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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一、热环境二、热污染热环境影响人类活动人体健康影响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。一、热环境表6-1热环境的分类名称热源特征自然热环境主要热源是太阳热特性取决于环境接收太阳辐射的情况；与环境中大气同地表间的热交换有关；受气象条件的影响人工热环境房屋、火炉、机械、化学等设施人类为防御、缓和外界环境剧烈的热特性变化而创造的更适于生存的热环境；人类的各种生产、生活和生命活动都是在人工热环境中进行的热环境中的人为热量来源电动机、发动机和各种大功率的电器机械装置在运转工程中，以副作用的形式向环境中释放的热能。放热的物理化学反应过程，如化工厂的化学反应炉和核反应堆中的核反应，太阳辐射能量实际就是氢核聚变产生的。密集人群释放的辐射能量，一个成年人对外辐射的能量相当于146W的发热器所散发的能量。①设备散热②物理化学放热③人群辐射二、热污染人类生产、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。（一）热污染的类型（二）热污染的成因（一）热污染的类型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。（二）热污染的成因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（二）热污染的成因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。（二）热污染的成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（二）热污染的成因表6-6城市下垫面对热环境的影响项目与农村比较结果项目与农村比较结果年平均温度高0.5~1.5℃夏季相对湿度低8%冬季平均最低气温高1.0~2.0℃冬季相对湿度低2%地面总辐射少15%~20%云量多5%~10%紫外辐射低5%~30%降水多5%~10%平均风速低20%~30%第二节水体热污染一、水体热污染的影响二、水体热污染的防治水体升温，水中溶解氧降低一、水体热污染的影响（一）威胁水生生物生存水体升温还可提高有毒物质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。（二）加剧水体富营养化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）增强温室效应二、水体热污染的防治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。（一）减少废热入水养殖鱼、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（二）废热综合利用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水体的管理（三）加强管理第三节热岛效应一、城市热岛效应二、城市热岛效应的成因三、城市热岛效应的影响四、城市热岛效应的防治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。一、城市热岛效应城市热岛效应导致城区年平均气温高出郊区农村0.5~1.5℃左右；一般冬季城区平均最低气温比郊区高1~2℃，城市中心区气温比郊区高2~3℃，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。目前我国热岛效应最大的城市是北京(9.0℃)和上海（6.8℃），世界最大城市热岛为加拿大的温哥华(11℃)和德国的柏林(13.3℃)。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）人为热的释放三、城市热岛效应的影响（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。三、城市热岛效应的影响（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。三、城市热岛效应的影响（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。三、城市热岛效应的影响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三、城市热岛效应的影响（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。三、城市热岛效应的影响（5）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。四、城市热岛效应的防治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。四、城市热岛效应的防治开发、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。第四节温室效应一、温室效应与温室气体二、温室效应加剧的原因三、温室效应的影响——全球变暖四、温室效应的综合防治一、温室效应与温室气体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一、温室效应与温室气体CO2温室气体：CO2、CH4、CO、CFCs、O3CO2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。二、温室效应加剧的原因（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、温室效应加剧的原因（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增加总量的24%。三、温室效应的影响-全球变暖图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。三、温室效应的影响-全球变暖四（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，加重农林灾害。三、温室效应的影响-全球变暖四（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。三、温室效应的影响-全球变暖四（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。三、温室效应的影响-全球变暖全球变暖、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。四、温室效应的综合防治（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》（二）增加温室气体的吸收保护森林资源，植树造林提高森林覆盖面积，