建筑用材對白酒安全生產影響研究

楊基智，唐 亞，劉本洪 *，楊齊壽，趙曦琳，徐致和，李尚科，邱艷君，何明聯

（1.四川大學建筑與環境學院，四川 成都 610065；2.四川大學 制造科學與工程學院，四川 成都 610065；3.瀘州中環環境檢測有限公司，四川 瀘州 646000）

濃香型白酒是在開放的環境中生產的。在釀酒車間，經過發酵的酒醅在起糟、運輸、潤糧、拌糠、攤涼和入窖的過程中借助人工作業活動，必然與空氣、水、曲藥中和機具上的微生物接觸，人工作業效率、微生物的活動和功能都可能直接或間接地影響糟醅出酒的品質。

周群英等[1]研究表明，Pb、Hg等重金屬及其化合物具有很強的毒性，釀酒中的多數微生物對高濃度的重金屬沒有耐受能力，易于代謝終止或死亡，人體對重金屬的耐受能力也很有限，高毒性的Hg、Cd等重金屬在人體內積累易于危害人體健康，著名的水俁病和骨痛病就是由Hg、Cd污染引發的中毒事故[2]。因此，重金屬直接或間接影響釀酒車間環境的微生物區系和人員健康，影響白酒生產過程的安全性。陳華癸等[3]研究表明，χ射線和226Ra、232Th等放射性物質釋放的γ射線是波長短、能量高的電磁波，在高劑量條件下對微生物有致死作用，導致細胞病理變化，殺菌力顯著，并且，人體對射線的照射也較為敏感，在一個劑量強度的α射線照射下就會死亡[1]。因此，放射性核素釋放的γ射線和電離產生的χ射線通過照射對微生物和人體產生持續的抑制作用，加上太陽光紫外線照射的殺菌作用[4]，將共同影響白酒生產過程的安全性或降低糖類有機物質的發酵效率。所以，釀酒車間工人的健康、釀酒微生物的生長和繁殖與車間空氣環境的重金屬含量及放射性水平密切相關，生產環境因素的控制是白酒安全生產的關鍵環節[5]。

建筑用材是車間建筑結構的構成主體，機具用材是糧醅運輸、攤涼和拌合的主體，材料的重金屬及放射性核素含量的高低不僅影響車間局部空氣環境的污染水平，而且受污染的氣體在流動或擴散過程中，可能影響或改變車間全局的空氣環境質量，進而影響空氣環境中的微生物生長發育和車間作業人員身體健康。因此，建筑和機具用材的屬性或條件對車間空氣環境、作業人員身體健康和微生物的棲息和活動有影響。對40多個濃香型白酒企業釀酒車間建材和機具選用情況的現場調查和已有的研究[6]可知，車間墻體多選用普通混凝土、黏土紅磚、灰砂磚，屋頂選用小青瓦、水泥瓦、聚氯乙烯波紋瓦、石棉水泥波瓦或輕質隔熱夾芯板，地面選用青石板或水泥板，橫梁與支架選用工字鋼或木板，攤涼板、手推車或行車抓斗選用不銹鋼。不同類別或不同屬性的材料在車間對應位置的組合而營造的車間建筑環境是否對白酒安全生產構成現實或潛在的風險尚不清楚，也尚未見相關報道。因此，通過測定廣泛用于釀酒車間建設的不銹鋼、陶質釉面磚、輕質隔熱夾芯板等建筑用材或機具用材的重金屬含量、放射性核素含量、χ-γ輻射劑量率等，結合釀酒車間“安全生態、達標減排”的環境質量要求，探討對白酒生產過程安全性有重要影響的建材因子，提出車間對應位置需選用的建材建議，為釀酒車間選用安全建材提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗材料為在釀酒企業車間廣泛使用的木板、竹板、輕質隔熱夾芯板、聚氯乙烯波紋瓦、聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）板、普通混凝土、水泥瓦、石棉水泥波瓦、青石板、黏土紅磚、灰砂磚、陶質釉面磚、小青瓦、工字鋼、不銹鋼15種材料，每種材料樣品從四川省成都市及周邊建材或機具廠家的成品上采用5點法隨機取樣而得。

無水四硼酸鈉（分析純）：成都科龍化工試劑廠；溴化鋰（分析純）：成都科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

