物理性污染控制4熱污染及其控制

熱污染及其控制第一頁，共六十二頁。第一節(jié)概述第二節(jié)水體熱污染第三節(jié)熱島效應(yīng)第四節(jié)溫室效應(yīng)第五節(jié)熱污染控制技術(shù)第二頁，共六十二頁。第一節(jié)概述

一、熱環(huán)境

二、熱污染

第三頁，共六十二頁。

熱環(huán)境影響

人類活動

人體健康影響熱環(huán)境又稱環(huán)境熱特性，是提供給人類生產(chǎn)、生活及生命活動的生存空間的溫度環(huán)境。

一、熱環(huán)境

第四頁，共六十二頁。表6-1熱環(huán)境的分類名稱熱源特征自然熱環(huán)境主要熱源是太陽熱特性取決于環(huán)境接收太陽輻射的情況；與環(huán)境中大氣同地表間的熱交換有關(guān)；受氣象條件的影響人工熱環(huán)境房屋、火爐、機械、化學(xué)等設(shè)施人類為防御、緩和外界環(huán)境劇烈的熱特性變化而創(chuàng)造的更適于生存的熱環(huán)境；人類的各種生產(chǎn)、生活和生命活動都是在人工熱環(huán)境中進行的第五頁，共六十二頁。熱環(huán)境中的人為熱量來源

電動機、發(fā)動機和各種大功率的電器機械裝置在運轉(zhuǎn)工程中，以副作用的形式向環(huán)境中釋放的熱能。

放熱的物理化學(xué)反應(yīng)過程，如化工廠的化學(xué)反應(yīng)爐和核反應(yīng)堆中的核反應(yīng)，太陽輻射能量實際就是氫核聚變產(chǎn)生的。

密集人群釋放的輻射能量，一個成年人對外輻射的能量相當(dāng)于146W的發(fā)熱器所散發(fā)的能量。①設(shè)備散熱②物理化學(xué)放熱③人群輻射第六頁，共六十二頁。

二、熱污染

人類生產(chǎn)、生活中排放出的廢熱造成的環(huán)境熱化，損害環(huán)境質(zhì)量，影響人類生產(chǎn)、生活的一種增溫效應(yīng)。

（一）熱污染的類型

（二）熱污染的成因

第七頁，共六十二頁。

（一）熱污染的類型

水體熱污染污染源備注熱電廠、核電站、鋼鐵廠的循環(huán)冷卻系統(tǒng)排放熱水；石油、化工、鑄造、造紙等工業(yè)排放含大量廢熱的廢水。燃煤火電站熱能利用率僅40%，輕水堆核電站僅為31%～33%，核電站冷卻水耗量較火電站多

50%以上。廢熱隨冷卻水或工業(yè)廢水排入地表水體，導(dǎo)致水溫急劇升高，對水生生物造成危害。類型大氣熱污染城市和工業(yè)大規(guī)模燃燒過程產(chǎn)生廢熱，高溫產(chǎn)品、爐渣和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的廢熱等。

目前關(guān)于大氣熱污染的研究主要集中在城市熱島效應(yīng)和溫室效應(yīng)。溫室氣體的排放抑制了廢熱向地球大氣層外擴散，更加劇了大氣的升溫過程。

第八頁，共六十二頁。

（二）熱污染的成因

環(huán)境熱污染主要由人類活動造成，主要成因

向環(huán)境釋放熱量

改變地表形態(tài)

能源未能有效利用，余熱排入環(huán)境后直接引起環(huán)境溫度升高；改變大氣層組成和結(jié)構(gòu)

第九頁，共六十二頁。

（二）熱污染的成因

改變大氣層組成和結(jié)構(gòu)

CO2含量劇增

CO2是溫室效應(yīng)的主要貢獻者。

顆粒物大量增加

對流層水蒸氣增多

平流層臭氧減少

反射太陽輻射，吸收地表長波輻射對環(huán)境溫度的影響與顆粒物粒度、成分、停留高度、云層和地表反射率等因素相關(guān)白天吸收地面輻射，抑制熱量向太空擴散；夜晚向外輻射能量，使環(huán)境溫度升高。氟氯烴（CFCs）和含溴鹵化烴哈龍（Halon）是造成臭氧層破壞的主要原因。第十頁，共六十二頁。

（二）熱污染的成因

改變地表形態(tài)

