■ 金 楠 王紅英* 孔丹丹 方 鵬 段恩澤

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100083；2.國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)裝備研發(fā)分中心，北京100083）

在預(yù)混料生產(chǎn)過(guò)程中，粉塵伴隨著投料、輸送、配料和打包等工序不斷產(chǎn)生，控制粉塵是飼料企業(yè)安全生產(chǎn)、防治環(huán)境污染和保護(hù)職工健康的重要環(huán)節(jié)。飼料廠加工過(guò)程中，過(guò)量的原料粉塵與空氣混合便會(huì)形成易爆氣體環(huán)境，粉塵爆炸惡性事故的發(fā)生，也加強(qiáng)了政府對(duì)飼料廠粉塵控制的監(jiān)管。我國(guó)現(xiàn)行針對(duì)飼料企業(yè)粉塵和粉塵防爆相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，飼料廠作業(yè)區(qū)的粉塵總塵最高容許濃度為8 mg/m3，排放物粉塵最高容許濃度為120 mg/m3。

粉塵指粒徑小于75 μm的固體懸浮物，目前預(yù)混料生產(chǎn)中，載體或稀釋劑的粉塵粒徑一般為15～70 μm，而微量元素等添加劑的粒徑一般為6～30 μm。粉塵濃度的表示方法有兩種：一為質(zhì)量濃度（mg/m3），二為數(shù)量濃度（粒子數(shù)/m3）。質(zhì)量濃度的表示方法應(yīng)用較為普遍。按照粉塵濃度描述方式的不同，質(zhì)量濃度又分為時(shí)間加權(quán)平均容許濃度（PC-TWA）、最高容許濃度（MAC）和短時(shí)間接觸容許濃度（PC-STEL）。在GBZ 2.1-2007《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素》中，規(guī)定了不同粉塵的PC-TWA、MAC和PC-STEL，例如，碘的MAC為1 mg/m3，錳及其無(wú)機(jī)化合物的PC-TWA為0.15 mg/m3，鈷及其氧化物的PC-STEL為0.1 mg/m3。

目前，常見的粉塵濃度測(cè)量方法大致可分為取樣測(cè)量法和非取樣測(cè)量法。所謂取樣測(cè)量法，就是從待測(cè)區(qū)域內(nèi)抽取部分具有代表性的含塵氣樣，并送入分析測(cè)量系統(tǒng)來(lái)測(cè)量粉塵濃度或粉塵粒徑的方法。取樣法的測(cè)量原理簡(jiǎn)單可靠，并且可以進(jìn)一步分析所取粉塵顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)，但測(cè)量周期長(zhǎng)，自動(dòng)化程度低，難于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。而非取樣測(cè)量法，則是利用粉塵顆粒的光學(xué)特性，在待測(cè)區(qū)域內(nèi)直接測(cè)量讀取粉塵濃度。非取樣法的測(cè)量速度快、操作簡(jiǎn)便，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)粉塵濃度，但測(cè)量結(jié)果會(huì)受粉塵粒度、形狀及反射率等物理性質(zhì)影響有所差異。

濾膜稱重測(cè)塵法是典型的取樣測(cè)量法，其原理是用粉塵采樣器采集一定體積的含塵空氣，抽取的含塵空氣在通過(guò)濾膜時(shí)，粉塵被捕集在濾膜上，根據(jù)濾膜增加的質(zhì)量、采樣流量和采樣時(shí)間確定粉塵的質(zhì)量濃度。該法是GBZ192.1-2007規(guī)定的工作場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定的方法。便攜式微電腦粉塵儀測(cè)塵法是一種應(yīng)用光散射原理的非取樣測(cè)量法，在粉塵物理性質(zhì)一定的條件下，粉塵在光照射下產(chǎn)生散射光，其散射光強(qiáng)度正比于粉塵的質(zhì)量濃度，通過(guò)預(yù)置質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值，經(jīng)微電腦處理直接顯示粉塵質(zhì)量濃度。

因此，本研究分別用濾膜稱重測(cè)塵法和微電腦粉塵儀測(cè)塵法對(duì)預(yù)混料廠內(nèi)不同生產(chǎn)工段處粉塵濃度進(jìn)行測(cè)量，并以濾膜稱重測(cè)塵法為依據(jù)，確定使用微電腦粉塵儀測(cè)塵法時(shí)預(yù)混料廠內(nèi)各測(cè)塵點(diǎn)的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值，為預(yù)混料廠粉塵濃度測(cè)量時(shí)K值的選取提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

