彭霖，劉小真,b，楊明生

(南昌大學(xué)a.資源環(huán)境與化工學(xué)院，江西 南昌 330031;b.鄱陽(yáng)湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330031)

中國(guó)水泥混凝土年產(chǎn)量已連續(xù)多年超過(guò)世界混凝土年產(chǎn)量的50%，位居世界第1位[1-2]。水泥制造業(yè)屬于職業(yè)病危害風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重的行業(yè)[3-7]，水泥包裝間產(chǎn)塵是一個(gè)動(dòng)態(tài)產(chǎn)塵過(guò)程，水泥包裝系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)存在粉塵污染問(wèn)題[8-11]，引起塵肺，危害人體健康[12]。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)水泥塵肺病例不斷增加，部分地區(qū)水泥塵肺的新發(fā)病例數(shù)很多,水泥塵肺屬于硅酸鹽類塵肺[13-15]。塵肺病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前沒(méi)有有效的治療方法[16-17]，且水泥塵肺的病死率可高達(dá)28.6%[18]。要預(yù)防塵肺病的發(fā)生必須減少作業(yè)環(huán)境的粉塵污染。脈沖袋式收塵器具有設(shè)備故障率低，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)費(fèi)用低，除塵效率高的特點(diǎn)[19]。白元[20]通過(guò)分析水泥包裝車間通風(fēng)除塵效果不理想問(wèn)題，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)改造。通過(guò)對(duì)集塵點(diǎn)的改造、反吹風(fēng)壓控制等措施[21]，或基于數(shù)值模擬對(duì)袋式除塵器清灰性能進(jìn)行分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，來(lái)解決除塵效果差的問(wèn)題[22-23]。

當(dāng)前，對(duì)水泥廠包裝車間袋式除塵器安裝前后空氣粉塵和工作人員接觸粉塵質(zhì)量濃度對(duì)比研究的案例較少?；诖?，本文探究袋式除塵器在水泥廠的應(yīng)用效果。通過(guò)對(duì)包裝車間工作區(qū)域布點(diǎn)采樣，來(lái)探究各區(qū)域粉塵污染狀況，為水泥廠今后的除塵研究及粉塵的污染控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)的選擇

NC水泥廠目前建有110萬(wàn)噸水泥配置線和年生產(chǎn)40萬(wàn)m3混凝土生產(chǎn)線。主導(dǎo)產(chǎn)品為PC42.5、PO42.5、PO52.2、PII52.2等高標(biāo)號(hào)水泥和商品混凝土。袋裝水泥在經(jīng)水泥包裝區(qū)完成包裝后，經(jīng)皮帶運(yùn)輸至裝車區(qū)，最后經(jīng)裝包工搬至運(yùn)輸車上。對(duì)NC水泥廠粉塵重點(diǎn)污染區(qū)域包裝區(qū)、裝車區(qū)及皮帶輸送區(qū)等進(jìn)行采樣，同時(shí)對(duì)各工作區(qū)域和工種進(jìn)行布點(diǎn)采樣，來(lái)探究各污染區(qū)域的污染狀況。采樣當(dāng)天溫度在24～28 ℃，風(fēng)速為1～2級(jí)。

1.2 樣品的采集

采用5臺(tái)CCZ5防爆個(gè)體粉塵采樣器和5臺(tái)GilAir-5廣用型高低流量采樣器，用STEL和TWA采樣法，對(duì)以上采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，包括空氣中總粉塵和呼吸性粉塵，作業(yè)人員個(gè)體接觸總粉塵和接觸性粉塵。

1.3 樣品的分析

采樣后，取出濾膜，將濾膜的接塵面朝里對(duì)折2次，置于清潔容器內(nèi)運(yùn)輸和保存。運(yùn)輸和保存過(guò)程中應(yīng)防止粉塵脫落或污染。稱量前，將采樣后的濾膜置于干燥器內(nèi)2 h以上，除靜電后，在十萬(wàn)分之一電子天平(型號(hào)MS105DU)上準(zhǔn)確稱量，記錄濾膜和粉塵的質(zhì)量m2。

