茶叶精加工过程中粉尘问题的研究探讨

郑功宇，陈寿松,2，李丹，苏培凌

（1.福建农林大学园艺学院，福建福州 350002；2.福建农林大学茶叶研究所，福建福州 350002）

茶叶精加工过程中粉尘问题的研究探讨

郑功宇1，陈寿松1,2，李丹1，苏培凌1

（1.福建农林大学园艺学院，福建福州 350002；2.福建农林大学茶叶研究所，福建福州 350002）

综述了茶尘的定义与特性，以粉尘的形成机理和影响因素为基础，结合茶叶精加工过程的各个设备，详细分析了茶尘的形成和潜在危害，并提出以下建议：深入开展茶尘的物性研究，进行管道倾斜度、输送带速度、门窗等的合理设计；八字防控措施应根据实际情况有所取舍，重点从技术革新和通风除尘进行研究，特别是加工工艺的优化和除尘设备的革新；结合茶叶精加工过程，实现在线动态监测，匹配适宜的除尘设备；政府相关部门应及时配套有针对性的茶尘控制规范。为开展茶叶精加工过程茶尘的控制研究提供借鉴。

茶叶精加工，茶尘，危害，控制，研究

在煤炭、沙石、木材、粮食、烟草、药物等生产过程中，粉尘问题受到社会广泛重视，目前国内对于粉尘的研究也主要集中在这些领域。然而随着我国茶叶的产业化和规模化发展，在茶叶生产的卫生、安全、环保、操作规范等方面提出了更加严格的要求，因此在茶叶精加工过程中产生的茶尘的问题也受到更多的关注。本文概述了茶尘的定义和特性，以粉尘形成的机理和影响因素为基础，结合茶叶精加工过程中各机械设备特点，详细分析了茶尘的形成、潜在危害和防治措施，为有效解决茶叶精加工过程的茶尘问题做铺垫。

1 茶尘的概述

1.1 茶尘的定义与分类

茶尘是指茶叶在加工生产过程中形成的粉尘（根据国际标准化组织 （ISO）规定：粒径小于75μm的固体悬浮微粒被称为粉尘[1]。），属于生产性粉尘[2]。其形成主要来自茶叶初加工、精加工和再加工三个过程，以茶叶精加工过程形成的茶尘问题最为严重。茶叶在加工过程中需要与不同的加工设备发生摩擦等力的相互作用，例如精加工过程的筛盘、筛筒、风选机、拣梗机、辊切机、匀堆机等木制或金属材料设备。因此茶尘的组成成分不仅含有茶叶本身的植物性物质，还含有与其它材料的相互作用中新增的物质。即茶尘既属于植物性粉尘，又属于金属性粉尘或人工粉尘，是一种混合性粉尘。

粉尘微粒的大小用粒度来表示，又称为粒径（d）[2]。根据粉尘粒度的不同可以分为粗尘 （d> 40μm）、细尘（10＜d＜40μm）、微尘（0.25＜d＜10μm）和超微尘（d＜0.25μm）。李一鸣[3]在花茶、工夫红茶、红碎茶、乌龙茶的精制过程中进行茶尘试验，发现95%的尘粒在10μm以下；木文兵[4]对晒青茶、烘青茶、红茶、普洱茶等大叶种茶叶精制过程茶尘分散度的检测中发现，大叶茶种茶尘的分散度粒径分布很广，主要分布在20μm范围内；赵先明等[5]在茶叶精制车间茶尘数量的测定中发现，机械设备近旁的茶尘，10μm以上茶尘比重最高达43.66%，而距设备1.3m处，10μm以上茶尘比重最高达52.24%。因此可以看出，细尘的含量较多，其可与空气中的水分等其他杂质结合，形成肉眼可见的颗粒物质，而超过一半的茶尘属于微尘或超微尘。

1.2 茶尘的特性

茶尘是一种混合粉尘，因此其与粉尘一样具有休止角、滑动角、磨损性、吸附性、爆炸性、分散性、比电阻[6]和滞空性等物理化学性质。在李一鸣[3]进行的茶尘理化研究中发现：茶尘的休止角较大，而粉尘的休止角大主要与粉尘粒径小、表面粗糙和粘性大有关[7]，故茶尘应具有相互吸附力强、表面较粗糙、流动性差等特性；含水率高的茶尘滑动角小；茶尘比电阻的测定值不稳定，在9.0×1013～9.0×1014Ω·cm的范围内。茶尘的休止角和滑动角是设计料仓，进行旋风分离器、除尘器等设备的锥度选择，以及供排料装置倾斜度确定的主要依据[7]。

