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书书书 第36卷 第4期 2019年12月 爆 破 BLASTING Vol. 36 No. 4 Dec. 2019 doi10. 3963／ j. issn. 1001 －487X. 2019. 04. 001 工 程 爆 破 氮 污 染 影 响 评 价 与 控 制 研 究 综 述 * 熊 峻 巍 a，b， 卢 文 波a，b （武 汉 大 学a.水 资 源 与 水 电 工 程 科 学 国 家 重 点 实 验 室 ；b.水 工 岩 石 力 学 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 武 汉430072） 摘 要 随 着 绿 色 发 展 观 念 不 断 深 入 ， 工 程 爆 破 引 发 的 环 境 问 题 越 来 越 得 到 重 视 。一 般 工 业 用 炸 药 以 硝 酸 铵 为 主 要 成 分 ， 爆 破 过 程 不 可 避 免 地 会 引 起 氮 污 染 问 题 。分 析 了 爆 破 氮 排 放 机 制 和 主 要 影 响 因 素 ， 包 括 炸 药 自 身 特 性 、 外 部 介 质 条 件 、 爆 破 计 划 及 爆 破 后 的 处 理 措 施 等 。介 绍 了 氮 污 染 的 监 测 与 评 估 方 法 ， 并 简 要 对 比 研 究 了 国 内 外 爆 破 行 业 标 准 、 环 境 卫 生 标 准 和 建 议 值 。在 此 基 础 上 ， 从 炸 药 组 分 、 物 理 化 学 控 制 、 爆 破 作 业 过 程 控 制 等 方 面 总 结 了 爆 破 氮 污 染 控 制 技 术 。最 后 ， 结 合 我 国 工 程 爆 破 发 展 现 状 ， 提 出 了 该 领 域 中 值 得 进 一 步 重 点 研 究 和 解 决 的 主 要 科 学 技 术 问 题 。 关 键 词 岩 石 爆 破 ；爆 破 公 害 ；氮 污 染 ；环 境 影 响 ；绿 色 爆 破 中 图 分 类 号 TD235 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1001 －487X（2019）04 －0001 －12 View of Research on uation and Control of Nitrogen Pollution in Engineering Blasting XIONG Jun-weia， b， LU Wen-boa， b （a. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science； b. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of Ministry of Education， Wuhan University，Wuhan 430072，China） Abstract With the popularity of the concept of green development，environmental concerns from engineering blasting have been getting more attention. The use of industrial explosives will cause nitrogen pollution inevitably，for ammonium nitrate is the main ingredients. This paper analyzed the nitrogen pollution mechanism and main factors，in- cluding explosive characteristics，external media condition，blasting plans，treatment measures after work. The monito- ring and uation s of nitrogen pollution are introduced，meanwhile，the paper compares and studies the blas- ting industry