热污染的定义 热污染及热污染类型

2018-09-24 - 热污染

热污染(thermalpollution)是指高速发展的现代化工农业生产和人类生活活动中排出的各种废热所造成的环境热化,损害环境质量,进而影响人类生产、生活的一种增温效应热污染是一种能量污染,是严重威胁人类生存和发展的较新的环境污染。人们对水体、少气、固体废物、噪声以及食物、放射性等污染均比较熟悉,但对于热污染,却知之甚少。

热污染的定义 热污染及热污染类型
热污染的定义 热污染及热污染类型

二、热污染类型

热污染一般可分为大气热污染及水体热污染。

1.大气热污染

大气热污染是指人类生产和生活活动向大气中释放热能,导致大气温度持续升高的现象。大气热污染的后果主要有以下两大方面。

热污染的定义 热污染及热污染类型
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(1)大气热污染可引起强烈的局部气候变化

①大气热污染降低了空气可见度。排放到大气中的各类污染物对太阳辐射产生的吸电和散射作用降低了太阳对地表的人射能量,污染严重时,人射能量约减少40%。同时,打散的污染物在大气中积存,形成烟雾,导致大气浊度增加,降低可见度。

②大气热污染破坏了降雨均衡性。排放到大气中的颗粒物对水蒸气具有凝结核和冻结核的作用。因此颗粒物的不均匀分布导致受污染的大中工业城市的下风向地区的降雨量增加。同时各类污染物对太阳热能的吸收及反射减少了太阳对地表的辐射能量,使地表上升气流减弱,降低了气体的对流运动,从而阻碍了水蒸气的凝结,导致云雨形成的概率下降,致使局部地区干旱。

如20世纪60年代后期,非洲撒哈拉牧区因受热污染影响,发生了持续6年的特大旱灾,受灾死亡人数达150万以上。非洲大陆因旱灾引起的大饥荒,造成200万人死亡。

③大气热污染加剧了城市热岛效应。城市热岛效应是指在工业区或城市上空,由于生产和生活废热的大量排放,其城市或工业区中心地区的气温高于外围郊区,这种现象被称为热岛效应。热岛效应是自20世纪60年代开始在世界各地大城市发现的一个崭新的气候现象。

热岛效应是把工业区或城市看成突出海面的岛屿,把郊外广阔地区看做平静的海面,岛上地面气温高于周围海面,是一种典型的大气热污染现象。一般来讲,城市或工业区局部地区的气温在夏季可比外围高6℃左右,发达地区甚至更高。产生高强度热岛效应,常分布在中高纬度的大中城市,如加拿大的温哥华由于热岛效应曾达到温差11℃(1972年7月4日),德国柏林的温差甚至高达13.3℃。

城市热岛效应的成因包括以下几方面:工业区或城市区拥有大量的人工热源,如锅炉、加热器及机动车辆等,这些设施产生巨大的热量,如美国纽约市2001年生产的能量约为接收太阳能量的1/5。工业区或城市区拥有大量建筑物和主要由砖石、水泥和沥青等材料构成的道路下垫层(大气底部与地表的接触面)。

这些材料比外围自然界的下垫层(绿地、水面、泥面)吸热快、传热快,且热容量小,因此其表面温度远高于气温,如沥青路面和屋顶温度比气温高出8-17℃;当草坪夏天温度为32℃时,水泥、柏油地面分别可达约57℃63℃。

城市大气污染严重,气体和颗粒物增加,如烟尘、二氧化硫(S02),NOz、二氧化碳(CO2)、PM2.5等,大量吸收红外辐射,从而使工业区或城市区上空的温度升高。

热岛效应对人体、工业和生态环境均有危害。热岛效应使城市或工业区呈现出多个闭合的高温中心,这些中心的气压较低、空气密度较小,使其各种废气、有害气体的含量远高于外围地区,因此人易患消化系统或神经系统方面的疾病,出现失眠、烦躁、忧郁等症状,同时呼吸系统患病率增加。

例如,美国圣路易斯市1966年7月9-14日,最高气温达到38.1-41.1℃,比热浪前后高出5.0-7.5℃。此时城区死亡人数由原来正常情况的35人/日陡增到152人/日。

热岛效应影响消费构成及能源使用量,如空调、电扇等使用率增加,消耗大量能源。据推算,全美国夏季因热岛效应每小时多耗空调电费达百万美元之巨。热岛效应还在一定程度上影响植物生态,如使植物提前发芽、开花,推迟落叶等。

近几十年工业化和城市化快速发展,尤其是城市人口的大幅度增加,我国城市热岛效应已非常明显。例加((华南区域气候变化评估报告》利用站点观测气温资料和卫星观测降水资料,用城乡对比方法分析了珠三角城市化对区域气温的影响,指出珠三角城市群年平均热岛强度由1983年前的0.

