核電廠溫排水環境影響的控制對策初探

葛雄鷹

摘 要：核電廠溫排水的余熱排放對環境的影響越來越受到管理層和外界的關注。本文以我國現有的溫排放控制標準為基礎，討論其執行的可行性、執行力度，并就目前核電廠溫排水余熱利用的方式太過單一和利用率不高的現狀，提出了控制核電廠溫排水環境影響的對策，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關鍵控制參數、定期監測核電廠近岸海域水溫和開發綜合利用溫排水余熱。同時在探討國外核電廠和我國火電廠余熱利用方式的基礎上，提出了有利于環境的溫排水余熱利用建議。

關鍵詞：核電 溫排水 熱污染 余熱利用 對策

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0068-02

同火電相比，核電既不消耗煤炭資源，又不會產生氣體污染物和溫室氣體，在空氣污染和霧霾日益嚴重的今天更符合環保要求。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境或大氣環境中。目前國內外核電廠采用的循環冷卻方式主要有直接排入自然水體的一次循環和利用冷卻塔進行的二次循環冷卻[1]。核電廠使用的循環冷卻方式不同，環境受到的影響也不相同。當前，我國的運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海洋的熱污染。濱海核電廠溫排水的溫度一般高于環境受納水體溫度6～11 ℃[2]，直接排入海體時，局部海域的海洋生物將會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準、定期監測海域水溫及合理利用余熱。該文對比分析了國內和國外的現狀，并提出了幾點建議。

1 國內溫排水的熱污染控制現狀

1.1 國內的熱污染控制標準

2008年修訂的《中華人民共和國水污染防治法》明確規定了在向水體中排放含熱廢水前，應當采取措施，保證水體的水溫符合水環境質量標準。《中華人民共和國海洋環境保護法》（2000年修訂）規定，向海域排放含熱廢水，必須采取有效措施，保證鄰近漁業水域的水溫符合國家海洋環境質量標準，避免熱污染對水產資源的危害。漁業水域是指魚、蝦、蟹、貝類的產卵場、索餌場、越冬場、洄游通道和魚、蝦、蟹、貝、藻類及其他水生動植物的養殖場所。GB3097-1997《海水水質標準》規定：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當時當地1 ℃，其它季節不超過2 ℃。第四類海域，人為造成的海水溫升不超過當時當地4 ℃。《近岸海域環境功能區管理辦法》（1999）規定對處于入海河流河口、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。確定混合區的范圍應依據該區域的水動力條件、鄰近近岸海域功能區的水質要求，接納污染物的種類、數量等因素，進行科學論證。混合區不可以對鄰近近岸海域環境功能區的水質和魚類洄游通道造成影響。GB18486-2001《污水海洋處置工程污染控制標準》規定了混合區范圍，該標準適合所有的污水海洋處置工程，不包括溫排水。標準中只提出了混合區的概念，卻沒有規定混合區的允許范圍，使得相關部門不能有效的執行《海水水質標準》，而為了評估溫排水的環境影響，當前采用的方法是針對單個項目進行環境評估，以此來確定它的可接受性。我國核電規模的不斷擴大，也引起了內陸核電站選址中的溫排水問題的探討。GB3838-2002《地表水環境質量標準》規定：對Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水域，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 ℃。但是沒有規定具體的溫度升高影響的區域，使其可執行性不強。從標準的執行上，我們可以看出都有著一個共同的問題，那就是混合區。因此，盡快研究確定混合區的參數，方能盡快制定水域溫排放的限制標準，也才能盡快解決核電廠溫排水的熱污染問題。

1.2 溫排水的利用途徑

1.2.1 工業利用

城市和輕工業生產中存在著很多對中溫或低溫的消費需求。例如大多數的工業在生產過程中都需要70～110 ℃的熱能[3]，冬季北方城市的供暖等也需要低溫的熱能。當前，這些熱能的獲得都是通過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產，設立了經濟性的定量分析模型，為實現將核電廠的熱能供應城市的暖氣提供了依據。除此之外，也有研究顯示可以利用熱泵技術將低品位的熱能轉化為高品位的熱能，進而為需要中溫熱能的工業提供熱源，使工業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 農業利用

農業可以利用的余熱范圍很廣，如對土壤增溫和家畜糞便處理以及農作物干燥等。相關文獻表明，冬季核電廠排出的溫排水可以預防凍裂現象，加大氧氣的溶解量及為魚類的生存提供有利的庇護所。美國很多的電廠和食品公司之間建立了合作的關系，在電廠的周邊發展蔬菜種植、牡蠣等水產養殖，獲得了較好的經濟收益。日本作為最早利用溫排水繁衍魚類的國家，從1963年就運用電廠溫排水養殖鮑魚，至今已經超過32家。在20世紀70年代，我國也開始在吉林和遼河等地區設立了溫水繁殖的基地。

1.3 國內溫排水的余熱利用實踐

我國對于核電廠的溫排水的余熱利用探究較少，和溫排水相關的余熱利用報道主要是關于火電廠的。冷卻水的急速流動帶來了豐富的溶解氧和懸浮營養鹽，使某些種類得到良好的生長，甚至成為優勢種。山東省利用電廠余熱水養殖羅非魚，4個月內增產3倍，經濟效益十分可觀[4]。再如，1993年上海石洞口發電廠利用220 kV高壓線下的廢地及電廠的余熱建設了一個面積很大的大棚溫室，在室內種植花卉，冬季大量生產花卉，每年能為上海提供數目可觀的觀賞植物，是目前上海東北部地區的重要溫室花卉基地。目前我國核電廠在余熱利用方面開展得很少，大多數利用在水產品繁殖上，利用量不多，而且利用率極低。所以，需要加大對高效率余熱利用的研究、實驗以及試點工作。endprint