standards，environmental hygiene standards and proposed values in China and abroad. On the base of a- bove results，the nitrogen pollution controlling technology of blasting is summarized from the aspects of explosive com- position，physicochemical controlling s and blasting process control s. At last，combined with the state of engineering blasting in China，the main scientific and technical problems worthy of consideration in this field are put forward. Key words rock blasting；blasting nuisance；nitrogen pollution；environmental implication；green blasting 收 稿 日 期 2019 －09 －23 作 者 简 介 熊 峻 巍 （1997 －） ， 女 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 从 事 岩 石 动 力 学 及 工 程 爆 破 方 面 的 研 究 工 作 ， （E-mail）xiongjunwei＠ whu. edu. cn。 通 讯 作 者 卢 文 波 （1968 －） 男 ， 教 授 、 博 士 生 导 师 ， 主 要 从 事 岩 石 动 力 学 及 工 程 爆 破 方 面 的 教 学 与 研 究 工 作 ， （E-mail）wblu＠ whu. edu. cn。 基 金 项 目 湖 北 省 技 术 创 新 专 项 重 大 项 目 （2017ACA102） 伴 随 我 国 工 业 化 进 程 ， 工 程 爆 破 技 术 在 采 矿 、 采 石 、 水 电 、 交 通 和 爆 炸 加 工 等 各 个 领 域 都 得 到 了 广 泛 应 用 。但 是 ， 也 不 可 避 免 地 带 来 爆 破 负 面 效 应 ， 影 响 现 场 施 工 人 员 、 临 近 建 筑 物 和 设 施 设 备 等 的 安 全 ， 并 对 施 工 周 边 生 态 环 境 造 成 污 染 。传 统 上 ， 国 内 外 主 要 关 注 爆 破 振 动 、 爆 破 飞 石 、 爆 破 冲 击 波 和 爆 破 噪 声 万方数据 等 爆 破 公 害 的 影 响 。进 入 新 世 纪 ， 随 着 生 态 保 护 和 绿 色 发 展 倡 议 的 提 出 ， “绿 色 爆 破 ”概 念 逐 渐 得 到 重 视 ， 爆 破 粉 尘 和 爆 破 有 毒 有 害 气 体 的 影 响 和 控 制 研 究 也 得 到 进 一 步 发 展 。 我 国2006年 发 布 的 中 国 工 程 爆 破 行 业 中 长 期 科 学 和 技 术 发 展 规 划 （20062020年 ） 明 确 提 出 “ 要 研 究 爆 破 作 业 安 全 与 周 围 环 境 保 护 的 控 制 技 术 ， 改 善 爆 破 安 全 和 环 境 污 染 问 题 ， 对 重 大 爆 破 工 程 实 施 爆 破 安 全 监 测 和 信 息 化 施 工 ”的 发 展 目 标 ［1］； 2008年 国 务 院 批 复 实 施 全 国 矿 产 资 源 规 划 （20082015年 ） ， 首 次 从 国 家 层 面 明 确 提 出 发 展 “ 绿 色 矿 业 ” ， 并 确 定 了 “2020年 绿 色 矿 山 格 局 基 本 建 立 ” 的 战 略 目 标 ［2］； 2012年 ， 党 的 十 八 大 将 生 态 文 明 建 设 纳 入 “ 五 位 一 体 ” 总 布 局 ， 再 次 对 “绿 色 爆 破 ” 发 展 提 出 了 新 要 求 和 新 挑 战 。