按式(1)計(jì)算空氣中總粉塵的質(zhì)量濃度：

C=1 000×(m2-m1)/V·t

(1)

式中：C為空氣中總粉塵的質(zhì)量濃度，mg·m-3；m2為采樣后濾膜質(zhì)量，mg；m1為采樣前濾膜質(zhì)量，mg；V為采樣流量，L·min-1；t為采樣時(shí)間，min。

數(shù)據(jù)分析借助SPSS15統(tǒng)計(jì)軟件分析，相關(guān)圖表制作在Origin2016中完成，袋式除塵器三維圖是根據(jù)袋裝車間內(nèi)部布局及其相關(guān)尺寸大小，利用Gambit軟件按照原型1：1比例進(jìn)行三維建模。

1.4 改裝后的袋式除塵器

本實(shí)驗(yàn)在水泥傳統(tǒng)袋式除塵器內(nèi)部合理布置導(dǎo)流板并設(shè)計(jì)合理的角度，通過(guò)改善粉塵容器內(nèi)的空氣流動(dòng)，增加顆粒的慣性效應(yīng)，有效提高現(xiàn)有百葉除塵器的顆粒收集效率。袋式除塵器的中箱體長(zhǎng)7.5 m、寬2.5 m、高3 m，箱體內(nèi)錯(cuò)位排列著直徑為130 mm、高2 100 mm的圓柱形濾袋，中箱體下方是2個(gè)并列排列的長(zhǎng)3 m、寬2.5 m、高2.4 m的灰斗。袋式除塵器三維圖如圖1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 包裝區(qū)粉塵質(zhì)量濃度

為了探究袋式除塵器的應(yīng)用效果及包裝區(qū)粉塵污染分布特征，對(duì)包裝區(qū)定點(diǎn)進(jìn)行15 min短時(shí)間布點(diǎn)采樣，計(jì)算CSTEL。同時(shí)，根據(jù)工人作業(yè)生產(chǎn)班內(nèi)的作業(yè)強(qiáng)度和周期，對(duì)包裝工進(jìn)行個(gè)體采樣，計(jì)算CTWA。包裝區(qū)粉塵質(zhì)量濃度見(jiàn)圖2所示，安裝除塵器前后的粉塵平均質(zhì)量濃度見(jiàn)表1。

由圖2可知，安裝除塵器前，定點(diǎn)粉塵質(zhì)量濃度采樣中，包裝車間包裝區(qū)4個(gè)定點(diǎn)總塵質(zhì)量濃度范圍為11.94～14.64 mg·m-3，超標(biāo)倍數(shù)為2.99～3.66倍(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總塵質(zhì)量濃度≤4 mg·m-3，現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)采樣評(píng)價(jià)總塵質(zhì)量濃度2倍以內(nèi)算合格)，粉塵質(zhì)量濃度平均降低率為84.18%(4個(gè)定點(diǎn)粉塵降低率取平均值)。呼塵質(zhì)量濃度范圍為5.17～6.87mg·m-3，超標(biāo)倍數(shù)為3.45～4.58倍(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)呼塵質(zhì)量濃度≤1.5 mg·m-3，現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)采樣評(píng)價(jià)質(zhì)量濃度2倍以內(nèi)算合格)，粉塵質(zhì)量濃度平均降低率為83.04%。而在個(gè)體粉塵采樣中，個(gè)體接觸總塵質(zhì)量濃度為7.58～9.58 mg·m-3，超標(biāo)1.90～2.40倍(個(gè)體采樣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)總塵質(zhì)量濃度≤4 mg·m-3)，粉塵質(zhì)量濃度平均降低率為84.00%。個(gè)體接觸呼塵質(zhì)量濃度范圍為2.47～3.63 mg·m-3，超標(biāo)1.65～2.40倍(個(gè)體采樣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)呼塵質(zhì)量濃度≤1.5 mg·m-3)，粉塵質(zhì)量濃度平均降低率為82.64%。