試驗(yàn)材料：本研究在北京市某A、B兩家預(yù)混料廠進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。所測(cè)含塵空氣樣品均取自A、B兩廠正常工作環(huán)境。

試驗(yàn)儀器：FC-4型粉塵采樣儀（北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所）；丙綸纖維濾膜（直徑40 mm）（北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所）；CCD1000-FB便攜式微電腦粉塵儀（北京賓達(dá)綠創(chuàng)科技有限公司）；AL204電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；玻璃干燥器（上海壘固儀器有限公司）。

圖1 FC-4型粉塵采樣儀

圖2 CCD1000-FB便攜式微電腦粉塵儀

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 濾膜稱重測(cè)塵法

濾膜稱重測(cè)塵法測(cè)量預(yù)混料廠粉塵濃度按國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GBZ/T 192.1-2007執(zhí)行。濾膜裝夾稱量前，將濾膜置于玻璃干燥器內(nèi)2 h；將干燥器內(nèi)取出的濾膜分別稱量和編號(hào)，并裝夾在采樣儀上；選用定點(diǎn)短時(shí)間采樣方式，將裝好濾膜的粉塵采樣儀在呼吸帶高度以20 L/min的流量采集15 min空氣樣品；采樣后，將取下的濾膜接塵面朝里對(duì)折兩次，置于自封袋內(nèi)室溫下運(yùn)輸和保存；采樣后的濾膜稱量前也要置于玻璃干燥器內(nèi)2 h；按公式（1）計(jì)算空氣中總粉塵的濃度。

式中：Cm——濾膜法所測(cè)空氣中總粉塵的濃度(mg/m3)；

m2——采樣后的濾膜質(zhì)量(mg)；

m1——采樣前的濾膜質(zhì)量(mg)；

Q——采樣流量(L/min)；

t——采樣時(shí)間(min)。

1.2.2 便攜式微電腦粉塵儀測(cè)塵法

CCD1000-FB便攜式微電腦粉塵儀開機(jī)后，將選擇扳鈕扳到“靈敏度校準(zhǔn)”位置預(yù)熱5 min；預(yù)熱后調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕將標(biāo)準(zhǔn)散射板值S調(diào)整到5.70；儀器校準(zhǔn)完成后將選擇扳鈕扳到“測(cè)量”位置，設(shè)置測(cè)試時(shí)間為1 min檔位，使用粉塵儀默認(rèn)質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K0值，K0=0.014；按下“風(fēng)扇”按鈕，開啟風(fēng)扇后按“啟動(dòng)”鍵，等待測(cè)試讀取數(shù)據(jù)。

粉塵儀測(cè)量讀數(shù)值與質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)的預(yù)置有關(guān)，而質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)又與粉塵的種類和物理特性有關(guān)。將粉塵儀讀數(shù)與默認(rèn)質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)的比值定義為相對(duì)質(zhì)量濃度，如公式（2）所示。

式中：R——相對(duì)質(zhì)量濃度(mg/m3)；

Cw——微電腦粉塵儀讀數(shù)(mg/m3)；

K0——默認(rèn)質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)。

確定預(yù)混料廠不同工段處粉塵濃度測(cè)量時(shí)的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值，可按公式（3）計(jì)算。在使用微電腦粉塵儀測(cè)量粉塵濃度時(shí)，只有預(yù)置經(jīng)校正過(guò)的不同粉塵相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值，粉塵儀測(cè)量讀數(shù)值才是真實(shí)的空氣中總粉塵濃度。

式中：K——質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)；

Cm——濾膜法所測(cè)空氣中總粉塵的濃度(mg/m3)；

R——相對(duì)質(zhì)量濃度(mg/m3)。

1.2.3 測(cè)塵點(diǎn)的選擇

預(yù)混料廠不同工段處的粉塵特性不同，如：大料投料口處以載體和稀釋劑粉塵為主，小料投料口以各類添加劑和活性成分粉塵為主。因此，選擇大料投料口、小料投料口、打包口和廠內(nèi)工作場(chǎng)所4處代表性位置作為測(cè)塵點(diǎn)，預(yù)混料生產(chǎn)工藝流程及測(cè)塵點(diǎn)分布如圖3所示。將采樣儀架設(shè)于測(cè)塵點(diǎn)的下風(fēng)側(cè)或回風(fēng)側(cè)粉塵分布較均勻的呼吸帶處，在預(yù)混料廠連續(xù)生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行粉塵濃度的測(cè)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)過(guò)程中，采用濾膜稱重測(cè)塵法進(jìn)行2次試驗(yàn)測(cè)定，采用便攜式微電腦粉塵儀測(cè)塵法進(jìn)行10次試驗(yàn)測(cè)定，取測(cè)量平均值作為最終結(jié)果。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 確定預(yù)混料廠質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值

