第8章热污染与防治-课件

第8章

热污染与防治1ppt课件8.1概述

环境热学是环境物理学的一个分支，是研究热环境及其对人体的影响，以及人类活动对热环境的影响的学科。热环境又称环境热特性，是指提供给人类生产、生活及生命活动的生存空间的温度环境，主要指自然环境、城市环境和建筑环境的热特性。2ppt课件

太阳能量辐射创造了人类生存空间的大的热环境，而各种能源提供的能量则对人类生存的小的热环境作进一步的调整，使之更适宜于人类的生存。热环境除太阳辐射的直接影响外，还受许多因素如相对湿度和风速等的影响，是一个反映温度、湿度和风速等条件的综合性指标。热环境可以分为自然热环境和人工热环境。3ppt课件热环境的分类4ppt课件

地球上热量来源主要有两大类。一类是天然热源即太阳，它以电磁波的方式不断向地球辐射能量。环境的热特性不仅与太阳辐射能量的多少有关，同时也取决于环境中大气与地表的热交换状况。另一类是人为热源，即人类在生产、生活和生命过程中产生的热量。5ppt课件

太阳表面的有效温度为5497℃，其辐射通量(或称太阳常数)是指地球大气圈外层空间垂直于太阳光线束的单位面积上单位时间内接受的太阳辐射能量的大小，其值大约为8.15J／(cm2·min)。6ppt课件

影响地球接受太阳辐射的因素主要有：一是地壳以外的大气层，二是地表形态。太阳辐射中到达地表的主要是短波辐射，距地表20－50km的臭氧层主要吸收紫外线，长波辐射被大气下层中的水蒸气和二氧化碳所吸收。大气中的其他气体分子、尘埃和云，则对大气辐射起反射和散射作用，大的微粒主要起反射作用，小的微粒对短波辐射的散射作用较强。地表在吸收部分太阳辐射的同时，又对太阳辐射起反射作用，且吸热后温度升高的地表也同样以长波的形式向外辐射能量。7ppt课件太阳辐射通量分配状况图8ppt课件热环境中的人为热量来源包括：

