爆轰粉尘废水处理技术可行性研究.docx

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爆轰粉尘废水处理技术可行性研究

爆轰粉尘废水处理技术可行性研究

Dustdetonationfeasibilitystudyon

WastewaterTreatmentTechnology

摘要

近年来，随着我国经济的飞速发展，我国城市旧建筑拆除量逐年增加，城市建筑物拆除爆破技术在全国规模较大城市中的应用比较普及，在节省劳动力和降低劳动强度并加快施工进度，缩短工期，降低工程成本等方面的优越性得到了充分的体现，并取得了显著的经济效益和社会效益。

在拆除爆破中产生的爆破粉尘由于瞬时的浓度和分散度大，粉尘颗粒与空气中杂质的亲和性较强，同时在空气中的扩散能力强且扩散范围广，使建筑物爆破后的粉尘浓度都大大的超过标准的限制，极大的影响了周边的环境以及周边居民的身体健康。

控制爆破中粉尘危害也越来越引起社会的关注，关于爆破粉尘的降尘技术和沉降废水的处理技术的研究顺势发展。

本文介绍了水预湿被爆体降尘法降尘机理，爆炸水雾降尘法（在水袋中装药，爆炸产生水雾来捕集粉尘）的灭尘机理，提出了综合防尘技术；并且介绍了爆轰粉尘废水的处理技术（Fenton试剂处理法，超临界水氧化处理法）以及对爆轰粉尘废水处理技术可行性进行分析研究。

关键词：

爆破粉尘；降尘技术；爆炸水雾；综合防尘；降尘废水处理；

ABSTRACT

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofoureconomy,ourcountrycitydemolitionofoldbuildingsareincreasingyearbyyear,citybuildingdemolitionispopularapplicationofblastingtechnologyinthelarge-scalecity,shortentheconstructionperiodtosavelaborandreducelaborintensityandspeeduptheconstructionprogress,reducethecostoftheproject,thesuperiorityandotherareashavebeenfullyreflected,andachievedremarkableeconomicandsocialbenefits.Producedindemolitionblastingdustduetoinstantaneousconcentrationanddispersion,thedustparticlesandimpuritiesinairstrongaffinity,anddiffusionintheairinthestrongandthediffusionrange,sothatthedustconcentrationofbuildingsafterblastingaregreatlyexceedsthestandardlimit,hasagreatimpactonthesurroundingenvironmentandthesurroundingresidentshealth.

Controltheharmofblastingdusthasattractedmoreandmoreattention,researchtechniqueaboutblastingdustdustandsedimentationwastewatertreatmenttechnologydevelopmentofhomeopathy.Thispaperintroduceswaterprewetblastedbodydustprocessdustmechanism,explosionwatermistdustremovalmethod（inthewatercharging,explosionwatermisttotrapdust）ofdustsuppressionmechanism,putsforwardthecomprehensivedustcontroltechnology;andintroducestheprocessingtechnologyofdustexplosiondetonationwastewater（Fentonreagentmethod,supercriticalwateroxidationmethod）andthefeasibilityofdustdetonationwastewatertreatmenttechnologyanalysis.

Keywords:

