核電廠溫排水環(huán)境影響的控制對(duì)策初探

葛雄鷹

摘 要：核電廠溫排水的余熱排放對(duì)環(huán)境的影響越來(lái)越受到管理層和外界的關(guān)注。本文以我國(guó)現(xiàn)有的溫排放控制標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，討論其執(zhí)行的可行性、執(zhí)行力度，并就目前核電廠溫排水余熱利用的方式太過(guò)單一和利用率不高的現(xiàn)狀，提出了控制核電廠溫排水環(huán)境影響的對(duì)策，即控制核電廠溫排水熱污染的主要途徑是制定溫排水混合區(qū)關(guān)鍵控制參數(shù)、定期監(jiān)測(cè)核電廠近岸海域水溫和開(kāi)發(fā)綜合利用溫排水余熱。同時(shí)在探討國(guó)外核電廠和我國(guó)火電廠余熱利用方式的基礎(chǔ)上，提出了有利于環(huán)境的溫排水余熱利用建議。

關(guān)鍵詞：核電 溫排水 熱污染 余熱利用 對(duì)策

中圖分類號(hào)：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（b）-0068-02

同火電相比，核電既不消耗煤炭資源，又不會(huì)產(chǎn)生氣體污染物和溫室氣體，在空氣污染和霧霾日益嚴(yán)重的今天更符合環(huán)保要求。另一方面，核電廠的功率較大而余熱利用率并不高，大量的熱能被釋放到水環(huán)境或大氣環(huán)境中。目前國(guó)內(nèi)外核電廠采用的循環(huán)冷卻方式主要有直接排入自然水體的一次循環(huán)和利用冷卻塔進(jìn)行的二次循環(huán)冷卻[1]。核電廠使用的循環(huán)冷卻方式不同，環(huán)境受到的影響也不相同。當(dāng)前，我國(guó)的運(yùn)行核電廠或在建核電廠的廠址都屬濱海廠址，冷卻方式都是以海水為最終熱阱的一次循環(huán)冷卻。冷卻水帶載熱量后排入到海洋，其溫度高于周邊海水的溫度，成為溫排水而造成對(duì)海洋的熱污染。濱海核電廠溫排水的溫度一般高于環(huán)境受納水體溫度6～11 ℃[2]，直接排入海體時(shí)，局部海域的海洋生物將會(huì)受到溫排水的不良影響。解決溫排水熱污染的主要途徑是擬定溫度控制標(biāo)準(zhǔn)、定期監(jiān)測(cè)海域水溫及合理利用余熱。該文對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)和國(guó)外的現(xiàn)狀，并提出了幾點(diǎn)建議。

1 國(guó)內(nèi)溫排水的熱污染控制現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)的熱污染控制標(biāo)準(zhǔn)

