2014—2015学年第二学期
学生姓名：陈渝 教师姓名：程旻
学 院：动力工程学院
专 业：热能与动力
学 号：20117427
中国﹒重庆 重庆大学 动力工程学院
二〇一五年六月
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《能源动力过程中的环境保护》课程论文
热污染及其防治
摘要:对热污染状况进行了介绍。概括了热污染的危害,包括水体热污染、大气热污染。对全球的影响等。最后提出了几点防治热污染的措施。 关键词：热污染
分类
危害
防治
0引言
环境的冷和热，是人们在日常生活里最熟悉、最关心的话题。环境的温度太低，天气太冷，人们必须穿厚厚的衣服，抵御寒冷，防止感冒或冻伤。环境的温度太高，天气太热，人们必须设法降温，防止中暑。
总之，环境温度的过高或过低对人类的生活和生存都是不利的。在热力学中，温度是一个十分重要的状态参量。适宜的温度是人类和动植物的生存的一个十分重要的物理条件。早期的热污染主要是由于自然因素造成的。伴随科学技术的进步和社会生产力的发展，人类消耗的能源越来越多。在能源转化和消费过程中， 一部分能源转化为有用功，为人类服务，另一部分成为废热，排放到空间环境里，造成环境温度的异常升高，导致固有的热污染进一步加剧。
环境温度的升高在冬季里没有什么坏处。可是到了夏天，哪怕是温度升高1℃，对于冷热敏感的人来说，也会感觉到很不舒服。空调房间里的温度如果是27℃，通常人们会感觉到很舒服。如果再升高1℃，温升达到28℃，你就会感觉到有点热了。
环境温度的改变影响人们的生活、工作和一切社会活动。认真研究和控制环境的热污染问题，维护环境温度的稳定与平衡，应该提到环境科学研究和环境保护工作的日程。
1热污染的简要介绍
所谓热污染,是指自然界和日益现代化的工农业生产和人类生活中排出的各种废热所导致的环境污染。工业推动了文明, 也影响了环境。热机的使用使人类可以将化学能转化为机械能、电能,代价却是大量热能的散失和一些有害气体的排放。火电厂、核电站和钢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。热污染通过使受体水和空气温度升高的作用污染大气和水体,导致了全球变暖、干旱地区增多、沙化严重、气候变异等危害
2热污染产生的主要原因
热污染是异常热量释放或被迫吸收产生的环境“不适”造成的。主要是受城市化进程加快、森林破坏、沙漠化、火山爆发和人为加热影响。而化石燃烧及核电站排出的废物是全球范围内热污染的主要来源。热污染产生的主要原因包括异常气候变化带来的多余热量和各种有害的“人为热”。
1.1异常气候变化。首先,近年来太阳活动频繁,到达地球的太阳辐射量发生改变,大气环流运行状况随之发生变化。当太阳黑子活动强时,经向环流活跃,南北气流交换频繁,导致冬冷夏热。其次,森林破坏和森林火灾的发生使大气释放大量热量。直接或间接地破坏了生态平衡,并给人类带来无法估量的损失。全世界每年有几百万平方公里的原始森林遭到破坏,极大地削弱了森林对气候的调节作用。其三,火山爆发频繁,释放大量的热直接或间接对地球气温变化产生影响,而地震、风暴潮等灾害也使地球升温,造成全球热量平衡紊乱,并且严重影响人类的生产和生活。
1.2直接或间接的“人为热”释放。首先是工业的迅速发展带来各种燃料(煤、石油、天然气等)的消费剧增,产生了大量的废热气和废热渣被释放到大气中,造成热污染。由于大量砍
伐森林,草场过渡放牧,使荒漠化、沙漠化状况日趋严重,加速了地球大气平均温度的增高。其次是工业生产(如电力、冶金、石油、化工、造纸、机械等行业)过程中的动力、化学反应、高温熔化等,居民生活(如汽车、空调、电视、电风扇、微波炉、照明、液化气、蜂窝煤等)向环境排放大量的废热水、废热气和废热渣。其三是在工业生产过程中,与热过程有关的工业热灾害,如火灾、爆炸和毒物泄漏, 也是热污染的来源。这些灾害可以引起大范围的人员伤害和大面积的区域热污染。