茶尘也是一种植物性粉尘，具有可燃性。因此必须严格控制其发生爆炸的三个必备条件[6-8]：一是茶尘的浓度在爆炸限内；二是在能量足够且具有一定温度的火源；三是要有充足的氧气。茶尘的分散度可用质量百分数或个数百分数来表示，故可分别称为质量分散度或计数分散度，但因质量分散度能比较直观地反映出不同粒度的茶尘对人体和除尘器性能的影响，所以在防尘技术中多采用质量分散度[6]。由于大部分茶尘是属于粒度小于10μm的固体微粒，其在重力和浮力共同作用下，能够较长时间在大气中漂浮，形成飘尘，或称为大气可吸入颗粒物（PM10）[9]，被人体吸入对呼吸系统、神经系统和心血管等会产生一定的影

响[10]。

2 茶叶精加工过程茶尘的形成与危害

2.1 茶叶精加工过程中茶尘的形成

粉尘的形成主要与Alfaro能量碰撞理论、物质的本身组成特点[11]和组成作用[12]、风力（能量）、形成的母质和环境因素[11,13]、自然力的作用、搬运过程的分选作用[11]等因素有关。因此，在茶叶精加工过程中茶尘的形成与毛茶原料、干燥、筛分、切扎、风选、捡剔等加工工序[14]密切相关。

2.1.1 毛茶原料

茶尘形成的母质是毛茶原料，因此茶尘的组成成分与毛茶的组成成分相类似，即应含有茶多酚、咖啡碱、蛋白质、氨基酸、矿质元素等成分。在李一鸣[3]的茶尘理化研究中对茶尘中茶多酚、咖啡碱、总灰分、铜和铅进行测量，发现总灰分、铜和铅的含量有超标隐患。茶树生长环境不同、鲜叶质量不一、鲜叶采摘标准和初制工艺存在差异、加工设备存在差距、生产地分布广泛、运输和储存条件不一致等因素的存在，导致了毛茶形态各异、老嫩不一、夹渣不净、干湿不匀、品级混杂的问题。六大茶类对于鲜叶的要求存在较大的差异，故各自在其精加工过程形成的茶尘存在不同。对于同一茶类的生产而言，由于生产时期、原料产地、加工天气、人员操作等因素的差异，也使形成的茶尘不同。总之，茶尘各组分的百分比是处于一个动态范围。茶尘的组成成分是衡量其危害性的重要依据，以毛茶原料为基础开展茶叶精加工过程茶尘的实时测定与分析，是今后研究的重点问题。

2.1.2 输送带的水平运动与提升机的上下运动

荆德吉等[15]模拟了煤厂输煤皮带机尾粉尘颗粒运动及逸散规律，认为结合颗粒运动理论、基于实测数据和数值模拟方法得出皮带机尾的粉尘颗粒运动及逸散规律是可靠的。毛茶进场、各精加工作业之间的衔接、加工完成输出等过程都必须依靠输送带的传输才能实现。在输送带的运输过程中，既有水平方向的前后移动与不同程度的上下震动[14]，又有茶叶下落的落差动态变化，使茶叶在输送过程中形成茶尘。茶尘会吸附在输送带动力机部位形成的一部分烟，促进了茶尘的聚集作用。在输送带传输过程茶尘的颗粒运动以及在机尾处茶尘的逸散规律有待进一步的研究。

茶叶在提升机中受到的机械作用力与输送带相类似，但其在垂直上下路线的运转使茶叶的落差变化加大，促进了茶尘的逸散作用。提升机耗费的功率也普遍高于输送带[14]，产生的烟更为严重，形成难以治理的烟尘污染。

