第六章 热污染及其控制.ppt

1、第六章热污染及其控制，第六章，第一节是第二节水体热污染第三节热岛现象第四节温室效应第五节热污染评价和标准第六节热污染控制技术，第一节的概要，表6-1热环境的分类，定义：地球大气层的外侧空间与太阳光束的单位面积垂直的单位时间受到的太阳辐射能量的大太阳辐射束(或称为太阳常数):图6-1太阳辐射束分配状况图，表6-2大气中的主要物质吸收辐射能量的波长范围，热环境中的人为热源，工业农业生产和人类生活中排出的废热引起的环境热化，环境质量受损，影响人的生产、生活的升温效果。 水体的热污染、污染源、备注、火力发电厂、核电站、钢铁厂的循环冷却系统排出热水石油、化学工业、铸造、造纸等工业排出含有大量废热的废水。

2、 煤炭火力发电站的热利用率只有40%，轻水炉核电站只有31%33%，核电站的冷却水消耗量比火力发电站多50%以上。 废热与冷却水和工业排水一起排出地表水，水温急剧上升，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中产生的废热、高温产品、炉渣和化学反应产生的废热等。 目前，大气热污染研究主要集中在城市热岛效应和温室效应上。 温室气体的排出抑制了废热向地球大气外的扩散，进一步加剧了大气的升温过程。 各行业冷却水排放量的比较，图6-2各行业冷却水排放量的比较，环境热污染主要是由人的活动引起的，主要原因是向环境释放热量，改变地表形态，根据热力学原理，转化为所学能量，最终转化为热量，

3、进入大气。 能源不能有效利用，馀热刚排出环境后会引起环境温度上升，改变大气组成和结构，改变大气组成和结构，CO2含量激增，CO2是温室效应的主要贡献者。 颗粒物大量增加，对流层水蒸气增加，平流层臭氧减少，反射太阳辐射，地表长波辐射对环境温度的影响与颗粒物的粒度、成分、停留高度、云和地表反射率等因素有关，白天吸收地面辐射，抑制热向宇宙扩散的夜晚向外放射能量，周围氟利昂(CFCs )和含溴卤代烃卤素(Halon )是臭氧层破坏的主要原因。 表6-5世界主要地区的CO2年人均排放量，改变地表形态，地表蒸发强度增强，反射率提高的植物吸收CO2和太阳辐射的能力，减弱了植被的气候调节作用，破坏植被，下垫面

4、变化，海洋面热性质变化， 城市化地表的反射率和蓄热能力改变了地表和大气间热交换过程的破坏的石油流失，海面的热性质对太阳辐射的反射率降低，吸收能力的增加，表6-6城市的底层受热环境的影响，第二节水体的热污染，水体的升温，水中溶解氧的降低(表6-7 )，040下温度每上升10 水体升温能提高有毒物质的毒性和水生生物对有害物质的丰富性，能改变鱼类的摄食习性和繁殖情况等的热效应的综合作用，使容易引起鱼类和其他水生生物死亡的温带地区废温水的扩散稀释快，在水体升温幅度相对小的热带和亚热带地区，夏天的废热水扩散稀释热污染使水体严重缺氧，厌氧菌大量繁殖，有机物腐败严重，水体产生黑臭。 温排水能促进底泥中的营养

5、物质的释放，提高水体离子总量，特别是n、p的含量，促进水体富营养化。 水温超过30，硅藻大量死亡，绿藻、蓝藻迅速繁殖，水体温度为病原微生物的繁殖提供了温床，引起流行性疾病。(3)引起流行性疾病，在澳大利亚流行的脑膜炎，电厂排出的冷却水提高了水温，阿米巴大量繁殖，污染水源，通过人的饮水、烹调和洗涤等方法进入人体发病。 水温上升，水体蒸发速度加快，大气中水蒸气和二氧化碳含量增加，提高温室效应，引起地表和大气下层的温度上升，影响大气循环，进而引起气候异常。 (4)增强温室效应，是热污染不能完全消除的综合防治目标：减少热污染，将其控制在能耐环境的范围内，并对其资源化利用。 预防措施：通过改进冷却水的循