①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；

②放热的化学反应过程，如化工厂的化学反应炉和核反应堆中的化学反应，太阳辐射能量实际就是化学反应氢核聚变产生的；

③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一个146W的发热器所散发的能量。9ppt课件二、热污染工农业生产和人类生活中排放出的废热造成的环境热化，损害环境质量，进而又影响人类生产、生活的一种增温效应。热污染发生在城市、工厂、点火电站、原子能电站等人口稠密和能源消耗大的地区。随着社会生产力的发展，能源消耗迅速增加，在能源转化和消费过程中不仅产生直接危害人类的污染物，而且还产生了对人体无直接危害的C02、水蒸气和热废水等。这些成分排入环境后引起坏境增温效应，达到损害环境质量的程度，便成为热污染。10ppt课件(一)热污染的类型根据污染对象的不同，可将热污染分为水体热污染和大气热污染。11ppt课件热污染的分类12ppt课件各行业冷却水排放量对照13ppt课件（2）热污染的成因环境热污染主要是由人类活动造成的，人类活动对热环境的改变主要通过直接向环境释放热量、改变大气的组成、改变地表形态来实现。14ppt课件热污染的成因15ppt课件8.2水体热污染一、水体热污染的影响(一)威胁水生生物生存水体升温通常会引起水中溶解氧含量降低，水生生物的新陈代谢加快，在0－40℃内温度每升高10℃，水生生物的生化反应速率会增加1倍；微生物分解有机物的能力随温度升高而增强，从而提高了其生化需氧量，导致水体缺氧更加严重；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，并改变鱼类的进食习性和繁殖状况等。热效力综合作用很容易引起鱼类和其他水生生物的死亡。16ppt课件不同水温对鱼的繁殖影响17ppt课件(二)加剧水体富营养化热污染甚至可使河湖港汊水体严重缺氧，引起厌氧菌大量繁殖，有机物腐严重，使水体发生黑臭。研究表明，水温超过30℃时，硅藻大量死亡，而绿藻、蓝藻迅速生长繁殖并占绝对优势。温排水还会促进底泥中营养物质的释放，导致水体的离子总量，特别是N、P含量增高，加剧水体富营养化。18ppt课件不同藻类种群密度随温度的变化19ppt课件(三)引发流行性疾病水体温度升高造成一些致病微生物滋生繁衍的人工温床，引发流行性疾病。例如澳大利亚曾流行的一种脑膜炎经科学家研究证实，是由于电厂排放的冷却水使水温增高，促进一种变形虫大量滋生繁衍而污染水源，再经人类饮水、烹饪或洗涤等途径进入人体，导致发病。20ppt课件(四)增强温室效应水温升高会加快水体的蒸发速度，使大气中的水蒸气和二氧化碳含量增加，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。21ppt课件二、水体热污染的防治太阳能、核能和风能等新能源动力工程也会产生热污染。因此彻底消除热污染是不可能的，热污染的综合防治的目标应是如何减少热污染，将其控制在环境可承受的范围内，以及如何对其进行资源化利用。22ppt课件(一)减少废热入水水体热污染的主要污染源是电力工业排放的冷却水，要实现水域热污染的综合治理，首先要控制冷却水进入水体的质和量。同时应合理选择取水、排水的位置，并对取、排水方式进行合理设计，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。23ppt课件(二)废热综合利用排入水体的废热均为可再利用的二次能源。将冷却水引入养殖场用于鱼、虾或贝类的养殖。通过热回收管道系统将废热输送到田间土壤或直接利用废热水进行灌溉可在温室中种植蔬菜或花卉等。将废热水引入污水处理系统中调节水温(20－30℃)可加速微生物酶促反应，提高其降解有机物的能力，从而提高污水处理效果。也可将冷却水引人水田以调节水温，或排人港口或航道以防止结冰。24ppt课件(三)加强管理制定水温排放标准，同时将热污染纳入建设项目的环境影响评价中。同时各地方部门需加强对受纳水体的管理，例如禁止在河岸或海滨开垦土地、破坏植被，通过植树造林避免土壤侵蚀等对水体热污染的综合防治也具有重要意义。25ppt课件8.3热岛效应一、城市热岛效应如果我们同时测定一个城市距地一定高度位置处的温度数据，然后绘制在城市地图上，就可以得到一个城市近地面等温线图。从图上可以看出，在建筑物最为密集的市中心区，闭合等温线温度最高，然后逐渐向外降低，郊区温度最低，就像突出海面的岛屿，高温的城市处于低温郊区的包围之中，这种现象被形象地称为“城市热岛效应”，其强度以城区平均气温和郊区平均气温之差表示。26ppt课件

热岛效应导致城区年平均气温高出郊区农村0.5－1.5℃左右城市中心区气温比郊区高2－3℃，最大可相差5℃。我国观测到的热岛效应最大的城市是北京(9.0℃)和上海(6.8℃)，而世界最大的城市热岛为德国的柏林(13.3℃)和加拿大的温哥华(1l℃）。27ppt课件28ppt课件29ppt课件二、城市热岛效应的成因城市热岛效应是人类在城市化进程中无意识地对局地气候所产生的影响，是人类活动对城市区域气候影响中最为典型的特征之一，是在人口高度密集、工业集中的城市区域，由人类活动排放的大量热量与其他自然条件因素综合作用的结果。30ppt课件(一)城市下垫面的影响随着城市化进程的发展，原来的林地等自然生态环境逐渐被水泥、金属等材料的人工地貌所取代，使城市下垫面的热力学、动力学特征改变，表现为城市对太阳辐射的反射率低(10％—30％)，热导率高，热容量大，蓄热能力强。城市中植被面积减少，不透水面积增大，导致储水能力降低，蒸发(蒸腾)强度减小，从而蒸发消耗的潜热少，地表吸收的热量大都用于下垫面增温。同时由于城市构筑物增加，下垫面粗糙度增大，阻碍空气流通，风速减小，也不利于热量扩散。31ppt课件(二)城市大气成分的变化城市地区能源消耗量大，且以矿物燃料为主，燃烧过程排放大量的C02、C0、S02、N0x和CH4等有毒有害气体和颗粒物，致使城市上空大气组成改变，降低了城市空气的透明度，使其吸收太阳辐射和地表长波辐射的能力增强，造成大气逆辐射增强，加剧了温室效应，从而强化了城市热岛效应。32ppt课件城市大气中主要污染物的相对浓度33ppt课件(三)人为热的释放人为热是指人类活动以及生物新陈代谢所产生的热量。工业生产、家庭炉灶、采暖制冷、机动车辆和人群代谢等使城市地区增加了许多额外的热量收入，从而改变了城市地区的热量平衡，是热岛效应形成的重要原因之一。在冬季和高纬度地区的城市人为热的排放量甚至超过太阳的净辐射量o34ppt课件4)高耸人云的建筑物造成地表风速小且通风不良，城市的平均风速比郊区小25％，城郊之间热量交换弱，城市白天蓄热多，夜晚散热慢，加剧城市热岛效应。35ppt课件城市热岛效应形成模式图36ppt课件三、城市热岛效应的影响城市热岛效应给人类带来的影响总体来说是利少弊多。其主要影响表现为：