Blastingdust;dust;explosionwatermist;comprehensivedust;dustwastewatertreatment

目录

摘要I

ABSTRACTII

目录III

第1章绪论1

1.1爆破粉尘与及其废水的污染问题1

1.1.1爆破粉尘污染问题1

1.1.2爆破粉尘废水污染问题1

1.2爆破粉尘及其废水处理研究的意义2

第2章爆破粉尘3

2.1爆破粉尘污染源分析3

2.2爆破粉尘组成和性质3

2.3爆破粉尘粒径和浓度3

2.4爆破粉尘的分类4

2.5爆破粉尘的运动过程4

2.5.1爆破粉尘的分布和运动4

2.5.2爆炸粉尘尘粒间的相互作用6

2.6爆破粉尘的危害8

第3章爆破粉尘处理技术9

3.1爆炸粉尘控制方法9

3.2爆炸粉尘处理原则9

3.3_爆破粉尘处理主要技术10

3.4水预湿降尘技术11

3.4.1水预湿降尘技术的作用机理11

3.4.2水预湿降尘技术的特点11

3.4.3水预湿降尘技术的综合利用12

3.5爆炸水雾灭尘技术12

3.5.1爆炸水雾灭尘技术的作用机理12

3.5.2爆炸水雾灭尘技术特点13

3.5.3爆炸水雾化过程分析13

3.5.4液体颗粒二次破碎形式14

3.5.5爆炸水雾的抛洒过程16

3.5.6爆炸水雾化的影响因素17

3.5.7爆炸水雾降尘效果的影响因素18

3.6改进爆破工艺防尘技术18

3.6.1水封爆破技术19

3.6.2富水胶冻炮泥降尘技术20

3.6.3表面活性剂溶液作为炮孔填料降尘技术22

3.7综合防尘技术22

第4章爆轰废水处理技术24

4.1爆轰废水的来源与组成24

4.1.1爆轰废水的来源24

4.1.2爆轰废水的组成24

4.2爆轰废水的危害24

4.3爆轰废水的处理技术25

4.3.1化学处理方法25

4.3.2物理处理方法26

4.3.3_生物化学法26

4.4Fenton试剂处理爆轰废水27

4.4.1Fenton试剂的作用机制27

4.4.2各因子对爆轰废水中污染物去除率的影响28

4.4.3Fenton试剂处理爆轰废水的可行性与组合处理技术31

4.5超临界水氧化处理爆轰废水32

4.5.1超临界水氧化处理技术32

4.5.2各因子对爆轰废水COD去除率的影响33

4.5.3超临界水氧化处理技术的特点35

4.6白腐菌工程处理爆轰废水36

4.6.1白腐菌工程处理技术36

4.6.2白腐菌工程的降解反应动力分析37

4.6.3白腐菌工程的技术特点37

第5章总结和展望39

5.1爆破粉尘及爆轰废水处理技术的总结39

5.2爆破粉尘及爆轰废水处理技术的展望40

参考文献41

附表1英文文献43

附表2文献翻译49

附表3文献综述57

第1章绪论

1.1爆破粉尘与及其废水的污染问题

随着我国经济的飞速发展，城市中出现大量的陈旧工业、民用建筑需要进行拆除重建。

爆破控制拆除技术由此得到日益广泛的应用和空前的发展，各地爆破公司如雨后春笋般地蓬勃发展起来，目前全国已有数百家专业爆破技术公司，爆破技术的研究也越发的成熟起来。

在实际的城市建设中，由于控制爆破技术的应用，大大缩短了工期，节约了时间，控制爆破拆除技术是一种非常有效、快速的方法，具有极为明显的社会效益和经济效益[1]。

由于爆破拆除在城建改造中的使用越来越多，其爆破拆除过程中产生的污染影响也越来越大，特别在城市建筑物拆除爆破的环境比较复杂，多处于闹市区，人口与其他建筑物密集，因此城市建筑物拆除爆破工作对周围环境保护的要求越来越高[2]。

由于城市建筑物拆除爆破采用能量微分、微差爆破与防护等技术，对拆除爆破产生的前三项公害都可以严格控制在一定的范围内。

但是城市建筑物拆除爆破所产生的粉尘速度快，突发性强、颗粒细小，在室外条件下悬浮的时间长，污染范围大，对环境严重污染的问题还难于控制，严重影响人们生活环境[1]。

因此，爆破拆除粉尘约束着拆除爆破技术在城市建筑物拆除中的应用和发展，是拆除爆破需要解决的重要问题之一。

同时，处理爆炸粉尘后产生的废、污水对水环境的危害也是极大的。

因此，近些年来对于爆炸粉尘控制技术和含爆轰粉尘的废、污水处理工艺方面的研究越来越多。

1.1.1爆破粉尘污染问题

随着社会的进步和城市建设的发展，爆破拆除在城市发展中的作用越来越大，产生的环境污染问题原来越多。

我国政府在1962年和1973年及1982年先后颁布了《工业企业卫生标准》和《工业“三废”排放试行标准》及《大气环境质量标准》这三个国家标准对大气环境中的粉尘浓度做出了具体规定[1]。

