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1、热污染及其控制,第一节 概述第二节 水体热污染第三节 热岛效应第四节 温室效应第五节 热污染控制技术,第一节 概述,热环境,热环境又称环境热特性，是提供给人类生产、生 活及生命活动的生存空 间的温度环境。,表 6-1 热环境的分类,热环境中的人为热量来源,人类生产、生活中排放出的废热造成的环境热化，损害环境质量，影响人类生产、生活的一种增温效应。,水体热污染,污染源,备 注,热电厂、核电站、钢铁厂的循环冷却系统排放热水；石油、化工、铸造、造纸 等工业排放含大量废热的 废水。,燃煤火电站热能利用率仅40%，轻水堆核电站仅为31%33%，核电站冷却水耗量较火电站多 50%以上。废热随冷却水或工业废
2、水排入 地表水体，导致水温急剧升 高，对水生生物造成危害。,类型,大气热污染,城市和工业大规模燃烧过程 产生废热，高温产品、炉渣 和化学反应产生的废热等。,目前关于大气热污染的研究 主要集中在城市热岛效应和 温室效应。温室气体的排放抑制了废热 向地球大气层外扩散，更 加剧了大气的升温过程。,环境热污染主要由人类活动造成，主要成因,向环境释放热量,改变地表形态,能源未能有效利用，余热排入环境后直接引起环境温度升高；,改变大气层组成和结构,改变大气层组成和结构,CO2含量剧增,CO2是温室效应的主要贡献者。,颗粒物大量增加,对流层水蒸气增多,平流层臭氧减少,反射太阳辐射，吸收地表长波辐射对环境温度
3、的影响与颗粒物粒度、成分、停留高度、云层和地表反射率等因素相关,白天吸收地面辐射，抑制热量向太空扩散；夜晚向外辐射能量，使环境温度升高。,氟氯烃（CFCs）和含溴卤化烃哈龙（Halon）是造成臭氧层破坏的主要原因。,改变地表形态,地表蒸发强度增强，反射率提高降低植物吸收CO2和太阳辐射的能力减弱了植被对气候的调节作用,植被破坏,下垫面改变,海洋面受热性质改变,城市化地表的反射率和蓄热能力改变地表和大气之间的换热过程破坏,石油泄漏可显著改变海面的受热性质对太阳辐射的反射率降低，吸收能力增加,表6-6 城市下垫面对热环境的影响,第二节 水体热污染,水体升温，水中溶解氧降低,水体升温还可提高有毒物质
4、的毒性以及水生生物对有害物质的富集能力，改变鱼类的进食习性和繁殖状况等；热效力综合作用容易引起鱼类和其他水生生物的死亡；,热污染可使水体严重缺氧，厌氧菌大量繁殖，有机物腐败严重，水体发生黑臭。,温排水还会促进底泥中营养物质的释放，导致水体离子总量，特别是N、P含量增高，加剧水体富营养化。,水温超过30，硅藻大量死亡，绿藻、蓝藻迅速繁殖,水体升温给致病微生物滋生繁衍提供温床，引发流行性疾病。,（三）引发流行性疾病,澳大利亚曾流行的一种脑膜炎是由于电厂排放的冷却水使水温增高，变形虫大量滋生繁衍，污染水源，经人类饮水、烹饪或洗涤等途径 进入人体，导致发病。,水温升高会加快水体的蒸发速度，使大气中的水
5、蒸气，从而增强温室效应，引起地表和大气下层温度上升，影响大气循环，甚至导致气候异常。,（四）增强温室效应,热污染很难彻底消除(预防)综合防治的目标：减少热污染，将其控制在环境可承受的范围内，及其资源化利用。,水体污染的防治措施,冷却水循环利用或改进冷却方式，减少冷却水用量、降低排水温度，从而减少进入水体的废热量。合理设计取、排水方式和选择取、排水位置，如采用多口排放或远距离排放等，减轻废热对受纳水体的影响。,养殖鱼、虾或贝类废热水灌溉，温室蔬菜或花卉种植。废热水调节污水处理系统水温排入港口或航道以防止结冰冬季供暖,应尽快制定水温排放标准将热污染纳入建设项目的环境影响评价中各地方部门需加强对受纳