地表蒸發(fā)強度增強，反射率提高降低植物吸收CO2和太陽輻射的能力減弱了植被對氣候的調(diào)節(jié)作用

植被破壞

下墊面改變

海洋面受熱性質(zhì)改變

城市化地表的反射率和蓄熱能力改變地表和大氣之間的換熱過程破壞石油泄漏可顯著改變海面的受熱性質(zhì)對太陽輻射的反射率降低，吸收能力增加

第十一頁，共六十二頁。

（二）熱污染的成因

表6-6城市下墊面對熱環(huán)境的影響項目與農(nóng)村比較結(jié)果項目與農(nóng)村比較結(jié)果年平均溫度高0.5~1.5℃夏季相對濕度低8%冬季平均最低氣溫高1.0~2.0℃冬季相對濕度低2%地面總輻射少15%~20%云量多5%~10%紫外輻射低5%~30%降水多5%~10%平均風(fēng)速低20%~30%第十二頁，共六十二頁。第二節(jié)水體熱污染

一、水體熱污染的影響

二、水體熱污染的防治

第十三頁，共六十二頁。水體升溫，水中溶解氧降低

一、水體熱污染的影響

（一）威脅水生生物生存

水體升溫還可提高有毒物質(zhì)的毒性以及水生生物對有害物質(zhì)的富集能力，改變魚類的進食習(xí)性和繁殖狀況等；熱效力綜合作用容易引起魚類和其他水生生物的死亡；第十四頁，共六十二頁。第十五頁，共六十二頁。熱污染可使水體嚴重缺氧，厭氧菌大量繁殖，有機物腐敗嚴重，水體發(fā)生黑臭。

（二）加劇水體富營養(yǎng)化

溫排水還會促進底泥中營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，導(dǎo)致水體離子總量，特別是N、P含量增高，加劇水體富營養(yǎng)化。水溫超過30℃，硅藻大量死亡，綠藻、藍藻迅速繁殖第十六頁，共六十二頁。水體升溫給致病微生物滋生繁衍提供溫床，引發(fā)流行性疾病。（三）引發(fā)流行性疾病

澳大利亞曾流行的一種腦膜炎是由于電廠排放的冷卻水使水溫增高，變形蟲大量滋生繁衍，污染水源，經(jīng)人類飲水、烹飪或洗滌等途徑進入人體，導(dǎo)致發(fā)病。

第十七頁，共六十二頁。水溫升高會加快水體的蒸發(fā)速度，使大氣中的水蒸氣，從而增強溫室效應(yīng)，引起地表和大氣下層溫度上升，影響大氣循環(huán)，甚至導(dǎo)致氣候異常。（四）增強溫室效應(yīng)

第十八頁，共六十二頁。

二、水體熱污染的防治

熱污染很難徹底消除(預(yù)防)綜合防治的目標(biāo)：減少熱污染，將其控制在環(huán)境可承受的范圍內(nèi)，及其資源化利用。第十九頁，共六十二頁。水體污染的防治措施冷卻水循環(huán)利用或改進冷卻方式，減少冷卻水用量、降低排水溫度，從而減少進入水體的廢熱量。合理設(shè)計取、排水方式和選擇取、排水位置，如采用多口排放或遠距離排放等，減輕廢熱對受納水體的影響。

（一）減少廢熱入水

第二十頁，共六十二頁。養(yǎng)殖魚、蝦或貝類廢熱水灌溉，溫室蔬菜或花卉種植。廢熱水調(diào)節(jié)污水處理系統(tǒng)水溫排入港口或航道以防止結(jié)冰冬季供暖

（二）廢熱綜合利用

第二十一頁，共六十二頁。應(yīng)盡快制定水溫排放標(biāo)準(zhǔn)將熱污染納入建設(shè)項目的環(huán)境影響評價中各地方部門需加強對受納水體的管理

（三）加強管理

第二十二頁，共六十二頁。第三節(jié)熱島效應(yīng)

一、城市熱島效應(yīng)

二、城市熱島效應(yīng)的成因

三、城市熱島效應(yīng)的影響

四、城市熱島效應(yīng)的防治

第二十三頁，共六十二頁。城市熱島效應(yīng)在人口稠密、工業(yè)集中的城市地區(qū)，由人類活動排放的大量熱量與其他自然條件共同作用致使城區(qū)氣溫普遍高于周圍郊區(qū)的現(xiàn)象。以城區(qū)氣溫與郊區(qū)氣溫之差來表示。

一、城市熱島效應(yīng)

