热污染及其控制.ppt

1、第六章 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1 热环境,热环境：就是指供给人类生产、生活及生命活动的生存空间的温度环境，它主要是指自然环境、城市环境和建筑环境的热特性。 热环境可分为：自然热环境和人工热环境,1.1自然热环境,基础热源 太阳能 辅助能源 地热能 其他辅助能源 化石燃料（煤、石油、天然气等）、风能、水能、海洋温差能、自然冷能、波浪能、生物质能、潮汐能等。,影响太阳辐射强度的主要因素,太阳、地球相对位置的影响 地球大气的影响 （一）地球大气的组成 大气的成分 大气的分类：干结空气（氧气、氮气、二氧

2、化碳、臭氧）、水汽、杂质和颗粒、新的污染物 （二）地球大气的垂直结构 对流层、平流层、中间层、暖（热）层、散逸层 （三）大气中主要物质吸收辐射能量的波长范围 大气对辐射能量的吸收 大气中电磁波辐射过程的特点 地形地貌的影响,1.2人工热环境,热源：火炉、机械、化学等设施 具体人为来源包括： （1）各种大功率用电器在运作过程中向环境释放的热量。 （2）放热的化学反应过程，如化工厂的化学反应炉等等。 （3）密集人群释放的辐射能量。,热环境对生物体的影响,生物体有自己特定的体温和体温调节系统，此外人类对热环境有较大范围的适应性。 低温环境对人体的影响 导致人体环境散热加剧，容易引发伤风感冒或其他疾病

3、，降低人体的抵抗力； 高温环境对人体的影响 引起人体过多的热量在人体内积累，同时导致人体大量出汗而脱水，会造成积热中暑；此外还容易引发事故和降低劳动效率。 16-25是人们感觉最舒适的温度范围。,2 热污染,热污染技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。 热污染可以污染大气和水体。火力发电厂、核电站和钢铁厂的冷却系统排出的热水，以及石油、化工、造纸等工厂排出的生产性废水中均含有大量废热。这些废热排入地面水体之后，能使水温升高。在工业发达的美国，每天所排放的冷却用水达45亿立方米，接近全国用水量的13；废热水含热量约2500亿千卡

4、，足够25亿立方米的水温升高10。,2.1 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 大气热污染,2.2 热污染的成因,一 CO2质量浓度的升高 二下垫面的改变：城市是受人类影响最强烈的区域，在一些较发达的城市，城市的地面多为水泥、柏油等覆盖，几乎不存在自然状态的下垫面，可导致辐射平衡被改变、水分平衡被改变 、局地环流被改变 。 三人为释热：在城市中存在形态各异的人为热源。 城市热源可分为两类:即生活热源和生产热源。 生活热源包括各种生活用能，如烧火做饭、冬季取暖、夏季制冷及家庭轿车等。 生产热源则包括了一切形式的生产活动，因为一切的生产活动都需要由能量作为动力，这些能量最

5、终或者被固化到产品中由消费者释放出来，或者在生产的过程中以各种各样的形式排放出去，如热电厂排放的废热水、废水、蒸汽等。,第二节 水体热污染,1 定义：工业生产过程中大量废热水排入江、河、湖、海等水体，使水温上升到影响鱼类等水生物正常生长；或者因水温升高，刺激浮游生物迅速繁殖，加重水体缺氧、富营养化，使水质变劣的现象。,1 水体热污染的来源,水体热污染主要由于工业冷却水的排放。 电力工业， 冶金 化工 石油 造纸 机械工业等。,2.水体热污染的影响,2.1 威胁水生生物 水体温度上升会使水中溶解氧含量降低，水生生物的新陈代谢加快，在0至40内温度每升高10，水生生物的生化反应速率会加快1倍。同时

6、，微生物分解有机物的能力随温度的升高而增强，导致水体缺氧更加严重。热效力综合作用很容易引起鱼类和其他水生生物的死亡。,2.水体热污染的影响,2.2 加剧水体富营养化 热污染可使河湖严重缺氧，引起厌氧菌大量繁殖，有机物腐败严重，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。,2.水体热污染的影响,2.3 引发流行性疾病 ，河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床，使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康。1965年澳大利亚曾流行过一种脑膜炎，后