2008年修訂的《中華人民共和國(guó)水污染防治法》明確規(guī)定了在向水體中排放含熱廢水前，應(yīng)當(dāng)采取措施，保證水體的水溫符合水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?！吨腥A人民共和國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)法》（2000年修訂）規(guī)定，向海域排放含熱廢水，必須采取有效措施，保證鄰近漁業(yè)水域的水溫符合國(guó)家海洋環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，避免熱污染對(duì)水產(chǎn)資源的危害。漁業(yè)水域是指魚(yú)、蝦、蟹、貝類的產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)、越冬場(chǎng)、洄游通道和魚(yú)、蝦、蟹、貝、藻類及其他水生動(dòng)植物的養(yǎng)殖場(chǎng)所。GB3097-1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：第一類、第二類、第三類海域，人為造成的海水溫升夏季不超過(guò)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)? ℃，其它季節(jié)不超過(guò)2 ℃。第四類海域，人為造成的海水溫升不超過(guò)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)? ℃?！督逗Ｓ颦h(huán)境功能區(qū)管理辦法》（1999）規(guī)定對(duì)處于入海河流河口、陸源直排口和污水排海工程排放口附近的近岸海域，可確定為混合區(qū)。確定混合區(qū)的范圍應(yīng)依據(jù)該區(qū)域的水動(dòng)力條件、鄰近近岸海域功能區(qū)的水質(zhì)要求，接納污染物的種類、數(shù)量等因素，進(jìn)行科學(xué)論證?；旌蠀^(qū)不可以對(duì)鄰近近岸海域環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)和魚(yú)類洄游通道造成影響。GB18486-2001《污水海洋處置工程污染控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了混合區(qū)范圍，該標(biāo)準(zhǔn)適合所有的污水海洋處置工程，不包括溫排水。標(biāo)準(zhǔn)中只提出了混合區(qū)的概念，卻沒(méi)有規(guī)定混合區(qū)的允許范圍，使得相關(guān)部門(mén)不能有效的執(zhí)行《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，而為了評(píng)估溫排水的環(huán)境影響，當(dāng)前采用的方法是針對(duì)單個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行環(huán)境評(píng)估，以此來(lái)確定它的可接受性。我國(guó)核電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，也引起了內(nèi)陸核電站選址中的溫排水問(wèn)題的探討。GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：對(duì)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水域，人為造成的環(huán)境水溫變化應(yīng)限制在周平均最大溫升≤1 ℃，周平均最大溫降≤2 ℃。但是沒(méi)有規(guī)定具體的溫度升高影響的區(qū)域，使其可執(zhí)行性不強(qiáng)。從標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行上，我們可以看出都有著一個(gè)共同的問(wèn)題，那就是混合區(qū)。因此，盡快研究確定混合區(qū)的參數(shù)，方能盡快制定水域溫排放的限制標(biāo)準(zhǔn)，也才能盡快解決核電廠溫排水的熱污染問(wèn)題。

1.2 溫排水的利用途徑

1.2.1 工業(yè)利用

城市和輕工業(yè)生產(chǎn)中存在著很多對(duì)中溫或低溫的消費(fèi)需求。例如大多數(shù)的工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中都需要70～110 ℃的熱能[3]，冬季北方城市的供暖等也需要低溫的熱能。當(dāng)前，這些熱能的獲得都是通過(guò)電能或者直接燃燒化石能源。資料顯示，有科研人員在探究基于核電廠的熱電聯(lián)產(chǎn)，設(shè)立了經(jīng)濟(jì)性的定量分析模型，為實(shí)現(xiàn)將核電廠的熱能供應(yīng)城市的暖氣提供了依據(jù)。除此之外，也有研究顯示可以利用熱泵技術(shù)將低品位的熱能轉(zhuǎn)化為高品位的熱能，進(jìn)而為需要中溫?zé)崮艿墓I(yè)提供熱源，使工業(yè)需求溫度高于溫排水水溫的熱用戶利用溫排水成為可能。

1.2.2 農(nóng)業(yè)利用

農(nóng)業(yè)可以利用的余熱范圍很廣，如對(duì)土壤增溫和家畜糞便處理以及農(nóng)作物干燥等。相關(guān)文獻(xiàn)表明，冬季核電廠排出的溫排水可以預(yù)防凍裂現(xiàn)象，加大氧氣的溶解量及為魚(yú)類的生存提供有利的庇護(hù)所。美國(guó)很多的電廠和食品公司之間建立了合作的關(guān)系，在電廠的周邊發(fā)展蔬菜種植、牡蠣等水產(chǎn)養(yǎng)殖，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)收益。日本作為最早利用溫排水繁衍魚(yú)類的國(guó)家，從1963年就運(yùn)用電廠溫排水養(yǎng)殖鮑魚(yú)，至今已經(jīng)超過(guò)32家。在20世紀(jì)70年代，我國(guó)也開(kāi)始在吉林和遼河等地區(qū)設(shè)立了溫水繁殖的基地。

