摘  要：火、核电厂排放的循环冷却水是工业温排水中最大的热排放源。本文论述了火、核电厂温排水向其受纳环境水域释放出余热热量之巨大；热排放对环境水域水体的理化性质及生态系统的热污染；提出采用热泵等高技术手段回收回用此余热使污源减排是治理受纳水域水生态环境，修复水域环境热容量最根本、最有效的措施；同时建议修订我国水质标准（规范）中对水温的规定，以切实加强水域热排放的有效管理。在新世纪和谐电力建设进程中，电厂循环冷却水余热高效利用不仅有明显的环境保护意义，而且为电厂节能提效，温排水资源化作出贡献。
    关键词：电厂循环冷却水 水生态环境 热污染 余热利用 热泵

1. 温排水对水域生态环境的热影响
    很多工业部门，如电力、冶金、化工和纺织业等，按其生产工艺的要求，都需进行蒸馏、漂洗、稀释、冲刷和冷却，这些工艺过程都要产生大量的废热水，并将其排放至江、河、湖、海等自然水域，此排水温度己明显高于环境水温，故称之为“温排水”。
    温排水排入水域后，不可避免对当地水环境形成一定的“热影响”。如“热影响”对水域生态环境构成不利效果，即己影响水域中生物的习性并对生物资源造成伤害时，热影响便转化为“热污染”。
    温排水对水生态的热污染主要体现在以下几方面［1-4］：
1.1 对水体理化性质的影响
    水温升高会引起水的多种理化性质的变化，其中最受关注的是水中溶解氧的变化。研究表明，水温与溶解氧的相关系数相当高（有三个水库的数据表明，相关系数高达0.87～0.98）。当水温从0oC升高到40oC时，水温与DO含量呈负相关。水温每升高6oC～10oC，DO值要减少0.5～3.0mg/L。此外，水温升高导致水体密度下降，水色变浊，透明度降低，水质矿物化加强；加快各种化学反应的速度；增加水体氨、氮、氯及重金属的毒副作用；使总磷、总氨含量偏高，加重水体的富营养进程。
1.2 对滨滩湿地的生态影响
    温排水改变了原有江河湖库滨、滩地的理化性状随季节呈周期性变化的特点，使原有生物周期性规律消失，改变湿地生物种类，湿地的生物多样性指数下降，生态净化功能受阻，生态系统变得脆弱、生态缓冲能力下降。
1.3 对浮游生物的影响
    浮游生物是水体主要的初级生产者，是水体中其他动物的食物来源。温升每升高2oC就能造成受纳水体范围内藻类生物资源种群和数量变动。高温引起蓝、绿藻数量增多（2007年6月太湖、滇池蓝藻危害与气温至使水温的升高不无关系）和硅藻明显减少，会抑制其他饵料生物生长；延长藻类生长期并使菌类活动增强，底泥中内源营养物分解加速，有加重水体富营养的作用。
浮游动物是鱼类的主要饵料来源。在20oC～50oC的水温范围内，水温30oC时浮游动物种类及多样性指数最大[5]。
1.4 对底栖动物的影响
    温排水使受纳水体底栖动物群落结构发生变化。研究表明，在亚热带地区，一年当中7～9月自然水温多在26oC以上，高时可达30oC，在高自然水温情况下若再提高水温，动物生长就可能受到抑制或导致死亡[6]。同时，温度高出自然水体6oC以上的强增温，将会造成底栖动物栖息地减少、生物多样性指数降低等一系列危害，即便冬季也是如此。
1.5 对鱼类的影响
    在表层水中，温度是影响鱼类分布最重要的环境因子。它对鱼类的影响主要体现在[7]：在强增温区、亚增温区会对鱼类洄游行为造成明显逆反影响；增温会提早鱼类性腺发育成熟产卵，受早春冷热恶劣天气影响，会导致胚胎发育畸形或死亡，鱼类自然资源受损，补充群体减少；因饵料生物多样性变化，会抑制鱼类生长，改变种群结构；增加鱼类寄生虫病的危害；春夏天气聚变时，造成下游天然鱼类及网箱鱼类的畸形死亡。
    中国水产科学研究院通过对我国几大水系鱼类及水产动物共65种的抽样调查、急性热冲击试验、热回避试验、最大起始致死温度和持续热影响试验,探讨了我国渔业水域的废热排水对鱼类影响的温度标准。认为我国夏季废热排水最高温度珠江水系和湛江沿岸水域不得超过36℃；长江和钱塘江水系、黄河水系不得超过35℃；黑龙江和松花江水系不得超过26℃；大连湾近岸水域不得超过24℃；西北地区冷水性鱼类水域不超过21℃。且各水系最大水温变化范围不能超过±3℃。
