電廠溫排水對環境的影響

楊麗平 王宇婕 梁煌 王昱杭 崔雨雪 陳亞非

摘? ?要：我國部分電廠出于生產工藝需要，會產生大量廢熱以溫排水的形式排入環境中，其對河流、湖泊的危害有兩個方面，一是溫排水與河流、湖泊混合后導致的增溫對河流、湖泊的生態影響，二是直流冷卻系統排水口中的藥劑殘余、高溫對水生生物的危害。試驗研究表明：銅綠微囊藻在40℃高溫條件下處理10min后的死亡率為52%。

關鍵詞：電廠? 溫排水? 熱污染

中圖分類號：X24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0124-04

隨著我國經濟的飛速發展，人民生活用電和工業用電的需求日益增長。目前，我國電力工業仍以火力發電為主，核電廠建設也越來越多，2017年火電、核電發電總裝機容量為114186萬kW，大型火電機組的供電效率一般為40%左右，核電不到35%，平均每日約有735269億kJ的廢熱排放到環境中，其中主要以電廠冷卻水（溫排水）的形式排出。在我國除了核電廠，其他電廠還沒有相應的冷卻水排放標準。

本文通過對四類不同的水體進行了生態效應分析，旨在提倡促進溫排水的再利用，降低溫排水對生態環境的負面影響，促進相關政策法規的出臺，加強對電廠周圍生態環境的保護管理。

1? 研究對象與方法

本文對對長江中下游干流、湘江、耒水、岱海湖四類具有流量差異的不同水體進行調查分析。通過收集各地河流、湖泊的觀測數據，包括河流流量、水溫，溫排水流量、水溫等，通過熱力學方程并考慮蒸發、流域流量變化等影響后，對電廠附近流域溫度分布規律進行計算和分析。并且通過分析不同水溫下各種水生生物、微生物的種類、數量分布情況，研究水溫與水生生物、微生物的種類、數量、死亡率之間的關系，深入研究電廠熱污染對生物和生態環境的影響。

2? 溫排水對水體溫度的影響

2.1 長江

長江下游（江蘇段）平均每隔20km左右就有一個發電廠，如長江口的感潮河段處的電廠數量便有18座之多（徐世凱，2007）。

以天生港電廠為例，其取排水總流量Q2為46m3/s，天生港電廠附近自然水體溫度T1為11.1℃。其溫排水溫度T2約為21.1℃。根據徐六涇（二）斷面的水文信息，其流域的月平均流量Q1為41900m3/s，利用熱平衡方程計算其月平均溫升如下：

混合后水溫由下式確定：

（1）

升高溫度為：

（2）

得出混合后溫度為11.11℃，與初始溫度11.1℃相差僅為0.01℃。長江中下游地區雖然大型電廠密集，但因為長江徑流大，溫排水的總體影響幾乎可以忽略不計。

2.2 湘江（株洲-湘潭段）

統計分析2013、2017—2018年部分月份湖南湘潭發電有限責任公司和大唐華銀株洲電廠的溫排水疊加升溫，其造成湘江2017年9月底至10月中旬的周平均溫升達1.2℃，不符合《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）要求人為造成的環境水溫變化應限制在：周平均最大溫升≤1℃;周平均最大溫降≤2℃的規定。

2.3 耒水

大唐集團耒陽電廠一、二期機組冷卻水取自耒水，耗水量為31.6m3/s。目前來看耒水經過耒陽電廠取水后升溫普遍高于1℃，夏季流量較少的日子還會有高于2℃的明顯溫升，表中流量、水溫數據均來自永興縣人民政府門戶網站。據統計，2018年7月份有14d河流溫升超過2℃。