微電腦粉塵儀測(cè)塵法的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值的大小與粉塵的種類、粒度、反射率等物理特性有關(guān)，測(cè)量位置、場(chǎng)所環(huán)境等外部條件也對(duì)K值有一定的影響，例如，測(cè)量玉米粉塵時(shí)K值取0.258，而測(cè)量煤塵時(shí)K值取0.665。正確確定預(yù)混料廠各測(cè)塵點(diǎn)的K值，是實(shí)現(xiàn)用微電腦粉塵儀測(cè)塵法代替濾膜稱重測(cè)塵法的前提，也是實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)混料廠粉塵濃度在線監(jiān)測(cè)的重要保證。

在預(yù)混料廠A分別用濾膜稱重測(cè)塵法和微電腦粉塵儀測(cè)塵法對(duì)廠內(nèi)大料投料口、小料投料口、打包口和廠內(nèi)工作場(chǎng)所4處測(cè)塵點(diǎn)進(jìn)行了粉塵濃度測(cè)量。微電腦粉塵儀的默認(rèn)質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K0=0.014，將濾膜稱重測(cè)塵法的結(jié)果作為粉塵濃度的真實(shí)值，結(jié)合公式（2）、（3）計(jì)算預(yù)混料廠4處測(cè)塵點(diǎn)的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)，結(jié)果見表1。

由方差分析可知，預(yù)混料廠A不同測(cè)塵點(diǎn)處的粉塵濃度表現(xiàn)出不同程度的差異(P＜0.05)，小料投料口處的粉塵濃度分別與大料投料口、打包口和廠內(nèi)工作場(chǎng)所3處的粉塵濃度存在顯著差異。微電腦粉塵儀的讀數(shù)值與濾膜稱重測(cè)塵法所測(cè)粉塵濃度表現(xiàn)出相同趨勢(shì)。濾膜法所測(cè)粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)差較大，因受限于該方法的測(cè)試時(shí)間和測(cè)試條件，可能與測(cè)試次數(shù)過(guò)少有關(guān)。微電腦粉塵儀讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差次之，可能是由于人工投料方式操作不連續(xù)導(dǎo)致的粉塵濃度波動(dòng)。

經(jīng)計(jì)算，預(yù)混料廠的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K的范圍在0.182～0.292之間，大料投料口、小料投料口、打包口和廠內(nèi)工作環(huán)境4處測(cè)塵點(diǎn)的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值分別為0.292、0.249、0.182和0.194。

2.2 兩種測(cè)塵方法比較分析

使用微電腦粉塵儀測(cè)塵法預(yù)置確定的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值，就可以實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地測(cè)量預(yù)混料廠粉塵濃度。在預(yù)混料廠B大料投料口、小料投料口、打包口和廠內(nèi)工作場(chǎng)所4處測(cè)塵點(diǎn)分別預(yù)置質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K為0.292、0.249、0.182和0.194。用微電腦粉塵儀測(cè)塵法測(cè)量各測(cè)塵點(diǎn)的粉塵濃度，預(yù)置K值后的微電腦粉塵儀讀數(shù)即為所測(cè)粉塵濃度。同時(shí)，使用濾膜稱重測(cè)塵法測(cè)量4處測(cè)塵點(diǎn)粉塵濃度，比較兩種粉塵濃度測(cè)量方法所測(cè)濃度值，分析兩種測(cè)量方法的差異性，測(cè)量結(jié)果如表2所示。

圖3 預(yù)混料生產(chǎn)工藝流程及測(cè)塵點(diǎn)分布[13]

表1 預(yù)混料廠A粉塵濃度及K值

直觀上看，在同一測(cè)塵點(diǎn)，濾膜法與微電腦法所測(cè)粉塵濃度差值較小，兩種方法的均值差在0.040～0.186 mg/m3之間，其中在小料投料口處最大為0.186 mg/m3；兩種方法的測(cè)量誤差在0.8%～8.0%之間，均低于10%。對(duì)兩種方法所測(cè)濃度值進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，在同一測(cè)塵點(diǎn)處，濾膜稱重測(cè)塵法與微電腦粉塵儀測(cè)塵法所測(cè)粉塵濃度無(wú)顯著差異(P＞0.05)。