第二十四頁，共六十二頁。城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致城區(qū)年平均氣溫高出郊區(qū)農(nóng)村0.5~1.5℃左右；一般冬季城區(qū)平均最低氣溫比郊區(qū)高1~2℃，城市中心區(qū)氣溫比郊區(qū)高2~3℃，最大可相差

5℃；夏季城市局部地區(qū)的氣溫有時甚至比郊區(qū)高出

6℃以上。

目前我國熱島效應(yīng)最大的城市是北京(9.0℃)

和上海（6.8℃），世界最大城市熱島為加拿大的溫哥華(11℃)和德國的柏林(13.3℃)。第二十五頁，共六十二頁。引起城市熱島效應(yīng)的原因

（一）城市下墊面的變化下墊面：混凝土、柏油路面、建筑墻面對太陽輻射的反射率低，升溫快，蓄熱能力強。植被面積減少，蒸騰作用減弱。第二十六頁，共六十二頁。使溫室效應(yīng)大大增強！（二）城市大氣成分的變化第二十七頁，共六十二頁。（三）人為熱的釋放第二十八頁，共六十二頁。三、城市熱島效應(yīng)的影響

（1）城區(qū)冬季縮短，霜雪減少

城區(qū)冬季采暖耗能降低，但另一方面，熱島效應(yīng)導(dǎo)致夏季持續(xù)高溫又會增加城市耗能。例如美國洛杉磯市城鄉(xiāng)溫差增加2.8℃，全市因空調(diào)降溫多耗10億瓦電能，每小時合15萬美元，據(jù)此推算全美國夏季因熱島效應(yīng)每小時多耗降溫費達數(shù)百萬美元。

第二十九頁，共六十二頁。三、城市熱島效應(yīng)的影響

（2）加劇城區(qū)夏季高溫天氣

工作效率降低，中暑和死亡人數(shù)增加。醫(yī)學(xué)研究表明，環(huán)境溫度與人體的生理活動密切相關(guān)，當(dāng)溫度高于28℃時，人會有不舒適感；溫度再高易導(dǎo)致煩躁、中暑和精神紊亂等；氣溫高于34℃并加以熱浪侵襲可引發(fā)心臟病、腦血管和呼吸系統(tǒng)疾病，使死亡率顯著增加。第三十頁，共六十二頁。三、城市熱島效應(yīng)的影響

（3）引起異常天氣現(xiàn)象

城市熱島效應(yīng)可能引起暴雨、颶風(fēng)和云霧等異常天氣現(xiàn)象，即所謂的“雨島效應(yīng)”、“霧島效應(yīng)”和“城市風(fēng)”。熱島效應(yīng)阻礙了城市云霧（工業(yè)生產(chǎn)和生活中排放的污染物形成的酸霧、油霧、煙霧和光化學(xué)霧等的混合物）的擴散。第三十一頁，共六十二頁。三、城市熱島效應(yīng)的影響

城市熱島環(huán)流

城區(qū)中心空氣受熱上升，周圍郊區(qū)冷空氣向市區(qū)匯流補充，而城區(qū)上升的空氣在向四周擴散的過程中又在郊區(qū)沉降下來，形成城市熱島環(huán)流，不利于污染物向外遷移擴散，會加劇城市大氣污染。

圖6-4城市熱島環(huán)流模式和塵蓋第三十二頁，共六十二頁。三、城市熱島效應(yīng)的影響

（4）局部地區(qū)水災(zāi)

城市熱島效應(yīng)可能造成局部地區(qū)水災(zāi)。城市產(chǎn)生的上升熱氣流與潮濕的海陸氣流相遇，會在局部地區(qū)上空形成積亂云，而后降下暴雨，每小時降水量可達100㎜以上，從而在某些地區(qū)引發(fā)洪水，造成山體滑坡和道路塌陷等。

第三十三頁，共六十二頁。三、城市熱島效應(yīng)的影響

（5）導(dǎo)致氣候、物候失常

城市熱島效應(yīng)會導(dǎo)致氣候、物候失常。日本大城市近年出現(xiàn)櫻花早開、紅葉遲紅、氣候亞熱帶化等現(xiàn)象都是熱島效應(yīng)所致。此外，城市熱島效應(yīng)還會加重城市供水緊張，導(dǎo)致火災(zāi)多發(fā)，為細菌病毒等的孳生蔓延提供溫床，甚至威脅到一些生物的生存并破壞整個城市的生態(tài)平衡。第三十四頁，共六十二頁。四、城市熱島效應(yīng)的防治

