其他物理污染及防治

1、生生 物物 与与 环环 境境 工工 程程 学学 院院浙浙 江江 省省 精精 品品 课课 程程第九章 其他物理污染与防治本章主要内容9.1 放射性污染与防治9.2 电磁辐射污染及防治9.3 热污染及防治9.4 光污染及防治 放射性元素的原子核在衰变过程放出、射线的现象，俗称放射性。 放射性污染是指因人类的生产、生活等活动排放的放射性物质，使环境中的放射性水平高于天然本底或放射环境标准，从而危害人体健康的现象。9.1.1 放射性污染9.1 放射性污染与防治放射性污染事故：（1）核设施泄露（1986年前苏联切尔诺贝利核电站爆炸）； 据白俄罗斯政府1997年公布的资料，切尔诺贝利核事故所泄漏的放射性粉

2、尘有70飘落在白俄罗斯境内。在事故发生初期，白俄罗斯大部分公民都受到了不同程度的核辐射，大约6000km2的土地无法使用，400多个居民点成为无人区，政府不得不关闭了600多所学校、300多个企业和54个大型农业联合体。 到目前为止，还有200多万人生活在核污染区。白俄罗斯政府预计，核事故给白俄罗斯的直接经济损失在2350亿美元以上，相当于白俄罗斯32个财政年的总和，政府为了消除危害，每年拨款要占整个国家预算的2025%。 核事故严重影响了人们健康，尤其是对儿童的健康。白俄罗斯儿童甲状腺癌、白血病的数量迅速增加，新生儿生理残疾者剧增。白俄罗斯儿童甲状腺癌的比率，在发生核事故前为1:200万，与

3、其他国家相差无几。但到1994年为1:1万，上升了200倍，某些地区甚至高达1:1000，上升了2000倍。1997年，白俄罗斯卫生部门对距切尔诺贝利约400km处的一所学校的数百名学生进行体检。几乎没有一个是健康的，都患有不同程度的慢性疾病。 椐专家估计，完全消除事故影响需要800年的时间，将经过整整40代人。 放射性污染事故：（2）核弹爆炸（1945年日本广岛和长崎）；（3）其他放射性物质扩散。6 6表9-1 高辐射剂量对人体的影响剂量（雷姆）影 响100000100001000700200100几分钟死亡几小时死亡几天内死亡几个月内90%死亡，10%幸免几个月内10%死亡，90%幸免没有

4、人在短期死亡，但是大大增加了患癌症和其他缩短寿命的机会，女子不育，男子在23年也不育（一）天然辐照源 天然辐照源是自然界中天然存在的辐射源，人类从诞生起一直就生活在这种天然的辐射之中，并已适应了这种辐射。 天然辐射源主要来自于： 地球上的天然放射源，主要的有铀（235U）、钍（232Th）核素以及钾（40K），碳（14C）和氚（3H）等； 宇宙间高能粒子构成的宇宙射线，以及在这些粒子进人大气层后与大气中的氧、氮原子核碰撞产生的次级宇宙线。 天然放射性物质在自然界中的分布很广，存在于矿石、土壤、天然水、大气和动植物的组织中。 一般认为，天然辐射基本不会影响人体的安全。9.1.2 放射性污染的来源

5、(二) 人工辐射源 20世纪40年代核军事工业逐渐建立和发展起来，50年代后核能逐渐被利用到动力工业中。近几十年来随着科学技术的发展，放射性物质被更广泛地应用于各行各业和人们的日常生活中，因而构成了放射污染的人工污染源。（1）核爆炸的沉淀物。 核试验，使地球表面明显地增加了人工放射性物质。核爆炸时会产生大量的放射性裂变产物，随同高温气流被带到不同的高度，大部分在爆点的附近地区沉降下来，较小的粒子能进入对流层甚至平流层，绕地球运行，经数天，数月或数年缓慢地沉降到地面，因此，核试验的污染带有全球性。且为放射性环境污染的主要来源。（2）核工业过程的排放物。 核能应用于动力工业，构成了核工业的主体。核

6、工业的废水、废气、废渣的排放是造成环境放射性污染的一个重要原因。核燃料的生产、使用及回收形成了核燃料的循环，在这个循环过程中的每一个环节都会排放种类、数量不同的放射性污染物，对环境造成程度不同的污染。 核动力工业中如核电站的建立和运转，可产生放射性裂变产物。目前，全世界核电站已达443座。从一座核电站排放出的放射性物质，虽然其极微量的浓度几乎检不出来，但核电站的温排水排放量很大，经过水生生物的生物链，被成千上万倍地浓缩，成为放射性物质污染的一个来源。（3）医疗照射的射线 随着现代医学的发展，辐射作为诊断、治疗的手段越来越广泛应用，且医用辐照设备增多，诊治范围扩大。辐照方式除外照射方式外，还发展

