摘要:分析某企业的镍镉电池生产线原有通风排毒设施存在的问题,重新设计集气罩,调整排风口位置和风管布置,检验改造前后镉及其化合物的排毒效果。结果显示,改造前镉及其化合物浓度为0.071~0.311mg/m3,超标倍数均大于2.5,改造后各岗位镉及其化合物浓度均低于国家职业接触限值。提示,此次对镍镉电池生产线通风排毒设施的改造设计合理,效果明显,值得同行业借鉴、推广。
随着“痛痛病”证实是由镉慢性中毒引起,镉污染开始被世界各国重视:欧盟将镉列为高危有毒物质和可致癌物质;美国限制杀虫剂、饮用水、食用色素、工作环境中镉及其化合物的含量等。中国是世界最大的镉消费国和进口国,每年消费量超过12000t,其中70%用于生产镍镉电池[1]。而目前国内多数镍镉电池生产企业存在镉及其化合物超标现象:江门某镍镉电池生产企业作业场所空气中镉浓度合格率为33.3%[2];湖南某镍镉电池企业镉合格率仅为23.1%[3]。长期接触过量的镉及其化合物容易导致慢性肾脏疾病、骨质疏松症等疾病,其机制如下:镉通过消化道、呼吸道和皮肤等途径进入人体,主要在肝脏中诱导MT的合成并与之结合成镉金属硫蛋白(Cd-MT),经血液运输聚集在肾脏,进而造成肾功能异常、成骨过程和骨代谢的紊乱、神经系统破坏、高血压、胎盘不良发育、DNA修复障碍和免疫功能抑制等不良后果[4,5]。本研究以某企业的镍镉电池生产线为对象,对其原有通风排毒设施进行改造,控制镉源,防止发生职业病和职业禁忌证,保护工人健康。
1、对象和方法
1.1对象
以进行通风排毒系统改造的某镍镉电池生产企业年产5×107支镍镉电池生产线的镉及其化合物浓度超标的负极配料、负极制片和卷绕岗位为调查对象。
1.2方法
1.2.1职业卫生学调查法
调查内容主要包括企业概况、生产工艺流程、生产设备、原辅材料、作业人员、职业病危害因素检测、职业病防护设施、个体防护用品和职业健康检查情况等。
1.2.2检测检验法
选用FCC-25型防爆粉尘采样器按照采样规范的要求对各岗位镉及其化合物进行采样[6];采用TAS-990F原子吸收分光光度计按照职业卫生标准进行检测和样品分析[7]。
1.3统计学处理
应用Excel和SPSS22.0软件进行数据汇总和分析,采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2、结果
2.1基本情况
某镍镉电池生产企业于2010年成立,主要生产镍镉高温电池。生产规模为年产5×107支镍镉电池。
2.2原料
负极材料(氧化镉、海绵镉和石墨)和正极材料(氧化亚钴、氢氧化亚镍、泡沫镍)。
2.3主要生产工艺流程
正、负极配料→正、负极制片(包括拉浆、烘干、制片)→卷绕→组装→检测→包装。
2.4原有通风排毒设施分析
该企业的配料车间未设置通风排毒设施,制片车间将正、负极的制片布置在同一车间。为避免镍、镉等化合物的交叉污染和减少镉及其化合物的接毒人数,应将正极配料和负极配料、正极制片和负极制片分开布置。
该生产线主要产尘点为负极搅拌、负极拉浆、负极制片和卷绕,原通风排毒设施仅在拉浆区和切片区分别竖立两根圆形钢管与除尘器连接,钢管下端连接2m塑胶软管通至操作台前端,车间外设1台风量为36000m3/h的布袋除尘器,并设15m高的排气筒进行高空排放。可见原生产线的配料和卷绕工序的镉源未进行有效控制,且拉浆和切片工序未设置集气罩;风管入口采用软管可随意放置在操作台或地面,毒源未能得到有效控制。
制片车间采用自动化生产工艺,原料在各工序之间通过轨道输送过程中镉粉容易逸散至空气中,原通风排毒设施未对其进行设计。
2.5通风排毒设施改造设计
2.5.1排风罩的选择