(1)城市热岛效应使得城区冬季缩短，霜雪减少，有时甚至出现城外降雪城内雨的现象，从而可以降低城区冬季采暖耗能。相反，热岛效应导致夏季持续高温又会增加城市耗能。37ppt课件(2)城市热岛效应在夏季加剧城区高温天气，不仅降低人们的工作效率，还会引起中暑和死亡人数的增加。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；温度再高就易导致烦躁、中暑和精神紊乱等；气温高于34℃并加以热浪侵袭还可引发一系列疾病特别是心脏病、脑血管和呼吸系统疾病，使死亡率显著增加。38ppt课件(3)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”。受热岛效应的影响，夏季经常发生市郊降雨而远离市区却干燥的现象。城市云雾是由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，热岛效应阻碍了这些物质向宇宙太空逸散，从而加重它们的危害。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，从而形成城市热岛环流，不利于污染物向外迁移扩散，会加剧城市大气污染。39ppt课件热岛环流模式与尘盖40ppt课件(4)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乱积云，而后降下暴雨，每小时降水量可达100mm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。

(5)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。41ppt课件四、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。绿地所吸收的太阳辐射能量一部分用于蒸腾耗热，一部分在光合作用中被转化为化学能储存起来，而用于提高环境温度的热量则大大减少，从而有效缓解城市热岛效应。研究表明，每公顷绿地平均每天可从周围环境吸收热量81.8MJ，相当于189台空调的制冷作用。1公顷绿地中的园林植物每天平均可以吸收1.8tCO2。42ppt课件

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。同时要调整能源结构，提高能源利用率，通过发展清洁燃料、开发利用太阳能等新能源，减少向环境中排放人为热。此外还可以通过开发使用反射率高、吸热率低、隔热性能好的新型环保建筑材料，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”，以及完善环境监察制度等来综合防治热岛效应。43ppt课件8.4温室效应一、温室效应与温室气体大气层对于太阳短波辐射吸收很少，地表接收大量的太阳短波辐射而升温，并以长波形式向外辐射能量。地面长波辐射绝大部分被大气中的水蒸气和二氧化碳吸收。大气被加热后也以长波向外辐射能量，其中很大一部分辐射能又返回地表，使地面温度不会下降太快，地表年均气温保持在15℃左右。这种类似于农业上的温室保温作用称为“温室效应”。若无自然温室效应，来自太阳的能量会很快从地表释放出去，地球温度也将降至-18℃左右，所以适度的温室效应创造了适宜生物生存的地球热环境。44ppt课件

引起温室效应的温室气体主要有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化碳(C0)、各种氟氯烃(CFCs)和臭氧(03)。其中CO2的全球变暖潜能最小，但其含量远远超过其他气体，因此是温室效应中贡献最大者。45ppt课件

大气中的水蒸气也是自然温室效应的主要原因之一，其含量比C02和其他温室气体的总和还高许多，因此自然温室效应主要是水蒸气在起作用，只是有部分波长的红外线它不能吸收，而C02正好吸收这段波长的红外线。科学调查表明，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却仅占25％。但由于水蒸气在大气中的含量相对稳定，因此目前普遍认为大气中的水蒸气不直接受人类活动的影响。大气中C02的浓度在持续上升，成为人们最关注的温室气体。46ppt课件