表1 包裝區(qū)除塵器安裝前后粉塵平均質(zhì)量濃度Tab.1 Average dust mass concentrations before and after installing the dust collector in the packing area

安裝除塵器后，定點(diǎn)總塵、定點(diǎn)呼塵、個(gè)體接觸總塵、個(gè)體接觸呼塵質(zhì)量濃度最大值分別為2.34、1.28、1.46、0.57 mg·m-3，空氣中粉塵和個(gè)體接觸粉塵質(zhì)量濃度均有了很大的改善，安裝除塵器后粉塵質(zhì)量濃度均符合國(guó)家限定標(biāo)準(zhǔn)，粉塵質(zhì)量濃度降低率在83.50%左右，除塵效果較好。

對(duì)粉塵的二氧化硅含量進(jìn)行檢測(cè)分析，粉塵的二氧化硅含量為7.8%，定性為水泥粉塵。對(duì)安裝除塵器前后的粉塵污染特征進(jìn)行分析，安裝除塵器前，空氣中粉塵排放方式為無(wú)組織排放。安裝除塵器后，空氣中的粉塵排放方式為有組織排放。

2.2 皮帶輸送區(qū)粉塵質(zhì)量濃度

為了探究水泥廠包裝車間皮帶輸送區(qū)粉塵污染狀況，對(duì)皮帶輸送區(qū)的輸送帶頭部、輸送帶拐點(diǎn)、輸送帶尾部進(jìn)行粉塵采樣。由于巡檢工活動(dòng)區(qū)域不僅為皮帶輸送區(qū)，故對(duì)皮帶輸送區(qū)巡檢工進(jìn)行個(gè)體采樣無(wú)法分析出皮帶輸送區(qū)個(gè)體接觸粉塵質(zhì)量濃度情況。在此，僅對(duì)安裝袋式除塵器前后的皮帶輸送區(qū)的定點(diǎn)粉塵質(zhì)量濃度進(jìn)行采樣，結(jié)果如圖3、圖4所示。

由圖3可知，輸送帶頭部總塵平均質(zhì)量濃度為4.77 mg·m-3，呼塵平均質(zhì)量濃度為1.74 mg·m-3；輸送帶拐點(diǎn)總塵平均質(zhì)量濃度為8.15 mg·m-3，呼塵平均質(zhì)量濃度為2.91 mg·m-3；而輸送帶尾部總塵平均質(zhì)量濃度為6.06 mg·m-3，呼塵平均質(zhì)量濃度為2.07 mg·m-3。

由圖4可知，安裝除塵器后皮帶輸送區(qū)總塵和呼塵質(zhì)量濃度同樣表現(xiàn)為輸送帶拐點(diǎn)>輸送帶尾部>輸送帶頭部。對(duì)比圖3，安裝除塵器后，輸送帶頭部的總塵平均質(zhì)量濃度為0.71 mg·m-3，除塵率為85.12%；呼塵平均質(zhì)量濃度為0.39 mg·m-3，除塵率為77.59%。輸送帶拐點(diǎn)的總塵平均質(zhì)量濃度為1.22 mg·m-3，除塵率為85.05%；呼塵平均質(zhì)量濃度為0.69 mg·m-3，除塵率為66.67%。輸送帶尾部的總塵平均質(zhì)量濃度為1.11 mg·m-3，除塵率為81.68%，呼塵平均質(zhì)量濃度為0.42 mg·m-3，除塵率為79.71%。整個(gè)皮帶輸送區(qū)總塵平均除塵率為83.95%，呼塵平均除塵率為74.66%。可見(jiàn)，除塵器安裝后，皮帶輸送區(qū)各點(diǎn)位的平均除塵率在80%左右。