2.4 岱海湖

岱海電廠一、二期工程都直接或間接的將岱海湖湖水作為其冷卻池，導致湖水溫度升高，造成其全年蒸發量增多（程玉琴等，2017）。岱海湖水體熱污染的主要來源是岱海電廠，岱海電廠每日抽取岱海湖的湖水用于生產冷卻，后將冷卻環節中升溫后的湖水排入湖里，此過程每年可使岱海湖湖水經岱海電廠循環2次，10年湖水溫度升高近2℃。

3? 溫排水對生物及生態環境的影響

3.1 對浮游生物的影響

水體溫度超過30℃，浮游動物群落將從復雜向簡單演化（金瓊貝，1991）。枝角類的活動能力在15℃時比30℃高2倍。鉤蝦等甲殼類生物對水體溫度變化極為敏感（勒·特·馬特維耶娃等，1985）。在高溫的夏季，湘江、耒水溫排水很大程度上會造成枝角類、甲殼類等耐熱性差的生物生命力下降或死亡。

熱污染使植物種群的發生演替變化。Briand等在研究混合藻類的河流時發現，溫度20℃時硅藻占優勢;30℃時綠藻占優勢;35℃～40℃時藍藻占優勢（貢丹丹等，2016）。在2013年8月中旬左右湘江溫升持續在2℃以上，且水溫已經超過了33℃，此時有藍藻向綠藻演替、硅藻減少的趨勢，耒水夏季亦可產生同類情況。藍藻的異常增殖會對水生生物產生不良影響。因為硅藻和綠藻的餌料價值高于藍藻（勒·特·馬特維耶娃等，1985），另一方面，大量藍藻爆發導致水華，且部分藍藻分泌藻毒素，如微囊藻產生肝毒素，調查顯示原發性肝癌和大腸癌的發生率與飲水中微量的微囊藻毒素的存在有很大的相關性（方愛紅等，2008）。

3.2 對底棲動物的影響

長期生活在水底底質表面或底質的淺層中的底棲生物的活動性差，生活范圍相對比較固定，所以它們對于排放帶來的熱沖擊很難規避，易受到電廠溫排水的不利影響（魏新渝等，2018）。除此之外，溫排還會造成冷沖擊——在長期排放冷卻水后，忽然停止排放將對增溫區內的底棲動物造成不同程度的傷害（胡德良等，2001）。夏季湘江、耒水的自然水溫普遍在30℃左右，此時再向水體中排放溫排水可能會造成水體中底棲動物的大量死亡，從而會對以底棲動物為食的一些魚類也造成不良影響。比如，鯉魚和鯽魚的食物組成中有一部分就是底棲動物。

3.3 對魚類的影響

草魚、鰱魚的規避反應溫度在30℃左右（姜禮燔，1989）。韓京成等人進行了水溫對鯽魚生理影響的相關實驗，實驗結果表明，鯽魚攝食量將在水溫大于25℃時下降，在30℃時將對鯽魚肝組織和心臟組織產生迫害（韓京成，2010）。夏季湘江、耒水溫排水導致水溫升高接近草、鯉、鰱等魚類適溫范圍上限，而事實上即使處于適溫范圍內的極值溫度不會導致其死亡，但對生物種群的生長、生殖亦會產生有害影響（勒·特·馬特維耶娃，1985）。岱海湖電廠的溫排水導致湖水溫度升高促進致病細菌大量繁殖，導致魚類患病死亡，而給當地漁業造成重大打擊——發展到2016年，整個水域漁業幾乎絕收。

3.4 溫排水對湖泊的影響

湖泊與河流等水體不同，屬于半封閉或半封閉生態系統，流動性較差，除了會對水生生物產生的影響外，還會導致水量蒸發，減小湖體面積，熱污染對湖泊的危害較河流等流動性強的水體更大。

2016年5月下旬，岱海湖監測面積為57.2km2，相比于1973年的150.74km2縮減了93.54km2，40多年間縮減率約62%（陳海英等，2018）。其中，造成岱海湖湖體縮小的重要因素是工業用水量的增加，而岱海電廠是岱海湖周邊最大的工業用水戶。2015年，張楠計算出電廠溫排水引起的岱海湖年附加蒸發量、損失量約為678.2萬m3/a（張楠等，2015）。