爆破作业中，炮烟及粉尘是大量存在，如果对炮烟和粉尘处理或防护不当则有可能导致人员伤亡造成重大的安全事故。

在拆除爆破中产生的爆破粉尘由于瞬时的浓度和分散度大，粉尘颗粒与空气中杂质的亲和性较强，同时在空气中的扩散能力强且扩散范围广，使建筑物爆破后的粉尘浓度都大大的超过标准的限制，极大的影响了周边的环境以及周边居民的身体健康。

[2]

1.1.2爆破粉尘废水污染问题

在爆破工作中，目前主要是利用喷洒水雾吸附爆破粉尘，随之形成的混合废水量大、成分复杂、毒性大，一般难以生物降解，甚至不可生物降解。

爆破废水含有多种毒性物质，污染物的量虽然不多，但是若不采取适当的处理措施，很可能造成严重的环境污染。

炸药粉尘中TNT，RDX，HMX，20℃时在水中的溶解度分别为130mg/L，270mg/L，5mg/L，炸药废水极易污染水源[10]。

此外，这类废水中含有的硝基化合物也极易在土壤中积存下来，造成对土壤的污染。

土壤对爆炸粉尘中的TNT残留物等有机物质有很强的吸附作用，TNT残留物等有机物质很快会从地表渗入地下，造成地下水的污染，同时植物的根部极易吸收储存TNT残留物等有机物质，而在很多研究中发现TNT残留有机物可在多种可食用植物根部蓄存，通过食物链最终影响人体健康[10]。

炸药爆炸后产生的残留物为致毒致癌致突变物质，人类摄入，轻者会引起肝脏病（中毒性肝炎），再生障碍性贫血及白内障，重者可导致死亡。

1.2爆破粉尘及其废水处理研究的意义

随着国家综合实力的不断发展，人民生活质量不断提高，人们对于生活环境质量的要求越来越高，越来越多的人意识到了在发展的同时也要保护好生活的环境。

近年来，雾霾问题、PM2.5超标问题、温室气体超标等大气环境污染问题的集中出现，使得大气污染问题越来越被人们所重视，但是，对于爆炸粉尘的危害还未受到应有的关注，相应于爆炸粉尘处理技术还不完善[1]。

因此，对于爆炸粉尘处理的可行性研究十分必要，在研究爆炸粉尘的处理技术的同时也要让人们认识到，爆炸粉尘这种高污染、有毒性废物对大气污染的严重性，提高人们对于爆炸粉尘的认识[8]。

研究爆破粉尘特征与降尘技术、解决城市拆除爆破粉尘问题，对保护人民的身体健康和环境，有着深远的理论价值和现实意义。

对于爆炸粉尘，目前主要的处理方式是通过淋水预湿润建筑物技术与爆炸水袋降尘技术，降尘后会形成大量的还有爆炸粉尘和大气颗粒的混合废、污水[7]。

降尘废水的危害也是很大的，如果不经过收集和集中处理，直接排放会造成直接性水污染，如果渗入土壤造成土地污染以及地下水污染。

因此，降尘水需要进行收集和集中处理，但是降尘水的集中处理往往会被施工方忽略，由此可见，在关注爆炸粉尘的同时对于衍生形成的爆轰粉尘废水同样值得研究和关注。

第2章爆破粉尘

2.1爆破粉尘污染源分析

城市拆除爆破中的粉尘的来源主要分为施工预处理施工产生的粉尘和实施爆破阶段产生的爆破粉尘：

施工准备与预处理阶段产生的粉尘主要有：

（1）机器或人工预处理过程中产生的粉尘（如使用搞头机，风镐等产生的扬尘）：

（2）被拆除建筑物本身覆盖的粉尘，在建筑物顶部与地面上，还有部分较小粉尘附着于建筑物的外墙上，以及建筑物的混凝土剥落分化产生的粉尘等；（3）在拆除作业中运输产生的粉尘。