2.1.3 筛分机的震动摩擦

筛分机用于干毛茶原料的初分，使干毛茶中各种曲直、粗细、长短、大小和老嫩不同的茶条作初步的分离。6CTS-80型滚筒圆筛机在工作时，圆筒筛边转动边抖动，茶叶输送入滚筒内并随之旋转，升到一定高度后散落或沿筛网下滑。6CYS-32型平面圆筛机在工作时，筛床作平面回转运动，使茶叶均匀地平铺在微倾的筛床上并作滑动，茶叶依次通过四层疏密不同的筛网而分离出来。往复式抖筛机在工作时，筛床作弧形往复运动，使得沿筛网纵向前进的茶叶直立起来，细小的茶叶垂直穿过筛孔，粗大的茶叶在筛面上向底处出口方向移动[14]。飘筛机工作时，筛框边作上下震动边缓慢地水平旋转，使茶叶在筛框内的圆锥形筛网上，上下跳动，分布均匀，并从周边逐渐向中间移动而分离[16]。因此，筛分主要是依靠转动和抖动的作用力使茶叶在平面内滑动起来，并在重力的作用下依次分离出来。在这个过程中茶叶受到的作用主要是动能引起的相互碰撞，以及与筛网之间的摩擦和碰撞。茶叶在机械力作用下的大幅度运动，必然会形成茶尘并分散出来，而茶尘易进入正在运行的动力机，存在一定的安全隐患。

2.1.4 切茶机的挤压切断

切茶机的作用是将粗条茶叶切细，长条茶切短，使茶叶的外形合乎规格，使梗叶分离。切茶机工作时，长短不合标准的茶叶落入齿辊凹形立方孔内被带向固定切刀处，伸出空外的部分被固定切刀切断[14]。因此，茶叶在切茶机中受到的作用力主要包括两个作用力，一是在自由落体时的重力，二是在切刀切割时的挤压切断作用力。茶叶自由下落过程受到气流作用，切茶机切断式的破坏作用也极易产生茶尘，应着重考虑其潜在的安全隐患并加以控制。

2.1.5 风选机的气流浮沉

风选是分清茶叶品质等级、保证茶叶形状与嫩度均匀的关键。风选机按风力进入形式的不同可分为送风式和吸风式两类。风选机的基本原理是利用茶叶的重量、体积、形状差异和迎风面积大小的不同，以及在均匀空气流中的行程不同而进行的分离[16]。因此，茶叶在风选过程中主要受到外来风力和自身重力的相互作用，极易形成茶尘颗粒。风力进一步加速茶尘的扩散，引起茶尘与器壁摩擦、撞击等破坏作用。

2.1.6 拣梗机的拣剔力

拣梗机就是将茶和梗分离开来的机械设备。主要可以分为机械式拣梗机、高压静电拣梗机和光电拣梗机。机械式拣梗机利用茶与梗的长度、重心不同等物理性状分离叶、梗，工作时拣床前后振动，茶、梗向前运动而逐步分离开来。高压静电拣梗机则是利用茶与梗含水率的不同，在高压静电场中受到的电极吸引力的不同进行分离。光电拣梗机是利用茶与梗之间存在色差，在照度稳定的光线照射下，会产生亮暗不等的光脉冲，进而在压缩空气作用下吹出茶梗[14]。在机械式拣梗机中，茶梗主要是在机械力作用下分离，拣床的振动力和茶叶自身的重力作用促进茶尘的形成。高压静电拣梗机和光电拣梗机中，茶梗都是在自由下落过程中受到电极吸引力或压缩空气作用下分离出来的，在高压静电场中电荷的吸附作用和外来压缩空气的瞬间击打作用，促使茶尘的快速形成与带电。

2.1.7 匀堆装箱机的落体运动

匀堆就是把经过加工的同花色、同级的半成品按拼配方案均匀地混合在一起，组合成品质均匀的成品茶过程。现行主要采用的有行车式匀堆装箱机、滚筒旋转式匀堆机和断面开茶匀堆机。茶叶在这个过程主要是经过振动槽、提升输送带（移动斗）、行车撒茶带（送料行车）、拼合斗和贮茶斗，最后到装箱[14]。因此，茶叶匀堆过程经过了自由落体、摩擦、堆积等多种相互作用，特别是增加了长时间的堆积过程。程树峰等[17]采用比浊法来检测小麦储藏过程粉尘的变化与真菌生产联系的研究，我们推测茶叶在堆积过程也会发展粉尘的分散作用，因为茶叶中也存在水分分布不均、微生物分布等特点。

