建筑用材对白酒安全生产影响研究

杨基智，唐 亚，刘本洪 *，杨齐寿，赵曦琳，徐致和，李尚科，邱艳君，何明联

（1.四川大学建筑与环境学院，四川 成都 610065；2.四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065；3.泸州中环环境检测有限公司，四川 泸州 646000）

浓香型白酒是在开放的环境中生产的。在酿酒车间，经过发酵的酒醅在起糟、运输、润粮、拌糠、摊凉和入窖的过程中借助人工作业活动，必然与空气、水、曲药中和机具上的微生物接触，人工作业效率、微生物的活动和功能都可能直接或间接地影响糟醅出酒的品质。

周群英等[1]研究表明，Pb、Hg等重金属及其化合物具有很强的毒性，酿酒中的多数微生物对高浓度的重金属没有耐受能力，易于代谢终止或死亡，人体对重金属的耐受能力也很有限，高毒性的Hg、Cd等重金属在人体内积累易于危害人体健康，著名的水俣病和骨痛病就是由Hg、Cd污染引发的中毒事故[2]。因此，重金属直接或间接影响酿酒车间环境的微生物区系和人员健康，影响白酒生产过程的安全性。陈华癸等[3]研究表明，χ射线和226Ra、232Th等放射性物质释放的γ射线是波长短、能量高的电磁波，在高剂量条件下对微生物有致死作用，导致细胞病理变化，杀菌力显著，并且，人体对射线的照射也较为敏感，在一个剂量强度的α射线照射下就会死亡[1]。因此，放射性核素释放的γ射线和电离产生的χ射线通过照射对微生物和人体产生持续的抑制作用，加上太阳光紫外线照射的杀菌作用[4]，将共同影响白酒生产过程的安全性或降低糖类有机物质的发酵效率。所以，酿酒车间工人的健康、酿酒微生物的生长和繁殖与车间空气环境的重金属含量及放射性水平密切相关，生产环境因素的控制是白酒安全生产的关键环节[5]。

建筑用材是车间建筑结构的构成主体，机具用材是粮醅运输、摊凉和拌合的主体，材料的重金属及放射性核素含量的高低不仅影响车间局部空气环境的污染水平，而且受污染的气体在流动或扩散过程中，可能影响或改变车间全局的空气环境质量，进而影响空气环境中的微生物生长发育和车间作业人员身体健康。因此，建筑和机具用材的属性或条件对车间空气环境、作业人员身体健康和微生物的栖息和活动有影响。对40多个浓香型白酒企业酿酒车间建材和机具选用情况的现场调查和已有的研究[6]可知，车间墙体多选用普通混凝土、黏土红砖、灰砂砖，屋顶选用小青瓦、水泥瓦、聚氯乙烯波纹瓦、石棉水泥波瓦或轻质隔热夹芯板，地面选用青石板或水泥板，横梁与支架选用工字钢或木板，摊凉板、手推车或行车抓斗选用不锈钢。不同类别或不同属性的材料在车间对应位置的组合而营造的车间建筑环境是否对白酒安全生产构成现实或潜在的风险尚不清楚，也尚未见相关报道。因此，通过测定广泛用于酿酒车间建设的不锈钢、陶质釉面砖、轻质隔热夹芯板等建筑用材或机具用材的重金属含量、放射性核素含量、χ-γ辐射剂量率等，结合酿酒车间“安全生态、达标减排”的环境质量要求，探讨对白酒生产过程安全性有重要影响的建材因子，提出车间对应位置需选用的建材建议，为酿酒车间选用安全建材提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验材料为在酿酒企业车间广泛使用的木板、竹板、轻质隔热夹芯板、聚氯乙烯波纹瓦、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、黏土红砖、灰砂砖、陶质釉面砖、小青瓦、工字钢、不锈钢15种材料，每种材料样品从四川省成都市及周边建材或机具厂家的成品上采用5点法随机取样而得。

无水四硼酸钠（分析纯）：成都科龙化工试剂厂；溴化锂（分析纯）：成都科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

