《餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104198227 A (43)申请公布日 2014.12.10 CN 104198227 A (21)申请号 201410371378.2 (22)申请日 2014.07.30 G01N 1/24(2006.01) (71)申请人 北京工业大学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园 100 号 (72)发明人 程水源 温维 王刚 李松 姚森 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 11203 代理人 沈波 (54) 发明名称 餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统 (57) 摘要 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、 。
2、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 PM2.5 与 VOCs 污染物排放特征、 排放因子、 成份谱等相 关研究。 (51)Int.Cl. 权利要求书 。
3、2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104198227 A CN 104198227 A 1/2 页 2 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) 。
4、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。
5、 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 。
6、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。
7、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。
8、、 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 PM2.5颗粒物， 膜托中采样膜片将 PM10 与 PM2.5截留后采集 ； VOCs 。
9、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 权 利 要 求 书 CN 104198227 A 2 2/2 页。
10、 3 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。
11、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。 权 利 要 求 书 CN 104198227 A 3 1/4 页 4 餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统 技术领域 0001 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 0002 中国餐饮业规模迅速发展， 餐饮源排放的。
12、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 10m 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PM2.5为代表的 大气复合污染物。 0003 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。
13、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PM2.5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。 0004 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。
14、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 0005 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。 0006 为实现上述目的， 本发明采用的技术方案为一种餐饮源颗。
15、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。 0007 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 说 明 书 CN 104198227 A 4 2/4 页 5 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、 。
16、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。
17、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。 0008 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。
18、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。
19、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 ； 0009 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 PM2.5颗粒物， 膜托中采样膜片将 。
20、PM10与 PM2.5截留后采 集。 0010 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。 0011 控制及数据采集系统包括配套软件、 LED 。
21、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。 0012 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 说 明 书 CN 104198227 A 5 3/4 页 6 气与采样泵的直接接触、 减少。
22、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。 0013 与现有技术相比， 本发明具有如下有益效果。 0014 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 PM2.5与 VOCs 污染物排放特征、 排放因子、 成份谱等相关研究。 0015 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。 0016 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。
23、设置与操作。 附图说明 0017 图 1 是餐饮源颗粒物及挥发性有机物采样系统外观示意 ； 0018 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。 0019 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、。
24、 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 0020 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。 0021 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。
25、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。 0022 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。 。
26、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 PM2.5切割头 a16、 PM10切 割头b17。 在停。
27、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 说 明 书 CN 104198227 A 6 4/4 页 7 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 PM2.5颗粒物， 膜托 中采样膜片将 PM10与 PM2.5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、 。
28、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3。
29、1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。 0023 采样系统的工作流程如下 ： 0024 将 PM2.5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。 说 明 书 CN 104198227 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104198227 A 8 2/2 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 104198227 A 9 。