施工准备阶段的粉尘，由于作用范围小，使用冲洗、喷淋和预水湿作业的方法既可以达到基本的除尘目的[4]。

实施爆破后产生的爆破粉尘，爆炸粉尘主要包括有：

（1）炮孔周边的介质被炸药粉碎产生的粉尘；

（2）建筑物倒塌中，内部建构断裂、相互挤压碰撞、构建解体产生的粉尘；（3）内部结构解体倒塌过程中压缩空气流吹起的粉尘；（4）建筑物本身沉积的粉尘[4]。

实施爆破过程中粉尘浓度大、作用范围广、持续时间长，并且除去较为困难，现有常用方法对爆破后初生的粉尘吸收效率较低[5]，所以对现有除尘技术改进需要进行可行性分析研究。

2.2爆破粉尘组成和性质

爆破粉尘的主要成分为二氧化硅、粘土和硅酸盐类物质，爆炸物爆炸后产生的烟尘中，含有硝基、酚基等烷烃类有机残留物，这些物质的亲水性强[1]。

由于瞬间的浓度大，粒径小，比表面积大，而且带有一定的毒性，同时砖屑粉尘中游离二氧化硅的含量很高，成分较为复杂，极易在空气中扩散，被人体吸入后会刺激人体的呼吸道，有毒粉尘的气体甚至会危害人员的生命[6]。

2.3爆破粉尘粒径和浓度

根据相关实验研究结果显示，粉尘粒径、浓度与爆破对象、爆破工艺有关。

据“爆破效应”的实验研究，爆破粉尘粒径多介于0.01~0.1mm之间[1]，爆破粉尘粒径小于5_μ_m的占到总颗粒数的96%[8]。

同时，指出爆破粉尘浓度在爆破瞬间可以达到1500~2000mg/m3，对于不同的爆破对象，爆破对象其材料质地不同，其所产生的爆破粉尘便不同[7]。

同时，爆破粉尘也与爆破对象本身的含水率（即干湿度）有关，含水率大的产生粉尘量少而粗，反之，含水率小的产生粉尘量大而细。

采用不同的爆破工艺所产生爆破粉尘的粒径、浓度也是不同的，采用先进的爆破工艺可以大大减少粉尘的产量，如微差爆破、预裂爆破、采用炮孔孔底起爆、控制包装材料、完善炸药配方等工艺措施[3]。

2.4爆破粉尘的分类

（1）按粉尘在静止的空气中沉降的性质分类：

尘埃：

粒子的直径在10~100μm的范围内，粒径相对较大，在静止的空气中会加速沉降【3】；

尘雾：

粒子的直径在0.25~10μm的范围内，粒径相对较小，在静止的空气中较难的沉降【3】；

尘云：

粒子的直径在0.1μm以下，在静止的空气中不会自动沉降，呈云状漂浮于空中【3】。

（2）按照从卫生学的角度分类，主要分为呼吸性粉尘与非呼吸性粉尘。

粒径在5μm以下被认为是呼吸性的粉尘，会通过人的鼻孔进入呼吸道并达到肺部且能引起呼吸性疾病而粒径大于10μm的粉尘，将不会通过人的鼻孔进入呼吸道为非呼吸性粉尘。

（3）按粉尘的润湿性分为两类，亲水性粉尘与憎水性粉尘。

如石灰、水泥有良好的溶解性，属于亲水性的粉尘。

另外如细纱、石墨、碳黑不易与水相互溶解，属于憎水性的粉尘[10]。

爆破中产生的粉尘，大部分是属于亲水的粉尘，粒径在0.2~10μm的呼吸性粉尘，可以利用水雾进行吸收除尘处理。

2.5爆破粉尘的运动过程

2.5.1爆破粉尘的分布和运动

（1）爆破扬尘的尘粒粒径分布情况实践和研究都证明，在开放的空间进行爆破作业时由于建筑物倒塌后产生的破碎建筑尘屑，在爆炸气流的作用下，产生大量粉尘。

这些粉尘粒径小、分散度高，可长时间悬浮于空气中，随着空气流迁移。

在爆破现场，爆破尘气迅速进入开放空间的空气中，迅速向四周扩散，定量测出其粉尘分布情况十分困难，因此需要借助实验进行模拟爆破，研究爆破粉尘的运动过程。

通过实验爆炸物爆后75s，爆破现场尘粒粒径分布情况见表2.5.1[3]