2 溫排水的熱污染控制對策

2.1 制定合適的溫度控制標準

2.1.1 國外相關標準

世界各國為了預防溫排水對環境造成污染，已經制定了很多與溫排水相關的標準，明確了溫排水區的重要控制數據。但是目前各國對于混合區的范圍和混合區邊緣的水溫升高的限值的規定不相同[2]。

2.1.2 需開展的研究工作

我國現有的熱污染控制標準體系中沒有明確規定混合區的參數，并且現有標準存在執行性不強的狀況。相比之下，國外溫排水相關的標準中規定了混合區的若干控制參數，因此，學習參考國外的先進技術，建立溫排水混合區的相關標準，可以明確今后的研究方向，歸納起來主要有以下三點：①明確溫排水排放口控制的最高的溫度值；②明確溫排水混合區邊緣的水溫升高的限值；③明確溫排水混合區的范圍。為了明確這些目標，可以借鑒國外與我國處于同一緯度的國家或地區的溫控標準、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。我國具有疆域遼闊，緯度范圍跨度大、南北溫差大等特點，可以有針對性的研究我國的海域和水系情況。

2.2 定期監測核電廠近岸海域水溫

定期監測核電廠近岸海域的水溫狀況，可以掌握廠址海域溫度場的變化，了解核電廠溫排水對附近海域環境的影響，再輔以生物調查手段，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測的主要手段是航空遙感監測技術，運行核電廠如大亞灣、田灣、秦山核電廠已有相關實踐，昌江核電廠屬在建電廠，目前正在實施運行前水溫遙感監測，監測時段為冬、夏兩個季節，監測方式為飛機遙感監測及海面水溫實測同步進行。運行前廠址海域水溫監測數據為廠址海域水溫的背景資料，該數據資料在電廠運行產生溫排水后將無法重現，其重要性等同于運行前核電廠的輻射環境本底調查。運行前、后水溫監測數據的對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的控制措施。

2.3 開展余熱的綜合利用

2.3.1 國外的余熱利用實踐

在上世紀，溫排水的余熱利用就已經受到國際社會的重視。美國的相關研究機構，如橡樹嶺國家實驗室、俄勒岡州立大學等以及一些電廠運營單位、流域管理機構等都對余熱利用的途徑進行了研究。當然，這些研究項目中的溫排水來源不只有核電廠。這些實驗對余熱的利用方式主要有農業及水產養殖，如表1的溫室蔬菜種植，表2的海產品繁殖[5]。

2.3.2 努力的方向

國外對于溫排水余熱利用在作物栽培和水產養殖等的研究、試驗和示范工程的設立都奠定了溫排水余熱綜合利用和高效率利用的基礎。1937年，美國學者Bread提出了利用大型發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，它可以在整個系統的利用過程中，不斷減少對環境造成的污染，使系統內的廢物變為資源，實現利益和經濟的最大化，是將生態工程原理運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越嚴重的壓力之下，我國核電的發展正穩步攀升，我們亟需對核電廠余熱綜合利用生態工程體系建立的理論模型進行研究，結合我國國情及南北兩地核電廠不同的廠址區域氣候條件，實現我國核電廠溫排水余熱的高效利用，最大程度減少溫排水的環境影響，從而進一步實現綠色核電，清潔核電。

3 結語

制定科學的溫度標準可以使溫排放在法律法規許可的范圍實施，促進余熱的綜合利用，而且合理的余熱綜合利用方案可以提升余熱利用率，達到環境和經濟效益最大化，從而推進溫度控制標準的執行力度。這兩方面的結合可以降低循環冷卻水的負面熱影響，尤其是核電站溫排水余熱綜合利用的生態工程設計的相關研究，可以在一定程度上減少廢熱排放，是減輕溫排水負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水域環境的熱影響，其余熱的利用是對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，我國較早就提出了電廠循環冷卻水余熱利用問題并進行了相關研究，但數量很少，多數是北方地區利用廢溫水來進行水產繁殖和農作物栽培，還有就是用于港口和工業取水口融冰等。利用余熱的形式比較單一，而且利用率低。所以，應對國內和國外的余熱利用進行全面考察，科學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勢，如流量穩定、水質清潔等，這些都是理想的水熱源。根據廠址區域特點，結合運行時間、運行規律、排放溫度、排放量等有效地開展核電廠溫排水余熱綜合利用，可實現循環經濟和建設節約型社會，并且能在節能環保、溫排水資源化利用以及建設清潔能源方面起到重要的示范作用。

參考文獻

[1] 張曉峰.核電廠溫排水環境影響評價及減緩措施[J].海洋技術，2010，29（4）：38-39.

[2] 陳曉秋，商照榮.核電廠環境影響審查中的溫排水問題[J].核安全，2007（2）：46-50

[3] 邊世凱.電廠溫排水余熱利用分析[J].東北電力技術，2011，11（6）：42-44.

[4] 李沫，蔡澤平.核電站對海洋環境及生物的影響[J].海洋科學，201l，25（9）：32-35.

[5] 金嵐，李平衡，劉偉.水域熱影響概論[M].北京：高等教育出版社，2010.endprint