1.6 对水体富营养化程度的影响
    增温使水体富营养化程度加深，原因主要有3方面:其一，增温可促进有机物的分解，使水中无机盐浓度增高，同时又使水中溶解氧下降，增加底泥中N,P的释放；其二，增温使水中的浮游植物繁殖加快，数量、生物量明显增加，尤喜温的蓝、绿藻等异常增加易形成水华。水体的富营养化对水体使用功能将产生许多不利影响。如大量水华分解时会产生毒素并大量耗氧，危害水生动物生存，甚至造成冰封期鱼类窒息死亡。其三：水温每升高6oC～10oC，水生生物的生化反应速率会增加1倍。同时，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。
    此外，大量研究表明:热污染不仅伤害水生生物，而且降低水的密度和粘度，并能加速水体中粒状物沉降速率，进而影响河流中悬浮物沉降速率及河流携带淤泥的能力，在一定程度上，河流水体的增温，也或多或少影响两岸的植被，故应引起高度关注。
    温排水对水域生态环境的影响虽然多系潜在的、累积的，似乎还不及一般常说的化学物质的水污染危害大。但应看到，热污染的危害更多和更主要的是从根本上、整体上改变水体理化特性，进而严重影响水生态系统的结构和功能。
　

2. 火、核电厂是温排水的最大排放源
    温排水中一部分是水量少、温度高总热量相对少的废弃水；另一部分则是水量大、温度低总热量巨大的温排水。排放水量和热量居首位的是热力发电厂。
    以上海黄埔江为例［8］，这个太湖流域的骨干排水河道，干流河段长约80km，相应水面积36km2，年平均径流量为30m3/s。沿江两岸已有几十家大型企业，分属电力、冶金、交通、机械、化工、水产和纺织等部门。其中近三十家向江中排热较多。表1为各行业排热情况统计（上世纪九十年代统计）。
    可见电力行业排热量最多，火、核电厂排热量占总量的86％，己成为影响水域水温的主要人工热源。随着电力建设的发展，特别是近十年的迅猛发展，电厂排热将更加可观。
表1
　

    电厂排热量巨大与它的热机生产效率直接相关。一般大型火电厂实际热效率仅为40％，核电不及35％，60％以上热量排到环境（主要是冷却水带走）。对1000MW火电汽轮机组而言，循环冷却水量约35～45m3／s（3×106～4×106 m3／d）、排水温升（即超过环境水域的温度）8～13℃（视季节而变），温升所对应的热量约1.2×106～1.9×106kJ/s；按年运行5 000h计，年均3.0～4.8×1013kJ/a，其热量折合标准煤约70～114万t/a。排出的温排水温度，冬季20～35℃；夏季25～45℃（视电厂所处地区而异）。核电机组循环水量是火电机组的1.2～1.5倍，弃热量会更多。2005年全国火电装机总量约3.9亿千瓦［9］，按非供热机组容量占火电总容量86％匡算，相当全年约有3.4亿吨标准煤白白扔到环境中。
    电厂温排水进入受纳水体后，水体原有的流场和温度场会受其影响而发生改变，进而严重地影响水体的水生生态系统。如：1978年夏季，望亭发电厂的温排水排入望虞河使水温高达40℃以上。造成渔业损失73t，三水作物损失1.8万t，蚌珠损失4.4万只。装机容量大的电站，有时还会引起大范围水域内生物的消失。例如，美国佛罗里达州的比斯坎湾，一座核电站排放的温排水使附近水域水温增加了8℃，造成1.5km海域内水生物消失。
    热污染己成为伴随电力工业大规模高速发展而出现的一个待解决的环境问题。

3. 治理水域热污染、修复水域热容量
3.1.温排水热量减量排放是修复受纳水域水生态环境的最根本、最有效的措施
    污染治理的根本是堵截污染源。除在已受热影响的水生态环境中寻求减轻热影响的种种措施外，最根本的莫过于不使热量进入水域，或减量进入，以期修复水域的环境（热）容量。如上所说，最大的热污染源出自火、核电厂，因而首当其冲的应是针对电厂温排水的治理。