無(wú)論是總塵還是呼塵，粉塵質(zhì)量濃度均表現(xiàn)為輸送帶拐點(diǎn)>輸送帶尾部>輸送帶頭部。輸送帶拐點(diǎn)濃度明顯高于輸送帶尾部和輸送帶頭部。原因可能為水泥包裝袋在經(jīng)過(guò)輸送帶拐點(diǎn)時(shí)，發(fā)生翻滾或者碰撞，使得水泥包裝袋表面和底部的粉塵擴(kuò)散到空氣中，造成輸送帶拐點(diǎn)聚集了大量的水泥揚(yáng)塵，使得該區(qū)域的粉塵質(zhì)量濃度明顯高于兩端區(qū)域。水泥包裝袋上方的揚(yáng)塵一部分因輸送帶運(yùn)動(dòng)產(chǎn)風(fēng)的作用隨著水泥包裝袋運(yùn)送至輸送帶尾部，從而造成輸送帶尾部的粉塵質(zhì)量濃度高于輸送帶頭部。

2.3 裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度

對(duì)裝車區(qū)定點(diǎn)進(jìn)行15 min短時(shí)間布點(diǎn)采樣，計(jì)算CSTEL。同時(shí)，根據(jù)工人作業(yè)生產(chǎn)班內(nèi)的作業(yè)強(qiáng)度和周期，對(duì)裝車工進(jìn)行個(gè)體采樣，計(jì)算CTWA。裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度見(jiàn)圖5所示。

由圖5可知，除塵器安裝前，定點(diǎn)粉塵質(zhì)量濃度采樣中，包裝車間裝車區(qū)4個(gè)定點(diǎn)總塵質(zhì)量濃度范圍為13.73 ～17.42 mg·m-3，超標(biāo)倍數(shù)為3.43～4.36倍。粉塵質(zhì)量濃度平均降低率為83.79%。呼塵質(zhì)量濃度范圍為5.74～7.61 mg·m-3，超標(biāo)倍數(shù)為3.83～5.07倍，粉塵質(zhì)量濃度平均降低率為84.38%。而在個(gè)體粉塵采樣中，個(gè)體接觸總塵質(zhì)量濃度為7.59～9.54 mg·m-3，超標(biāo)1.90～2.39倍，粉塵質(zhì)量濃度平均降低率為85.62%。個(gè)體接觸呼塵質(zhì)量濃度范圍為3.57～4.38 mg·m-3，超標(biāo)2.38～2.92倍，粉塵質(zhì)量濃度平均降低率為83.77%。

除塵器安裝后，定點(diǎn)總塵、定點(diǎn)呼塵、個(gè)體接觸總塵、個(gè)體接觸呼塵質(zhì)量濃度最大值分別為3.14、1.37、1.35、0.71 mg·m-3，空氣中粉塵和個(gè)體接觸粉塵質(zhì)量濃度均有了明顯的降低，除塵器安裝后粉塵質(zhì)量濃度均符合國(guó)家限定標(biāo)準(zhǔn)，粉塵質(zhì)量濃度降低率在84.39%左右，除塵效果較好。

2.4 除塵器安裝前后包裝車間粉塵質(zhì)量濃度分布特征

對(duì)水泥包裝車間的包裝區(qū)、皮帶輸送區(qū)的輸送帶頭部、輸送帶拐點(diǎn)、輸送帶尾部、裝車區(qū)安裝除塵器前后的定點(diǎn)總塵和呼塵質(zhì)量濃度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如6、圖7所示。

由圖可知，除塵器安裝前包裝車間各區(qū)域總塵平均質(zhì)量濃度分別為12.36、4.77、8.13、6.06、15.53 mg·m-3，包裝車間呼塵平均質(zhì)量濃度依次為5.36、1.74、2.91、2.07、6.78 mg·m-3，粉塵質(zhì)量濃度表現(xiàn)特征均為裝車區(qū)>包裝區(qū)>輸送帶拐點(diǎn)>輸送帶尾部>輸送帶頭部。