3热污染的分类及危害
热污染作为一种物理污染曾一度被忽视,随着国民经济的发展,此项污染的危害正日趋加重,造成的损失也正在加大,应引起足够重视。热污染主要包括:水体热污染、大气热污染和全球影响3方面
3.1水体热污染
由于向水体排放温水,使水体温度升高到有害程度,引起水质发生物理、化学和生物变化,称为水体热污染。
3.1.1影响水中生物
水生生物对温度变化敏感性较一般陆地生物高,温度的骤变会导致水生生物的病变及死亡,温度再高则难以生存。水的各种性质受温度影响,水温升高,使水中溶解氧逸出而减少,而且还使水中生物代谢增强,需要更多的溶解氧。当溶解氧不能满足需要时,鱼类便会力图逃离那个水域,当溶解氧降到1mg/L时,大部分鱼类会发生窒息而死亡;水体中物理化学和生物反应速度会加快,导致有毒物质毒性加强,需氧有机物氧化分解速度加快,耗氧量增加,水体缺氧加剧,引起部分生物缺氧窒息,抵抗力降低,易产生病变乃至死亡。此外由于水体温度的异常升高,会直接影响水生生物繁殖行为如鱼在冬季产卵及异常回游,生物种群发生变化,寄生生物及捕食者相互关系混乱,影响生物的生存及繁衍。
3.1.2对水生生物群落的影响
由于不同生物的温度敏感性不一致,热污染改变了生物群落的种类组成,水体增温使水生生物群落结构发生变化,影响生物多样性指数,不同季节的温排对动物影响有所区别,持续高温导致南极浮动冰山顶部大量积雪融化,还使动物栖息场所显著减少。
3.1.3引起传染病蔓延,有毒物质毒性增大
水温的升高为水中含有的病毒、细茵形成了一个人工温床,使其得以滋生泛滥,造成疫病流行。水中含有的污染物如毒性比较大的汞、铬、砷、酚和氰化物等,其化学活动性和毒性都因水温的升高而加剧。
3.1.4加快蒸发,地面失水严重
从分子运动理论的观点看,水温的升高使水分子热运动加剧,也使水面上的大气受热膨胀上升,加强了水汽在垂直方向上的对流运动,从而导致液体蒸发加快,陆地上的液态水转化为大气水,使陆地上失水增多,这在贫水地区尤其不利。
3.2大气热污染
按照大气热力学原理,现代社会生产、生活中的一切能量都可转化为热能扩散到大气中,大气温度升高到一定程度,引起大气环境发生变化,形成大气热污染。
3.2.1 大气增温效应
根据热力学中的能量耗散现象可知,人类利用的全部能量最终将转化为热能进入大气,逸向宇宙空间。在此过程中,废热直接使大气升温;建筑物的增多不仅导致绿地减少还使风力减弱,阻碍了热量的扩散,同时建筑物白天吸收太阳光能,晚上放出热量,特别是冬季取暖期,本身也成为了较强热污染源。造成的影响是一方面夜晚温度升高,减小了昼夜温差, 人的生理代谢发生紊乱;另一方面是暖冬现象,使冬季气温持续偏高,病毒和细菌滋生,疾病流行。
3.2.2 CO2的“温室效应”
3 所谓温室效应,在物理学上是指透射阳光的密闭空间,由于与外界缺乏对流等热交换而产生的保温效应。农业上的塑料薄膜育秧、玻璃窗苗床以及北方的塑料大棚菜畦,利用的就是温室效应。在地球周围的大气中, CO2具有类似玻璃窗和塑料膜的功效,对太阳光的透射率较高,而对红外线的吸收力却较强,致使通过大气照射到地面的太阳光增强,而使地表受热升温。同时地表升温后辐射出来的红外线(热能) 也较多地被CO2吸收,然后再以逆辐射的形式还给地表,从而减少了地表的热损失,即辐射能量进来容易出去难。温室效应使地表升温、海水膨胀和两极冰雪消融,海平面由此而上涨,就有可能淹没大量的沿海城市;台风、暴风、海啸、酷热、旱涝等灾害就会频频发生。
3.2.3 城市的“热岛效应”