3.5 電廠直流冷卻系統對生物的影響

大多數沿河、湖電廠采用直流冷卻系統，一方面在進水時加入藥劑使水中微生物、泥沙及懸浮物在沉淀池沉淀，避免設備堵塞，此過程由于藥劑的加入會造成冷卻水中水生生物的大量死亡，其中浮游植物受到損害的主要原因就是電廠溫排水中的殘余的氯含量，另一方面冷卻水經過直流冷卻系統從出水口排出，排出溫度通常在40℃左右，水生生物對溫度的適應性大多不如陸地生物，大多數生物在40℃左右，酶系統會受到一定損害，如果較長時間處于高溫下，將會致死。

以湘江、耒水中均含有的銅綠微囊藻進行了模擬電廠溫排水溫度對藻類的影響實驗。在25℃、30℃、35℃下處理銅綠微囊藻（1×107cells·ml-1）24h，并將在30℃處理24h后的銅綠微囊藻繼續在40℃下處理10min（大唐華銀株洲電廠與湖南湘潭發電有限責任公司距離湘江排放口大約1.5km，溫排水流速約為2.5m/s，水生生物受40℃溫度影響時間為10min左右），測定計算藻細胞的數量。采用中性紅染色法測定在40℃下處理10min后的藻細胞的活細胞數量，計算其死亡率。3次重復。如圖1，在25℃時的藻細胞密度最高，而隨著溫度的升高密度逐漸下降，說明溫度升高對銅綠微囊藻的生長有一定的抑制作用。將30℃處理后的藻細胞在40℃下繼續培養10min，采用中性紅染色法用血細胞計數法對其進行活細胞計數，得其死亡率為52%。

通過圖2深圳西部電廠海水脫硫出口曝氣池，可看到，池壁上幾乎無生物生長，與自然條件下的綠色覆蓋完全不同，由此也可以看出溫升對生物造成的巨大損害。

4? 結果與建議

我國電廠產生大量廢熱排入環境中對生態環境存在一定程度的不良影響。廢熱隨著冷卻水排入環境中，形成溫排水，對河流、湖泊存在兩種方式的危害，一是混合后導致的增溫對河流、湖泊的生態影響，二是直流冷卻系統取水口，排水口中的藥劑，高溫對水生生物的危害。

（1）對于徑流量較大的河流生態影響較小，但對于湖泊、水庫這類水體的危害更大。

（2）水體在枯水期和夏季較干旱時，溫排水進一步升高水溫可能造成該局部地區范圍內的浮游動物種類和數量減少，物種多樣性下降，使群落物種組成改變。

（3）直流冷卻系統取水口，排水口中的藥劑，高溫造成水體生物量減少，導致浮游生物密度降低。

（4）縮小了魚類的生活范圍，并對其生長、棲息、繁殖等活動影響明顯。

（5）導致湖泊蒸發量增大，湖泊面積減小，嚴重危害生態環境，威脅人類生存與發展。

因此我國在流域水資源開發時要注意協調流域周邊生產、生態與生活用水，特別要對流域生態水資源建設加以重視（劉永葉等，2015）?；稹⒑穗姀S溫排水的余熱量巨大，如何高效利用是未來發展的一個重要方向。針對我國目前溫排水情況提出以下建議：

（1）建議盡快建立和完善溫排水相關法規標準，并且應根據不同流域、湖泊等水體的生態環境，對其水體中生存的關鍵種進行溫度的熱影響研究，為不同流域、湖泊等水體的溫度基準的制定奠定基礎。

（2）結合熱電冷聯供技術，用于廠區工人生活區，節約能源。

（3）聯合相關環境生態工程類學科建立余熱利用綜合系統

（4）開展余熱利用，利用溫排水進行冬季水產養殖，溫室蔬菜種植。

參考文獻

[1] 陳海英，安莉娟，張錦龍.岱海湖水面面積演變特征及與氣象因子關聯度分析研究[J].環境科學與管理，2018，43（12）：62-65.