ZDHX 5-9型烘箱：深圳中达电炉厂；RXG1400-20型高温炉：江苏恒力炉业有限公司；GP30-C3型高频熔样炉：株洲华阳高中频设备公司；EDX-720型X射线荧光光谱仪：日本岛津公司；BH1936B型低本底多道环境γ能谱仪：北京核仪器厂；GMX型高纯锗（high-purity germanium，HPGe）半导体γ射线探测器：美国奥泰克国际技术公司；HD-2005型便携式χ-γ剂量率仪：核工业北京地质研究院仪器开发研究所。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

取每种材料样品3.0 kg，经清洗、晒干后，在干燥器中经过24 h的状态调节。取1.0 kg放入烘箱内在（105±5）℃烘制8 h，待试样烘干至质量恒定，置于干燥器内冷却至室温，用粗碎机粉碎及研磨机研磨后过45 μm的方孔筛，放入标准测量盒内，供重金属含量测试[7]。取1.0 kg试样，用粗碎机粉碎及研磨机研磨后过80目的筛子，放入标准测量盒内，密封放置20 d以上，供放射性比活度测试[8-10]。取1.0 kg供χ-γ辐射剂量率测试。

1.3.2 重金属含量的测定

每种材料样品取300 g，分为3组，每组取100 g，在950 ℃高温炉内灼烧试样15 min，加入四硼酸钠助熔剂和溴化锂脱模剂后，在1 000～1 050 ℃高频熔样炉内熔解和脱模样品，得到玻璃熔融片，使用X射线荧光光谱仪测定试样中的铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）等重金属元素的谱线强度，按照X射线强度与相应重金属元素含量的回归方程，求得样品的重金属含量[7]。

1.3.3 放射性比活度的测定

放射性比活度也称为比放射性，指放射源的放射性活度与其质量之比，即单位质量产品中所含某种核素的放射性活度。内照射指数是指在仅考虑内照射的情况下，建筑材料中天然放射性核素镭-226的放射性比活度与国标GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》规定的镭-226的比活度限量值（200）之比值[11]，用以表示建材所致公众内照射剂量的相对程度。外照射指数是指在仅考虑外照射情况下，建筑材料中天然放射性核素镭-226、钍-232和钾-40的放射性比活度与国标GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》规定的镭-226、钍-232和钾-40在其各单独存在时的比活度限量值（370、260、4 200）之比值的和[11]，是建材中天然放射性总活度的相对大小，用以表示建材所致公众外照射剂量的相对程度。建筑材料的放射性水平大小按照国标GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》中对同位素钍（232Th）、镭（226Ra）和钾（40K）的放射性比活度及其内照射指数、外照射指数限量要求进行评价[11]。

每种样品取300 g，分为3组，每组取100 g，按照国标GB/T 11713—1989《用半导体γ能谱仪分析低比活度γ放射性样品的标准方法》中的测定方法[12]，使用经标准样品标定过的低本底多道γ谱仪系统分析建材样品的放射性水平。具体方法为利用γ谱仪系统中的高纯锗（HPGe）半导体γ射线探测器在覆盖铅屏蔽罩的有机玻璃容器内测试样品，使用Gamma Vision-32（A66-B32）数据处理软件分析得到的紫星云的吸收峰能谱图[13]，采用解谱程序技术分解为单核素谱，分析在选定的特征γ射线能量条件下该核素的特征吸收峰计数率，采用核素全吸收峰探测效率计算公式分析样品中232Th、226Ra和40K等核素的放射性活度[12]。放射性比活度、内照射指数、外照射指数的计算公式如下：

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表示物质的质量，kg。

内照射指数：IRa=CRa/200

式中：IRa表示内照射指数；CRa表示建筑材料中天然放射性核素镭-226的放射性比活度，Bq/kg。

外照射指数：Ir=CRa/350+CTh/260+CK/4 200

式中：Ir表示外照射指数；CRa表示建筑材料中天然放射性核素镭-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钍-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钾-40的放射性比活度，Bq/kg。

