餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括油煙引入系統(tǒng)、反應停留系統(tǒng)、顆粒物采樣系統(tǒng)、VOCs采樣系統(tǒng)、控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。煙氣引入系統(tǒng)由等速采樣煙槍、加熱保溫管、溫度傳感器a串聯(lián)而成；采樣系統(tǒng)分為顆粒物采樣系統(tǒng)與VOCs采樣系統(tǒng)兩部分；所述質量流量控制器用于控制泵引入混合煙氣的流量。VOCs采樣系統(tǒng)用于采集餐飲油煙中VOCs樣品；控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括配套軟件、LED操控面板、機箱。本系統(tǒng)可同時實現(xiàn)餐飲油煙排放源顆粒物不同粒徑樣品的采集與VOCs采樣，可用于餐飲行業(yè)PM2.5與VOCs污染物排放特征、排放因子、成份譜等相關研究。
【專利說明】餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測儀器【技術領域】，特別是涉及一種能夠針對餐飲油煙源排放的顆粒物及揮發(fā)性有機氣體采樣系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]中國餐飲業(yè)規(guī)模迅速發(fā)展，餐飲源排放的油煙主要以液體氣溶膠和固體氣溶膠形態(tài)存在，粒徑在0.01--ομπι之間，可長時間懸浮于空氣中。油煙漂移過程中吸附多種物質，發(fā)生復雜的物理與化學反應，其已成為大氣污染物的重要來源，尤其是以PM2.5為代表的大氣復合污染物。
[0003]目前我國對餐飲源排放煙氣的采集主要采用《飲食業(yè)油煙排放標準》(GB18483-2001)規(guī)定的等速直接采樣法。該方法不能實現(xiàn)顆粒物的粒徑分級采樣；并且該方法采集的是油煙溫度下的油煙樣品的濃度，也不能模擬油煙排放至大氣中的物理化學變化。此外，該方法中規(guī)定使用的濾筒為玻璃纖維濾筒，玻璃纖維濾筒成分復雜對顆粒物化學成分分析準確性影響較大。同時標準中的方法不能采集揮發(fā)性有機氣體。國內(nèi)外研究還有采用PM2.5環(huán)境采樣儀器設備在油煙排放口附近或下風向進行樣品采集餐飲源顆粒物，該方法受背景濃度影響、實驗誤差較大。對于油煙VOCs采集，也是直接使用真空采樣罐采集，餐飲油煙容易污染采樣設備，極大縮短了真空采樣罐的使用壽命、增加采樣成本與樣品數(shù)據(jù)分析的誤差。
[0004]近些年國內(nèi)外學者開發(fā)了稀釋通道采樣法，該方法通過高溫煙氣與潔凈空氣混合，使煙氣溫度降低到接近大氣環(huán)境溫度后再進行采樣。該方法可很好的模擬煙氣排放到大氣中的成核、冷凝、凝聚等過程，并可采用大氣環(huán)境顆粒物的粒徑分級采樣方法對顆粒物進行采樣，因而對顆粒物進行物理化學分析的結果更接近實際。但固定源稀釋系統(tǒng)通常應用于溫度較高、所需稀釋倍數(shù)也較高的固定源采集；而餐飲源油煙溫度較低，固定源稀釋系統(tǒng)若應用于餐飲油煙采樣中會增加采樣時間，不利于典型餐飲油煙排放過程的采集、增加測試結果的偏差。另一方面固定源系統(tǒng)復雜、設備尺寸規(guī)格大，也不便于餐飲排放口的實地測試。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供了一種適合餐飲源油煙顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有餐飲源煙氣采樣設備存在的不足和缺陷。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括油煙引入系統(tǒng)、反應停留系統(tǒng)、顆粒物采樣系統(tǒng)、VOCs采樣系統(tǒng)、控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0007]煙氣引入系統(tǒng)由等速采樣煙槍1、加熱保溫管2、溫度傳感器a3串聯(lián)而成。