6、环利用或冷却方式，减少冷却水的使用量，降低排水温度，减少进入水体的废热。 合理设计取水、排水方式和取水、排水位置，如采用多口排水和远距离排水等，减轻废热对受水体的影响。 二次能源的再利用。 养殖鱼、虾、贝类(表6-8 )废温水灌溉、温室蔬菜和花卉栽培。 废温水调整污水处理系统的水温排出港口和航线，防止冻结的时候，必须考虑夏天气温的影响和成本效率进行分析。 冬季暖气、夏季成为吸收型空调设备的能源。 应尽快制定水温排出标准并包含在建设项目环境影响评价中，各地方部门要加强对接受水体的管理，第三节热岛效应、城市热岛效应、人口密集、工业集中的城市地区，人类活动排出的大量热量要与其他自然条件合作，将城市气

7、温强度表示方法用城市平均气温和郊外平均气温的差来表示。 城市热岛效应是城市的年平均气温超过郊外农村的0.51.5左右，一般冬季城市的平均最低气温比郊外高12，城市中心部的气温比郊外高23，有时最大差异5的夏天城市的一部分地区的气温比郊外高6以上图6-3是城市热岛现象形成示意图，白天、太阳辐射下构筑物的表面迅速升温，积蓄大量热能传递到周围的大气中。 晚上向空气中辐射热量，近地点持续保持较高的温度。 由于建筑物密集，地面长波辐射在建筑物表面反复反射，向宇宙空间的散热量大幅度减少，日落后降温也慢。 引起城市热岛现象的原因有： (1)城市底层的变化，(2)城市大气成分的变化，(3)人为散热，(1)城市

8、底层的变化，随着城市化的发展，自然生态地表被人工地形取代，改变了城市底层的热力学、动力学特征：对城市太阳辐射在同样的太阳辐射下，城市底层温度上升快，表面温度显着高于自然底层。 植被面积减少，不透水面积增大，蓄水能力降低，蒸发(蒸发)强度减少，蒸发消耗的潜热少，地表吸收的热量多用于下垫面的升温。 构筑物增加，下垫面粗糙度增大，空气流通受阻，风速减少，不利于热扩散。 (二)城市大气成分变化，城市地区能源消耗集中，燃烧过程中排出大量的CO2、CO、SO2、NOx和CH4等有毒有害气体和粒状物，城市上空的大气组成发生了变化(表6-9 )城市空气透明度下降，吸收太阳辐射和地表长波辐射的能力增强，大气反辐

9、射表6-9城市大气中主要污染物的相对浓度/%容积百分比，(3)人为散热，人为热量：人类活动(工业生产、家用火炉、暖气冷冻、汽车)及人群代谢产生的热量。 人为的热收入改变了城市地区的热平衡，是热岛现象的重要原因之一。 城市在冬天和高纬度地区的人为热量排放超过了太阳净辐射量(表6-10 )。表6-10城市的人热排放量少，城市冬天短，霜雪减少了城市冬天的供暖能源，而热岛效应却使夏天高温持续增加了城市能源。 例如，美国洛杉矶市城乡温差增加2.8，全市因空调温度下降而消耗10亿瓦的电力，每小时达到15万美元，因此估计全美夏天因热岛现象而每小时消耗数百万美元。 (2)城市夏季高温天气工作效率下降，中暑和死

10、亡人数增加。 医学研究显示，环境温度与人体的生理活动密切相关，温度超过28时，人感到不舒服的温度进一步提高，容易引起焦躁、中暑、精神障碍等的气温超过34，受到热浪的袭击，会引起心脏病、脑血管、呼吸系统的疾病，死亡率显着引起异常天气现象的城市热岛现象可能引起暴雨、飓风、云雾等异常天气现象，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、烟和光化学雾等的混合物)的扩散。 城市热岛环流城市中心的空气受热而上升，周围郊外的冷空气流入市区得到补充，城市上升的空气在向周围扩散的过程中下沉，形成城市热岛环流，不利于污染物向外移动扩散，加

11、重城市的大气污染。 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引起局部地区水灾。 城市产生的上升气流会遇到潮湿的海陆气流，在局部上空形成乱积云，然后下暴雨，每小时降水量达到100以上，部分地区引起洪水，引起塌方和道路塌陷等。 (5)引起气候、气候异常的城市热岛现象引起气候、气候异常。 日本大城市近年来樱花开花早，红叶晚，气候亚热带化等现象是热岛现象引起的。 城市热岛效应加强了城市供水紧张，多发火灾，为细菌病毒等的蔓延提供了温床，威胁生物生存，破坏了城市整体生态平衡。 增加自然下垫比例，大力发展城市绿化，建设各种“城市绿岛”，是预防城市热岛效应的有效措施。 加强工业建设和