1.3 國(guó)內(nèi)溫排水的余熱利用實(shí)踐

我國(guó)對(duì)于核電廠的溫排水的余熱利用探究較少，和溫排水相關(guān)的余熱利用報(bào)道主要是關(guān)于火電廠的。冷卻水的急速流動(dòng)帶來(lái)了豐富的溶解氧和懸浮營(yíng)養(yǎng)鹽，使某些種類得到良好的生長(zhǎng)，甚至成為優(yōu)勢(shì)種。山東省利用電廠余熱水養(yǎng)殖羅非魚(yú)，4個(gè)月內(nèi)增產(chǎn)3倍，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀[4]。再如，1993年上海石洞口發(fā)電廠利用220 kV高壓線下的廢地及電廠的余熱建設(shè)了一個(gè)面積很大的大棚溫室，在室內(nèi)種植花卉，冬季大量生產(chǎn)花卉，每年能為上海提供數(shù)目可觀的觀賞植物，是目前上海東北部地區(qū)的重要溫室花卉基地。目前我國(guó)核電廠在余熱利用方面開(kāi)展得很少，大多數(shù)利用在水產(chǎn)品繁殖上，利用量不多，而且利用率極低。所以，需要加大對(duì)高效率余熱利用的研究、實(shí)驗(yàn)以及試點(diǎn)工作。endprint

2 溫排水的熱污染控制對(duì)策

2.1 制定合適的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1.1 國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

世界各國(guó)為了預(yù)防溫排水對(duì)環(huán)境造成污染，已經(jīng)制定了很多與溫排水相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，明確了溫排水區(qū)的重要控制數(shù)據(jù)。但是目前各國(guó)對(duì)于混合區(qū)的范圍和混合區(qū)邊緣的水溫升高的限值的規(guī)定不相同[2]。

2.1.2 需開(kāi)展的研究工作

我國(guó)現(xiàn)有的熱污染控制標(biāo)準(zhǔn)體系中沒(méi)有明確規(guī)定混合區(qū)的參數(shù)，并且現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)存在執(zhí)行性不強(qiáng)的狀況。相比之下，國(guó)外溫排水相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了混合區(qū)的若干控制參數(shù)，因此，學(xué)習(xí)參考國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，建立溫排水混合區(qū)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以明確今后的研究方向，歸納起來(lái)主要有以下三點(diǎn)：①明確溫排水排放口控制的最高的溫度值；②明確溫排水混合區(qū)邊緣的水溫升高的限值；③明確溫排水混合區(qū)的范圍。為了明確這些目標(biāo)，可以借鑒國(guó)外與我國(guó)處于同一緯度的國(guó)家或地區(qū)的溫控標(biāo)準(zhǔn)、溫排水受納水域自然水溫的變化以及溫排水受納水體中的生物種類及其變化情況等作為參考。我國(guó)具有疆域遼闊，緯度范圍跨度大、南北溫差大等特點(diǎn)，可以有針對(duì)性的研究我國(guó)的海域和水系情況。

2.2 定期監(jiān)測(cè)核電廠近岸海域水溫

定期監(jiān)測(cè)核電廠近岸海域的水溫狀況，可以掌握廠址海域溫度場(chǎng)的變化，了解核電廠溫排水對(duì)附近海域環(huán)境的影響，再輔以生物調(diào)查手段，可間接了解廠址附近海域海洋生物的種類變化情況以及是否受到電廠溫排水的影響。目前核電廠海域水溫監(jiān)測(cè)的主要手段是航空遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，運(yùn)行核電廠如大亞灣、田灣、秦山核電廠已有相關(guān)實(shí)踐，昌江核電廠屬在建電廠，目前正在實(shí)施運(yùn)行前水溫遙感監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)段為冬、夏兩個(gè)季節(jié)，監(jiān)測(cè)方式為飛機(jī)遙感監(jiān)測(cè)及海面水溫實(shí)測(cè)同步進(jìn)行。運(yùn)行前廠址海域水溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為廠址海域水溫的背景資料，該數(shù)據(jù)資料在電廠運(yùn)行產(chǎn)生溫排水后將無(wú)法重現(xiàn)，其重要性等同于運(yùn)行前核電廠的輻射環(huán)境本底調(diào)查。運(yùn)行前、后水溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比可清楚表明溫排水的熱污染程度，也有利于電廠制定相應(yīng)的控制措施。