局部排风罩的设计遵循型式适宜、位置正确、风量适中、强度足够、检修方便的原则[8]。局部排风罩设计方案见表1。根据AQ/T4274-2016《局部排风设施控制风速检测与评估规范》的要求,该项目密闭排风罩的控制风速应为0.4m/s,排风罩参数设计见表2。
表1某镍镉电池生产线毒源分布及排风措施
表2某镍镉电池生产线排风罩参数设计
注:为便于拉浆、分档和卷绕工序的操作,密闭罩采用玻璃钢,操作岗位设手孔并安装橡胶手套密闭。
2.5.2风量设计
搅拌机和制片生产线的通风排毒系统采用垂直、水平敷设的平衡式排毒系统,细粒粉尘排风管道风速不低于20m/s,管道直径不小于0.08m[9],因此选用管道风速为30m/s,直径为0.1m。经计算各风管的风量见表3。风量采用下式计算:
Q=14πd2nv
其中Q:排风口风量,m3/s;
d:风管直径,m;
n:排风罩数量,个;
v:罩口风速,m/s。
2.5.3除尘器选择
采用该企业原配备的布袋除尘器为PPC64-8型脉冲式布袋除尘器,处理风量为36000m3/h,过滤面积为496m2,除尘滤袋的数量为512条,设备阻力为1400Pa,出口含尘浓度为120g/Nm3,除尘效率为99.5%。
表3某镍镉电池生产线风管风量设计
2.5.4其他措施
极片在各区域之间的运输均采用密封式推车转运,可减少原料中镉在运输过程洒落。车间内还配备若干台移动式吸尘器,定期对车间进行除尘。所有员工均发放3M9001V型防尘口罩,口罩的阻尘率达到90%以上。
2.6检测结果分析
对负极搅拌、负极上浆、负极分档和卷绕岗位进行短时间采样,一个工作日分为8:00~11:00(时段1)、11:00~13:00(时段2)、13:00~16:00(时段3)。改造前各岗位镉及其化合物的短时间接触浓度在0.071~0.311mg/m3,均超出国家职业卫生接触限值,超标倍数在2.55~14.55;改造后各岗位3个时段的镉及其化合物浓度均低于国家职业接触限值;作业人员接触镉及其化合物的时间加权平均浓度均小于0.01mg/m3,符合职业卫生接触限值的要求;因此该通风排毒设施的设计合理,防护有效。改造前后镉及其化合物浓度对比见表4。
表4某镍镉电池生产线改造前后镉及其化合物浓度(mg/m3)
注:PC-STEL-短时间接触容许浓度。
2.7职业健康检查结果分析
该企业对351名作业人员进行了在岗期间职业健康检查,发现6名员工检出尿镉偏高,其中负极配料1人、负极拉浆1人、负极分档4人,均属于镉尘超标岗位。该生产线为新建项目,正式投产时间<1a,作业人员入职前未从事镍镉电池生产相关工作,在不采取补救措施的前提下镉及其化合物对员工健康的危害可能会更严重。
3、讨论
局部排风系统是最有效的一种通风方式,由局部排风罩、风管、净化系统和风机等组成,是一个整体,其目的是直接从污染源将污染物排除。导致局部排风系统排毒性能降低的因素主要有排风罩类型及位置、风量和风速大小、净化装置性能等。该企业采用软管捕集,缺乏明确的目的性,为风管、净化系统和风机等的选择带来困扰。现场检测结果显示,整改前负极配料、负极拉浆、负极分档、卷绕工序均超出职业卫生接触限值;而整改后采用同样的除尘器和风机,效果明显提升。因此企业应聘请专业的设计机构按照技术规范的要求进行设计,防止通风排毒设施设计的不合理导致企业费钱费力却达不到理想的效果。
镍镉电池正极材料均为粉状物料,各岗位操作和岗位间传递均可造成物料中的镉扩散,因此对整个生产工艺进行密闭,限制空气中镉的扩散范围为最理想的防护措施。空气中镉的密度比空气大,受重力作用向下沉降,下吸式排风方式顺应镉的运动方向为最佳选择。
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