2.2 茶叶精加工过程形成粉尘的危害

茶尘的危害性是指茶尘对于动植物和周围环境的污染。其危害程度的大小因茶尘组成成分、茶尘浓度和茶尘分散度的不同而不同。与小麦生产、玉米生产、面粉生产、药物生产等相类似，在茶叶精加工过程形成的茶尘属于生产性粉尘，其最严重危害的就是会导致人体肺、呼吸道等疾病的发生。综合而言，茶叶精加工过程的粉尘危害主要表现在一下几个方面。

2.2.1 茶尘在精加工车间的凝聚

虽然茶尘的分散度多在细尘以下范围，但是少部分的粗尘会在重力作用下凝聚下沉，最终沉积在机械设备和地面上。茶尘中还有一部分的微尘会悬浮在空气里，不仅对车间整体的美观度、清洁度、光线和视图造成极大的影响，还可能营造粉尘爆炸的浓度条件，存在一定的安全隐患。并且其在下沉过程中可与茶叶白毫、烟等物质结合，加剧茶尘的凝聚破坏作用。

2.2.2 茶尘对生产员工的威胁

粉尘通过呼吸道、皮肤、黏膜的吸收进入员工的身体，可引起不同的病变。例如引起慢性鼻炎、咽炎、眼结膜炎、皮脂腺囊肿、皮肤干燥角化等损害，出现头痛、头晕、失眠、记忆减退、恶心、食欲减退、腹痛、腹胀等现象，严重时甚至会引起中毒，引起神经系统、造血系统、肾脏等机理的改变[18-20]。并且粉尘的危害具有积累性，会随接触时间的延长而越发严重。国内外对于茶尘危害性的研究主要还是在茶尘引起的支气管[21]、肺部[22-25]等呼吸系统疾病，都是对于长期从事茶叶生产员工通病现象的总结。而对于茶尘可能引起神经系统、心血管疾病[6]和免疫变化[22-25]的报道较少。

2.2.3 茶尘对周边环境的影响

茶尘在风力作用下漂浮到生产车间外，对周边环境形成二次污染。茶尘可以粘附在周边的植物体上，当积累到一定程度时会妨碍植物进行呼吸作用和光合作用，影响其新陈代谢和水分平衡作用。茶尘颗粒也会沉落在周边的建筑物外表和墙体的外壁，对其美观度产生严重影响。茶尘颗粒也可以与排放出来的烟气、水分等物质在大气中形成溶胶，减弱太阳光的辐射强度，影响地区小气候[18]。

3 茶叶精加工过程茶尘的控制

3.1 茶尘物性研究，合理设计厂房

茶尘的物性特征是进行过程除尘的基础，例如茶尘的休止角、滑动角等特性是实现茶尘在加工设备、输送设备等机械设备表面以及门窗表面自行滑落的依据，而茶尘的吸附性、分散性等特性是进行除尘方式的正确选择和除尘设备确定的重要依据。因此，各精加工企业必须基于所生产不同茶类原料的特征，对于茶叶精加工过程中形成的茶尘开展全面而深入的物性特征研究，实现加工厂房门窗的合理设置，茶叶输送管道的倾斜角正确设计，输送带速率的参数优化，提升机输送带和速率的恰当选择，并为选择切实有效的除尘设备提供理论基础。

3.2 八字防控措施，具体分析实施

粉尘的防治工作可归纳为一下八个字：宣、革、水、密、风、护、管、查[26-27]。因此茶叶精加工过程根据精加工车间的加工环境特征以及茶尘特性对茶尘进行防置。其中“宣、密、护、管、查”分别是指宣传教育、密闭尘源、个人防护、管理制度和定期测定生产场所粉尘浓度、检查防尘效果，严格执行粉尘职业接触限值，工人就业前及工作中要定期进行健康检查[26-27]。茶尘控制在这些方面具有一致性。而“水”是指湿式作业，茶叶吸水后会严重影响品质，不适合用于清除茶尘。因此，茶尘的消除应从“革”（技术革新）和“风”（通风除尘）两个方面重点突破。

