无效数据。(2)数据标准不统一。由于现在无统一的标准规范,对于数据接口格式等无统一要求,设备厂商按照自己的技术能力对外提供数据,有些设备甚至未设置数据外传接口,导致接入其他平台时困难重重。(3)异常或超标情况时报警无序。由于无统一的报警规则,无序胡乱报警现象频出,容易形成报警风暴,导致报警系统形同虚设。(4)数据造假问题严重。因为涉及设备层、通讯层、设备商云平台和生态环境管理政务云平台等多个层级间的数据流转,导致数据易丢失,且难以查找丢失环节。设备商往往用重新发送历史数据的方式弥补数据丢失,并且此种造假数据的行为不易被发现。基于以上原因,导致了目前餐饮油烟在线监控或监测数据仅停留在生态环境管理部门监管或者设备商的平台层面,餐饮企业或餐饮集聚区的物业管理部门并没有应用在线数据进行自我管理。

3.2监测监控技术层面

监测监控技术层面的主要问题在于油烟浓度的传感器监测方法与国标手工监测方法的原理不同而导致的数据一致性较差的情况。在实际应用的比对监测中,在线监测的浓度数据较国标手工监测方法差距较大,且相关性也较弱。以光散射原理为例,由于传感器监测的是颗粒物的浓度数据,设备厂商一般会经过标定装置标定并根据经验公式换算成相应的油烟浓度。经验公式需基于大量的监测比对数据样本得到,实际操作中很多设备商仅仅用简单的公式换算,也未考虑不同菜系、基准灶头数的影响对数据进行校正或折算,所以实际使用中与国标手工监测方法的结果无可比性。

以上的诸多问题导致出现尽管安装了大量的在线监测监控设备,很多数据并没有接入统一平台,或者即使接入了平台,管理部门只能掌握油烟排放浓度的趋势以及净化设备是否开启等情况,数据发挥的作用十分有限。

4.技术路径展望

4.1餐饮业特点决定了在线监测监控需要低成本、易维护

餐饮业多为小微型企业,利润率普遍偏低,对成本支出有较的敏感性。其次,餐饮企业的环保管理技术水平普遍不,传统的工业污染源精细准确的监测思路并不适用。加之餐饮行业竞争激烈,餐饮企业的迭代速度很快,油烟在线监测监控设备需要具有低成本、易维护的特点,才能够得以大规模的推广。

4.2深入探索基于排放过程的运行状态监控技术

餐饮油烟在线监测的浓度数据离判定餐饮企业油烟排放是否超标并宜接应用于执法证据还有非常大的距离,目前主要用于管理部门对于餐饮企业油烟的排放做趋势性的判断,以及对餐饮企业自身管理提供参考依据。由于净化器的净化效果与其维护清洗有非常紧密的联系,管理部门监管的目的也在于判断餐饮企业的油烟净化设施是否保持正常的运行,因此,基于排放过程的运行状态监控的技术路线,将监控的目标从末端的排放结果转移至全流程的设备技术参数的监控中,也契合目前智慧环保、万物物联的发展趋势,这种思路也更适用于小型餐饮企业的监管。

4.3从系统的应用和功能上开始规范

随着智慧城市体系的建设,餐饮油烟在线监测监控技术的进一步推广与应用,目前市场上的各种基于物联网的监测监控技术百花齐放,并且技术还在不断地发展。在目前阶段,限定某种监测或监控方法,会对已有的各种监控方式造成冲击,且不利于技术的进步。因此,建议对油烟在线监控技术“开源”,不限制其监控或监测的原理,可以通过规范在线数据的传输、接口、格式以及系统的功能等,实现对“开源”数据的监管。

4.4挖掘发挥数据的应用潜力

数据资产相对于其他资产的优势在于一份数据可以在非常低的成本下为多方所分享、使用,而且不减少数据拥有者的价值。通过先进的大数据技术应用来提企业生产和环保设施运行精细化管理水平是当前环保管理的迫切需求。目前餐饮油烟在线监测或监控的数据应用还停留在环境管理部门査看餐饮企业的油烟净化设备是否开启以及单个点位的油烟排放浓度情况,餐饮企业查看自身油烟污染排放数据以及历史数据的简单纵向统计等层面。管控区域内企业之间的横向比较或者更复杂的风险预知预警功能目前还尚未实现,数据的应用潜力有待于进一步的挖掘。目前,具备规模化学习、根据目标推理以及与人类互动能力的认知计算概念,已经在很多行业里得到应用,也可用于餐饮油烟在线数据的应用中。环保管理部门可通过对餐饮企业历史数据的掌握,通过智能算法和模型的设定自动判断并提醒某个餐饮企业的异常情况,更有针对性地开展后续的现场执法工作。餐饮企业用户端可充分结合净化设备在生产运行中面临的特殊场景,通过建立油烟净化系统风量调节的节能降耗分析,吸附剂、紫外灯管等寿命预警,静电式净化设备的清洗预警等多个数学模型,不断对模型进行自学习与修正,解决企业经营过程中面临的实际问题。

