[科普中國(guó)]-熱污染防治

熱污染防治是通過改進(jìn)熱能利用技術(shù)，制定可行的排放標(biāo)準(zhǔn)，改善能量利用，減少?gòu)U熱排放。如控制城市人口，減少礦物燃料的消耗，開發(fā)新能源，提高熱能利用效率等。熱污染多發(fā)生在城市、工廠、火電站、原子能電站等人口稠密和能源消耗大的地區(qū)，因此，必須采取切實(shí)可行的熱污染防治措施。

熱污染概述隨著科技水平的提高和社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的生活都取得了巨大的進(jìn)步，這其中大量的能源消耗（包括化石燃料和核燃料）不僅產(chǎn)生了大量的有害及放射性的污染物，而且還會(huì)產(chǎn)生CO2、水蒸氣、熱水等一些污染物，它們會(huì)使局部環(huán)境或全球環(huán)境增溫，并形成對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)的直接或間接、及時(shí)或潛在的危害。這種日益現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活中排放出的廢熱所造成的環(huán)境污染，即為熱污染。熱污染一般包括水體熱污染和大氣熱污染1。

熱污染的危害熱污染主要對(duì)全球或區(qū)域性自然環(huán)境熱平衡產(chǎn)生影響，以及使大氣和水體產(chǎn)生增溫效應(yīng)。但目前仍無法準(zhǔn)確評(píng)估熱污染造成的危害和潛在影響。

大氣熱污染大氣中二氧化碳、氟氯碳化物等溫室氣體的增加，使全球氣溫因“溫室效應(yīng)”不斷升高。局部地區(qū)干旱、洪澇的頻繁出現(xiàn)，暴雨、颶風(fēng)、暖冬等異常氣候現(xiàn)象的發(fā)生均與熱污染有關(guān)。據(jù)世界衛(wèi)生組織研究，由于氣候變暖，每年直接造成16萬人死亡。另外，大氣升溫必將對(duì)全球降水、生物種群分布和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響。

氣候變暖將導(dǎo)致海平面上升和海水升溫，使大片海岸低洼地帶被淹沒，海水表面與深水溫差發(fā)生變化，還可能出現(xiàn)如厄爾尼諾等一系列海洋學(xué)家至今未完全弄清楚的極端現(xiàn)象。

水體熱污染水溫升高可引起水的多種物理性質(zhì)變化，其中最主要的是導(dǎo)致水中溶解氧的減少，使水質(zhì)變壞。當(dāng)?shù)疁囟葟?0 ℃升至30 ℃時(shí)，溶解氧可從11mg/L。降至8mg/L左右。隨著水溫升高，水生生物的代謝和有機(jī)物的降解速度會(huì)不斷加快，促進(jìn)了溶解氧的消耗。同時(shí)，由于生物化學(xué)反應(yīng)速率的提高，某些重金屬和有毒物質(zhì)的毒性得到加強(qiáng)，富集速度加快，加之溶解氧的減少，使魚類的生存受到很大威脅。研究表明，溫度每升高10 ℃。受害生物的存活時(shí)間減少約50%。

水溫升高會(huì)增加水體中N、P的含量，加速水體富營(yíng)養(yǎng)化。一些耐高溫的藍(lán)藻和綠藻等大量繁殖，進(jìn)一步消耗了水中的溶解氧，導(dǎo)致魚類無法生存。富營(yíng)養(yǎng)化后的水體顏色昏暗、氣味腥臭、味道異常，不但影響水的使用功能，且可使人畜中毒。水溫升高還有利于致病微生物的滋生和大量繁殖，給人體健康帶來危害。

城市“熱島效應(yīng)”在城市地區(qū)，由于人口集中，城市建設(shè)使大量的建筑物、混凝土代替了田野和植物，改變了地表反射率和蓄熱能力，造成城區(qū)氣溫普遍高于周圍郊區(qū)的現(xiàn)象，稱為“熱島效應(yīng)”。城區(qū)工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和居民生活等排出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于郊區(qū)農(nóng)村，可形成溫度高于周圍地區(qū)1～6 ℃的現(xiàn)象。