城市中企事业、饭店、汽车、电气化设施及居民住宅区等无时无刻不在排放着热量,在近地面气温分布图上表现为以城市为中心形成一个封闭的高温区,犹如一个温暖而孤立的岛屿 , 英国气候学家赖壳·霍德华把这种气候特征称为“热岛效应” 。由于热岛中心区域近地面气温高,大气做上升运动,与周围地区形成气压差异,周围地区近地面大气向中心区辐合,从而形成一个以城区为中心的低压旋涡,结果就造成人们生活、工业生产、交通工具运转等产生的大量大气污染物(硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等)聚集在热岛中心,危害人们的身体健康甚至生命:一方面,直接刺激人们的呼吸道黏膜,轻者引起咳嗽流涕,重者会诱发呼吸系统疾病;另一方面,还会刺激皮肤,导致皮炎,甚至引起皮肤癌;第3方面,长期生活在“热岛” 中心,会表现为情绪烦燥不安、精神萎靡、忧郁压抑、胃肠疾病多发等;第4方面,因城区和郊区之间存在大气差异,便可形成“城市风”,它可干扰自然界季风, 使城区的云量和降水量增多;大气中的酸性物质易形成酸雨、酸雾,诱发更加严重的环境问题。
3.3对全球的影响 3.3.1危害人体健康
热污染对人体健康构成严重危害,降低人体的正常免疫功能。高温不仅会使体弱者中暑,还会使人心律加快,引起情绪烦燥,精神萎靡,食欲不振,思维反应迟钝,工作效率低;高温助长了多种病原体、病毒的繁殖和扩散,蚊虫孳生,传播病原体,形成互感性连锁反应,危害地球生命。
3.3.2对整个地球危害
整个地球的热污染可能破坏大片海洋从大气层中吸收CO2的能力,热污染使得吸收CO2能力较强的单细胞水藻死亡,而使得吸收CO2能力较弱的硅藻数量增加,如此引起恶性循环,会使地球变得更热。热污染使海水温度略微升高,已使海藻、浮游生物和甲壳纲动物等物种栖息的珊瑚礁和极地海岸周围的冰架遭到破坏;同时滋生了人类从前不知道的细菌和病毒,正在杀害海洋生物,威胁着人类的健康,破坏生态平衡,加快生物物种灭绝。热污染引起的南极冰原的持续融化,造成海平面上升可能要远远超出人类的想象。对于那些地势较低的海岛小国和沿海地区生活着大量人口的国家无疑是灾难性的。热污染引起冰川的融化最初可能导致洪水肆虐,贮有冰川融水的冰川湖也可能泛滥成害,但一旦冰川湖枯竭,河流就会断流。生命之源的水一旦减少或枯竭 ,植物、动物 , 还有人们的生活受到的影响就可想而知。
4热污染的防治
人类的生活永远离不开热能,但人类面临的问题是,如何在利用热能的同时减少热污染。这是一个系统问题,但解决问题的切入点应在源头和途径上。随着现代工业的发展和人口的不断增长,环境热污染将日趋严重。然而,人们尚未有用一个量值来规定其污染程度,这表明人们并未对热污染有足够重视。防治热污染可以从以下方面着手。
4.1在源头上,应尽可能多地开发和利用太阳能、风能、潮汐能、地热能等可再生能源。 4.2加强绿化,增加森林覆盖面积。绿色植物具有光合作用,可以吸收CO2,释放O2 ,还可以产生负离子。植物的蒸腾作用可以释放大量水汽,增加空气湿度,降低气温。林木还可以遮光、吸热、反射长波辐射,降低地表温度。绿色植物对防治热污染有巨大的可持续生态功能。
4 具体措施有:提高城市行道树建设水平,加强机关、学校、小区等的绿化布局,发展城市周边及郊区绿化等。
4.3提高热能转化和利用率及对废热的综合利用。像热电厂、核电站的热能向电能的转化,工厂以及人们平时生活中热能的利用上,都应提高热能的转化和使用效率,把排放到大气中的热能和CO2降低到最小量。在电能的消耗上,应使用良好设计的节能、散发额外热能少的电器等。这样做,既节省能源,又有利于环境。另外,产生的废热可以作为热源加以利用。如用于水产养殖、农业灌溉、冬季供暖、预防水运航道和港口结冰等。
4.4提高冷却排放技术水平,减少废热排放。
4.5有关职能部门应加强监督管理,制定法律、法规和标准 ,严格限制热排放。
结语:随着人口的增长和工业的发展 ,必然会有更多形式的多余热量释放到环境中,环境热污染将会日趋严重,它对人类及其生存环境的危害也越来越大。因此,人类在自身发展的同时,必须注意控制热污染,改善人类的生存环境。
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