ZDHX 5-9型烘箱：深圳中達電爐廠；RXG1400-20型高溫爐：江蘇恒力爐業有限公司；GP30-C3型高頻熔樣爐：株洲華陽高中頻設備公司；EDX-720型X射線熒光光譜儀：日本島津公司；BH1936B型低本底多道環境γ能譜儀：北京核儀器廠；GMX型高純鍺（high-purity germanium，HPGe）半導體γ射線探測器：美國奧泰克國際技術公司；HD-2005型便攜式χ-γ劑量率儀：核工業北京地質研究院儀器開發研究所。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

取每種材料樣品3.0 kg，經清洗、曬干后，在干燥器中經過24 h的狀態調節。取1.0 kg放入烘箱內在（105±5）℃烘制8 h，待試樣烘干至質量恒定，置于干燥器內冷卻至室溫，用粗碎機粉碎及研磨機研磨后過45 μm的方孔篩，放入標準測量盒內，供重金屬含量測試[7]。取1.0 kg試樣，用粗碎機粉碎及研磨機研磨后過80目的篩子，放入標準測量盒內，密封放置20 d以上，供放射性比活度測試[8-10]。取1.0 kg供χ-γ輻射劑量率測試。

1.3.2 重金屬含量的測定

每種材料樣品取300 g，分為3組，每組取100 g，在950 ℃高溫爐內灼燒試樣15 min，加入四硼酸鈉助熔劑和溴化鋰脫模劑后，在1 000～1 050 ℃高頻熔樣爐內熔解和脫模樣品，得到玻璃熔融片，使用X射線熒光光譜儀測定試樣中的鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、汞（Hg）等重金屬元素的譜線強度，按照X射線強度與相應重金屬元素含量的回歸方程，求得樣品的重金屬含量[7]。

1.3.3 放射性比活度的測定

放射性比活度也稱為比放射性，指放射源的放射性活度與其質量之比，即單位質量產品中所含某種核素的放射性活度。內照射指數是指在僅考慮內照射的情況下，建筑材料中天然放射性核素鐳-226的放射性比活度與國標GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》規定的鐳-226的比活度限量值（200）之比值[11]，用以表示建材所致公眾內照射劑量的相對程度。外照射指數是指在僅考慮外照射情況下，建筑材料中天然放射性核素鐳-226、釷-232和鉀-40的放射性比活度與國標GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》規定的鐳-226、釷-232和鉀-40在其各單獨存在時的比活度限量值（370、260、4 200）之比值的和[11]，是建材中天然放射性總活度的相對大小，用以表示建材所致公眾外照射劑量的相對程度。建筑材料的放射性水平大小按照國標GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》中對同位素釷（232Th）、鐳（226Ra）和鉀（40K）的放射性比活度及其內照射指數、外照射指數限量要求進行評價[11]。

每種樣品取300 g，分為3組，每組取100 g，按照國標GB/T 11713—1989《用半導體γ能譜儀分析低比活度γ放射性樣品的標準方法》中的測定方法[12]，使用經標準樣品標定過的低本底多道γ譜儀系統分析建材樣品的放射性水平。具體方法為利用γ譜儀系統中的高純鍺（HPGe）半導體γ射線探測器在覆蓋鉛屏蔽罩的有機玻璃容器內測試樣品，使用Gamma Vision-32（A66-B32）數據處理軟件分析得到的紫星云的吸收峰能譜圖[13]，采用解譜程序技術分解為單核素譜，分析在選定的特征γ射線能量條件下該核素的特征吸收峰計數率，采用核素全吸收峰探測效率計算公式分析樣品中232Th、226Ra和40K等核素的放射性活度[12]。放射性比活度、內照射指數、外照射指數的計算公式如下：

放射性比活度：C=A/m

式中：C表示放射性比活度，Bq/kg；A表示核素放射性活度，Bq；m表示物質的質量，kg。

內照射指數：IRa=CRa/200

式中：IRa表示內照射指數；CRa表示建筑材料中天然放射性核素鐳-226的放射性比活度，Bq/kg。

外照射指數：Ir=CRa/350+CTh/260+CK/4 200

式中：Ir表示外照射指數；CRa表示建筑材料中天然放射性核素鐳-226的放射性比活度，Bq/kg；CTh表示建筑材料中天然放射性核素釷-232的放射性比活度，Bq/kg；CK表示建筑材料中天然放射性核素鉀-40的放射性比活度，Bq/kg。