在“熱島效應(yīng)”的影響下，城市上空的云、霧會(huì)增加，使有害氣體、煙塵在市區(qū)上空累積，形成嚴(yán)重的大氣污染。另外在城市高溫區(qū)，空氣密度小，氣壓低，容易產(chǎn)生氣旋式上升氣流，使周圍各種廢氣和化學(xué)有害氣體不斷對(duì)市區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充，從而加重市區(qū)大氣污染程度。在“熱島效應(yīng)”的作用下，城市高溫區(qū)的居民極易患上消化系統(tǒng)或神經(jīng)系統(tǒng)疾病，此外，支氣管炎、肺氣腫、哮喘、鼻竇炎、咽炎等呼吸道疾病人數(shù)也有所增多2。

熱污染的防治廢熱污染對(duì)氣候和生態(tài)平衡的影響，已漸漸受到重視，許多國(guó)家的科學(xué)工作者為控制廢熱污染正在進(jìn)行有益的探索。

（1）改進(jìn)熱能利用技術(shù)，提高熱能利用率

目前所用的熱力裝置的熱效率一般都比較低，工業(yè)發(fā)達(dá)的美國(guó)1996年平均熱效率為33%，近年才達(dá)到44%。如在熱電生產(chǎn)中，利用“熱直接轉(zhuǎn)換為電能”的新技術(shù)，可以大大減少熱污染，通過提高熱能利用率，既節(jié)約了能源，又可以減少?gòu)U熱的排放。如果有效的把熱電廠和聚變反應(yīng)堆聯(lián)合運(yùn)行的話，熱效率將可能高達(dá)96%。這種效率為96%的發(fā)電方法，和今天的發(fā)電廠浪費(fèi)60%～65%的熱相比，只浪費(fèi)4%的熱，有效地控制了熱能的浪費(fèi)和廢熱污染。

（2）利用冷卻溫排水技術(shù)減少溫排水

電力等工業(yè)系統(tǒng)的溫排水，主要來自工藝系統(tǒng)中的冷卻水，對(duì)排放后可能造成熱污染的這種冷卻水，可通過冷卻的方法使其降溫，降溫后的冷水可以回到工業(yè)冷卻系統(tǒng)中重新使用。冷卻方法可用冷卻塔冷卻，或用冷卻池冷卻。比較常用的為冷卻塔冷卻。在塔內(nèi)，噴淋的溫水與空氣對(duì)流流動(dòng)，通過散熱和部分蒸發(fā)達(dá)到冷卻的目的。應(yīng)用冷卻回用的方法，節(jié)約了水資源，又可向水體不排或少排溫?zé)崴?/p>

（3）廢熱的綜合利用

對(duì)于工業(yè)裝置排放的高溫廢氣（汽），可通過如下途徑加以利用：

① 利用排放的高溫廢氣（汽）預(yù)熱冷原料氣；

② 利用廢熱鍋爐將冷水或冷空氣加熱成熱水和熱氣，用于取暖、淋浴、空調(diào)加熱等。

對(duì)于溫?zé)岬睦鋮s水，可通過如下途徑加以利用：

① 利用電站溫?zé)崴M(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖，如國(guó)內(nèi)外均已試驗(yàn)成功用電站溫排水養(yǎng)殖非洲鯽魚；

② 冬季用溫?zé)崴喔绒r(nóng)田，可延長(zhǎng)適于作物的種植時(shí)間；

③ 利用溫?zé)崴{(diào)節(jié)港口水域水溫，防止港口凍結(jié)等。

（4）開發(fā)和利用無污染或少污染的新能源

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，現(xiàn)在應(yīng)用的礦物質(zhì)能源將被已開發(fā)和利用的、或?qū)⒁_發(fā)和利用的無污染或少污染的能源所代替。這些無污染或少污染的能源有太陽能、風(fēng)力能、海洋能和地能等。

（5）城市及區(qū)域綠化

綠化是降低城市和區(qū)域“熱島效應(yīng)”及熱污染的有效措施，但需注意樹種選擇和搭配及加強(qiáng)空氣流通和水面的結(jié)合，效果尤為重要。

通過上述方法，對(duì)熱污染起到一定的防治作用。但由于對(duì)熱污染研究得還不很充分，防治方法還存在許多問題，因此有待進(jìn)一步探索提高。

廢熱的回收利用是一個(gè)比較龐大的工程，制漿造紙生產(chǎn)過程要消耗較多的能量，在很多工序中也要排放大量的廢汽，在此，主要介紹制漿造紙生產(chǎn)中廢汽的回收利用3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

吳俊文 - 博士 - 廈門大學(xué)