表2.5.1爆区尘粒粒径分布情况

粒径/μm

>10

10～5

5～2

<2

分散度/%

0

4

11.7

84.2

由表2.5.1可以看出，爆炸物爆炸后75s，爆破颗粒物中尘粒粒径小于5μm的颗粒数占总颗粒数的95.9%；爆破颗粒物粒径小于10μm的颗粒数占总颗粒数的100%[3]

（2）尘粒在气体中的运动一般由2部分组成：

一是随气流一起运动；二是在重力作用下向地面的沉降【4】。

图2.5.1所示为2种气流流动形态及其尘粒的运动情况【3】。

图2.5.1尘粒在气体中的运动状态

1为亚微尘粒[dp<0.5μm]，2为细尘粒[dp=5～10μm]，3为粗尘粒[dp>10μm]，

4为层流流动的速度分布，5为紊流流动的速度分布

图1（a）表示尘粒沿平板层流的运动状态。

由图可知，粒径dp>10μm的粒径几乎成直线地落在平板上；粒径dp=5～10μm的细尘粒则呈抛物线落在平板上；粒径小于0.5μm的尘粒在层流中漂移[3]。

图1（b）表示在湍流情况下，粒径dp>10μm的粒径根据其时均速度和脉动速度呈直线或抛物线的落在平板；粒径dp<10μm的尘粒则要继续地随湍流气流移动，而不会落在平板上[3]。

（3）通过研究表明，尘粒在紊流中的沉降与流体的粘性无关，与粒径有密切关系。

对粒径小于50μm的尘粒，其沉降速度随粒径的减小而急剧降低。

对于粒径小于10μm的尘粒，仅靠重力使尘粒与周围气流分离是十分困难的，它们的运动主要受周围气流的控制，将会随气流运动而不能依靠重力沉降[3]。

因此，对粒径1～50μm的尘粒，其沉降速度与其粒径有如下关系：

（2.5.1）

式中，μf为尘粒尘降速度cm/s，d为粒径cm，ρs为颗粒密度g/cm3，g为重力加速度cm2/s，μ为空气动力学黏度。

由式可知，如果粉尘尘粒凝聚，将使其凝聚尘粒的沉降速度提高3倍，有助于提高降尘效果。

（4）由实验结果可知爆后75s的爆破尘粒的粒径dp<10μm，爆尘运动主要受周围气流控制，其自身重力很难使其从空气中分离【8】，为了加速爆破粉尘与大气分离，加速沉降，应当利用尘埃的亲水性使小尘粒凝聚，以便于提高降尘效果[9]。

2.5.2爆炸粉尘尘粒间的相互作用

在尘流中尘粒间的接触和碰撞是不可避免的。

尘粒间有范德华力，静电力，库仑力，液体桥联力等几种相互作用力。

（1）范德华力：

由原子核周围的电子云涨落引起，是一种短程力，但其作用范围大于化学键力，根据伦敦——范德华微观理论，在两颗球体颗粒之间，范德华力表达式为：

（2.5.2-1）

式中，h为两颗粒间距，R1、R2为颗粒半径，A为哈马克常数，（在真空中，A的波动范围介于（0.4~4.0）*109J之间）[3]。

（2）静电力：

气体中粒子间静电力主要来源于电位差，库仑力[3]。

电位差引起静电力：

两种导体尘粒相接近，由于彼此的功函不同而导致电子转移，平衡后产生接触电位差（U），其大小随物质种类、杂质、表面吸附等不同情况而变化，半径为r的导电球形颗粒相互接近时因电位差而相互吸引。