1.3.4χ-γ輻射劑量率的測定

χ-γ輻射劑量率是指單位時間內放射性核素的原子核內部釋放χ-γ射線而衰變形成穩定的原子核的輻射強度。每種樣品分為3組，每組取300 g，3次重復。按照國標GB/T 4835—2008《輻射防護用攜帶式χ-γ輻射劑量率儀和檢測儀》中的測定方法[14]，用便攜式χ-γ輻射劑量率儀測定樣品的四角和中心點，連續5次讀數，計算平均值，即為該樣品的χ-γ輻射劑量率。

2 結果與分析

2.1 重金屬含量

15種白酒生產車間建材中4種重金屬含量如表1所示。

表1 建材及機具用材的重金屬含量檢測結果Table 1 Determination results of heavy metal contents of 15 kinds of building and machine materials mg/kg

由表1可知，陶質釉面磚的Pb含量值最大，為520.95mg/kg；其次是小青瓦，為19.79 mg/kg；輕質隔熱夾芯板的Pb含量值未檢出；其他建材Pb含量值區間為1.09～19.73 mg/kg。

不銹鋼的Hg含量值最大，為60.16 mg/kg；其次是工字鋼和木板，Hg含量均為12.77 mg/kg；輕質隔熱夾芯板的Hg含量值最小，為1.60 mg/kg；其他建材中Hg含量值區間為1.87～5.78 mg/kg。

陶質釉面磚的Cr含量值最大，為751.44 mg/kg，其次是水泥瓦，為223.22 mg/kg；聚氯乙烯波紋瓦的Cr含量值最小，為23.87 mg/kg；其他建材中Cr含量值區間為25.36～213.11 mg/kg。

PVC板的Cd含量值最大，為137.65 mg/kg；其次是工字鋼和聚氯乙烯波紋瓦，分別為128.47 mg/kg、126.83 mg/kg；竹板的Cd含量值最小，為21.04 mg/kg；其他建材中Cd含量值區間為24.52～83.07 mg/kg。

研究結果表明，陶質釉面磚的Pb和Cr含量較高，不銹鋼的Hg含量較高，PVC板的Cd含量較高，并且超過了國家相關標準中對重金屬元素最大限量（Pb＜90 mg/kg，Cd＜75 mg/kg，Cr＜60 mg/kg，Hg＜60 mg/kg）的要求[15]，因此，陶質釉面磚、PVC板等新型材料在車間對應位置的選用對車間空氣環境的重金屬污染潛在風險較大，對車間環境微生物的生長代謝和白酒安全生產可能有一定的影響。因此，需要減少對這些材料的選用或采取相關預防措施，降低他們對車間環境質量的不利影響。盡可能選用重金屬含量相對較低的天然傳統材料，以降低車間空氣環境重金屬污染事故發生的可能性，保障車間人員的身體健康，保持微生物穩定的生長發育。

2.2 放射性核素含量

15種白酒車間建材的放射性比活度、內照射指數和外照射指數測定結果如表2所示。

表2 建材及機具用材放射性核素含量檢測結果Table 2 Determination results of radionuclide contents of building and machine materials

由表2可知，輕質隔熱夾芯板的放射性核素226Ra比活度（CRa）最大，為122.55 Bq/kg；其次是不銹鋼，為83.04 Bq/kg；普通混凝土最小，為20.78 Bq/kg；其他建材的226Ra比活度（CRa）區間為22.78～61.93 Bq/kg。

輕質隔熱夾芯板的放射性核素232Th比活度（CTh）最大，為21.61 Bq/kg；其次是PVC板、工字鋼和聚氯乙烯波紋瓦，分別為17.94 Bq/kg、17.28 Bq/kg、16.89 Bq/kg；普通混凝土的232Th比活度（CTh）最小，為0.88 Bq/kg；其他建材的放射性核素232Th比活度區間為1.26～11.34 Bq/kg。

小青瓦和陶質釉面磚的放射性核素40K比活度（CK）最大，均為3.77 Bq/kg；其次是普通混凝土，為3.05 Bq/kg；PVC板的放射性核素40K比活度（CK）未測出；其他建材的放射性核素40K比活度（CK）區間為0.02～2.96 Bq/kg，PVC板的CK未測出。