5.安科瑞餐饮油烟监测云平台解决方案

AcrelCloud-3500餐饮油烟监测平台可对餐饮点位进行不间断的数据跟踪与统计分析,在发生油烟浓度预警时,信息可多种途径及时通知相关单位处理,确保油烟等污染物的正常排放,让超标浓度无处可藏,防患于未然。针对各餐饮点位安科瑞通过加装多种产品可以进行检测,主要有ACY100型号餐饮油烟监测设备,外加装电流互感器及温湿度探头。

 

餐饮油烟监测平台GIS地图采集餐饮油烟处理设备运行状态和油烟排放的浓度数据,自动对超标排放及异常企业进行提示预警,监管部门可迅速进行处理,督促餐饮企业整改设备,并定期清洗、维护,实现减排环保,不扰民等目的。

现场安装油烟在线监控仪,实时监测排烟烟道内的油烟、颗粒物和非甲烷甲烷总烃等浓度,同时对油烟净化器和风机的运行电流和开关状态进行监测,一旦排放超标,系统会发出告警信息。

系统结构图如下:

6.平台主要功能

系统拓扑图如下:

6.1首页

①接入企业

显示接入的企业数,监测点位数;

②AQI天气

实时AQI天气状况;

③告警率、超标率、在线率

显示告警企业数量,告警率,包括超标、在线率统计;

④地图点位统计

按接入企业GIS,在地图展示。

 

6.2大屏展示

该页面通过分仓形式将云平台系统的所有基本信息全部展示在大屏上,主要包含了项目总览,企业隐患排名,报警信息列表,监测点位以及报警统计,监测点位地理位置,工单任务统计等。

6.3实时监控

系统可进行监测点的筛选,点击每个监测点信息,可以看到实时数据和24小时数据变化曲线。并且可以看到监测节点的历史告警信息。

实时监测数据包括油烟净化器和风机的运行电流,油烟浓度、颗粒物浓度和NMHC浓度等信息。

 

实时状态列表

系统对当前点位进行数据列表统计,对采集的实时数据汇总,分析其运行状态,预警范围等。

 

 

运行工况

实时监测数据包括油烟净化器和风机的运行电流,根据电流数值来判断当前进化器的运行状态,包括失联、停机、运行等状态,结合运行数据曲线,更加方便直观。

 

6.4隐患管理

1)后台根据测点设置的浓度阈值以及门*在隐患巡查中产生对应的报警信息,并在首页进行铃铛和语音提示;

 

2)企业用户对隐患进行确认,确认工单派发对象,工单截至期限,以及工单任务描述;

 

3)运维人员确认工单内容并对隐患进行处理,填写处理结果详情,上传现场图片等附件或进行二级派发;

 

4)相关企业用户可在“隐患记录”页面来确认对应隐患信息的处理进度,包括是否处理、是否派发;

 

6.5统计分析

超标分析

对相关的采集数据油烟、颗粒物、NMHC数据进行关联分析,对超标的种类、企业进行饼状图的展示,同时对报警企业进行排名,根据排名情况对相关企业进行数据和运行状态的分析评价。

 

历史数据

支持对数据进行年、月、日筛选查询,自定义日期筛选数据,相关数据支持Excel表格导出,便于后期数据的校验和排查。

 

设备维护

设备需要定期清洗、维护和更换滤芯。

6.6统计分析

用户分析报告

用户分析报告模块,将企业目前的告警进行汇总,支持模板的Word导出,具体的模板内容可根据客户需求实现定制化设计。

 

 

在线时长分析

企业在线时长报告模块,将企业目前监测仪的在线时长,失联时长,风机、净化器的在线、离线时间进行汇总,以折线图、雷达图的形式展示。

 

 

6.7设备清洗维护

设置企业检测仪定期的清洗、更换计划,包括维护监测点位的安装时间,上一次清洗时间,以及下一次的维护周期,对应的负责人等信息,清洗前/后照片对比。

 

6.8视频功能

支持餐饮点位“一点一视频”的接入模式,在餐饮污染排放点位安装摄像头。

支持:

①视频实时预览监测

②历史视频回放功能

7.系统硬件配置

参考文献

[1]林子吟.智慧环保背景下餐饮油烟在线监测监控技术应用现状及展望[J].环境保护科学,2023.04

[2]林子吟,林立,戴郡.上海市餐饮油烟污染控制及管理机制研究[J].环境保护科学,2020,46(6):133-137.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05

[4]安科瑞油烟监测平台宣传册2020.01

作者简介:翟雪玲,女,安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为餐饮油烟在线监测系统。