2018年 ， 在 瑞 典 召 开 的 第12届 国 际 岩 石 爆 破 破 碎 学 术 会 议 上 ， 国 际 爆 破 破 岩 组 委 会 主 席Sanchidrin J A教 授 结 合 欧 盟 Horizen 2020资 助 项 目SLIM， 介 绍 了 降 低 环 境 冲 击 影 响 的 “ 绿 色 爆 破 ” 概 念 和 方 法 ；Haugen S指 出 绿 色 爆 破 技 术 将 成 为 国 际 爆 破 技 术 未 来 的 发 展 方 向 ［3］。 近 年 来 ， 炸 药 使 用 引 起 的 环 境 污 染 问 题 逐 步 得 到 重 视 ， 国 内 外 工 程 爆 破 氮 污 染 研 究 已 初 具 规 模 。 Oluwoye I等 （2017）总 结 了 爆 破 产 生 氮 氧 化 物 的 途 径 ［4］， 指 出 爆 破 发 生 后 空 气 中 局 部 氧 化 氮 含 量 可 达 国 际 允 许 值 的3000倍 ［4］； 这 些 氮 氧 化 物 （以 NO为 主 ） 进 入 到 大 气 后 会 破 坏 臭 氧 ， 导 致 酸 雨 ， 破 坏 植 物 生 长 、影 响 当 地 居 民 的 正 常 生 活 。Hendry M J （2018） ［5］、 Mahmood F N（2017） ［6］、 Villeneuve S A （2017） ［7］、 Karlsson T和Kauppila T（2015） ［8］通 过 实 验 发 现 炸 药 在 使 用 过 程 中 会 发 生 不 同 程 度 的 氮 泄 漏 ； 排 放 到 环 境 中 的 氨 和 硝 酸 盐 会 引 起 当 地 土 壤 酸 化 和 富 营 养 化 ， 造 成 地 表 地 下 水 污 染 ［9］。因 此 ， 工 程 爆 破 引 起 的 氮 污 染 问 题 不 能 忽 略 。 在 当 今 生 态 保 护 和 绿 色 发 展 的 大 背 景 下 ， 绿 色 爆 破 既 满 足 新 时 代 国 家 发 展 的 需 求 ， 也 符 合 我 国 一 带 一 路 的 倡 议 。这 就 要 求 在 对 爆 破 负 面 效 应 进 行 控 制 的 同 时 ， 也 要 实 现 该 领 域 的 节 能 减 排 ， 而 爆 破 氮 排 放 研 究 与 控 制 正 是 “绿 色 爆 破 ”发 展 的 重 要 组 成 部 分 。因 此 ， 系 统 研 究 工 程 爆 破 氮 污 染 并 建 立 完 整 的 爆 破 氮 排 放 监 测 评 价 体 系 已 成 为 我 国 爆 破 行 业 亟 待 解 决 的 重 要 问 题 。针 对 上 述 问 题 ， 立 足 于 对 国 内 外 爆 破 氮 排 放 理 论 与 监 测 评 估 基 本 方 法 的 总 结 和 评 述 ， 全 面 探 讨 爆 破 氮 污 染 评 价 标 准 和 评 价 方 法 ， 同 时 讨 论 氮 污 染 控 制 技 术 ， 并 对 该 领 域 进 行 展 望 。 1 爆 破 氮 污 染 机 制 和 主 要 影 响 因 素 1. 1 爆 破 氮 污 染 机 制 一 般 来 说 ， 在 爆 破 过 程 中 ， 燃 油 不 足 、 炮 孔 潮 湿 等 会 导 致 非 理 想 爆 轰 行 为 ， 产 生 氧 化 氮 气 体 。在 大 多 数 条 件 下 ， 即 使 爆 轰 状 态 理 想 ， 也 会 向 周 边 水 体 、 土 壤 等 产 生 不 同 程 度 的 炸 药 泄 漏 ， 造 成 氮 污 染 。现 按 照 不 同 产 生 途 径 对 氮 污 染 机 制 进 行 分 析 。 1. 1. 1 爆 破 作 业 引 起 的 氮 污 染 正 氧 平 衡 炸 药 爆 炸 产 生 氧 化 氮 气 体 。爆 炸 过 程 是 氧 化 剂 和 燃 料 发 生 高 速 反 应 的 过 程 。理 想 状 态 是 炸 药 分 子 中 的 氧 恰 好 能 与 可 燃 元 素 发 生 完 全 氧 化 还 原 反 应 ， 生 成 氮 气 ， 不 产 生 有 毒 有 害 气 体 。但 若 含 氧 量 过 多 ， 多 余 的 氧 在 高 温 高 压 的 爆 炸 过 程 中 会 与 氮 反 应 ， 产 生 氧 化 氮 气 体 ， 称 为 正 氧 平 衡 ［10，11］。 现 以 铵 油 炸 药 为 例 ， 说 明 爆 炸 过 程 中 氮 氧 化 物 的 形 成 机 制 。正 氧 平 衡 炸 药 爆 炸 发 生 如 下 化 学 反 应 5NH4NO3＋ CH2→4N2＋ CO2＋ 11H2O ＋ 2NO （1） 爆 破 后 产 生 的 氮 氧 化 物 主 要 是 一 氧 化 氮 （NO） ， 后 经 大 气 中 氧 气 氧 化 生 成 二 氧 化 氮 ， 形 成 橙 红 色 羽 烟 。