表2 兩種粉塵濃度測(cè)量方法比較

由t檢驗(yàn)分析結(jié)果可知，在質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K正確預(yù)置的條件下，可以用微電腦粉塵儀測(cè)塵法代替濾膜稱重測(cè)塵法測(cè)量預(yù)混料廠粉塵濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)混料廠粉塵濃度的在線測(cè)量。用微電腦粉塵儀測(cè)塵法在預(yù)混料廠測(cè)量粉塵濃度時(shí)，將大料投料口、小料投料口、打包口和廠內(nèi)工作場(chǎng)所4處測(cè)塵點(diǎn)的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K分別預(yù)置為0.292、0.249、0.182和0.194是有效的。

2.3 預(yù)混料廠粉塵濃度分布分析

要想實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)混料廠粉塵的精準(zhǔn)控制，弄清預(yù)混料生產(chǎn)過(guò)程中可能產(chǎn)生粉塵點(diǎn)的粉塵濃度分布尤為重要。圖4、圖5為A、B兩廠4處測(cè)塵點(diǎn)的粉塵濃度分布情況。

圖4 預(yù)混料廠A粉塵濃度分布

圖5 預(yù)混料廠B粉塵濃度分布

預(yù)混料廠A不同測(cè)塵點(diǎn)處的粉塵濃度表現(xiàn)出一定程度差異(P＜0.05)，小料投料口處的粉塵濃度要顯著高于其他3處測(cè)塵點(diǎn)的粉塵濃度，這是由于小料投料口處添加的維生素、礦物質(zhì)等原料粒度細(xì)、易揚(yáng)塵的特點(diǎn)造成的。飼料廠作業(yè)區(qū)的粉塵允許濃度采用4 mg/m3較為合理。預(yù)混料廠A除小料投料口處的粉塵濃度稍高于4 mg/m3外，其余各處粉塵濃度均較低，可見其在粉塵濃度控制方面表現(xiàn)出優(yōu)越性。

在預(yù)混料廠B中，使用濾膜稱重測(cè)塵法對(duì)粉塵濃度測(cè)量時(shí)，測(cè)塵點(diǎn)的選取對(duì)粉塵濃度有顯著影響(P＜0.05)；使用微電腦粉塵儀測(cè)塵法測(cè)量時(shí)，不同測(cè)塵點(diǎn)處的粉塵濃度存在不同差異(P＜0.05)。大料投料口和小料投料口處的粉塵濃度要顯著高于打包口和廠內(nèi)工作場(chǎng)所處的粉塵濃度。鑒于不同測(cè)塵點(diǎn)的粉塵濃度有顯著差異，因此，在粉塵控制方面，應(yīng)采用單點(diǎn)除塵和獨(dú)立風(fēng)網(wǎng)方式對(duì)不同粉塵發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行除塵，以提高除塵效率。

粉塵濃度測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差普遍較大，一方面是因?yàn)闉V膜稱重測(cè)塵法的測(cè)量次數(shù)過(guò)少，另一方面是因?yàn)槿斯ね读戏绞降牟僮鞑贿B續(xù)、投料位置和角度等受人為因素影響。因此，加強(qiáng)對(duì)人工操作的規(guī)范，在一定程度上也能達(dá)到對(duì)預(yù)混料廠粉塵控制的效果。

3 結(jié)論

①濾膜稱重測(cè)塵法和便攜式微電腦粉塵儀測(cè)塵法均可對(duì)預(yù)混料廠粉塵濃度進(jìn)行測(cè)量，且兩種方法測(cè)量值無(wú)顯著差異。濾膜稱重測(cè)塵法是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定的方法，便攜式微電腦粉塵儀測(cè)塵法可快速、準(zhǔn)確、在線測(cè)量粉塵濃度。

②預(yù)混料廠的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值范圍為0.182～0.292，大料投料口、小料投料口、打包口和廠內(nèi)工作場(chǎng)所的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值分別為0.292、0.249、0.182和0.194。

③預(yù)混料廠不同測(cè)塵點(diǎn)處的粉塵濃度之間存在顯著差異，小料投料口處的粉塵濃度通常高于其他粉塵發(fā)生點(diǎn)處的粉塵濃度。因此，在粉塵控制方面，可采用單點(diǎn)除塵和獨(dú)立風(fēng)網(wǎng)方式對(duì)不同粉塵發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行除塵，并加強(qiáng)對(duì)投料過(guò)程中人工操作的規(guī)范，以提高除塵效率。