目前，因C02温室效应造成的大气升温对全球的影响有以下两种理论：辐射对流平衡理论冰雪反馈理论47ppt课件二、温室效应加剧的原因自然条件下，温室气体在大气层中的含量不足1％，但由于人类活动的影响，导致大气中温室气体，特别是C02的含量不断增加，使更多的长波辐射返回地表，加剧了温室效应，引起全球变暖，对气候、生态环境及人类健康等多方带来负面影响，从而成为一个全球性的生态环境问题。48ppt课件（一）温室气体排放量增加随着城市化、工业化、交通现代化以及人口的剧增，化石燃料的大量消耗，排入大气的C02等温室气体迅速增加，从而破坏了自然界的碳循环。20世纪80年代以来，每年有超出60亿tCO2排人大气，目前大气中C02的含量较18世纪增加了30％，达到150年来的最高水平，而且还在以每年0．5％的速度增加。若按此增长速度，估计到2050年大气中CO2的体积浓度将达到560x10-6，即工业化之前的2倍。49ppt课件温室气体对温度上升的贡献变化50ppt课件(二)植被破坏，温室气体吸纳量降低绿色植物光合作用可以消耗C02，海洋中的浮游生物也可以吸收CO2，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，但人类大量砍伐森林，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C02浓度日趋升高。目前因全球森林植被破坏引起的C02浓度上升约占CO2增加总量的24％。51ppt课件三、温室效应的影响——全球变暖近代全球气温气候的变化与温室气体C02和CH4含量呈现正相关关系，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。52ppt课件(一)冰川消退，海平面上升气候的变暖使极地及高山冰川融化，从而使海平面上升。据统计，格陵兰岛的冰雪融化已使全球海平面上升了约2.5cm。气温升高导致海水受热膨胀，也会使海平面上升。观测表明，近100多年来海平面上升了14-15cm，预测21世纪海平面将继续上升。海平面上升可直接导致低地被淹，海岸侵蚀加重，排洪不畅，土地盐渍化和海水倒灌等问题。若地球温度按现在的速度继续升高，推测到2050年南北极冰山将大幅融化，上海、东京、纽约和悉尼等沿海城将被淹没。53ppt课件海平面变化预测54ppt课件(二)气候带北移，引发生态问题据估计，若气温升高1℃，北半球的气候带将平均北移约100km；若气温升高3.5℃，则会向北移动5个纬度左右。这样占陆地面积3％的苔原带将不复存在，冰岛的气候可能与苏格兰相似，而我国徐州、郑州冬季的气温也将与现在的武汉或杭州差不多。55ppt课件

如果物种迁移适应的速度落后于环境的变化，则该物种就可能濒于灭绝。世界自然保护基金会(WWF)认为，若全球变暖的趋势不能有效遏制，到2100年全世界将有1/3的动植物栖息地发生根本性变化，这将导致大量物种因不能适应新的生存环境而灭绝。气候变暖很可能造成某些地区虫害与病菌传播范围扩大，昆虫群体密度增加。温度升高会使热带虫害和病菌向较高纬度蔓延，使中纬度面临热带病虫害的威胁。同时，气温升高可能使这些病虫的分布区扩大、生长季节加长，并使多世代害虫繁殖代数增加，一年中危害时间延长，从而加重农林灾害。56ppt课件(三)加重区域性自然灾害全球变暖会加大海洋和陆地水的蒸发速度，从而改变降水量和降水频率在时间和空间上的分配。研究表明，全球变暖使世界上缺水地区降水和地表径流减少，加重了这些地区的旱灾，也加快土地荒漠化的速度。另一方面，气候变暖又使雨量较大的热带地区降水量进一步增大，从而加剧洪涝灾害的发生。此外，全球变暖还会使局部地区在短时间内发生急剧的天气变化，导致气候异常，造成高温、热浪、热带风暴、龙卷风等自然灾害加重。57ppt课件(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，从而直接威胁人类健康。58ppt课件

全球变暖、C02含量升高，有利于植物的光合作用，可扩大植物的生长范围，从而提高植物的生产力。但整体来看，温室效应及其引发的全球变暖是弊多于利，因此必须采取各种措施来控制温室效应，抑制全球变暖。59ppt课件四、温室效应的综合防治从温室效应的成因不难看出，其防治应主要从两方面入手：一是减少温室气体的排放；二是植树造林，保护地表植被。60ppt课件(一)控制温室气体排放众所周知，要减少温室气体的排放必须控制矿物燃料的使用量，为此必须调整能源结构，增加核能、太阳能、生物能和地热能等可再生能源的使用比例。此外，还需要提高能源利用率，特别是发电和其他能源转换的效率以及各工业生产部门和交通运输部门的能源使用效率。61ppt课件