即 发 生 反 应 2NO ＋ O2→2NO2（2） 实 验 发 现 爆 炸 过 程 产 生 的NO与NO2比 例 一 般 稳 定 在27∶1左 右 ［12］。 根 据 上 述 分 析 ， 正 氧 平 衡 炸 药 爆 炸 是 产 生NOx 气 体 （ 以NO、NO2为 主 ） 的 主 要 原 因 。Attalla M I等 （2008） ［12］指 出 在 露 天 采 矿 工 程 中 ， 爆 炸 后 的 烟 羽 可 以 含 有 超 过500 ppm的 氮 氧 化 物 （NO1 ppm ＝ 1230 μg／ m3；NO21ppm ＝ 1880 μg／ m3） ，远 高 于 NIOSH建 议NO的10小 时 接 触 限 值 ， 分 别 为25 ppm 和2 ppm［ 13］。不 论 是 地 下 爆 破 还 是 露 天 爆 破 ， 爆 破 结 束 后 ， 大 部 分 氧 化 氮 气 体 随 炮 烟 一 起 排 出 并 迅 速 扩 散 ， 这 部 分 气 体 浓 度 大 、 但 持 续 时 间 短 ， 通 过 工 程 措 施 可 在 较 短 时 间 内 降 至 允 许 浓 度 以 下 ； 另 一 部 分 残 留 在 爆 堆 中 ， 并 在 之 后 缓 慢 溢 出 ， 这 部 分 气 体 将 对 周 边 生 态 环 境 产 生 长 期 影 响 ， 对 施 工 人 员 身 体 健 康 造 成 潜 在 威 胁 ［10］。 除 了 爆 破 作 业 直 接 导 致 的 氮 污 染 外 ， 爆 破 产 生 的 含 氮 化 合 物 排 放 至 周 边 环 境 后 也 有 可 能 发 生 复 杂 的 转 化 和 反 应 过 程 ， 在 此 期 间 同 样 可 能 产 生 氮 污 染 。 残 留 在 干 燥 岩 石 中 的 硝 酸 铵 可 能 会 在 微 生 物 的 作 用 下 发 生 反 硝 化 反 应 ， 生 成N2、NO、NO2气 体 ， 对 环 境 造 成 潜 在 影 响 ［14］。氧 化 氮 气 体 在 大 气 中 也 可 能 发 生 化 学 反 应 产 生 次 生 污 染 物 ， 例 如 与 反 应 性 碳 氢 化 2爆 破 2019年12月 万方数据 合 物 及 其 它 挥 发 性 有 机 化 合 物 （VOC）在 光 和 热 的 催 化 下 会 反 应 产 生 地 表 臭 氧 ［4］、 在 大 气 中 的 氧 化 有 助 于 硝 酸 盐 气 溶 胶 的 形 成 ， 上 述 两 种 反 应 会 对 大 气 造 成 二 次 污 染 。除 此 之 外 ， 爆 破 后 的 水 雾 降 尘 措 施 在 降 尘 的 同 时 将 捕 获 氧 化 氮 气 体 ， 将 气 态 氮 转 化 为 溶 解 氮 。 1. 1. 2 炸 药 流 失 产 生 的 氮 泄 漏 不 论 爆 轰 状 态 是 否 理 想 ， 都 将 产 生 不 同 程 度 的 炸 药 流 失 与 氮 浸 出 。在 矿 山 、 隧 道 等 爆 破 施 工 周 边 水 体 中 可 以 检 测 出 超 过 环 境 背 景 值 的 氨 和 硝 酸 盐 存 在 ［15，16］， 这 表 明 在 爆 破 过 程 中 存 在 一 定 程 度 的 炸 药 流 失 。 （1） 贮 存 、 运 输 、 装 药 过 程 中 的 炸 药 损 耗 在 贮 存 、 运 输 、 装 药 过 程 中 ， 可 能 会 因 设 计 不 当 、 操 作 不 当 造 成 炸 药 的 散 落 或 外 溢 ， 从 而 产 生 氮 污 染 。 近 年 来 现 场 混 装 炸 药 占 比 逐 步 上 升 ， 已 成 为 国 内 外 炸 药 研 究 的 主 要 方 向 。工 业 炸 药 现 场 混 装 技 术 是 指 在 施 工 现 场 进 行 制 备 、 装 填 ， 或 在 地 面 站 （固 定 式 或 移 动 式 ）制 备 好 原 材 料 ， 装 药 车 在 现 场 进 行 混 合 、 装 药 的 一 种 一 体 化 模 式 。该 技 术 是 集 安 全 、 节 能 、 环 保 于 一 体 的 新 工 艺 ， 具 有 计 量 准 确 、 装 药 效 率 高 、 爆 破 效 果 好 、环 境 污 染 小 等 优 点 ［17 －20］。