所述等速采樣煙槍I 一端為采樣端，另一端與混合室6相連；其中采樣煙槍I在采樣過程中直接伸入餐飲煙囪中，加熱保溫管2用于控制采樣煙槍中溫度保持在油煙煙氣排出口溫度，溫度傳感器a3設置在等速采樣煙槍I與混合室6接觸處，用于實時測量當前采樣煙槍溫度。反應停留系統(tǒng)包括零氣發(fā)生器4、質量流量控制器a5、混合室6、加熱管線7、溫度傳感器b8、混合稀釋氣體導出管路9 ;該反應停留系統(tǒng)用于模擬餐飲源煙氣排放到大氣是的混合稀釋降溫與二次污染形成過程。油煙煙氣與稀釋氣體在混合室6中充分反應、混合，模擬煙氣排放到大氣中過程。溫度傳感器b8設置在混合室6與導出管路9的出口處，用于顯示混合室內(nèi)的溫度；加熱管線7設置在混合室6內(nèi)，用于控制混合室中混合氣溫度接近環(huán)境溫度。零氣發(fā)生器4通過質量流量控制器a5與混合室6相連，所述零氣發(fā)生器4用于向停留系統(tǒng)只提供潔凈的稀釋氣體。通過質量流量控制器a5控制混合室中稀釋氣的進氣流量?；旌舷♂寶怏w導出管路9出口處設有兩個開口，分別與VOCs采樣系統(tǒng)導入管10、顆粒物采樣系統(tǒng)導入管11相連。
[0008]采樣系統(tǒng)分為顆粒物采樣系統(tǒng)與VOCs采樣系統(tǒng)兩部分；顆粒物采樣系統(tǒng)包括切割頭al6、切割頭bl7、膜托al8、膜托bl9、膜托c20、膜托d21、膜托e22、膜托f23、膜托g24、膜托h25、質量流量控制器a26、質量流量控制器b27、質量流量控制器c28、質量流量控制器d29、采樣泵30 ;所述切割頭al6、切割頭bl7為并聯(lián)結構，切割頭al6、切割頭bl7的合流端與顆粒物采樣系統(tǒng)導入管11相連，每個切割頭分流成兩組支路，每組支路設置有兩個串聯(lián)的膜托、質量流量控制器；具體而言，切割頭al6分流成兩組支路，一組支路上膜托al8、膜托bl9串聯(lián)且再與質量流量控制器a26串聯(lián)，另一組支路上膜托c20、膜托d21串聯(lián)且再與質量流量控制器b27串聯(lián)；切割頭bl7分流成兩組支路，一組支路上膜托e22、膜托f23串聯(lián)且再與質量流量控制器c28串聯(lián)，另一組支路膜托g24、膜托h25串聯(lián)且再與質量流量控制器d29串聯(lián)連接；所述串聯(lián)的膜托用于放置不同采樣膜片，可以通過前后膜托中膜片采集到的樣品濃度計算系統(tǒng)采集誤差，以保證采樣系統(tǒng)的質量；所述經(jīng)由切割頭al6分流的兩組支路、切割頭bl7分流的兩組支路，四組支路合流與控制泵30相連，所述控制泵30為顆粒物采樣系統(tǒng)的動力系統(tǒng)；
[0009]所述質量流量控制器a26、質量流量控制器b27、質量流量控制器c28、質量流量控制器d29用于控制泵30引入混合煙氣的流量。其工作過程如下:在停留室中經(jīng)過稀釋混合后的油煙煙氣由控制泵30通過混合稀釋氣體導出管路9吸入到顆粒物采樣系統(tǒng)。切割頭al6與切割頭bl7分別篩選出PMltl與PM2.5顆粒物，膜托中采樣膜片將PMltl與PM2.5截留后采集。
[0010]VOCs采樣系統(tǒng)用于采集餐飲油煙中VOCs樣品。該系統(tǒng)包括不銹鋼密閉容器12、質量流量控制器gl3、外置泵14、V0C采樣袋15。VOC采樣袋15置于不銹鋼密封容器12內(nèi)，米樣袋15同時與VOCs米樣系統(tǒng)導入管10相連。不銹鋼密封容器12與外置米樣泵14相連。其工作過程如下:外置泵14對不銹鋼罐抽氣，形成密閉容器。在負壓的狀態(tài)下，稀釋后的混合煙氣進入到采樣袋15中。質量流量控制器gl3用于調(diào)節(jié)VOCs樣品進氣量。
[0011]控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括配套軟件、LED操控面板31、機箱32。LED操控面板31設置在機箱32外側，用于顯示采集系統(tǒng)流量、流速、溫度，同時可以在顯示屏上進行參數(shù)設計與系統(tǒng)控制。所述反應停留系統(tǒng)、顆粒物采樣系統(tǒng)、VOCs采樣系統(tǒng)控制置于機箱32內(nèi)部。