目前矿物燃料仍然是最主要的能量来源，因此有效控制C02的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》和《京都议定书》。1997年的《京都议定书》结合各国的经济、社会、环境和历史等具体情况，规定了发达国家“有差别的减排”：欧盟成员国减排8％、美国减排7％、日本和加拿大减排6％、冰岛减排10％、俄罗斯和乌克兰“零”减排、澳大利亚可增排8％。62ppt课件

为此，荷兰率先征收“碳素税”，即按二氧化碳的排放量来征税，而日本也制定了类似的税收制度。2002年，欧盟地区6种温室气体排放总量均比上年减少了0.5％以上，这主要归功于更先进的垃圾处理方式和以天然气代替煤来发电，从而减少了甲烷和二氧化氮的排放量。我国通过煤炭和能源工业改革，1990－2000年间C02排放量降低了7.3％，CH4排放量减少了2.2％。63ppt课件(二)增加温室气体的吸收保护森林资源，通过植树造林提高森林覆盖面积可以有效提高植物对CO2的吸收量。试验表明，每公顷森林每天可以吸收大约1t的CO2，并释放出0.73t的02。地球上所有植物每年为人类处理的C02达近千亿吨。此外，森林植被可以防风固沙、滞留空气中的粉尘，从而进一步抑制温室效应。每公顷森林每年可滞留粉尘2.2t，降低大气含尘量约50％。加强二氧化碳固定技术的研究。CO2可与其他化学原料发生许多化学反应，可将其作为碳或碳氧资源加以利用，用于合成高分子材料。所合成的新型材料具有完全生物降解的特性，这样既可以减少大气中C02的含量，同时也可减少环境污染特别是“白色污染”问题．64ppt课件(三)适应气候变化通过培育新的农林作物品种、调整农业生产结构、规划和防止海岸侵蚀的工程等来适应气候变化。此外，加强温室效应和全球变暖的机理及其对自然界和人类的影响研究，控制人口数量，加强环境保护的宣传教育等对温室效应的控制也具有重要意义。65ppt课件8.5热污染的评价与标准一、水体热环境评价与标准

《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中规定人为造成的环境水温变化应限制在：周平均最大温升≤1；周平均最大温降≤2。水温的测定方法详见《水质水温的测定温度计或颠倒温度计测定法》(GBl3195—91)。

66ppt课件

制定水体的温度限制值总是要兼顾社会、经济和环境三方面的效益，由冷却水排放造成的水体热污染的控制标准通常以鱼类生长的最高周平均温度来确定。该指标是根据最高起始致死温度(UILT)和最适温度制定的一项综合指标。计算式为67ppt课件

其中起始致死温度即50％的驯化个体能够无限期存活下去的温度值，通常以LT50表示。随驯化温度升高，LT50亦升高，但驯化温度升至一定程度时LT50将不再升高，而是固定在某一温度值上，即最高致死温度。68ppt课件

最适温度即最适宜鱼类生长的温度，各种鱼不同生活阶段最适温度也各不相同。由于最适温度的测定条件(光照、饲料量、溶解氧等)要求很苛刻，测试时间也很长，通常以与活动或代谢有关的某种特殊功能的最适温度来代替。实际上最理想的高温限值应该是零净生长率温度(鱼的同化速率与异化速率相同时的温度)和最适温度的平均值，此值至少可以保证鱼的生长速率不低于最高值的80％。但由于这一数值很难获得，而生长的最高周平均温度被认为很接近该平均值，因此在国内外将最高周平均温度作为水体的评价标准。69ppt课件二、大气热环境评价与标准大气热环境在很大程度上受湿度和风速的影响，因其反映环境温度的性质不同，如表6—13所示测量方法主要有3种。三种方法测定的温度值各代表一70ppt课件8.6热污染控制技术一.节能技术与设备(一)热泵热泵即将热由低温位传输到高温位的装置，是一种高效、节能、环保技术，其理论基础起源于19世纪关于卡诺循环的论文。它利用机械能、热能等外部能量，通过传热工质把低温热源中无法被利用的潜热和生活生产中排放的废热，通过热泵机组集中后再传递给要加热的物质。71ppt课件

热泵设备的开发利用始于20世纪20—30年代，直到70年代能源危机的出现，热泵技术才得以迅速发展。目前热泵主要用于住宅取暖和提高生活热水，而且在北美洲和欧洲的应用最广。在工业中，热泵技术可用于食品加工中的干燥、木材和种子干燥及工业锅炉的蒸汽加热等。热泵的热量来源可以是空气、水、地热和太阳能。其中以各种废水、废气为热源的余热