根 据 现 场 混 装 炸 药 生 产 安 全 管 理 规 程 ［21］ 对 于 现 场 混 装 车 ， 在 正 式 进 入 爆 区 作 业 前 ， 需 要 在 地 面 试 做 炸 药 直 至 各 项 指 标 达 到 标 准 ； 在 工 作 完 成 后 ， 为 避 免 残 余 物 料 在 螺 杆 泵 及 管 路 中 长 期 停 留 变 质 而 影 响 下 次 使 用 ， 需 要 对 生 产 管 路 、 混 合 器 、 乳 胶 箱 体 内 部 及 混 装 车 外 部 进 行 水 气 冲 洗 。在 上 述 过 程 中 很 容 易 因 操 作 不 当 造 成 炸 药 流 失 ， 引 起 氮 泄 漏 。 在 现 场 制 备 和 装 填 炸 药 的 过 程 中 ，Revey G F （1996） ［22］提 出 相 对 于 包 装 炸 药 ， 使 用 散 装 炸 药 可 能 造 成 更 多 的 炸 药 损 失 ； 同 时 指 出 乳 化 液 泄 漏 通 常 发 生 在 储 罐 出 口 和 泵 的 输 送 区 域 。Brochu S等 （2010）提 出 ［23］ 在 没 有 特 殊 控 制 的 情 况 下 使 用 散 装 铵 油 炸 药 ， 容 易 在 气 动 装 载 过 程 中 通 过 溢 出 和 回 弹 等 方 式 造 成 炸 药 损 失 ， 损 耗 率 通 常 在2％ ～5％。在 装 药 期 间 ， 若 螺 旋 装 载 车 设 计 不 良 ， 炸 药 通 过 排 放 软 管 时 易 发 生 泄 漏 ， 增 加 周 边 环 境 氮 负 担 ； 如 果 排 放 软 管 出 口 过 高 ， 会 增 加 风 吹 走 孔 中 炸 药 的 几 率 ， 也 会 增 加 炸 药 损 失 。 （2） 炮 孔 中 的 炸 药 流 失 炸 药 中 溶 解 氮 释 放 （主 要 是 硝 酸 根 离 子 和 氨 ） 通 常 归 因 于 硝 酸 铵 的 溢 出 ， 或 不 完 全 爆 炸 及 随 后 残 留 炸 药 的 溶 解 。 加 拿 大ICI公 司 曾 对 不 同 炸 药 的 硝 酸 盐 析 出 率 进 行 了 试 验 测 定 ， 试 验 结 果 表 明 铵 油 炸 药 极 易 溶 于 水 ， 析 出 氨 和 硝 酸 盐 的 速 率 较 快 ， 乳 化 炸 药 和 水 胶 炸 药 次 之 ［24］。Revey G F（ 1996）的 研 究 表 明 ［22］， 铵 油 炸 药 在 水 中 暴 露10 min后 硝 酸 盐 损 失 约25％、 60 min后 损 失 约50％， 而 铵 油 炸 药 在 失 去25％的 硝 酸 盐 后 将 不 能 被 引 爆 。尽 管 使 用 耐 水 铵 油 炸 药 的 效 果 稍 好 一 些 ， 在 暴 露60 min后 硝 酸 盐 损 失 仅25％， 但 仍 会 对 爆 破 效 果 产 生 较 大 影 响 。除 炸 药 自 身 特 性 以 外 ， 地 下 水 含 量 、 岩 石 裂 隙 发 育 程 度 、 炮 孔 清 孔 除 水 工 作 等 也 会 影 响 炮 孔 中 炸 药 的 溶 解 与 浸 出 。 Sanchidrin J A教 授 在 第12届 国 际 岩 石 爆 破 破 碎 学 术 会 议 的 报 告 中 提 出 了 岩 石 残 留 炸 药 的 两 种 排 放 途 径 若 爆 堆 石 料 作 为 废 料 贮 藏 在 废 石 堆 或 作 为 回 填 料 回 填 ， 岩 石 残 留 炸 药 将 随 降 雨 、 径 流 等 排 放 至 周 围 环 境 中 ； 若 作 为 石 料 运 输 至 加 工 厂 ， 残 留 炸 药 在 石 料 的 破 碎 、 筛 分 、 清 洗 过 程 中 将 随 施 工 废 水 排 放 至 周 边 环 境 。 （3） 溶 解 氮 排 放 特 征 Mahmood F N等 （2017） ［6］通 过 加 拿 大 Elk峡 谷 的 爆 破 废 石 浸 出 试 验 得 到 爆 破 后 的 岩 石 萃 取 水 中 NO － 3 -N平 均 浓 度 为27. 6 47. 4mg／ L。Hendry M J 等 （2018） ［5］在 某 矿 区 进 行 为 期 一 年 的 长 期 监 测 发 现 爆 破 后 岩 石 中 氨 和 硝 酸 根 离 子 浓 度 较 高 ， 常 规 炮 孔 装 药 （ 正 常 粘 度 的 乳 化 炸 药 ）2 d后 ， 炮 孔 水NO － 3 - N、NH3-N浓 度 分 别 可 达151和113 mg／ L； 但 是 随 着 时 间 推 移 ，NH3-N和NO － 2 -N浓 度 普 遍 降 低 ， 平 均 浓 度 可 低 至0. 