热污染及其控制n第一节 概述n第二节 水体热污染n第三节 热岛效应n第四节 温室效应n第五节 热污染控制技术第一节第一节 概述概述一、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 l热特性取决于环境接收太阳辐射的情况；l与环境中大气同地表间的热交换有关；l受气象条件的影响人工 热环境房屋、火炉 、机械、化 学等设施l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；l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n n热环境中的人为热量来源热环境中的人为热量来源 l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。 l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。l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。设备散热物理化学放 热人群辐射二、热污染 n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。n n（一）热污染的类型 n n（二）热污染的成因 n n（一）热污染的类型 水体水体 热污染热污染n污染源n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。 n类型大气大气 热污染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。 n n（二）热污染的成因 p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 l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 n n（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 l反射太阳辐射，吸收地表长波辐射 l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 l白天吸收地面辐射，抑制热量向太空扩散； l夜晚向外辐射能量，使环境温度升高。 l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。 n n（二）热污染的成因 改变地表形态 l地表蒸发强度增强，反射率提高l降低植物吸收CO2和太阳辐射的能力l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 l城市化地表的反射率和蓄热能力改变l地表和大气之间的换热过程破坏l石油泄漏可显著改变海面的受热性质l对太阳辐射的反射率降低，吸收能力增加 n n（二）热污染的成因 表6-6 城市下垫面对热环境的影响项项目与农农村比较结较结 果项项目与农农村比较结较结 果年平均温度高0.51.5夏季相对对湿度低8 %冬季平均最低气温高1.02.0冬季相对对湿度低2 %地面总辐总辐 射少15 % 20 %云量多5 % 10 %紫外辐辐射低5 % 30 %降水多5 % 10 %平均风风速低20 % 30 %第二节第二节 水体热污染水体热污染一、水体热污染的影响 二、水体热污染的防治 l l水体升温，水中溶解氧降低水体升温，水中溶解氧降低一、水体热污染的影响 n n（一）威胁水生生物生存 l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；l热效力综合作用容易引起鱼类和其他水生生物的死 亡；l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。n n（二）加剧水体富营养化 l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。l水温超过30，硅藻大量死亡，绿藻、蓝藻 迅速繁殖l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 l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。 l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 n热污染很难彻底消除(预防)n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n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。n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。n n（一）减少废热入水 n养殖鱼、虾或贝类n废热水灌溉，温室蔬菜或花卉种植。n废热水调节污水处理系统水温n排入港口或航道以防止结冰n冬季供暖n n（二）废热综合利用 n应尽快制定水温排放标准n将热污染纳入建设项目的环境影响评价中n各地方部门需加强对受纳水体的管理n n（三）加强管理 第三节第三节 热岛效应热岛效应一、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 v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 v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；v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；v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)。n引起城市热岛效应的原因 （一）城市下垫面的变化 n下垫面：混凝土、柏油路面、建筑墙面n对太阳辐射的反射率低，升温快，蓄热能 力强。n植被面积减少，蒸腾作用减弱。n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 l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。l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 。l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 l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。l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。第四节第四节 温室效应温室效应一、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 n n温室效应温室效应是地球大气层的一种物理特性。是地球大气层的一种物理特性。n n适度的温室效应适度的温室效应创造了适宜生物生存的地创造了适宜生物生存的地 球热环境。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、O3lCO2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。l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。l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 n n（二）植被破坏，温室气体吸纳量降低（二）植被破坏，温室气体吸纳量降低v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。v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。v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n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）；n温室效应的加剧必然 导致全球变暖；n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n 极地及高山冰川融化