7、经科学家证实，其祸根是一种变形原由，由于发电厂排出的热水使河水温度增高，这种变形原由在温水中大量孳生，造成水源污染而引起了这次脑膜炎的流行。,2.水体热污染的影响,2.4 增强温室效应 水温升高会加快水体的蒸发速度，使大气中的水蒸汽和二氧化碳的含量增加，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。,3.水体热污染的防治,3.1废热的综合利用：充分利用工业的余热，是减少热污染的最主要措施。生产过程中产生的余热种类繁多，有高温烟气余热、高温产品余热、冷却介质余热和废气废水余热等。这些余热都是可以利用的二次能源。我国每年可利用的工业余热相当于5000万吨标煤的发热量

8、。在冶金、发电、化工、建材等行业，通过热交换器利用余热来预热空气、原燃料、干燥产品、生产蒸气、供应热水等。此外还可以调节水田水温，调节港口水温以防止冻结。 对于冷却介质余热的利用方面主要是电厂和水泥厂等冷却水的循环使用，改进冷却方式，减少冷却水排放。 对于压力高、温度高的废气，要通过气轮机等动力机械直接将热能转为机械能。,3.水体热污染的防治,3.2加强隔热保温，防止热损失 在工业生产中，有些窑体要加强保温、隔热措施，以降低热损失，如水泥窑筒体用硅酸铝毡、珍珠岩等高效保温材料，既减少热散失，又降低水泥熟料热耗。 3.3寻找新能源 利用水能、风能、地能、潮汐能和太阳能等新能源，即解决了污染物，又

9、是防止和减少热污染的重要途径。特别是太阳能的利用上，各国都投入大量人力和财力进行研究，取得了一定的效果。,第三节 热岛效应1 城市热岛效应,城市热岛效应就是指由于城市化的发展，导致城市中的气温高于外围郊区的现象。 在气象学近地面大气等温线图上，郊外的广阔地区气温变化很小，如同一个平静的海面，而城区则是一个明显的高温区，如同突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表着高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。 在夏季，城市局部地区的气温，能比郊区高6甚至更高，形成高强度的热岛。 热岛现象也称为“大气热污染现象”,1 城市热岛效应示意图,2 “城市”热岛效应的成因,1.城市内拥有大量锅炉、加热器等耗能装置

10、以及各种机动车辆）。这些机器和人类生活活动都消耗大量能量，大部分以热能形式传给城市大气空间。 2.城区大量的建筑物和道路构成以砖石、水泥和沥青等材料为主的下垫层：这些材料热容量、导热率比郊区自然界的下垫层要大得多，而对太阳光的反射率低、吸收率大；因此在白天，城市下垫层表面温度远远高于气温，其中沥青路面和屋顶温度可高出气温817此时下垫层的热量主要以湍流形式传导，推动周围大气上升流动，形成涌泉风,并使城区气温升高;在夜间城市下垫面层主要通过长波辐射,使近地面大气层温度上升。,2 城市热岛效应的成因,3.由于城区下垫层保水性差，水分蒸发散耗的热量少（地面每蒸发1g水，下垫层失去2.5kJ的潜热），

11、所以城区潜热大，温度也高。 4.城区密集的建筑群、纵横的道路桥梁，构成较为粗糙的城市下垫层、因而对风的阻力增大，风速减低，热量不易散失。-在风速小于6 m/s时，可能产生明显的热岛效应，-风速大于11 m/s时,下垫层阻力不起什么作用，此时热岛效应不太明显。 5.城市大气污染使得城区空气质量下降，烟尘、S02、，N0 x，C0，含量增加，这些物质都是红外辐射的良好吸收者，至使城市大气吸收较多的红外辐射而升温。,3 城市热岛效应与能源消耗,一年四季都可能出现城市热岛效应。 对居民生活和消费构成影响的主要是夏季高温天气下的热岛效应。 为了降低室内气温和使室内空气流通，人们使 用空调、电扇等电器，而