    由于电力生产中热机热力循环的“冷端”不可缺失，而形成“冷端”效果的冷却水温度不可能低于当地环境水温。因此，电厂循环冷却水的排水温度一定高于环境水温8～13℃。这一损失热量对热机生产过程不可避免，只有通过某种途径去除所赋存的热量后再排入水域，以求减少热量的排放。将温排水的余热尽可能地回收利用，便是热排放源减量排放甚至零排放的主动、积极的对策。如此，既可使其对环境的热影响降低到最小，又可节省能源并使温排水资源化。
    1999年中国水利水电科学院与国家电力公司环保办公室一起完成了“火电厂余热综合利用研究评价---全国火电厂余热利用情况调查报告”［10］ 。研究指出：限于电厂余热温度在50℃以下，属于低品位热能，直接利用范围狭窄。国内开展其余热利用的电厂很少，仅占火电厂总数的16%。其中，87%的电厂主要利用方式是水产品养殖，其利用量极少，且效率十分低下。因此，建议组织人力，并有一定的投入，集中重点方向开展高技术、高效率余热利用手段的研究、实验和试点工作。即对热泵、热管这种技术含量高并已相对成熟的技术如何在电厂循环水余热利用中有效采用，组织攻关，建立示范工程，推广技术应用。
    热泵技术的日趋成熟和快速发展，无疑为推广余热热能回收利用提供了可靠的技术保证。因此，电厂循环冷却水余热利用应该重点放在热泵、热管这类高技术、高效率回收利用途径上，并适当兼顾其他综合利用的形式。在热泵的开发研究中，要紧密结合电厂可用资源情况，尽可能使用电厂废汽废热资源（如锅炉二次排污、疏水等扩容汽）以及抽汽作为热泵驱动能源；经热泵提升温位后的循环水余热除返回热机回热系统以提高热机热效率的最佳用途外，还可考虑就近供给中温（110℃以下）生产需热或建筑采暖，以替代以往燃烧化石燃料获取中、低温热能的传统办法［11］。
    因此，电厂循环冷却水余热的高效回收利用不仅使废热排放源减排，还可使电厂节能提效以及减少燃烧化石燃料所造成的大气污染。
3.2.提升水域热排放的管理水平--修订我国水质标准（规范）中对水温的规定
    除使温排放源减量排放的根本性措施外，对水域排热的管理措施则尤显重要。可惜现行的水质标准（规范）中有关水域水温的规定十分笼统，对温排放的管理条款几乎无可操作性。例如地面水环境质量标准中对五类水域的规定［12］仅有“人为造成的环境水温变化应限制在： 夏季周平均最大温升≤1℃ 冬季周平均最大温降≤2℃”一句。海域水质标准［13］中，对水温的规定，“一、二类海域：人为造成的海水温升夏季不超过当时当地1℃，其它季节不超过2℃；对三、四类海域：人为造成的海水温升不超过当时当地4℃”。这种规定无法执行的原因在于，几乎全部的温排放在排放口及其附近一定区域造成的水体温升都将超过4℃。没有关于排放口混合区几何尺度的限定，也没有与地域或水生态特色相关的温升限度的规定，只能使上述水质标准的执行走入困境。
    因此，国家环保总局环境工程评估中心曾于06年2月在北京召开了《电厂温排水环境影响专题研讨会》，与会专家对电厂温排水在水域生态环境中造成的不利影响做了充分论述，更论及了热污染的治理和加强水域排热管理的重要意义。该会会议纪要明确指出：“考虑到经济发展与环境保护双赢，并满足环评审批要求，建议应尽快对相关法规、标准的有关内容进行修订或给予解释”［14］ 。
    为此，要正视水环境管理中这一重要问题，即“混合区”范围的界定涉及水环境的功能区划、水流状况、温度对当地水生物习性的影响程度以及排热工程技术经济条件分析等诸多因素，不可能简单地、‘一刀切’式地硬性规定，而应因地、因时地、合理地规定排放混合区温度限定及其相应的空间尺度。
    只有在排污源尽可能减排和在严格的、可实施的排污控制管理条例规范下，水域热环境容量的修复方可有效实施。

4.实现温排放源减排，提升水环境热排放管理水平的意义
    2004年，国务院通过的《能源中长期发展规划纲要（2004——2020年）》（草案）。确定了我国新时期的能源战略。该规划提出：坚持把节约能源放在首位，实行全面、严格地节约能源制度和措施，显著提高能源利用效率；切实加强环境保护，充分考虑资源约束和环境的承载力，努力减轻能源生产和消费对环境的影响等。