增加自然下墊面的比例，大力發(fā)展城市綠化，營造各種“城市綠島”是防治城市熱島效應(yīng)的有效措施。加強工業(yè)整治及機動車尾氣治理，限制大氣污染物的排放，減少對城市大氣組成的影響。調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、提高能源利用率，發(fā)展清潔燃料、開發(fā)利用太陽能等新能源，減少向環(huán)境排放人為熱。第三十五頁，共六十二頁。四、城市熱島效應(yīng)的防治

開發(fā)、使用反射率高、吸熱率低、隔熱性能好的新型環(huán)保建筑材料。綜合防治：控制人口數(shù)量，增加人工濕地，加強屋頂和墻壁綠化，建設(shè)城市“通風(fēng)道”，完善環(huán)境監(jiān)察制度等綜合防治熱島效應(yīng)。第三十六頁，共六十二頁。第四節(jié)溫室效應(yīng)一、溫室效應(yīng)與溫室氣體

二、溫室效應(yīng)加劇的原因

三、溫室效應(yīng)的影響——全球變暖

四、溫室效應(yīng)的綜合防治

第三十七頁，共六十二頁。一、溫室效應(yīng)與溫室氣體

溫室效應(yīng)是地球大氣層的一種物理特性。適度的溫室效應(yīng)創(chuàng)造了適宜生物生存的地球熱環(huán)境。

地球大氣層熱量輻射平衡圖第三十八頁，共六十二頁。一、溫室效應(yīng)與溫室氣體

CO2溫室氣體：CO2、CH4、CO、CFCs、O3CO2的全球變暖潛能最小，但其含量遠遠超過其他氣體，是溫室效應(yīng)最大貢獻者。大氣中的水蒸氣是自然溫室效應(yīng)的主要原因之一，其含量比CO2和其他溫室氣體的總和還高許多。在中緯度地區(qū)晴朗天氣水蒸氣對溫室效應(yīng)的影響占60%～70％，CO2僅占25％。水蒸汽在大氣中的含量相對穩(wěn)定，因此普遍認為大氣中的水蒸汽不直接受人類活動的影響；相反，大氣中CO2的濃度在持續(xù)上升，成為人們最關(guān)注的溫室氣體。第三十九頁，共六十二頁。二、溫室效應(yīng)加劇的原因

（一）溫室氣體排放量增加圖6-6近代人類活動對大氣中CO2濃度的影響

隨著城市化、工業(yè)化、交通現(xiàn)代化、人口劇增，化石燃料大量消耗，排入大氣的CO2迅速增加，破壞了自然界的碳循環(huán)。第四十頁，共六十二頁。二、溫室效應(yīng)加劇的原因

（二）植被破壞，溫室氣體吸納量降低占地球表面6%

～7%的森林吸收CO2的量比地球表面70%的海洋還多1/4。進入大氣中的CO2約有2/3可被植物吸收。由于大量砍伐，地球上的森林，特別是熱帶雨林的面積急劇減少，對CO2的吸收能力大大降低，導(dǎo)致大氣中CO2濃度日趨升高。據(jù)估計，目前因全球森林植被破壞引起的CO2濃度上升約占

CO2增加總量的24%。第四十一頁，共六十二頁。三、溫室效應(yīng)的影響-全球變暖

圖6-9近代全球氣溫變化與CO2和CH4含量的關(guān)系近代全球氣溫氣候的變化與溫室氣體CO2和CH4含量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（圖6-9）；溫室效應(yīng)的加劇必然導(dǎo)致全球變暖；氣候變化確實已成為限制人類生存和發(fā)展的重要因素。第四十二頁，共六十二頁。四

（一）冰川消退，海平面上升

極地及高山冰川融化，海平面上升。氣溫升高，海水受熱膨脹，海平面上升。海平面上升導(dǎo)致低地被淹、海岸侵蝕加重、排洪不暢、土地鹽漬化和海水倒灌等問題。三、溫室效應(yīng)的影響-全球變暖

第四十三頁，共六十二頁。四（二）氣候帶北移，引發(fā)生態(tài)問題氣溫升高，北半球氣候帶將北移；若物種遷移適應(yīng)速度落后于環(huán)境的變化，則該物種可能瀕于滅絕。病蟲分布區(qū)擴大、生長季加長、繁殖代數(shù)增加，年中危害期延長，加重農(nóng)林災(zāi)害。三、溫室效應(yīng)的影響-全球變暖