[0012]所述采樣系統(tǒng)、反應停留系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)的管路均渡有特氟龍涂層。顆粒物采樣泵放置于采樣系統(tǒng)的尾端，經(jīng)過膜托中采樣膜的截留作用，可以大大減少煙氣對泵的附著，防止油煙的污染影響采樣泵的正常工作。VOCs采樣系統(tǒng)采樣負壓采樣法，也有效避免油煙煙氣與采樣泵的直接接觸、減少對泵的污染。通過以上結構設計可以有效降低油煙的對采樣系統(tǒng)的黏附性，減少二次污染。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0014]1、本系統(tǒng)可同時實現(xiàn)餐飲油煙排放源顆粒物不同粒徑樣品的采集與VOCs采樣，可用于餐飲行業(yè)PM2.5與VOCs污染物排放特征、排放因子、成份譜等相關研究。
[0015]2、該系統(tǒng)可以真實模擬油煙排放到大氣過程中的降溫與二次轉化過程，使采集得到的樣品更加符合實際。
[0016]3、本系統(tǒng)小型化、集成化，主要裝置集成于機箱內(nèi)，采樣過程中無需組裝，方便攜帶與測試操作。另外系統(tǒng)配有集成控制軟件，便于流量、采樣時間等參數(shù)的設置與操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)外觀示意；
[0018]圖2為本發(fā)明的餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)的結構示意圖。
[0019]圖中:1、等速采樣煙槍，2、加熱保溫管，3、溫度傳感器，4、零氣發(fā)生器，5、質量流量控制器a，6反應停留室，7、加熱管線，8、溫度傳感器，9、混合稀釋氣體導出管路，10、V0Cs采樣系統(tǒng)導入管，11、顆粒物采樣系統(tǒng)導入管，12、不銹鋼密閉容器13、質量流量控制器b，14、外置泵，15、氣體采樣袋，16切割頭a，17、切割頭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、質量流量控制器a，27、質量流量控制器b，28、質量流量控制器C，29、質量流量控制器d，30、采樣泵，31、LED控制面板，32、機箱。

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發(fā)明所提供的餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0021]圖1餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)外觀示意，設備各部分高度集成，反應停留系統(tǒng)、顆粒物采樣系統(tǒng)及質量流量控制系統(tǒng)均集成于主機箱中，方便操控、搬運。圖2為本發(fā)明提供的餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)包括油煙引入系統(tǒng)、反應停留系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)、控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。
[0022]煙氣引入系統(tǒng)由等速采樣煙槍1、加熱保溫管2、溫度傳感器3串聯(lián)而成。采樣過程中煙槍I直接伸入餐飲煙囪中。根據(jù)溫度傳感器a3顯示的油煙溫度，調(diào)節(jié)加熱保溫管2溫度，控制采樣煙槍中溫度保持在油煙煙氣排出口溫度。采樣槍末端出口與反應停留系統(tǒng)的進口相連。反應停留系統(tǒng)包括零氣發(fā)生器4、質量流量控制器a5、混合室6、加熱管線7、溫度傳感器b8、混合稀釋氣體導出管路9。首先零氣發(fā)生器4，將空氣中的水、顆粒物與有機物和其他污染物去除，得到的潔凈空氣。來自煙槍的油煙煙氣經(jīng)加煙氣引入系統(tǒng)與潔凈空氣在反應停留室經(jīng)過充分混合降溫反應，模擬二次污染物的轉化過程。溫度傳感器b8位于反應停留室出口處，可實時顯示混合氣溫度。通過零氣的流量調(diào)節(jié)可以保證混合氣溫度接近于環(huán)境溫度。反應停留后的油煙分為兩路，一路進行顆粒物采樣系統(tǒng)、另一路進入揮發(fā)性有機氣體采樣系統(tǒng)。顆粒物采樣系統(tǒng)中，真空泵30作為顆粒物樣品的采集系統(tǒng)的動力，為避免油煙污染真空泵，將其布置在采樣膜后端。