7、了内照射方式，如诊治肺癌等疾病就采用内照射方式，使射线集中照射病灶。但同时这也增加下操作人员和病人受到的辐照，因此医用射线已成为环境中的重要人工污染源。（4）其他方面的污染源。 某些用于控制、分析、测试的设备使用了放射性物质，对职业操作人员会产生辐射危害。如某些生活消费品中使用了放射性物质，如夜光表、彩色电视机等；某些建筑材料，如含铀、镭量高的花岗岩和钢渣砖等，它们的使用也会增加室内的辐照强度。放射性对人体的危害（二）危害 1.损伤机理1）、高速带电粒子属直接电离粒子。2）射线等不带电的粒子为间接带电粒子。统称为电离辐射：引起生物组织内原子、分子电离，破坏组织中的大分子结构。2.影响因素射线性

8、质剂量、次数、时间、部位、方式。（致死剂量、半致死剂量）3.损伤方式急性、慢性（远期效应、躯体效 应、遗传效应）。急性损伤 当人体遇到核爆炸、核事故时，一次或短期内受到大剂量的射线照射，体内的各组织、器官和系统将会遭受严重的伤害，轻者出现病症，重者造成死亡。 急性照射时的机体效应受照射剂量/Gy急 性 效 应00.25无可检出的临床效应0.5血相发生轻度变化、食欲减退1疲劳、恶心、呕吐1.25血相发生显著变化、将有20%25%的被照射者发生呕吐等急性放射性病症状224h内出现恶心、呕吐，经过大约一周的潜伏期，出现毛发脱落、全身虚弱的病症4(半死剂量)数小时内出现恶心、呕吐，两周内毛发脱落，体温

9、上升，三周后出现紫斑、咽喉感染、极度虚弱的病症，50%的人四周后死亡，存活者半年后可逐渐康复5(致死剂量)12h内即出现严重的恶心，呕吐的症状，一周后出现咽喉炎、体温增高、迅速消瘦等症状，第二周就会死亡远程效应 远程效应指人体遭受急性照射后经过若干时间或长期遭受低剂量的照射，数年后才表现出的躯体效应或遗传效应的现象。常见的躯体效应有白血病、白内障及各种癌症，常见的遗传效应有基因突变和染色体畸变，在第一代表现为流产、死胎、畸型和智力不全等，在以下几代可能出现变异、变性和不孕等。慢性损伤 若放射源长期对人体产生辐射，将会引发各种慢性损伤。放射性物质进入环境后，不仅会对人体产生外辐射，还将通过物质的

10、循环(如呼吸、饮水及食物链)进入人体内产生内辐射。内辐射的危害程度因放射性物质的种类及其在体内的积蓄量、分布于各组织器官的不同而有所不同。主要危害为白血球减少、白血病及其他恶性肿瘤等。9.1.3 放射性污染的防治 由各种辐射污染源产生的放射性废物，按其物理形态可分为放射性废气、放射性废水（液）和放射性固体废物。但不同场合、不同设备所产生的这些放射性废物，其放射性水平各不相同。依据1977年国际原子能机构的建议，可将放射性废物作如表9-2所示分类。在处理这些放射性废物时，针对不同情况可按比放射性进行分类处理。表9-2国际原子能机构建议的放射性废物分类标准废物相态类别比放射性（A）（3.71010

11、Bq/m3）废物表面剂量（D）2.5810-4C/（kgh）备注液体12345A10-610-6A10-310-3A10-110-1A10410-4A一般可不处理处理时不用屏蔽处理时可能需要屏蔽处理时必须屏蔽必须先冷却气体123A10-1010-10A10-610-6A一般不处理一般用过滤法处理用其他严格方法处理固体1234D0.20.2D2.02.0D放射性用Bq/m3表示、辐射占优势含辐射体微量从危险的观点确定辐射占优势，、辐射微量放射性污染的防治表9-3我国辐射防护规定中有关剂量当量的规定限值分类年有效当量限值器官或组织年剂量当量限值辐射工作人员一次事件的事先计划特殊照射一生中的事先计划