[2] 程玉琴，鄭麗娟，付志強.岱海湖泊萎縮原因分析及流域水生態保護建議[J].內蒙古氣象，2017（5）：24-26.

[3] 大唐耒陽發電廠一、二、三期工程環境影響報告書.https：//www.docin.com/p-2114896969.html.2018-06- 20.

[4] 岱海電廠“熱污染”致母親湖遭滅頂之災.http：//bbs1.people.com.cn/post/1/1/2/163151767.html.2017，06，13.

[5] 岱海湖水發黑、水面不斷萎縮4個整改項目僅完成1項.http：//baijiahao.baidu.com/s？id=1605142947402220895&wfr=spider&for=pc.2018，07，05.18-07-0.

[6] 方愛紅，黃銀芝，錢瑾.淺談太湖藍藻暴發的原因、危害及其預防治理[J].凈水技術，2018（3）：70-72.

[7] 貢丹丹，劉德富，張佳磊，等.周期性的溫度擾動對藻類群落結構演替的影響[J].環境科學，2016，37（6）：2149-2157.

[8] 韓京成.雅礱江水電開發對魚類生理適應性影響與評價[D].三峽大學，2010.

[9] 胡德良，楊華南.熱排放對湘江大型底棲無脊椎動物的影響[J].環境污染治理技術與設備，2001（1）：25-27，8.

[10]湖南省水文信息查詢系統.http：//61.18 7.56.156/wap/ index_sq.asp.

[11]姜禮燔，曹萃禾.熱污染對魚類行為的影響[J].生態學雜志，1989（2）：23-25.

[12]姜禮燔.熱沖擊對魚類影響的研究[J].中國水產研究，2000，7（2）：77-81.

[13]金臘華，黃報遠，劉慧璇，等.湛江電廠對周圍水域生態的影響分析[J].生態科學，2003（2）：165-167，170.

[14]金瓊貝，盛連喜，張然.溫度對浮游動物群落的影響[J].東北師大學報：自然科學版，1991（4）：103-111.

[15]勒·特·馬特維耶娃，于國政.水體的熱污染[J].國外環境科學技術，1985（3）：28-37.

[16]劉永葉，劉森林，陳曉秋.基于生態工程理論的北方電廠溫排水余熱綜合利用[J].科技導報，2015，33（13）：22-26.

[17]水質量-永興縣人民政府門戶網站http：//www.yxx.gov.cn/zwgk/3994/4074/4089/4093/index.htm.

[18]唐雨甜.重金屬對湘江舂陵水-耒水水域環境影響的調查分析[D].華中農業大學，2017.

[19]王士達，劉保元，楊潼.湘江的水生生物與水質污染[J].環境科學，1981（6）：49-51，48.

[20]王新蘭.熱污染的危害及管理建議[J].環境保護科學，2006（6）：69-71.

[21]魏新渝，王一川，張琨，等.電廠溫排水對水生生物影響評價綜述[J].水生態學雜志，2018，39（2）：1-10.

[22]徐世凱，胡華強，韋立新.長江下游感潮河段火電廠取排水口布置[J].水利水電科技進展，2007（4）：60-63.

[23]張繼民.電廠溫排水對水生生物的熱影響及水質影響研究[D].河海大學，2006.

[24]張楠，陳孝田，李皓冰，等.岱海湖溫排水對湖面附加蒸發量影響研究[J].水資源與水工程學報，2015，26（4）：18-21，28.

[25]曾江寧，陳全震，鄭平，等.余氯對水生生物的影響[J].生態學報，2005（10）：2717-2724.

[26]中華人民共和國生態環境部.GB 3838-2002，地表水環境質量標準[S].2002-04-28.