12、这些都需要消耗大量的电力。 如目前美国1/6的电力消费用 于降温目的，为此每年需付电费400亿美元。,4 城市热岛效应的影响,影响人们的生活，降低人们的工作效率 加剧大气污染 造成局部地区水灾 热污染会导致恶性循环，增加人为热源的增加，进而加剧城市热岛效应。 加剧水资源供应紧张 改变城区的季节变化，减少霜雪。,4 缓解城市热岛效应的途径,减少人为热量排放源 合理规划城市布局 引导新式健康生活习惯 改变建筑材料和热学特性 革新设计，降低城市建筑密度,5 缓解城市热岛效应的途径,绿地能够有效缓解城市热岛效应 城市绿化覆盖率与热岛强度成反比，绿化覆盖率越高，则热岛强度越低。 当覆盖率大于30%后，热

13、岛效应得到明显的削弱； 覆盖率大于50%，绿地对热岛的削减作用极其明显。 规模大于3公顷且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地，基本上与郊区自然下垫面的温度相当，可消除热岛现象，在城市中形成了以绿地为中心的低温区域。 水面、风等也能缓解城市热岛效应。,第四节 温室效应,1 温室效应的概念,温室效应是指地球大气层的一种物理特性，即大气层中的温室气体吸收红外线辐射的量多于它释放到太空外的量，使地球表面温度升高的现象。,2 温室效应的原理,3 温室气体的种类,温室气体占大气层不足1%。其总浓度需视乎各源和汇的平衡结果。 源是指某些化学或物理过程使到温室气体浓 度增加，相反汇是令其减少。 人类的活动可直

14、接影响各种温室气体的源和汇而因此改变了其浓度。 大气层中主要的温室气体可有二氧化碳(CO2)，甲烷(CH4)，一氧化二氮(N2O)，氯氟碳 化合物(CFCs)及臭氧(O3)。 大气层中的水气(H2O)虽然是天然温室效应的主要原因，但普遍认为它 的成份并不直接受人类活动所影响。,4 主要温室气体的特性,5 温室效应增强后的影响,气候转变，全球变暖 例如：大气层云量及环流的转变。当中某些转变可使地面变暖加剧(正反馈)，某些则可令变暖过 程减慢(负反馈)。 海平面升高 一种是海水受热膨胀令水平面上升。 二种是冰川和格陵兰及南极洲上的冰块溶解使海洋水份增加。,6 温室效应对人类生活的影响,经济的影响

15、海平面的上升对沿岸低洼地区及海岛会造成严重的经济损害 例如：加速沿岸沙滩被海水的冲蚀、 地下淡水被上升的海水推向更远的内陆地方。 农业的影响 在CO2高浓度的环境下，植物会生长得更快速和高大。 改变全球的雨量分布与及各大洲表面土壤的含水量。 海洋生态的影响 沿岸沼泽地区消失肯定会令鱼类，尤其是贝壳类的数量减少。 河口水质变咸可会减少淡水鱼的品种数目，相反该地区海洋鱼类的品种也可能相对增多。 水循环的影响 全球降雨量可能会增加。 区域分布情况复杂,7 温室气体浓度的转变,第六节 热污染控制技术,1、目前因燃烧装置效率较低，使得大量能源以废热形式消耗，并产生热污染。如果把热能利用率提高10，就意味着热污染的15得到控制。我国把热效率提高到40以上(相当于工业发达国家水平)是完全可能的。这样可以大大减少热污染。,热污染控制技术,2、利用废热也可减少热污染。例如，把工厂的废蒸汽通过热交换器用来洗澡，或把废热用于加热需要升温的原料；既回收了废热，节约了能源，又防止了环境的热污染。,热污染控制技术,3、利用降温冷却减少大气热污染。许多企业的热蒸汽、废热直接排出造成了污染。如果用冷却塔或冷却池把含热废气先冷却降温，而后排放，是解决热污染的一个简便办法。冷却塔有干塔和湿塔两种。干塔是通过热传导和对流达到冷却目的的。湿塔可以用自然通风降温，也可以用机械通风的方法加速降温。冷