01 mg／ L以 下 ， 而NO － 3浓 度 始 终 维 持 在 较 高 水 平 ， 平 均 浓 度 可 达87 22 mg／ L。Villeneuve S A等 （2017） ［7］对 某 大 型 废 石 堆 进 行 长 期 监 测 ， 测 到 岩 石 排 水 沟 中NO － 3 -N浓 度 平 均 值 为27 mg／ L， 并 在 冬 季 基 流 期 达 到 最 大 值 。Bailey B L等 （2013） ［25］ 在 加 拿 大 西 北 部 的Diavik钻 石 矿 进 行 长 期 监 测 并 进 行 新 爆 破 岩 石 的 浸 出 试 验 ， 在8次 实 验 中 ， 浸 出 试 验 得 到 的 总 氮 平 均 浓 度 仅 为0. 46 mg／ L。Karlsson T 和Kauppila T（2015） ［8］提 出 大 型 采 矿 废 石 的 炸 药 氮 含 量 比 天 然 石 材 工 业 废 石 的 更 多 ， 例 如 加 拿 大Dia- vik钻 石 矿 的 废 石 中 氮 含 量 仅 为4. 6 mg／ kg岩 石 ［25］， 而 Kemi铬 矿 的 矿 石 和 废 石 中 总 氮 含 量 可 达 20 mg／ kg岩 石 ［26］。 可 以 看 出 ， 爆 破 后 氮 化 合 物 的 含 量 在 不 同 案 例 中 表 现 出 差 异 ， 甚 至 存 在 数 量 级 的 差 别 ， 这 是 因 为 不 同 工 程 的 环 境 背 景 、 爆 破 方 式 、 炸 药 类 型 、 试 验 测 量 方 法 等 均 存 在 差 异 。必 须 指 出 ， 尽 管 氮 化 合 物 浓 度 从 一 定 程 度 上 能 够 表 明 爆 破 氮 泄 漏 的 存 在 ， 但 是 不 能 直 观 反 映 炸 药 泄 漏 程 度 ， 也 不 能 直 接 用 来 进 行 工 程 横 向 对 比 。因 此 ， 单 一 的 浓 度 值 不 能 很 好 地 反 映 3第36卷 第4期 熊 峻 巍 ， 卢 文 波 工 程 爆 破 氮 污 染 影 响 评 价 与 控 制 研 究 综 述 万方数据 氮 污 染 特 征 ， 还 需 要 参 考 其 他 指 标 。 Ferguson和Leask（1988）通 过 对Kootenay煤 矿 附 近 水 质 的 分 析 指 出 ， 铵 油 炸 药 在 干 燥 条 件 下 的 浸 出 率 仅 为0. 2％，而 在 湿 润 矿 区 可 达2％ ～ 5％。 Wiber等 （1991） 提 出 ， 即 使 爆 破 效 果 良 好 ， 在 使 用 铵 油 炸 药 期 间 也 会 有5％ ～ 15％的 显 著 损 失 ［23］。通 过 对 加 拿 大 不 列 颠 哥 伦 比 亚 省 东 南 部5个 露 天 煤 矿 的 调 查 发 现 ， 炸 药 总 量 中 约 有0. 2％ ～6％的 氮 出 现 在 煤 矿 排 水 系 统 中 ［27］。Morin K A 和Hutt N M （2009） 通 过 案 例 分 析 研 究 表 明 ， 炸 药 中 氮 的 浸 出 幅 度 约 为0. 2％ ～ 28％， 且 在 湿 润 条 件 下 的 浸 出 率 更 高 ［28］。Sidenko N等 对 加 拿 大 某 地 下 矿 山 进 行 了 为 期4年 的 长 期 监 测 （20142017）［ 29］， 观 测 结 果 表 明 ， 炸 药 的 损 耗 浸 出 率 范 围 为4. 7 ～ 32. 2％， 平 均 值 为 16.5％。Ochieng L和Schrder B（2018）［ 30］对 爆 破 废 石 、 尾 矿 等 进 行 浸 出 试 验 ， 得 到 爆 破 废 石 的 硝 酸 盐 浸 出 率 在3. 7％ ～9. 6％之 间 。Gold Associate（2018）中 对 各 爆 破 作 业 中 氮 损 失 情 况 进 行 了 监 测 、 统 计 和 估 算 ［31］， 发 现 氮 损 失 在 0. ％ ～15％之 间 浮 动 。 