輕質隔熱夾芯板的外照射指數（Ir）最大，為0.43；其次是不銹鋼，為0.28；普通混凝土最小，為0.06；其他建材的外照射指數（Ir）區間為0.08～0.24。輕質隔熱夾芯板的內照射指數（IRa）最大，為0.61；其次是不銹鋼，為0.42；普通混凝土最小，為0.10；其他建材的內照射指數區間（IRa）為0.11～0.31。

研究結果表明，15種建材的內照射指數（IRa）和外照射指數（Ir）均符合國家相關標準規定的建筑主體材料天然放射性核素鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性比活度滿足IRa≤1.0及Ir≤1.0的限量要求[11]。因此，總體上判定15種建材對釀酒車間環境的放射性污染風險較小。但對不同建材的放射性水平進行比較可得到：輕質隔熱夾芯板的放射性水平最高，其226Ra比活度、232Th比活度、內照射指數及外照射指數分別比其他建材高39.51～101.77 Bq/kg、3.67～20.73 Bq/kg、0.19～0.51、0.15～0.37。陶質釉面磚和小青瓦的40K比活度比其他材料高0.72～3.77 Bq/kg。所以，以聚苯乙烯樹脂為合成主體的輕質隔熱夾芯板、陶質釉面磚及小青瓦，在一定條件下，有可能對車間環境造成放射性污染風險，進而影響白酒安全生產。因此，要適當減少對這種材料的選用或采取相關保護措施，降低其對釀酒車間環境的潛在污染風險。

2.3 χ-γ 射線輻射劑量率

15種白酒建材的χ-γ射線輻射劑量率測定結果如表3所示。

由表3可知，輕質隔熱夾芯板的χ-γ射線輻射劑量率最大，為0.24 μSv/h；其次是PVC板、工字鋼、聚氯乙烯波紋瓦，均為0.18 μSv/h；木板、竹板、青石板χ-γ射線輻射劑量率最小，均為0.13 μSv/h；其他建材的χ-γ射線輻射劑量率區間為0.14～0.17 μSv/h。

研究結果表明，輕質隔熱夾芯板中的天然放射性核素衰變釋放γ射線及電離輻射χ射線的能力很強，其χ-γ輻射劑量率比其他建材高0.06～0.11 μSv/h，并且超過了國家相關標準中對建筑材料表面釋放的γ射線照射劑量率≤0.2 μSv/h的限制要求[16]，因此，由輕質隔熱夾芯板等新型建材在釀酒車間衰變釋放χ-γ射線對人體和微生物體進行照射危害的風險性更高，對白酒安全生產的不利影響也更加明顯。

表3 建材及機χ-γ輻射劑量率檢測結果Table 3 Determination results of χ-γ radiation dose rate of building and machine materials

3 結論

結果表明，陶質釉面磚的Pb含量為520.95 mg/kg、Cr含量為751.44 mg/kg；不銹鋼的Hg含量60.16 mg/kg；PVC板的Cd含量值為137.65 mg/kg。超過了國家相關標準中相應重金屬元素的限量要求，這三類建材可能對車間環境存在一定的重金屬污染風險。

輕質隔熱夾芯板的放射性核素226Ra 比活度為122.55 Bq/kg、232Th比活度為21.61 Bq/kg，內照射指數為0.61、外照射指數為0.43，χ-γ輻射劑量率為0.24 μSv/h，超過了國標中對建筑材料表面釋放的γ射線照射劑量率≤0.2 μSv/h的限制要求，陶質釉面磚和小青瓦的40K比活度為3.77 Bq/kg。這三類建材放射性水平相對較高，有可能對車間環境造成放射性污染風險。

因此，新建車間或車間維修時，應兼顧控制陶質釉面磚、輕質隔熱夾芯板、不銹鋼、PVC板等建材對白酒安全生產的重金屬及放射性污染風險。建議選用水泥瓦、石棉水泥波瓦做屋頂，灰砂磚、粘土紅磚做墻體，青石板做地板，普通混凝土或水泥板做墻柱，天然生成木板做梁架，不銹鋼或竹板做攤涼板，不銹鋼做運糟車和蒸餾甑桶，不宜選用輕質隔熱夾芯板或陶質釉面磚做墻體或屋頂。同時，釀酒車間還應結合車間結構、朝向和空氣環境等因素，采取相關預防措施，以進一步降低車間環境的重金屬和放射性污染風險，為釀造白酒營造安全的車間建筑環境。

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