2005年，国务院常务会议通过了《关于做好建设节约型社会近期的重点工作》和《关于加快发展循环经济的若干意见》。两项文件明确提出：“必须大力发展循环经济，按照‘减量化、再利用、资源化’的原则，采取各种有效措施，以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价，取得最大的经济产出和最少的废物排放，实现经济、环境和社会效益相统一，建设资源节约型和环境友好型社会。
    本文论及的以高技术途径利用电厂温排水余热的措施和方法，使排放到大气、水域中的热量降低，从排放源头控制排量；同时，使水域水质规范中有关水温规定的条例细化和可操作化，加强工业企业温排放的有效管理，可大大避免温排水对水域的负面热影响，以至热污染发生。这在水域热污染的治理上是极具进步意义和现实意义的，无疑也是电厂对周围生态环境保护的重大贡献。
    伴随温排水热量的回收利用，将带来电厂节能提效的显著收益。如：将废弃电厂温排水余热能提升温位后回馈至电厂自身的回热系统，将直接带来电厂节能降耗的巨大收益，实现废热能‘减量化、再利用、资源化’，也体现了（燃料）资源再利用的循环经济理念。大力开展能源节约与资源综合利用，更是企业降低成本，提高效益，增强竞争力的必然选择。
    随着人民生活水平的提高，城市生活及轻工业生产中对中、低温热能的消费越来越多，如：许多工业生产及建筑采暖过程都需要60～110℃范围的热能，目前这些热能大都是通过电力或石油、天然气和煤炭等燃料的燃烧来获得。大气质量严重污染的主要原因正是我国以化石燃料为主的能源结构。利用热泵、热管技术将低品位的电厂余热提高品位向这些用户供热，不仅节约大量的燃料，提高能源综合利用率，符合“总能系统”的操作原则（高品位能做功，低品位能供热），电厂更能对大气环境治理做出自己的页献。
    “能源节约与资源综合利用规划”确定的重点发展技术之一便是发电厂的多联供技术。即重点发展热电联产、集中供热及热能梯级利用技术，推广热电冷联供和热电煤气三联供等多联供技术。循环水余热利用正体现了这一热能梯级利用、热电冷联供的节能技术思路；符合能源节约与资源综合利用“规划”确定的重点发展技术范畴。
    2006年11月召开的《和谐电力》论坛发布了共建和谐电力的倡议书，号召“共建环境友好、高效低耗的电力。加强环境保护、注重资源节约，转变增长方式，进一步降低成本，减少资源消耗，提高生产效率，加快推进环保清洁电源建设，把电力工业建设成为环境友好型和资源节约型产业。”本文论及的治理电厂温排水对环境负面热影响及其共生的节能、温排水资源化的深远意义正顺应了“和谐电力”的精髓。

参考文献
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[4] Carl W Chen,Laura H Z Weintraub,Joel Herr,et al.Impacts of a thermal power plant on the phosphorus TMDL of a reservoir[J]. Environment Science  Policy, 2000,(3):217-223.
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[8] 金岚等编著，水域热影响概论，高教出版社，1993年.
[9] 中国电力企业联合会，中国电力行业年度发展报告2006，中国电力出版社，2006年9月.
[10]刘兰芬，贺益英，潘荔，火电厂余热综合利用研究评价---全国火电厂余热利用情况调查报告， 中国水利水电科学院电力环评中心，国家电力公司环保办公室，1999年；
[11] 贺益英，关于火、核电厂循环冷却水余热利用问题，中国水利水电科学院学报，2004年，第4期.
[12]中华人民共和国国家标准 地面水环境质量标准，国家环境保护局1988-04-05批准，1988-06-01实施。
[13] 中华人民共和国国家标准 UCD 551463海 水 水 质 标 准 GB 3097-1997
[14] 国家环保总局环境评估中心，《电厂温排水环境影响专题研讨会》纪要，2006年2月.
[15] 国家电力监管委员会，《和谐电力论坛》，“共建和谐电力倡议书”，2006年11月.