顆粒物切割頭分為PM2.5切割頭al6、PM1(l切割頭bl7。在停留室中經(jīng)過稀釋混合后的油煙煙氣由控制泵30通過混合稀釋氣體導出管路9吸入到顆粒物采樣系統(tǒng)。切割頭al6與切割頭bl7分別篩選出PMltl與PM2.5顆粒物，膜托中采樣膜片將PMltl與PM2.5截留后采集。經(jīng)過切割頭al6、切割頭bl7后的油煙又分別分為兩路，其中一路的膜托中放置特氟龍膜，用于顆粒物稱重、元素與離子成分分析；另一路的膜托放置石英膜，用于顆粒物OC/EC和特定有機物(如多環(huán)芳烴PAHs)分析。膜托al8、膜托bl9、膜托c20、膜托d21、膜托e22、膜托f23、膜托g24、膜托h25采用前后串聯(lián)兩個膜托的結構，后置膜托中的采樣膜用于質量控制與測量誤差估算，其采樣前后質量差理論值為O。采樣流量分別用質量流量控制器a26、質量流量控制器b27、質量流量控制器c28、質量流量控制器d29調(diào)節(jié)。外置泵14對不銹鋼罐抽氣，形成密閉容器。在負壓的狀態(tài)下，稀釋后的混合煙氣進入到采樣袋15中。質量流量控制器gl3用于調(diào)節(jié)VOCs樣品進氣量。VOCs樣品采集流量由質量流量控制器gl3控制，采集的油煙樣品用于VOCs成分分析。采樣系統(tǒng)配有自動控制軟件，并且控制系統(tǒng)都集成于LED控制面板31中。控制系統(tǒng)可以設定顆粒物與VOCs采樣的開啟、采樣流量、時間的控制。顆粒物采樣系統(tǒng)與VOCs采樣系統(tǒng)同時使用或選擇其中一種使用。
[0023]采樣系統(tǒng)的工作流程如下:
[0024]將PM2.5石英采樣膜、特氟龍采樣膜分別裝入相應膜托中，更換并連接VOCs采樣袋，按照圖1連接采樣管路。打開主機電源，通過液晶控制面板分別設定零氣流量、切割頭流量、采樣時間，使煙氣與零氣混合后的溫度接近環(huán)境溫度。開啟顆粒物與VOCs采樣。例如，環(huán)境溫度為20°C，煙氣溫度為35°C，切割頭固定流量為8.35L/min，則設定采樣時間
2.5h，零氣流量為15L/min時，能較好使混合氣溫度接近于環(huán)境溫度、模擬油煙煙氣中二次污染物的轉化。
【權利要求】
1.一種餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括油煙引入系統(tǒng)、反應停留系統(tǒng)、顆粒物采樣系統(tǒng)、VOCs采樣系統(tǒng)、控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 煙氣引入系統(tǒng)由等速采樣煙槍(I)、加熱保溫管(2)、溫度傳感器a(3)串聯(lián)而成；所述等速采樣煙槍(I) 一端為采樣端，另一端與混合室(6)相連；其中采樣煙槍(I)在采樣過程中直接伸入餐飲煙囪中，加熱保溫管(2)用于控制采樣煙槍中溫度保持在油煙煙氣排出口溫度，溫度傳感器a(3)設置在等速采樣煙槍(I)與混合室(6)接觸處，用于實時測量當前采樣煙槍溫度；反應停留系統(tǒng)包括零氣發(fā)生器(4)、質量流量控制器a(5)、混合室￠)、加熱管線(7)、溫度傳感器b (8)、混合稀釋氣體導出管路(9);該反應停留系統(tǒng)用于模擬餐飲源煙氣排放到大氣是的混合稀釋降溫與二次污染形成過程；油煙煙氣與稀釋氣體在混合室(6)中充分反應、混合，模擬煙氣排放到大氣中過程；溫度傳感器b8設置在混合室6與導出管路9的出口處，用于顯示混合室內(nèi)的溫度；加熱管線(7)設置在混合室(6)內(nèi)，用于控制混合室中混合氣溫度接近環(huán)境溫度；零氣發(fā)生器(4)通過質量流量控制器a(5)與混合室(6)相連，所述零氣發(fā)生器(4)用于向停留系統(tǒng)只提供潔凈的稀釋氣體；通過質量流量控制器a(5)控制混合室中稀釋氣的進氣流量；混合稀釋氣體導出管路(9)出口處設有兩個開口，分別與VOCs采樣系統(tǒng)導入管(10)、顆粒物采樣系統(tǒng)導入管(11)相連； 采樣系統(tǒng)分為顆粒物采樣系統(tǒng)與VOCs采樣系統(tǒng)兩部分；顆粒物采樣系統(tǒng)包括切割頭a (16)、切割頭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)、質量流量控制器a (26)、質量流量控制器b (27)、質量流量控制器c (28)、質量流量控制器d (29)、采樣泵(30);所述切割頭a (16)、切割頭b (17)為并聯(lián)結構，切割頭a(16)、切割頭b(17)的合流端與顆粒物采樣系統(tǒng)導入管(11)相連，每個切割頭分流成兩組支路，每組支路設置有兩個串聯(lián)的膜托、質量流量控制器；具體而言，切割頭a(16)分流成兩組支路，一組支路上膜托a(18)、膜托b (19)串聯(lián)且再與質量流量控制器a (26)串聯(lián)，另一組支路上膜托c(20)、膜托d(21)串聯(lián)且再與質量流量控制器b (27)串聯(lián)；切割頭b(17)分流成兩組支路，一組支路上膜托e (22)、膜托f (23)串聯(lián)且再與質量流量控制器c(28)串聯(lián)，另一組支路膜托g(24)、膜托h(25)串聯(lián)且再與質量流量控制器d(29)串聯(lián)連接；所述串聯(lián)的膜托用于放置不同采樣膜片，可以通過前后膜托中膜片采集到的樣品濃度計算系統(tǒng)采集誤差，以保證采樣系統(tǒng)的質量；所述經(jīng)由切割頭a(16)分流的兩組支路、切割頭b(17)分流的兩組支路，四組支路合流與控制泵(30)相連，所述控制泵(30)為顆粒物采樣系統(tǒng)的動力系統(tǒng)； 所述質量流量控制器a (26)、質量流量控制器b (27)、質量流量控制器c (28)、質量流量控制器d(29)用于控制泵(30)引入混合煙氣的流量；其工作過程如下:在停留室中經(jīng)過稀釋混合后的油煙煙氣由控制泵(30)通過混合稀釋氣體導出管路(9)吸入到顆粒物采樣系統(tǒng)；切割頭a (16)與切割頭b (17)分別篩選出PMltl與PM2.5顆粒物，膜托中采樣膜片將PMltl與PM2.5截留后采集； VOCs采樣系統(tǒng)用于采集餐飲油煙中VOCs樣品；該系統(tǒng)包括不銹鋼密閉容器(12)、質量流量控制器g (13)、外置泵(14)、V0C采樣袋(15) ;V0C采樣袋(15)置于不銹鋼密封容器(12)內(nèi)，采樣袋(15)同時與VOCs采樣系統(tǒng)導入管(10)相連；不銹鋼密封容器(12)與外置采樣泵(14)相連；其工作過程如下:外置泵(14)對不銹鋼罐抽氣，形成密閉容器；在負壓的狀態(tài)下，稀釋后的混合煙氣進入到采樣袋(15)中；質量流量控制器g(13)用于調(diào)節(jié)VOCs樣品進氣量； 控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括配套軟件、LED操控面板(31)、機箱(32) ;LED操控面板(31)設置在機箱(32)外側，用于顯示采集系統(tǒng)流量、流速、溫度，同時可以在顯示屏上進行參數(shù)設計與系統(tǒng)控制；所述反應停留系統(tǒng)、顆粒物采樣系統(tǒng)、VOCs采樣系統(tǒng)控制置于機箱(32)內(nèi)部。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣系統(tǒng)、反應停留系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)的管路均渡有特氟龍涂層。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)，其特征在于:顆粒物采樣泵放置于采樣系統(tǒng)的尾端；VOCs采樣系統(tǒng)采樣負壓采樣法。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種餐飲源顆粒物及揮發(fā)性有機物采樣系統(tǒng)，其特征在于:采樣系統(tǒng)配有自動控制軟件，并且控制系統(tǒng)都集成于LED控制面板(31)中；控制系統(tǒng)可以設定顆粒物與VOCs采樣的開啟、采樣流量、時間的控制。
【文檔編號】G01N1/24GK104198227SQ201410371378
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權日:2014年7月30日
【發(fā)明者】程水源, 溫維, 王剛, 李松, 姚森 申請人:北京工業(yè)大學