2.3 開(kāi)展余熱的綜合利用

2.3.1 國(guó)外的余熱利用實(shí)踐

在上世紀(jì)，溫排水的余熱利用就已經(jīng)受到國(guó)際社會(huì)的重視。美國(guó)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)，如橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、俄勒岡州立大學(xué)等以及一些電廠運(yùn)營(yíng)單位、流域管理機(jī)構(gòu)等都對(duì)余熱利用的途徑進(jìn)行了研究。當(dāng)然，這些研究項(xiàng)目中的溫排水來(lái)源不只有核電廠。這些實(shí)驗(yàn)對(duì)余熱的利用方式主要有農(nóng)業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖，如表1的溫室蔬菜種植，表2的海產(chǎn)品繁殖[5]。

2.3.2 努力的方向

國(guó)外對(duì)于溫排水余熱利用在作物栽培和水產(chǎn)養(yǎng)殖等的研究、試驗(yàn)和示范工程的設(shè)立都奠定了溫排水余熱綜合利用和高效率利用的基礎(chǔ)。1937年，美國(guó)學(xué)者Bread提出了利用大型發(fā)電廠溫排水余熱的方法[5]。這種方法和以前單一利用余熱的方式不同，它可以在整個(gè)系統(tǒng)的利用過(guò)程中，不斷減少對(duì)環(huán)境造成的污染，使系統(tǒng)內(nèi)的廢物變?yōu)橘Y源，實(shí)現(xiàn)利益和經(jīng)濟(jì)的最大化，是將生態(tài)工程原理運(yùn)用在溫排水余熱綜合利用上的有益探索，也是一種值得借鑒和探究的利用模式。目前，在資源日漸匱乏和空氣污染越來(lái)越嚴(yán)重的壓力之下，我國(guó)核電的發(fā)展正穩(wěn)步攀升，我們亟需對(duì)核電廠余熱綜合利用生態(tài)工程體系建立的理論模型進(jìn)行研究，結(jié)合我國(guó)國(guó)情及南北兩地核電廠不同的廠址區(qū)域氣候條件，實(shí)現(xiàn)我國(guó)核電廠溫排水余熱的高效利用，最大程度減少溫排水的環(huán)境影響，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色核電，清潔核電。

3 結(jié)語(yǔ)

制定科學(xué)的溫度標(biāo)準(zhǔn)可以使溫排放在法律法規(guī)許可的范圍實(shí)施，促進(jìn)余熱的綜合利用，而且合理的余熱綜合利用方案可以提升余熱利用率，達(dá)到環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益最大化，從而推進(jìn)溫度控制標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行力度。這兩方面的結(jié)合可以降低循環(huán)冷卻水的負(fù)面熱影響，尤其是核電站溫排水余熱綜合利用的生態(tài)工程設(shè)計(jì)的相關(guān)研究，可以在一定程度上減少?gòu)U熱排放，是減輕溫排水負(fù)面熱影響的有效措施。在溫排水排至自然水域前，盡可能多的利用部分或大部分余熱，降低溫排水的溫度，這樣可以降低核電廠溫排水對(duì)水域環(huán)境的熱影響，其余熱的利用是對(duì)核電廠溫排水廢棄熱能源的再次利用，可以從很大程度上解決核電廠熱污染防治難題。

資料表明，我國(guó)較早就提出了電廠循環(huán)冷卻水余熱利用問(wèn)題并進(jìn)行了相關(guān)研究，但數(shù)量很少，多數(shù)是北方地區(qū)利用廢溫水來(lái)進(jìn)行水產(chǎn)繁殖和農(nóng)作物栽培，還有就是用于港口和工業(yè)取水口融冰等。利用余熱的形式比較單一，而且利用率低。所以，應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)和國(guó)外的余熱利用進(jìn)行全面考察，科學(xué)合理地探索余熱利用的新途徑。核電廠溫排水有很大的利用優(yōu)勢(shì)，如流量穩(wěn)定、水質(zhì)清潔等，這些都是理想的水熱源。根據(jù)廠址區(qū)域特點(diǎn)，結(jié)合運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行規(guī)律、排放溫度、排放量等有效地開(kāi)展核電廠溫排水余熱綜合利用，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，并且能在節(jié)能環(huán)保、溫排水資源化利用以及建設(shè)清潔能源方面起到重要的示范作用。

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