6、水体的管理,第三节 热岛效应,城市热岛效应,在人口稠密、工业集中的城市地区，由人类活动排放的大量热量与其他自然条件共同作用致使城区气温普遍高于周围郊区的现象。以城区气温与郊区气温之差来表示。,城市热岛效应导致城区年平均气温高出郊区 农村0.51.5左右；一般冬季城区平均最低气温比郊区高12，城市中心区气温比郊区高23，最大可相差 5；夏季城市局部地区的气温有时甚至比郊区高出 6以上。,引起城市热岛效应的原因,（一）城市下垫面的变化,下垫面：混凝土、柏油路面、建筑墙面对太阳辐射的反射率低，升温快，蓄热能力强。植被面积减少，蒸腾作用减弱。,使温室效应大大增强！,（二）城市大气成分的变化,（三）人为
7、热的释放,（1）城区冬季缩短，霜雪减少 城区冬季采暖耗能降低，但另一方面，热岛效应导致夏季持续高温又会增加城市耗能。例如美国洛杉矶市城乡温差增加2.8，全市因空调降温多耗10亿瓦电能，每小时合15万美元，据此推算全美国夏季因热岛效应每小时多耗降温费达数百万美元。,（2）加剧城区夏季高温天气 工作效率降低，中暑和死亡人数增加。医学研究表明，环境温度与人体的生理活动密切相关，当温度高于28时，人会有不舒适感；温度再高易导致烦躁、中暑和精神紊乱等；气温高于34并加以热浪侵袭可引发心脏病、脑血管和呼吸系统疾病，使死亡率显著增加。,（3）引起异常天气现象 城市热岛效应可能引起暴雨、飓风和云雾等异常天气现
8、象，即所谓的“雨岛效应”、“雾岛效应”和“城市风”。热岛效应阻碍了城市云雾（工业生产和生活中排放的污染物形成的酸雾、油雾、烟雾和光化学雾等的混合物）的扩散。,城市热岛环流 城区中心空气受热上升，周围郊区冷空气向市区汇流补充，而城区上升的空气在向四周扩散的过程中又在郊区沉降下来，形成城市热岛环流，不利于污染物向外迁移扩散，会加剧城市大气污染。,图6-4 城市热岛环流模式和尘盖,（4）局部地区水灾 城市热岛效应可能造成局部地区水灾。城市产生的上升热气流与潮湿的海陆气流相遇，会在局部地区上空形成积乱云，而后降下暴雨，每小时降水量可达100以上，从而在某些地区引发洪水，造成山体滑坡和道路塌陷等。,（5
9、）导致气候、物候失常 城市热岛效应会导致气候、物候失常。日本大城市近年出现樱花早开、红叶迟红、气候亚热带化等现象都是热岛效应所致。此外，城市热岛效应还会加重城市供水紧张，导致火灾多发，为细菌病毒等的孳生蔓延提供温床，甚至威胁到一些生物的生存并破坏整个城市的生态平衡。,增加自然下垫面的比例，大力发展城市绿化，营造各种“城市绿岛”是防治城市热岛效应的有效措施。加强工业整治及机动车尾气治理，限制大气污染物的排放，减少对城市大气组成的影响。调整能源结构、提高能源利用率，发展清洁燃料、开发利用太阳能等新能源，减少向环境排放人为热。,开发、使用反射率高、吸热率低、隔热性能好的新型环保建筑材料。综合防治：控
10、制人口数量，增加人工湿地，加强屋顶和墙壁绿化，建设城市“通风道”，完善环境监察制度等综合防治热岛效应。,第四节 温室效应,温室效应是地球大气层的一种物理特性。,适度的温室效应创造了适宜生物生存的地球热环境。,地球大气层热量辐射平衡图,CO2,温室气体：CO2、CH4、CO、CFCs、O3,CO2的全球变暖潜能最小，但其含量远远超过其他气体，是温室效应最大贡献者。大气中的水蒸气是自然温室效应的主要原因之一，其含量 比CO2和其他温室气体的总和还高许多。在中纬度地区晴朗 天气水蒸气对温室效应的影响占60%70，CO2仅占25。水蒸汽在大气中的含量相对稳定，因此普遍认为大气中的 水蒸汽不直接受人类活
