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(lèi)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(chē)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(chē)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(chē)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(xiàn)和年生產(chǎn)40萬(wàn)m3混凝土生產(chǎn)線(xiàn)。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(chē)區(qū)，最后經(jīng)裝包工搬至運(yùn)輸車(chē)上。對(duì)NC水泥廠粉塵重點(diǎn)污染區(qū)域包裝區(qū)、裝車(chē)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(chēng)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(chēng)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(chē)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(chē)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?xún)?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?xún)?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(chē)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%?？梢?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(chē)區(qū)粉塵質(zhì)量濃度

對(duì)裝車(chē)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(chē)工進(jìn)行個(gè)體采樣，計(jì)算CTWA。裝車(chē)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(chē)間裝車(chē)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(chē)間粉塵質(zhì)量濃度分布特征

對(duì)水泥包裝車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)間不同生產(chǎn)力下粉塵質(zhì)量濃度比較

對(duì)包裝車(chē)間不同生產(chǎn)力的包裝區(qū)和裝車(chē)區(qū)粉塵質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)，探究包裝區(qū)和裝車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)區(qū)粉塵質(zhì)量濃度增大倍數(shù)在1.75～2.04倍之間?？梢钥闯?，加大生產(chǎn)力對(duì)裝車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)間各區(qū)域粉塵質(zhì)量濃度特征表現(xiàn)為裝車(chē)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(chē)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。