在 上 述 案 例 中 ， 氮 浸 出 率 可 以 准 确 地 描 述 炸 药 损 失 程 度 并 可 以 用 于 计 算 爆 破 总 氮 污 染 量 ， 但 是 无 法 直 观 地 反 映 氮 污 染 对 周 边 环 境 的 影 响 。因 此 ， 炸 药 氮 浸 出 率 也 不 能 成 为 评 价 氮 泄 漏 的 唯 一 指 标 。 Morin K A等 通 过 在 加 拿 大 某 地 下 金 属 矿 山 的 两 次 爆 破 测 试 发 现 ［27，28］， 两 次 试 验 氮 浸 出 总 量 及 浓 度 差 别 较 大 ， 第 一 次 氮 浸 出 率 达28％， 第 二 次 仅 为 12％； 但 是 各 组 分 比 例 基 本 一 致 硝 酸 盐 占 总 氮 的 51％ ～56％， 氨 占40％ ～ 46％， 亚 硝 酸 盐 占3％ ～ 4％。另 外 一 份 来 自 某 峡 湾 爆 破 工 程 的 环 境 报 告 显 示 ， 炸 药 的 潜 在 氮 负 荷 量 可 以 达 到 环 境 背 景 值 的 3 ～5倍 ， 但 是 由 于 溶 解 性 氮 可 随 洋 流 输 送 和 稀 释 ， 实 际 浸 出 量 将 显 著 小 于 潜 在 浸 出 量 ［32］。Karlsson T 和Kauppila T（2015） ［8］进 行 的 爆 破 测 试 发 现 在 第 一 次 对 爆 破 废 石 冲 水 时 ， 废 水 中NO － 3比 例 最 高 ， 约 占 总 氮 的60％，NH ＋ 4次 之 ， 约 占 总 氮 的 40％； 而 在 随 后 的 测 试 中NO － 3比 例 增 加 到 67％ ～ 94％，NH ＋ 4 比 例 下 降 至1％ ～9％； 同 时 发 现NH ＋ 4和 NO － 2的 野 外 测 量 值 高 于 实 验 室 测 量 值 。研 究 表 明 氮 的 第 一 次 冲 刷 发 生 很 快 ， 可 以 除 去 大 约 一 半 的 总 氮 ， 主 要 以 NO － 3、 NH ＋ 4的 形 式 存 在 ； 野 外 测 量 结 果 表 明 即 使 发 生 多 次 冲 刷 ， 试 验 材 料 中 仍 会 存 在 一 定 的 炸 药 残 余 物 ， 这 些 氮 被 相 当 缓 慢 地 排 放 ， 对 大 气 造 成 潜 在 的 长 期 污 染 。 不 难 理 解 ， 爆 破 点 周 边 水 体 中 氮 存 在 的 主 要 形 态 是 NO － 3、NH3（NH ＋ 4） 、NO － 2。新 爆 破 后 NH ＋ 4、 NO － 3浓 度 基 本 一 致 ， NO － 2浓 度 较 低 ； 但 是 随 着 时 间 推 移 ， 各 组 分 间 比 例 发 生 变 化 ，NO － 3浓 度 升 高 ， NH ＋ 4 浓 度 下 降 ，NO － 2浓 度 始 终 维 持 在 较 低 水 平 ， 这 表 明 了 水 溶 性 氮 在 运 输 过 程 中 具 有 不 稳 定 性 。同 时 ， 地 表 水 、 地 下 水 在 流 动 过 程 中 也 会 产 生 氮 损 失 ， 在 某 地 下 金 属 矿 山 测 试 中 发 现 ［27］ 当 水 流 沿 着 测 试 入 口 下 方 约250 m的 斜 坡 向 下 流 动 时 ，总 氮 损 失 了 约 40％； 实 验 结 果 显 示 大 部 分 损 失 为 氨 ， 而 硝 酸 根 离 子 实 际 上 有 所 增 加 。这 表 明 了 爆 破 后 氮 化 合 物 的 反 应 与 转 化 具 有 复 杂 性 和 不 确 定 性 。 1. 1. 3 爆 破 氮 污 染 特 征 根 据 上 述 分 析 ， 爆 破 氮 污 染 特 征 可 以 总 结 如 下 （1） 不 同 工 程 的 爆 破 氮 浸 出 率 差 异 较 大 ， 与 爆 破 方 式 、 炸 药 特 性 、 环 境 干 湿 程 度 等 均 有 关 。一 般 来 讲 ， 铵 油 炸 药 相 对 其 它 炸 药 的 浸 出 率 更 高 ， 湿 润 条 件 下 的 炸 药 浸 出 率 更 高 ， 地 下 爆 破 较 露 天 爆 破 炸 药 氮 损 失 更 高 。 （2） 溶 解 氮 排 放 是 一 个 相 对 缓 慢 的 过 程 ， 废 石 中 残 留 炸 药 彻 底 排 尽 需 要 以 年 为 单 位 进 行 计 算 ［28］。 