电位差引起的静电力Fe1为[3]：

（2.5.2-2）

式中，ε为气体的介电常数，a为两个球形离子表面间距离，r为球形颗粒半径，U为粒子间接触电位差。

库仑力：

当两个颗粒分别带电荷q1和q2时，两球体的库仑力为[3]：

（2.5.2-3）

式中，r为粒子半径μm，a为为两粒子表面间距离μm，ε0为气体介电常数。

库仑力的大小主要取决于量颗粒带电量的多少以及两粒子表面间的距离，带电量越大，表面间的距离越小其库仑力越大，产生的静电力越大。

（3）液体桥联力：

液桥力主要由液桥曲面产生的毛细压力及表面张力引起的附着力组成，其表达式为[3]：

（2.5.2-4）

式中，σ为气液界面张力，其他符号含义如图。

图2.1.5尘粒间的液桥联力

液体桥联力是尘粒间的主导作用力，相比较与尘粒间的其他作用力要大很多，适当的增大尘粒间的液体桥联力有利于尘粒相互凝聚，形成较大的尘粒，更快的从大气中分离、沉降，到达更好的除尘效果。

（4）粉尘在重力作用下，可根据按斯托克斯沉降公式计算粉尘的沉降速度：

（2.5.2-5）

式中，PP、Pg为可沉降颗粒及空气密kg/m3，dp为沉降颗粒直径m，μ为粘滞度kg/（m.s）

尘粒间3种作用力都有促进尘粒相互吸引，相互吸附并凝聚成大颗粒，尘粒的大小都随尘粒半径的增大呈线性增大关系。

因此，一旦尘粒间的凝聚后，在一定条件下凝聚会逐步增强的。

尘粒凝聚到足够大时，其自身的重力作用成为主要控制力，粉尘在重力作用下，根据斯托克斯公式可知沉降距离越大，粘滞度越小，尘粒密度越大，使得爆炸粉尘沉降速度越快，尘粒凝聚后快速从空气中分离沉降，而不会悬浮在空气中污染大气环境。

[3]

2.6爆破粉尘的危害

爆破产生的粉尘粒度非常细小，爆炸粉尘主要为固态分散性气溶胶（粒径为0.25μm～20μm）和固态凝聚性气溶胶（粒径<1μm，其中较多的粒径为0.01μm～0.1μm）。

粉尘中游离二氧化硅的含量越高，空气中粉尘浓度越高，分散度越高，沉降速度较慢，被机体吸入的机会也就越大[1]。

爆破粉尘长期悬浮和飘移，这些粉尘在表面可以吸附重金属粒子，变成具有毒性的毒尘，长期飘散在爆破建筑物周围，当受到振动或气流影响，就可能回到空气中成为二次扬尘。

在爆破产生粉尘中，粒径小于10μm的可吸入颗粒物，不仅是城市扬尘的主要原因，而且颗粒粒径在0.5~5.0μm以及气溶胶会达到人体肺泡并沉淀下来，而对于2μm

爆炸粉尘不仅对人体有伤害，同时对于周围的环境和施工设备也有一定的影响。

爆破过程中由于粉尘的产生及运动会有一定的碰撞、摩擦，从而粉尘会带有电荷，这在城市拆除爆破中，特别是在有浓密电网和有精密复杂仪器设备的地方则有可能引起电路的短接，影响电力的供应、设备的正常工作[4]。

另外，爆破粉尘中有一部分由于其粒度细微，在空气中容易形成气溶胶，能在大气中长时间的漂浮，随着气流的移动而移动，不易沉降，不易捕捉，对周围地区采光度、降水清洁度均有很大影响。

[6]

第3章爆破粉尘处理技术

3.1爆炸粉尘控制方法

爆破粉尘的主要成分为二氧化硅、粘土和硅酸盐类物质，爆炸物爆炸后产生的烟尘中，含有硝基、酚基等的烷烃类有机物，这些物质的亲水性较强。

因此，利用水雾捕捉粉尘进行降尘处理是目前主要的除尘手段。

一般来说，对爆破粉尘的控制处理技术从3个方面考虑：

（1）爆破尘源控制：

就是从源头上减少粉尘的产量，在城市中较高的多层建筑物爆破时采取预先通过洒水湿润待爆破物；采用爆炸水袋形成超细水雾降尘；采用先进爆破技术减少粉尘和炮烟量（即工艺防尘），这三种手段的合理运用会有效的减少爆破粉尘的尘源量，为后续的降尘处理量[1]。

（2）通过机械通风及时排除作业面有毒有害气体及粉尘。

这一般应用于受限空间，