物理性污染控制-第六章-热污染及其控制

1、物理污染控制，执行主编陈杰瑛，第6章热污染及其控制，第6章，第1节是第2节约用水体热污染第3节热眼南非兰特效果第4节世界温室效应第5节热污染评价和标准第6节热污染控制技术，第1节概要，表6-1热环境的分类，定义：地球大气层外侧空间在与太阳光束的单位面积垂直的每单位时间受到的太阳辐射能量太阳辐射束(或称太阳常数):图6-1太阳辐射束分配情况图，表6-2大气中主要物质吸收放射能的波长范围，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，损害环境质量，影响人类生产、生活的升温效果。水体的热污染、污染源、备考、热电站、核能发电厂、钢铁厂的循环蒸发制冷系统排放热水石油、化工、铸造、

2、造纸等工业排放含有大量废水。 煤热电站热利用率只有40%，轻水反应堆核能发电厂只有313%，核能发电厂冷却水的消费量比热电站多50%以上。 废热与冷却水和工业排水一起排出到地表水，水温急剧上升，对水生生物造成危害。类型、大气热污染、城市和工业的大规模燃烧过程中产生的废热、高温产品、由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眼南非兰特效应和世界温室效应。 世界温室效应瓦斯气体的排放抑制了废热向地球大气外的扩散，使大气的升温过程更加激化。各行业冷却水排出量的比较、图6-2各行业冷却水排出量的比较、环境热污染主要是由人类活动引起的，主要原因是向环境散热，改变地表形态，根据热

3、力学原理，变化为所学习的能量，最终变化为热量，进入大气。 能源不能有效利用，馀热刚排放到环境中就会引起环境温度上升，改变大气的组成和结构，改变大气的组成和结构，CO2含量激增，CO2是世界温室效应的主要贡献者。 颗粒物质大量增加，对流层水蒸气增加，平流层臭氧杀菌减少，反射太阳辐射，地表长波辐射对环境温度的影响与颗粒物质的粒度、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，抑制热量向宇宙扩散的夜晚向外辐射，使周围温度上升氟里昂(CFCs )和含元素溴卤化烃卤(Halon )是臭氧空洞的主要原因。 改变地表形态，加强地表蒸发强度，提高反射率降低植物吸收CO2和太阳辐射的能力，植被对气

4、候的调节作用，植被破坏，下垫面的变化，海洋面热性质的变化，城市化地表反射率和蓄热能力破坏地表与大气的换热过程， 石油泄漏可以显着改变海面热性质对太阳辐射的反射率降低、吸收能力的增加表6-6城市下垫面临热环境的影响，第二节约用水体的热污染、水体的升温、水中溶解氧的降低(表6-7 )，040内温度每上升一倍水生生物的生化学反应速率增加，微生物分解有机物的能力水体升温可以提高有毒物质的毒性和水生生物对有害物质的丰富度，改变鱼类的摄食习性和繁殖状况等，综合利用热能容易引起鱼类和其他水生生物死亡的温带地辖区废温水扩散稀释快，在水体升温幅度相对小的热带和亚热带地区，夏季废热水扩散稀释困难热污染严重缺氧水体

5、，厌氧菌大量繁殖，有机物腐败严重，水体产生黑臭。 温废水促进底泥中营养物质的释放，提高水体络离子总量，特别是n、p含量，促进水体水体富营养化。 水温超过3.0，硅藻大量死亡，绿藻和蓝藻迅速繁殖，水体温度给致病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，发电站排放的冷却水提高水温，阿米巴大量繁殖，污染水源，以人工饮水、烹调和洗涤等方法进入人体发病。 水温上升会加快水体的蒸发速度，增加大气中水蒸气和二氧化碳的含量，提高世界温室效应，引起地表和大气下层的温度上升，影响大气环流，进而引起气候异常。 (4)加强世界温室效应，是热污染不可完全消除的综合防治目标：减

6、少热污染，将其控制在环境可承受范围内，实现其资源化利用。 预防措施：改善冷却水的循环利用或制冷方式，减少冷却水的使用量，降低排水温度，减少进入水体的馀热。 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。 重复使用二次能源。 养殖鱼、虾、贝类(表6-8 )废温水灌溉、温室蔬菜和花卉栽培。 废温水调节污水处理系统的水温，排放到港口和航海路，防止冻结的时候，必须考虑夏天气温的影响和成本效益进行分析。 冬季供暖、夏季成为吸收型空调设备的能量源。 应尽快制定水温排放标准纳入建设项目环境影响评价，各地方部门要加强对受容水体的管理，第三节在热眼南非兰特效果、城

7、市热眼南非兰特效果、人口密集、工业集中的城市地区，人类活动排出的大量热量可以和其他自然条件配合使城市气温高于周围城郊乡的现象。 强度表示方法用城市平均气温和城郊乡部平均气温的差来表示。 城市热眼南非兰特效应，城市年平均气温超过城郊乡农村0.51.5，一般来说，冬季城市平均最低气温比城郊乡1.2，城市中心气温比城郊乡2.3，最大差距为5，夏季城市某些地区气温比郊区高6以上。图6-3城市城市热岛效应形成示意图，白天、太阳辐射下建筑物表面迅速升温，蓄积大量热能传递到周围的大气。 晚上向空气中辐射热量，在近地点持续维持较高的温度。 由于建筑物密集，地面长波辐射在建筑物表面反射多次，向宇宙太空的散热量大