试 验 证 明 ， 残 留 炸 药 中 的 氮 在 第 一 次 与 水 接 触 的 过 程 中 浸 出 量 最 大 ， 随 后 慢 慢 减 小 ； 但 是 在 实 际 过 程 中 由 于 爆 破 废 石 的 积 累 ， 氮 排 放 量 不 会 随 时 间 发 生 明 显 变 化 。 （3） 溶 解 氮 与 气 态 氮 在 一 定 条 件 下 可 以 互 相 转 化 ， 干 燥 岩 石 中 残 留 的 固 体 炸 药 在 微 生 物 的 作 用 下 可 以 发 生 硝 化 反 应 生 成N2甚 至NO、NO2气 体 ； 同 样 ， 爆 破 直 接 产 生 的 氧 化 氮 气 体 在 洒 水 除 尘 过 程 中 也 可 以 转 化 为 可 溶 性 氮 ， 这 部 分 溶 解 氮 一 般 通 过 降 尘 除 害 效 率 估 算 ， 刘 桂 丽 （2011）的 实 验 表 明 ［33］， 一 般 洒 水 降 尘 处 理 可 以 减 少 约30％的NOx气 体 。 （4） 现 常 用 的 大 直 径 装 、 小 直 径 装 、 袋 装 炸 药 在 爆 破 过 程 中 可 能 会 因 爆 破 效 果 不 佳 产 生 氧 化 氮 气 体 ； 同 时 ， 在 贮 存 、 运 输 、 装 药 和 起 爆 等 待 过 程 中 也 会 产 生 一 定 的 溶 解 氮 排 放 。现 场 混 装 工 业 炸 药 爆 破 效 果 较 好 ， 产 生 的 爆 破 有 毒 气 体 少 ， 但 是 更 易 造 成 氮 泄 漏 ， 在 贮 藏 、 运 输 、 现 场 制 作 和 装 药 过 程 中 由 于 炸 药 流 失 造 成 的 氮 污 染 不 可 忽 略 。 1. 2 主 要 影 响 因 素 影 响 氮 排 放 量 的 最 直 接 因 素 是 炸 药 用 量 ， 若 要 降 低 爆 破 氮 排 放 量 ， 进 行 合 理 的 钻 爆 设 计 、 减 少 炸 药 用 量 十 分 重 要 。此 外 ， 爆 破 效 率 、 爆 破 作 业 点 的 地 理 地 质 条 件 、 爆 炸 物 的 管 理 和 处 理 对 氮 污 染 总 量 也 有 重 要 影 响 。现 将 主 要 影 响 因 素 总 结 如 下 1. 2. 1 炸 药 自 身 特 性 （1） 炸 药 组 成 成 分 上 文 已 经 提 到 ， 炸 药 内 含 氧 量 是 否 能 够 恰 好 完 4爆 破 2019年12月 万方数据 全 与 可 燃 元 素 反 应 是 决 定 是 否 产 生 有 毒 有 害 气 体 的 关 键 ， 正 氧 平 衡 会 产 生NO气 体 ， 进 而 氧 化 产 生NO2 气 体 ， 故 保 证 炸 药 配 比 零 氧 平 衡 是 控 制NOx等 有 毒 有 害 气 体 排 放 的 主 要 措 施 。Mainiero R等 （2000）提 出 炸 药 中 燃 料 油 含 量 是 影 响 氮 氧 化 物 产 量 的 重 要 因 素 ［34］ 若 燃 油 含 量 不 足 ， 硝 酸 铵 不 能 完 全 被 还 原 ， 可 能 产 生 更 多NO、NO2气 体 增 加 氮 污 染 。除 此 之 外 ， 炸 药 中 各 成 分 含 量 、 炸 药 的 纯 度 、 硝 酸 铵 粒 子 的 物 理 特 性 等 也 会 影 响 氧 化 氮 气 体 的 产 生 与 排 放 ［13，23］。 Sapko M等 （2002） 研 究 了 硝 酸 铵 粒 子 形 态 对 爆 速 和 有 毒 烟 气 的 影 响 ［13］， 发 现 在 相 同 的 光 约 束 条 件 下 ， 用 粉 碎 的 硝 酸 铵 制 得 的 铵 油 炸 药 在 爆 炸 过 程 中 产 生 的NO2量 仅 为 标 准 粒 径 硝 酸 铵 制 得 的1 ／4。这 是 因 为 粉 碎 的 硝 酸 铵 与 燃 油 接 触 更 充 分 ， 反 应 更 彻 底 。 Brochu S等 （2010） 提 出 ［23］ 炸 药 类 型 是 影 响 爆 破 氮 污 染 的 重 要 因 素 。不 同 类 型 炸 药 的 溶 解 度 、 耐 水 性 、 硝 酸 铵 的 析 出 率 和 析 出 速 率 均 有 所 不 同 。上 文 已 经 提 到 ， 铵 油 炸 药 的 硝 酸 铵 析 出 率 较 水 胶 炸 药 和 乳 化 炸 药 更 高 、 析 出 速 率 更 快 ， 相 同 条 件 下 将 产 生 更 多 氮 污
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