除塵器安裝后包裝車間總塵平均質(zhì)量濃度依次為2.19、0.71、1.22、1.11、2.82 mg·m-3，包裝車間呼塵平均質(zhì)量濃度依次為0.93、0.39、0.69、0.42、1.26 mg·m-3，粉塵質(zhì)量濃度表現(xiàn)特征均為裝車區(qū)>包裝區(qū)>輸送帶拐點(diǎn)>輸送帶尾部>輸送帶頭部。包裝車間各區(qū)域的總塵和呼塵質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)大致相同。

總之，對(duì)比包裝車間安裝袋式除塵器前后的粉塵質(zhì)量濃度，整體特征表現(xiàn)為裝車區(qū)>包裝區(qū)>輸送帶拐點(diǎn)>輸送帶尾部>輸送帶頭部。

2.5 包裝車間不同生產(chǎn)力下粉塵質(zhì)量濃度比較

對(duì)包裝車間不同生產(chǎn)力的包裝區(qū)和裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)，探究包裝區(qū)和裝車區(qū)的粉塵質(zhì)量濃度變化特征。通過(guò)對(duì)比包裝區(qū)和裝車區(qū)粉塵變化特征，來(lái)探究生產(chǎn)力對(duì)包裝區(qū)和裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度的影響。不同生產(chǎn)力的包裝區(qū)和裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度變化見(jiàn)表2所示。

表2 不同生產(chǎn)力下各區(qū)域粉塵質(zhì)量濃度分析Tab.2 Analysis of dust mass concentrations in various regions under different productivity

對(duì)于包裝區(qū)而言，當(dāng)加大生產(chǎn)力至1.5倍時(shí)，空氣中定點(diǎn)、個(gè)體采樣的總塵和呼吸性粉塵質(zhì)量濃度增大倍數(shù)在1.23～1.40倍之間，增大倍數(shù)相對(duì)較小。而裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度增大倍數(shù)在1.75～2.04倍之間。可以看出，加大生產(chǎn)力對(duì)裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度的影響要大于包裝區(qū)。原因可能是加大工作量時(shí)，裝車工搬包過(guò)程中很難一直保持輕拿輕放，使得水泥袋的劇烈碰撞產(chǎn)生更多的揚(yáng)塵，使得裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度明顯增加。

3 結(jié)論

1) 安裝袋式除塵器前，包裝車間各區(qū)域粉塵超標(biāo)嚴(yán)重。安裝除塵器后，各區(qū)域粉塵質(zhì)量濃度平均降低80%～85%，粉塵降低效果明顯，各區(qū)域粉塵質(zhì)量濃度均為合格。

2) 皮帶輸送區(qū)的粉塵質(zhì)量濃度特征表現(xiàn)為輸送帶拐點(diǎn)>輸送帶尾部>輸送帶頭部，原因是袋裝水泥在經(jīng)過(guò)輸送帶拐點(diǎn)時(shí)，發(fā)生翻滾或碰撞，使水泥袋表面的粉塵擴(kuò)散到空氣中產(chǎn)生揚(yáng)塵，使得輸送帶拐點(diǎn)粉塵質(zhì)量濃度高于兩端。

3) 包裝車間各區(qū)域粉塵質(zhì)量濃度特征表現(xiàn)為裝車區(qū)>包裝區(qū)>輸送帶拐點(diǎn)>輸送帶尾部>輸送帶頭部。

4) 當(dāng)生產(chǎn)力變?yōu)樵瓉?lái)的1.5倍時(shí)，包裝區(qū)空氣中定點(diǎn)和個(gè)體接觸總塵和呼吸性粉塵質(zhì)量濃度增大倍數(shù)在1.23～1.40倍之間，增大倍數(shù)相對(duì)較小，而裝車區(qū)粉塵質(zhì)量濃度增大倍數(shù)在1.75～2.04倍之間，增大倍數(shù)相對(duì)較大。