11、动的影响；相反，大气中CO2的浓度 在持续上升，成为人们最关注的温室气体。,（一）温室气体排放量增加,图6-6 近代人类活动对大气中CO2浓度的影响,随着城市化、工业化、交通现代化、人口剧增，化石燃料大量消耗，排入大气的CO2迅速增加，破坏了自然界的碳循环。,（二）植被破坏，温室气体吸纳量降低,占地球表面6%7%的森林吸收CO2的量比地球表面70%的海洋 还多1/4。进入大气中的CO2约有2/3可被植物吸收。由于大量砍伐，地球上的森林，特别是热带雨林的面积急剧减少，对CO2的 吸收能力大大降低，导致大气中CO2浓度日趋升高。据估计，目前因全球森林植被破坏引起的CO2浓度上升约占 CO2增加总量
12、的24%。,图6-9 近代全球气温变化与CO2和CH4含量的关系,近代全球气温气候的变化与温室气体CO2和CH4含量呈现正相关关系（图6-9）；温室效应的加剧必然导致全球变暖；气候变化确实已成为限制人类生存和发展的重要因素。,四,（一）冰川消退，海平面上升 极地及高山冰川融化，海平面上升。气温升高，海水受热膨胀，海平面上升。海平面上升导致低地被淹、海岸侵蚀加重、排洪不畅、土地盐渍化和海水倒灌等问题。,四,（二）气候带北移，引发生态问题 气温升高，北半球气候带将北移；若物种迁移适应速度落后于环境的变化，则 该物种可能濒于灭绝。病虫分布区扩大、生长季加长、繁殖代数增 加，年中危害期延长，加重农林灾
13、害。,四,（三）加重区域性自然灾害 加大海洋和陆地的蒸发速度，改变降水量和降水频 率在时间和空间上的分配。缺水地区降水和地表径流减少，加重地区旱灾和土 地荒漠化的速度。热带地区降水量增大，加剧洪涝灾害的发生。局部地区气候异常，自然灾害加重。,四,（四）危害人类健康温室效应导致极热天气出现频率增加，使心血 管和呼吸系统疾病的发病率上升，同时还会促 进流行性疾病的传播和扩散，威胁人类健康。,全球变暖、CO2含量升高，有利于植物的光合作用，扩大植物的生长范围，提高生产力。但整体来看，温室效应弊多于利，必须采取对策控制温室效应，抑制全球变暖。,（一）控制温室气体的排放 控制矿物燃料的使用量，调整能源结
14、构，提高能源 利用率。有效控制CO2排放量需要世界各国协调保护与发展的 关系，主动承担其责任，并互相合作、联合行动。自20世纪80年代末期以来，在联合国的组织下召开 了多次国际会议，形成了两个最重要的决议。,联合国气候变化框架公约 京都议定书,第五节 热污染控制技术,（一）热泵,（二）热管,（三）隔热材料,（一）热泵,热泵：将热由低温位传输到高温位的装置。,热泵技术：一种高效、节能、环保技术；热泵设备的开发利用始于20世纪2030年代；70年代能源危机的出现，使热泵技术得以迅速发展。,（一）热泵,热泵用途：住宅取暖，提高生活热水，食品干燥加工、木材和种子干燥，工业锅炉的蒸汽加热等。,美国Los
15、 Alamos国家实验室的于1963年发明了热管。,（二）热管,（二）热管,优点：与热泵相比，热管不需从外部输入能量，具有极高的导热性、良好的等温性，而且热传输量大，可以远距离传热。应用：广泛用于余热回收，主要用作空气预热器、工业锅炉和利用废热加热生活用水，在太阳能集热器、地热温室等方面都取得了很好的效益。,太阳能热水器,真空管,（三）隔热材料,(1)多孔纤维质隔热材料,隔热材料的种类,(2)多孔质颗粒类隔热材料,(3)发泡类隔热材料,(1)多孔纤维质材料,由无机纤维制成的单一纤维毡或纤维布或者几种纤维复合而成的毡布。常见的有超细玻璃棉、石棉、矿岩棉等。,(2)多孔质颗粒类材料,常见的有膨胀蛭石、膨胀珍珠岩等材料。,常见的有三类：无机类:泡沫玻璃、泡沫水泥等；有机类:聚氯脂泡沫、聚乙烯泡沫、酚醛泡沫及聚胺酯泡沫等；,(3)发泡类隔热材料,