1℃上升到1993年的0.5℃,1993-2008年在0.45-0.77℃波动。珠三角城市群增温的41.8%可能来自于城市群热岛效应的影响。

(2)大气热污染可引起加剧的温室效应。温室效应是指大气中的温室气体通过对长波辐射的吸收而阻止地表热能的耗散,进而导致地表温度升高的一种现象。大气层中的温室气体主要包括CO2、甲烷(CH4)、CO、一氧化二氮(N2O)、臭氧(O3)、氯氟烃化学物(CFCs)及SO2、四氯化碳(CC14)、二氯乙烷(C2H4C12)。

大气中CO2的正常来源包括动植物呼吸(80%)及燃料燃烧(20%),欧洲工业革命后,CO2总量急剧上升,目前已增加30%,且正以每年0.5%的速度持续增加。近些年,全球煤炭、石油、天然气的燃烧等散发到大气中的CO2急剧增加,每天全球排放的CO2总量约为6000t。另外人类对森林的无节制砍伐、农田和植被的破坏,打破了CO2生成与转化的动态平衡,使大气中CO2含量逐年积累,导致地球气温整体上升。

温室气体的生存期(即在大气中的停留时间)很长,一旦进入大气环境,基本没有手段对其进行回收及利用,只能靠自然消失,同时温室气体时刻进行着没有地域限制的扩散,故对大气环境的影响具有持久性、全球性的特征。

温室效应加剧了全球变暖的发生。据资料表明,全球温度在过去的20年间已上升了0.3-0.6℃,未来的持续增温将对地球环境产生严重后果:一是将导致冰川消退。有人得出如下数据,格陵兰岛的冰雪融化已导致地球海平面整体升高约2.

5cm。二是将导致海平面升高。温室效应最令人担心且无法解决的后果是南北极冰川以及高山冰雪的消融将导致海平面上升。据长期观测,近百年来,海平面升高约14-15cm,并且将加速上升,据推测,到2050年,纽约、东京、上海等城市将被升高的海平面吞噬。

世界银行曾报告海平面若上升lm,发展中国家的5600万人将面临灭顶的灾祸。三是将导致地球生命系统异常。温室效应将会使多种濒临灭绝的病毒细菌复生,有害微生物大量繁殖,降低人类免疫系统,严重威胁地球生物系统。

《科学家杂志))曾指出,从格陵兰抽取的500-140000年的冰块中发现TOMV植物病毒,故推断流行性感冒、小儿麻痹症和天花等病毒也可能深藏在远离人类的冰层中,而人类基本无法抵抗这些病毒的进攻。

四是将导致自然灾害加重。温室效应打破了全球各地的雨雪量平衡,致使洪涝、高温风暴、龙卷风、海啸、森林大火、厄尔尼诺、地震、风暴潮、火山爆发、河流干涸、土地沙化等自然灾害和现象急剧增加。

五是将导致生态问题。据预测,若气温升高1-3.5℃,北半球气候带将北移100km-5个纬度,则占陆地面积3%的苔原带将消失殆尽,若某物种迁移速度(适应性)低于环境变化速度,则其将会濒临灭绝。

2.水体热污染

工业生产过程中大量废热水排人水体,使水温上升到影响水生生物正常生长,或由于水温升高,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,进而影响人类生产、生活的使用,即为水体热污染。

水体热污染的一个来源主要是工业冷却水的排放,如电力工业、冶金、化工、石油、造纸、机械工业和核工业等。据经验,企业所排放的废热水温较环境水温高7-10℃,混合后会引起所排水域温度的局部升高。美国每日排故的冷却水约占全国用水量的1/3,约为4.

5亿立方米,能够使2.5亿立方米的冷水水温上水10℃。日本福岛核电站泄漏事件排放的冷却水对涉及海域的动植物造成很大的负影响。美国佛罗里达州比亚斯湾的核电站冷却水排人周围海域,使其水温升高约8℃,致使其1.

5km范围内无任何生物生存。水体热污染的另一个来源在于人类开发利用土地的同时大幅扩大了非渗透下垫面的面积、大量移除滨水遮阴植物及热岛效应等的综合作用,使城市雨水径流所带的热量增加。

水体热污染的后果主要涉及以下几方面:一是威胁水生生物。有些发达国家从20世纪70年代前就已开始研究温(热)排水对水生生态系统的影响,我国从80年代初也开始相关 方面的研究。水体温度上升会使水中溶解氧低,多数鱼类要求生活在溶解氧在4mg/L以上的水体中,水温升高对水生生物是一个致命的危害,水体缺氧导致水生生物新陈代谢加快, 在0-40℃内温度每升高10℃,水生生物的生化反应速率会加快1倍,造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡,影响环境和生态平衡。

二是加剧水体富营养化。热污染使河湖等水体严重缺氧,厌氧菌大量繁殖,有机物腐败严重,水体发生黑臭。同时温排水使水体自净能力下降,环境中的营养盐的释放增加,水中氮(N)、磷(P)比更趋于适合富营养化特征藻类的增殖需要,加剧水体富营养化。

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。三是协同增强温室效应。水温升高会加快水体的蒸发速度,使大气中的水蒸气和CO2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。四是水体热污染威胁人类健康。

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