第四十四頁，共六十二頁。四（三）加重區(qū)域性自然災(zāi)害

加大海洋和陸地的蒸發(fā)速度，改變降水量和降水頻率在時間和空間上的分配。缺水地區(qū)降水和地表徑流減少，加重地區(qū)旱災(zāi)和土地荒漠化的速度。熱帶地區(qū)降水量增大，加劇洪澇災(zāi)害的發(fā)生。局部地區(qū)氣候異常，自然災(zāi)害加重。三、溫室效應(yīng)的影響-全球變暖

第四十五頁，共六十二頁。四（四）危害人類健康溫室效應(yīng)導(dǎo)致極熱天氣出現(xiàn)頻率增加，使心血管和呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率上升，同時還會促進流行性疾病的傳播和擴散，威脅人類健康。三、溫室效應(yīng)的影響-全球變暖

全球變暖、CO2含量升高，有利于植物的光合作用，擴大植物的生長范圍，提高生產(chǎn)力。但整體來看，溫室效應(yīng)弊多于利，必須采取對策控制溫室效應(yīng)，抑制全球變暖。第四十六頁，共六十二頁。四、溫室效應(yīng)的綜合防治

（一）控制溫室氣體的排放控制礦物燃料的使用量，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用率。有效控制CO2排放量需要世界各國協(xié)調(diào)保護與發(fā)展的關(guān)系，主動承擔(dān)其責(zé)任，并互相合作、聯(lián)合行動。自20世紀(jì)80年代末期以來，在聯(lián)合國的組織下召開了多次國際會議，形成了兩個最重要的決議?！堵?lián)合國氣候變化框架公約》《京都議定書》（二）增加溫室氣體的吸收保護森林資源，植樹造林提高森林覆蓋面積，有效提高植物對CO2的吸收量。森林植被可以防風(fēng)固沙、滯留空氣中的粉塵，進一步抑制溫室效應(yīng)。加強二氧化碳固定技術(shù)的研究。

（三）適應(yīng)氣候變化的對策培育農(nóng)林作物新品種、調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。規(guī)劃和防止海岸侵蝕的工程。加強溫室效應(yīng)和全球變暖的機理及其對自然界和人類的影響研究。控制人口數(shù)量、加強環(huán)境保護的宣傳教育。第四十七頁，共六十二頁。第五節(jié)

熱污染控制技術(shù)第四十八頁，共六十二頁。一、節(jié)能技術(shù)與設(shè)備

（一）熱泵

節(jié)能技術(shù)

與設(shè)備（二）熱管（三）隔熱材料

第四十九頁，共六十二頁。（一）熱泵熱泵：將熱由低溫位傳輸?shù)礁邷匚坏难b置。熱泵技術(shù)：一種高效、節(jié)能、環(huán)保技術(shù)；熱泵設(shè)備的開發(fā)利用始于20世紀(jì)20～30年代；70年代能源危機的出現(xiàn)，使熱泵技術(shù)得以迅速發(fā)展。第五十頁，共六十二頁。第五十一頁，共六十二頁。（一）熱泵

熱泵用途：住宅取暖，提高生活熱水，食品干燥加工、木材和種子干燥，工業(yè)鍋爐的蒸汽加熱等。熱泵的熱量來源：空氣、水、地?zé)岷吞柲堋Ｒ愿鞣N廢水、廢氣為熱源的余熱回收型熱泵不僅節(jié)能，同時直接減少人為熱的排放，減輕環(huán)境熱污染。采用熱泵與直接電加熱相比，可節(jié)電80%以上。對于100℃以下的熱量，采用熱泵比鍋爐供熱可節(jié)約燃料50%。

熱泵在北美和歐洲的應(yīng)用最廣（表6-19）表6-19歐洲一些國家熱泵機組的應(yīng)用95%85%—15%30000法國91%55%5%40%67000瑞士90%16%12%72%370000瑞典43%———29500荷蘭63%17%11%72%100000德國空氣源水源地?zé)嵩从糜谧≌┡療岜妙愋?000年總量國家第五十二頁，共六十二頁。美國LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover于1963年發(fā)明了熱管。（二）熱管熱管：利用密閉管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝進行傳熱的裝置。熱管的結(jié)構(gòu)：由管殼、吸液芯（毛細多孔材料構(gòu)成）和工質(zhì)（傳遞熱能的液體）三部分組成。

工作原理：圖6-12圖6-12熱管的工作原理熱管一端為蒸發(fā)端，另一端為冷凝端。當(dāng)一端受熱時，毛細管中的液體迅速蒸發(fā)，蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端，并釋放出熱量，重新凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不止，即可將分散的熱量集中起來。

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