12、特殊照射1618岁学生、学徒工、已知怀孕妇女50mSv（5rem）100mSv（10rem）250mSv（25rem）15mSv（1.5rem）眼晶体150mSv（15rem）其他每个器官或组织500mSv（50rem）公众人员（含16周岁学生、学徒工）超短波短波 中波长波， 微波对人体作用最强的主要原因： 高频率引起机体内分子振荡激烈，摩擦作用强，热效应大。 电磁辐射可能造成的危害有： 引燃引爆。引燃引爆。如可使金属器件之间互相碰撞而打火，从而引起火药、可燃油类或气体燃烧或爆炸； 干扰信号。干扰信号。电磁辐射可直接干扰和影响电子设备、仪器仪表的正常工作，使信息失误，控制失灵，如会引起飞机、导

13、弹或人造卫星的失控，干扰医疗仪器设备的正常工作。9.2.1 电磁辐射污染（一）天然源 天然电磁辐射污染： （1）大气中由于电荷的积累而产生的放电现象； （2）来自太阳辐射和宇宙的电磁场源。（二）人为源 人为源指人工制造的各种系统、电气和电子设备产生的电磁辐射。 （1）工频场源：大功率输电线路产生的电磁污染，如大功率电机、变压器、输电线路等产生的电磁场，也包括放电型污染源如静电除尘器等， 这些设备产生的电磁场，不是以电磁波形式向外辐射，主要是对近场区产生电磁干扰。 （2）射频场源：无线电、电视和各种射频设备在工作过程中所产生的电磁辐射和电磁感应。 这些人工辐射源频率范围宽，影响区域大，对近场工作

14、人员危害也较大，因此已成为电磁污染环境的主要因素。9.2.2电磁污染的来源表9-5 常见的人工电磁辐射污染源分类分类设备名称污染来源与部件放电所致污染源电晕放电电力线（送配电线）、静电除尘器由于高电压、大电流而引起静电感应、电磁感应、大地漏泄电流所造成辉光放电放电管 白光灯、高压水银灯及其它放电管弧光放电开关、电气铁道、放电管点火系统、发电机、整流装置火花放电电气设备、发动机、冷藏车、汽车整流器、发电机、放电管、点火系统工频辐射场源大功率输电线、电气设备、电气铁道污染来自高电压、大电流的电力线场电气设备射频辐射场源无线电发射机、雷达广播、电视与通风设备的振荡与发射系统高频加热设备、热合机、微波

15、干燥机工业用射频利用设备的工作电路与振荡系统理疗机、治疗机医学用射频利用设备的工作电路与振荡系统9.2.3 电磁辐射污染的防治 首先，要加强宏观管理，制定设备的辐射标准并进行严格控制。国家颁布有中华人民共和国环境电磁波卫生标准（GB9175-88）与电磁辐射防护规定（GB8702-88），规定了电磁辐射的安全标准。要合理工业布局，使电磁污染源远离居民稠密区，在集中使用大型电磁辐射发射设备或高频设备的周围，按环境保护和城市规划要求规定的规划限制区域内不得修建居民住房和幼儿园等敏感建筑。 其次，要从产品设计和使用着手，合理设计使用各种电气、电子设备，努力减少设备的电磁漏场及电磁漏能，对各类高频与微

16、波设备在使用过程中不得随意拆开，从根本上减少放射性污染物的排量。 第三，对已经进入到环境中的电磁辐射，要采取一定的技术防护手段，以减少对人及环境的危害。 （1）屏蔽防护。 电磁屏蔽是使用某种能抑制电磁辐射扩散的材料，将电磁场源与其环境隔离开来，使辐射能被限制在某一范围内，达到防止电磁污染的目的，这种技术手段称为屏蔽防护。 主动场屏蔽（有源场屏蔽）。将电磁场的作用限定在某一范围内，使其不对此范围以外的生物机体或仪器设备产生影响的方法称为主动场屏蔽。 被动场屏蔽（无源场屏蔽）。（2）吸收防护。 吸收法是利用电磁匹配、谐振的原理，采用对电磁辐射能量具有吸收作用的材料，将电磁能量进行衰减，并吸收转化为