1.3.4χ-γ辐射剂量率的测定

χ-γ辐射剂量率是指单位时间内放射性核素的原子核内部释放χ-γ射线而衰变形成稳定的原子核的辐射强度。每种样品分为3组，每组取300 g，3次重复。按照国标GB/T 4835—2008《辐射防护用携带式χ-γ辐射剂量率仪和检测仪》中的测定方法[14]，用便携式χ-γ辐射剂量率仪测定样品的四角和中心点，连续5次读数，计算平均值，即为该样品的χ-γ辐射剂量率。

2 结果与分析

2.1 重金属含量

15种白酒生产车间建材中4种重金属含量如表1所示。

表1 建材及机具用材的重金属含量检测结果Table 1 Determination results of heavy metal contents of 15 kinds of building and machine materials mg/kg

由表1可知，陶质釉面砖的Pb含量值最大，为520.95mg/kg；其次是小青瓦，为19.79 mg/kg；轻质隔热夹芯板的Pb含量值未检出；其他建材Pb含量值区间为1.09～19.73 mg/kg。

不锈钢的Hg含量值最大，为60.16 mg/kg；其次是工字钢和木板，Hg含量均为12.77 mg/kg；轻质隔热夹芯板的Hg含量值最小，为1.60 mg/kg；其他建材中Hg含量值区间为1.87～5.78 mg/kg。

陶质釉面砖的Cr含量值最大，为751.44 mg/kg，其次是水泥瓦，为223.22 mg/kg；聚氯乙烯波纹瓦的Cr含量值最小，为23.87 mg/kg；其他建材中Cr含量值区间为25.36～213.11 mg/kg。

PVC板的Cd含量值最大，为137.65 mg/kg；其次是工字钢和聚氯乙烯波纹瓦，分别为128.47 mg/kg、126.83 mg/kg；竹板的Cd含量值最小，为21.04 mg/kg；其他建材中Cd含量值区间为24.52～83.07 mg/kg。

研究结果表明，陶质釉面砖的Pb和Cr含量较高，不锈钢的Hg含量较高，PVC板的Cd含量较高，并且超过了国家相关标准中对重金属元素最大限量（Pb＜90 mg/kg，Cd＜75 mg/kg，Cr＜60 mg/kg，Hg＜60 mg/kg）的要求[15]，因此，陶质釉面砖、PVC板等新型材料在车间对应位置的选用对车间空气环境的重金属污染潜在风险较大，对车间环境微生物的生长代谢和白酒安全生产可能有一定的影响。因此，需要减少对这些材料的选用或采取相关预防措施，降低他们对车间环境质量的不利影响。尽可能选用重金属含量相对较低的天然传统材料，以降低车间空气环境重金属污染事故发生的可能性，保障车间人员的身体健康，保持微生物稳定的生长发育。

2.2 放射性核素含量

15种白酒车间建材的放射性比活度、内照射指数和外照射指数测定结果如表2所示。

表2 建材及机具用材放射性核素含量检测结果Table 2 Determination results of radionuclide contents of building and machine materials

由表2可知，轻质隔热夹芯板的放射性核素226Ra比活度（CRa）最大，为122.55 Bq/kg；其次是不锈钢，为83.04 Bq/kg；普通混凝土最小，为20.78 Bq/kg；其他建材的226Ra比活度（CRa）区间为22.78～61.93 Bq/kg。

轻质隔热夹芯板的放射性核素232Th比活度（CTh）最大，为21.61 Bq/kg；其次是PVC板、工字钢和聚氯乙烯波纹瓦，分别为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，为0.88 Bq/kg；其他建材的放射性核素232Th比活度区间为1.26～11.34 Bq/kg。

小青瓦和陶质釉面砖的放射性核素40K比活度（CK）最大，均为3.77 Bq/kg；其次是普通混凝土，为3.05 Bq/kg；PVC板的放射性核素40K比活度（CK）未测出；其他建材的放射性核素40K比活度（CK）区间为0.02～2.96 Bq/kg，PVC板的CK未测出。

轻质隔热夹芯板的外照射指数（Ir）最大，为0.43；其次是不锈钢，为0.28；普通混凝土最小，为0.06；其他建材的外照射指数（Ir）区间为0.08～0.24。轻质隔热夹芯板的内照射指数（IRa）最大，为0.61；其次是不锈钢，为0.42；普通混凝土最小，为0.10；其他建材的内照射指数区间（IRa）为0.11～0.31。