8、幅度减少，日落后降温也慢。 引起热岛效应的原因有： (1)城市的底层变化，(2)城市的大气成分变化，(3)人为散热，(1)城市底层变化，随着城市化的发展，自然生态地表被人工地形所取代，改变了城市底层的热力学、动力学特征：城市对太阳辐射的反射率很低(100% 在相同的太阳辐射下，城市下垫面温度上升快，表面温度明显高于自然下垫面。 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，蒸发消耗的潜热减少，地表吸收的热量多用于下垫面的升温。 建筑物增加，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、城市地区能源消费集中，燃烧过程中大量CO2、CO、SO

9、2、NOx和CH4等有毒有害气体和颗粒物排放，城市上空的大气组成变化(表6-9 )；城市空气透明度降低，太阳辐射和地表长波辐射吸收能力增强，大气反辐射增强，城市热眼表6-9城市大气中主要污染物的相对浓度/%容积%，(3)人为散热，人为热量：人为活动(工业生产，家庭炉，暖气冷冻，汽车)及人群代谢产生的热量。 人为热收入改变了城市地区的热平衡，是城市热岛效应观的重要原因之一。 冬季和高纬度地区城市人为热量排放超过太阳净辐射量(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

10、通过降低空调温度消耗1.0亿瓦特的电力，一小时达到1.5万美元，因此估计全美夏天城市热岛效应一小时消耗数百万美元的电力。 (2)城市夏季高温天气工作效率下降，中暑和死亡人数增加。 医学研究表明，环境温度与人体的大姨妈活动密切相关，当温度超过2.8，人感到不适的温度进一步升高，容易引起烦躁、中暑、精神干扰等的气温超过3.4，受到热浪袭击，会引起心脏病、脑血管、呼吸系统疾病，死亡率显着增加。 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

11、合物)的扩散。 城市热眼南非兰特环流城市中心空气受热上升，周围城郊乡冷空气流入城区街道补充，城市上升空气向周围扩散过程中向城郊乡沉降，形成城市热眼南非兰特环流，不利于污染物向外移动扩散，加重城市大气污染。 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引起局部地区水灾。 城市产生的上升气流与潮湿的海陆气流相遇，在局部上空形成乱积云，随后暴雨成灾，每小时降水强度达到100多，部分地区引起洪水，造成山体滑坡和道路塌陷等。 (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

12、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

13、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。 在中纬度地辖区，晴朗天气的水蒸气对世界温室效应的影响为60p，CO2仅为2.5。 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

14、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)世界温室效应瓦斯气体排放量的增加，注： CO2、CH4、N2O的增加率以1984年为基础计算，CFC-11和HCFC-22的增加率以1990年为基础计算。 表6-11人的活动对主要世界温室效应瓦斯气体变化的影响显示了世界温室效应瓦斯气体在大气中含量迅速增加的趋势。 现在N2O的年增长率约为3.9106t，预计CH4的浓度在2050年将增加到2.510-6(1950年的2倍)，有可能成为世界温室效应的主要原因。 气溶胶传播对世界温室效应的影响非常复杂，到1970年北半球人的颗粒物质年排放量估计为4.81

15、08 t，但2000年达到7.6108 t，图6-7的世界温室效应瓦斯气体对气温上升的贡献发生了变化，根据世界温室效应瓦斯气体的单位质量和浓度的增加贡献率， 由于大气中含量增加的速度也不同，所以不同时期对全球气温上升的贡献率也不同，(2)植被破坏、世界温室效应瓦斯气体的吸收量降低，占地球表面6 % 7%的森林吸收CO2的量比地球表面的70%的海多1/4。 进入大气中的CO2约有2/3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，CO2的吸收能力大幅度下降，大气中的CO2浓度上升。 现在，全球森林植被破坏导致的CO2浓度上升，估计约占CO2增加总量的24%。 图6-9显

16、示了近代世界气温的变化与CO2和CH4含量的关系、近代世界气温气候的变化与世界温室效应瓦斯气体CO2和CH4含量的正相关关系(图6-9 )。 暖化现象的发展必然导致地球温室效应的气候变迁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。 气温升高，海水受热膨胀，海面上升。 海平面上升低地浸水，海岸侵蚀加剧，排水停滞，引起土地盐渍化和海水逆流等问题。 (四)气候带向北迁移，生态问题气温上升，北半球气候带向北迁移的物种迁移适应速度落后于环境变化，则该物种有灭绝的岌岌可危可能性。 病虫分布区扩大，生育季节延长，繁殖代数增加，年危害期延长，农林灾害严重。 四、(三

17、)加重区域自然灾难，加快海洋和陆地蒸发速度，改变降水强度和降水频率的时间和空间分配。 水资源短缺地辖区降水和地表径流减少，区域干旱和土地荒漠化速度恶化。 热带地区的降水强度增大，洪水灾害的发生加剧。 局部气候异常，自然灾难严重化。 (四)危害人类健康世界温室效应，增加极端热天气出现频率，提高心血管和呼吸道疾病发病率和促进云同步流行性疾病的传播和扩散，威胁人类健康。 提高地球温室效应、CO2含量，有利于植物的光合作用，扩大植物的生长范围，提高生产率。 但总体来看，世界温室效应的弊端多于利益，必须采取措施控制世界温室效应，控制地球温室效应。 (1)控制世界温室效应瓦斯气体排放，控制矿物燃料使用量，调整能源结构，提高能源利用率。 有效控制二氧化碳排放需要世界各国协调保护与发展的关系，亲自负责，共同行动。 20世纪80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。 联合国气候变迁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 )规定人为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了2。 水温的测定方法：水质水温的测定测温仪或反转测温仪测定法(GB 13195-91 )。最高周平均温度(MWAT ) :确定鱼类生长的最高起始致死温度(uit )和由最适温度制定的综