17、热能。吸收防护是减少微波辐射危害的一项积极有效的措施，可在场源附近将辐射能大幅度降低，多用于近场区的防护上。常用的吸收材料有以下两类。 谐振型吸收材料。 匹配型吸收材料。防治措施（3）个人防护。 电磁波对人体的影响，与发射功率成正比，而与距离的平方成反比。当因工作需要操作人员必须进入微波辐射源的近场区作业时，或因某些原因不能对辐射源采取有效的屏蔽、吸收等措施时，必须采取个人防护措施，以保护作业人员安全；个人防护措施主要有穿防护服、戴防护头盔和防护眼镜等。（4）区域控制与综合治理。 对工业集中城市，特别是电子工业集中或电气、电子设备密集使用地区，可以将电磁辐射源相对集中在某一区域，便其远离一般工

18、作区或居民区。并设置安全隔离带，如利用绿色植物对电磁辐射能具有较好的吸收作用，可采用绿化隔离带，从而在较大的区域范围内控制电磁辐射的危害。防治措施 由于人类活动影响和危害热环境的现象称为热污染。 热污染的形成主要有以下的原因：（1）燃料燃烧和工业生产过程所产生的废热向环境的直接排放；（2）空调等电器设备的排（散）热；（3）温室气体的排放，通过大气温室效应的增强，引起大气增温；（4）由于消耗臭氧层物质的排放，破坏大气臭氧层，导致太阳辐射增强。9.3.1热污染9.3 热污染与防治（1）热污染的来源 热污染主要来自能源消费。发电、冶金、化工和其他的工业生产，通过燃料燃烧和化学反应等过程产生的热量，一

19、部分转化为产品形式，一部分以废热形式直接排人环境。 以火力发电为例：在燃料燃烧的能量中，约40转化为电能，12随烟气排放，48随冷却水进入到水体中。 在核电站，能耗的约33转化为电能其余的67均变为废热全部转入水中。9.3.2 热污染来源及危害（2）热污染的危害 对大气环境的影响表现为城市（特别是大城市）的“热岛效应” ，由于消耗大量的能源，使用大量的空调设备，使得大量的废热向环境散发，使城市的气温升高，市区与郊区的气温差显著增大，可达45以上，形成所谓的“热岛效应”。 对水体环境的影响表现为： 水温升高影响水生生物的生长。水温升高，影响鱼类生存。在高温条件下，鱼的发育受阻，严重时，导致死亡；

20、水温的升高，降低了水生动物的抵抗力，破坏水生动物的正常生存。 水温升高导致水中溶解氧的降低。 水温升高引起藻类及湖草的大量繁殖。藻类与湖草的大量繁殖，消耗了水中溶解氧，影响鱼类生存。另外在水温较高时产生的一些藻类，如蓝藻，可引起水味道异常，并可使人、畜中毒。9.3.2 热污染来源及危害（1）改进热能利用技术，提高热能利用率。 如美国的火力发电厂，20世纪60年代时平均热效率为33，现已提高到40，使废热排放量降低很多。（2）废热的综合利用。 设置热交换器，利用排放的高温废气预热冷原料气； 将冷水或冷空气加热成热水和热气，用于取暖、淋浴等。 利用电站温热水进行水产养殖，如用电站温排水养殖非洲鲫鱼

21、等； 作为大棚温室种植的热源； 利用热泵技术增温后干燥谷物等。（3）利用温排水冷却技术减少温排水。 工艺系统中的冷却水，可通过冷却的方法使其降温，降温后的冷水可以回到工业冷却系统中重新使用。（4）新能源的开发利用。 积极开发利用水能、风能、地热能和太阳能等新能源，不仅能有效地解决污染物的排放，又是防止和减少热污染的重要途径。9.3.3 热污染的防治 人类活动造成的过量光辐射对人类生活和生产环境形成不良影响的现象称为光污染。 医学研究发现，人们长期生活或工作在逾量的或不协调的光辐射下会出现头晕目眩、失眠、心悸和情绪低落等神经衰弱症状。城市中的夜景灯光由于采用人工光源而非全光谱照射，会扰乱人们正常的生物钟规律，使人倦乏无力。用强光照射植物也同样会破坏植物体内生物钟的节律，妨碍其正常生长，特别是夜里长时间、用一高辐射能量作用于植物，会使植物的叶和茎变色，甚至枯死。9.4.1光污染9.4 光污染与防治 一般认为，光污染应包括可见光污染、红外光污染和紫外光污染。（1）可见光污染 眩光污染。人们接触较多的，如电焊时产生的强烈眩光，在无防护情况下会对人的眼睛造成伤害；夜间迎面驶来的汽车头灯的灯光，会使人视物极度不清，造成事故；长期工作在强光条