研究结果表明，15种建材的内照射指数（IRa）和外照射指数（Ir）均符合国家相关标准规定的建筑主体材料天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度满足IRa≤1.0及Ir≤1.0的限量要求[11]。因此，总体上判定15种建材对酿酒车间环境的放射性污染风险较小。但对不同建材的放射性水平进行比较可得到：轻质隔热夹芯板的放射性水平最高，其226Ra比活度、232Th比活度、内照射指数及外照射指数分别比其他建材高39.51～101.77 Bq/kg、3.67～20.73 Bq/kg、0.19～0.51、0.15～0.37。陶质釉面砖和小青瓦的40K比活度比其他材料高0.72～3.77 Bq/kg。所以，以聚苯乙烯树脂为合成主体的轻质隔热夹芯板、陶质釉面砖及小青瓦，在一定条件下，有可能对车间环境造成放射性污染风险，进而影响白酒安全生产。因此，要适当减少对这种材料的选用或采取相关保护措施，降低其对酿酒车间环境的潜在污染风险。

2.3 χ-γ 射线辐射剂量率

15种白酒建材的χ-γ射线辐射剂量率测定结果如表3所示。

由表3可知，轻质隔热夹芯板的χ-γ射线辐射剂量率最大，为0.24 μSv/h；其次是PVC板、工字钢、聚氯乙烯波纹瓦，均为0.18 μSv/h；木板、竹板、青石板χ-γ射线辐射剂量率最小，均为0.13 μSv/h；其他建材的χ-γ射线辐射剂量率区间为0.14～0.17 μSv/h。

研究结果表明，轻质隔热夹芯板中的天然放射性核素衰变释放γ射线及电离辐射χ射线的能力很强，其χ-γ辐射剂量率比其他建材高0.06～0.11 μSv/h，并且超过了国家相关标准中对建筑材料表面释放的γ射线照射剂量率≤0.2 μSv/h的限制要求[16]，因此，由轻质隔热夹芯板等新型建材在酿酒车间衰变释放χ-γ射线对人体和微生物体进行照射危害的风险性更高，对白酒安全生产的不利影响也更加明显。

表3 建材及机χ-γ辐射剂量率检测结果Table 3 Determination results of χ-γ radiation dose rate of building and machine materials

3 结论

结果表明，陶质釉面砖的Pb含量为520.95 mg/kg、Cr含量为751.44 mg/kg；不锈钢的Hg含量60.16 mg/kg；PVC板的Cd含量值为137.65 mg/kg。超过了国家相关标准中相应重金属元素的限量要求，这三类建材可能对车间环境存在一定的重金属污染风险。

轻质隔热夹芯板的放射性核素226Ra 比活度为122.55 Bq/kg、232Th比活度为21.61 Bq/kg，内照射指数为0.61、外照射指数为0.43，χ-γ辐射剂量率为0.24 μSv/h，超过了国标中对建筑材料表面释放的γ射线照射剂量率≤0.2 μSv/h的限制要求，陶质釉面砖和小青瓦的40K比活度为3.77 Bq/kg。这三类建材放射性水平相对较高，有可能对车间环境造成放射性污染风险。

因此，新建车间或车间维修时，应兼顾控制陶质釉面砖、轻质隔热夹芯板、不锈钢、PVC板等建材对白酒安全生产的重金属及放射性污染风险。建议选用水泥瓦、石棉水泥波瓦做屋顶，灰砂砖、粘土红砖做墙体，青石板做地板，普通混凝土或水泥板做墙柱，天然生成木板做梁架，不锈钢或竹板做摊凉板，不锈钢做运糟车和蒸馏甑桶，不宜选用轻质隔热夹芯板或陶质釉面砖做墙体或屋顶。同时，酿酒车间还应结合车间结构、朝向和空气环境等因素，采取相关预防措施，以进一步降低车间环境的重金属和放射性污染风险，为酿造白酒营造安全的车间建筑环境。

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