12、汽车尾气管理，限制大气污染物排放，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，减少对环境的人为热排放。 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：综合防治热岛现象，包括控制人口、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。 第四节温室效应、温室效应是地球大气的物理特性。 适度的温室效应创造了适合生物生存的地球热环境。地球大气热辐射平衡图、CO2、温室气体： CO2、CH4、CO、CFCs、O3、CO2的全球变暖可能性最小，但其含量远远超过其他气体，是温室效应的最大贡献者。 大气中的水

13、蒸气是自然温室效应的主要原因之一，其含量远远高于CO2和其他温室气体的总和。 在中纬度地区晴朗天气的水蒸气对温室效应的影响为60%70%，CO2仅占25%。 水蒸气在大气中的含量相对稳定，所以大气中的水蒸气被认为不会直接受到人类活动的影响，相反，大气中的CO2浓度持续上升，成为最引人注目的温室效应气体。 (1)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、人口的激增，化石燃料被大量消耗，排放到大气中的CO2迅速增加，破坏了自然界的碳循环。、(1)温室气体排放量的增加，注： CO2、CH4、N2O的增加率是以1984年为基础计算的，CFC-11

14、和HCFC-22的增加率是以1990年为基础计算的。 表6-11人的活动对主要温室气体变化的影响显示温室气体在大气中的含量有加速增加的趋势。 现在N2O的年增长率约为3.9106t，预计CH4的浓度在2050年会增加到2.510-6(1950年的2倍)，有可能成为温室效应的主要因素。 气溶胶对温室效应的影响非常复杂，据估计到1970年为止北半球人的粒子状物质的年排放量为4.8108 t，但2000年达到了7.6108 t，图6-7对温室气体气温上升的贡献发生了变化，根据温室气体的单位质量和浓度的增温贡献率， 因为大气中含量增加的速度也不同，所以对全球气温上升的贡献率不同，(2)植被破坏、温室气

15、体的吸收量降低，占地球表面6 % 7%的森林吸收CO2的量比地球表面70%的海多1/4。 进入大气中的CO2约有2/3被植物吸收。 大量砍伐导致地球上的森林，特别是热带雨林的面积急剧减少，二氧化碳的吸收能力大幅度降低，大气中的CO2浓度上升。 目前，全球森林植被破坏导致的CO2浓度上升约占CO2增加总量的24%。 图6-9现代世界气温的变化与CO2和CH4含量的关系，现代世界气温气候的变化与温室气体CO2和CH4含量呈正相关关系(图6-9 )。 变暖的发展必然导致全球变暖的气候变化确实成为制约人类生存和发展的重要因素。 四、冰川消失，海面极地和高山冰川融化，海面上升。 气温变高，海水受热膨胀，

16、海面上升。 海面上升会引起低地浸水、海岸侵蚀加剧、排水停滞、土地盐渍化和海水逆流等问题。 四、(二)气候带向北移动，生态问题的气温上升，北半球气候带向北移动的种子移动适应速度落后于环境变化的话，该种子有可能濒临灭绝。 病虫分布区扩大，生育季节变长，繁殖代数增加，年危害期变长，农林灾害严重。 四、(三)加重地区自然灾害，加大海洋和陆地蒸发速度，改变降水量和降水频率的时间和空间分配。 缺水地区的降水和地表流失减少，地区干旱和土地沙漠化的速度恶化。 热带地区降水量增大，洪水灾害的发生加剧。 局部气候异常，自然灾害加剧。 四、(四)危害人类健康温室效应，增加了极热天气的出现频率，提高了心血管和呼吸道疾

17、病的发病率，同时促进流行性疾病的传播和扩散，威胁人类健康。 全球变暖，CO2含量上升，有利于植物的光合作用，扩大植物的生长范围，提高生产率。 但是，从整体上看，温室效应的弊端多于利益，必须采取措施来抑制温室效应，抑制全球变暖。 (1)控制温室气体排放，控制矿物燃料使用量，调整能源结构，提高能源利用率。 要有效控制二氧化碳排放量，世界各国要协调保护与发展的关系，自己负责，共同行动。 八十年代末以来，在联合国组织下多次召开国际会议，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、第五节热污染评价和标准、环境水温变化限制值： 地表水环境质量标准 (GB 3838-2002 )规定人的环境水温变化限制值的周平均最大温度上升1； 周平均最大温度下降2。 水温的测定方法： 水质水温的测定 温度计或颠倒温度计 测定法 (GB 13195-91 )。 最高周围平均温度(MWAT ) :确定根据鱼类生长的