3.2.1 技术革新

技术革新，包括加工设备和除尘设备双方面的技术革新。加工设备的技术革新，主要是从加工设备的机械运行特征和生产原料进行研究。例如通过改进散热和消除切削两个关键问题，进行高速干式切削加工过程中的粉尘自动吸附技术研究[28]；改良加工设备进行生产粉尘的回收，通过闭路循环管道送入锅炉焚烧替代部分热源[29]；而在纺织加工中还从开发新型纺织材料，采用纳米纤维技术和静电纺纳米纤维等技术，生产具有特殊功能的纺织材料，来避免粉尘的形成问题[30]。但是这种从原料特性改变的方式并不适合茶叶精加工，茶尘的控制应从加工设备的机械运行特征进行分析，探讨有效的改良措施。

除尘设备的技术革新，是从粉尘物理特性研究与除尘设备改良两方面进行。例如在分析粉尘收集原理的基础上，运用流体力学和气力输送理论，提出粉尘收集系统结构设计方案，并计算优化主要参数[31]；在电除尘器收尘极板末端用吸风口强制收集高质量浓度粉尘气流，并采用高效布袋处理，降低粉尘排放量，还能改善粉尘的二次飞扬问题[32]；利用旋流离心、脉冲清灰、布袋过滤、真空抽吸等多级功能综合除尘，实现新型密闭粉尘回收式除尘器的研究和应用[33]；通过分析除尘器布袋破损原因，提出加强干法除尘管理和维护建议，达到控制高炉净煤气粉尘含量的效果[34]；静电除尘中粉体粘结力问题的解决应从粉体极化理论和极板电子逸出功角度来考虑[35]。因此，通过技术革新实现茶尘的有效控制，应基于前人的研究，针对茶尘的特性，从革新加工设备和除尘设备、优化加工工艺等方面开展试验研究。

3.2.2 通风除尘

生产车间内外空气的循环对流，不仅能消除车间内大量的热能，促进污染气体与新鲜空气的交换，还能有效降低空气中茶尘的浓度[36]。通风除尘可依据风源的不同分为自然通风和人工通风两种。自然通风除尘就是直接借助车间内外的气压差而达到的空气自然对流，实现茶尘浓度的降低。但这种自然对流作用较弱，无法控制，受天气影响大。因此，在自然通风基础上进行轴流风机等外源动力的补充，达到空气的有效对流，即人工通风。虽然人工通风除尘能够有效降低茶尘浓度，但其只是暂时将茶尘分散和稀释，并没有真正消除茶尘污染[36]。因此在应用通风除尘时，需在厂房周边种植具有吸尘净化效果的植物来辅助除尘。

3.3 实现在线监测，采取有效防治

茶叶精加工过程是一个连续化、机械化的加工过程，包括多个作业工序，各工序之间存在较大区别，因此所形成的茶尘具有较大的差异性。因此必须对于茶叶精加工进行茶尘全程在线监控，掌握实时有效数据，在线控制茶尘的清除。在充分考虑茶尘的差异性、控尘措施对茶叶品质、加工设备以及车间环境和操作人员潜在影响的前提下，进行不同设备的机械运动特征和茶尘形成的试验研究，针对性的配套使用重力除尘器、惯性除尘器、离心除尘装置、洗涤除尘器、过滤除尘器和电除尘等装置[37]。根据茶尘的在线监测数据，及时采取有效的茶尘控制措施，为实现物联网控制除尘打下铺垫。

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Study of the Dust Problem of the Tea Refining Process

ZHENG Gong-yu1,CHEN Shou-song1,2,LI Dan1,SU Pei-ling1
(1.College of Horticulture Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China; 2.Institute of Tea,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)

In this paper,we summarize the definition and characteristics of tea dust,based on the dust formation mechanism and influencing factors,analyzing the tea dust formation and potential hazards with each device of the tea refining process.And we propose that making a deep study on the physical properties of tea dust to rationally design of pipe inclination,conveyor speed,the doors and windows etc.8 characters prevention and control measures should be based on the actual situation,especially focusing on the study of technological innovation,ventilation,process optimization and dedusting equipment innovation.Combining the various steps of the refining tea process,online dynamicmonitoringand appropriateteadust removal equipment are required.Relevant government departments should set control standard about the tea dust problem.This paper provides reference to the study of the dust problem of the tea refining process.

The tea refining process,Dust,Harm,Control,Research

TS272.3

：A

：2095-0306（2014）01-0035-06

中国茶叶加工 2014，（1）:35～39，45

2013-08-19

郑功宇（1988-），男，福建尤溪人，硕士研究生，茶叶加工与加工工程专业。