二)常规能源资源
1. 煤炭
煤炭是中国最主要的能源资源,在中国能源资源中占绝对优势地位。按2000年煤炭产量10亿t计算,中国煤炭资源探明保有储量的保证程度高达1000年,其中经济可开发剩余可采储量的保证程度为114年。煤炭储量及分布特点有:
(1)煤炭储量多,在世界占有重要地位。煤炭资源地质总储量50592亿吨,截至2000年底,煤炭探明保有储量10077亿t,资源探明率19,9%。根据国际通行的划分标准,中国现有煤炭经济可开发剩余可采储量为1145亿吨,约占世界同类储量(9842亿t)的11.6%。
(2)分布既广泛又集中。广泛是指中国大陆31个省(市、自治区),除上海外,都有煤炭的探明储量;集中是指分布的数量。全国煤炭地质总储量中,以大别山—秦岭—昆仑山为界,北煤多于南煤,北方煤炭地质储量占全国的93.5%;若以京广铁路为界,西煤多于东煤。西部煤炭地质储量占全国85%,其中山西煤炭地质储量占全国的43%。
(3)煤种比较齐全,质量较好。褐煤、烟煤、无烟煤、天然焦以及石煤都有贮存。在现有探明储量中,前三者的比例分别为13%、75%、12%;原料煤占27%,动力煤占73%。中国煤炭的质量,一般来说,北方煤田的灰份、硫份较低,南方煤田的灰份、硫份较高。灰分小于10%的特低灰煤占20%以上;硫份小于1%的低硫煤占67%左右,硫分1~2%的煤炭约占18%,硫分大于4%的特高硫煤仅占3%。高硫煤主要集中在西南和中南地区。
(4)开发条件较好。中国煤炭资源有许多有利的开发条件。煤层一般不超过1000m,北方煤田大多适于机械化开采,南方煤田可以正常开采。中国煤田开发的不利因素主要有:矿井透水威胁煤矿生产,煤层瓦斯在煤系地层中普遍存在。
2. 石油和天然气
中国石油总资源量约有1000亿t,其中探明储量160亿t;天然气总资源量38.14万亿m3,其中探明储量2,06万亿m3。石油和天然气探明储量在全国能源资源探明总储量结构中分别占2.8%和0.3%,在世界同类油气储量中分别占2.0%和0.5%。根据美国《油气杂志》的资料,中国至2000年油气资源探明剩余可采储量,石油为32.74亿t,天然气为1.37万亿t,分别占世界总量的2.3%和0.9%,分别排名第11位和第18位。按2000年油气产量计算,剩余可采储量的保证程度,石油20年,天然气49年。石油和天然气储量及分布特点有:
(1)沉积盆地面积大,资源分布相对集中。中国陆上和沿海大陆架沉积盆地总面积约550万km2,各类沉积盆地超过500个,其中,大于1万km2的沉积盆地有59个,占石油总资源量的96.7%;9个主要拥有天然气的盆地,占天然气总资源量的78,7%。陆上石油和天然气资源量分别占全国总量的73.8%和78.1%。石油资源量主要分布在北部地区,天然气资源则集中在中部和西北地区。
(2)质量以常规油为主。中国石油资源质量是以常规油为主,约占石油总资源量的63.8%,主要集中在东部和西部含油气区。天然气资源主要是油型气,陆上天然气总资源量中,油型气资源占82%,煤型气占17%,生物气仅占1%。
(3)资源埋藏深度中等,勘探难度越来越大。中国陆上石油资源埋藏深度小于2000m、在2000~3500 m范围和超过3500 m的比例分别为20%、56%和24%。天然气气田47%的地质构造比较复杂,勘探开发难度较大。
3. 水能
中国的水能资源蕴藏丰富。根据20世纪70年代末的普查统计,中国水能总理论蕴藏量为5.7万亿kW,加上部分较小河流,合计拥有年理论水力发电总量59222亿kW·h (未统计台湾省水能资源)。中国可开发水能资源量,在全国能源资源探明总储量结构中占9.5%。按2000年水力发电量2224亿kW·h计算,中国可开发水能资源的开发程度为11.56%。水能的资源蕴藏量及分布特点有:
(1)水能资源量大,居世界第一。中国水能资源在世界总量中的比例,理论蕴藏量为14.3%,技术可开发量为16.4%,经济可开发量为17.2%,理论蕴藏量和可开发量均居世界第一位。
(2)水能资源分布很不均匀,主要集中在西南地区。中国各省(自治区)都有可开发的水能资源,但主要集中在西南区,占全国总量的67.8%;其次为中南区和西北区,分别占15.5%和9.9%;东北、华东和华北区各占1—3%。
(3)大型水电站的比重大,位置集中。中国水能资源总量中,单站规模大于200万kW的水电站资源量占50%,而且大型水电站和特大型水电站集中在西南地区。例如,已经建成的葛洲坝水电站装机容量271.5万kW,二滩水电站装机容量330万kW。长江三峡工程的规划装机容量为1820万kW。
(三)新能源及可再生能源资源
新能源和可再生能源不同于常规的化石能源,可以持续发展,几乎是用之不竭,对环境无多大损害,有利于生态良性循环。中国新能源有核能,可再生能源资源包括水能、太阳能、风能、波浪能、潮汐能、地热能、生物质能、海洋能及其所产生的二次能源氢能等。
1.核能资源
核能是原子核粒子重新组合和排列时所产生的能量。当一个重核(如铀)分裂成为两个轻核时,释放的能量称为核裂变能,原子弹和目前的核电站就是利用这种原理;两个以上轻原子核聚合为一个重核,其质量小于原来两个核的质量之和,释放的巨大能量称为核聚变能,如氢弹爆炸和太阳内部的氢核聚变形成氦核的核聚变过程。铀是可以开发利用的核能资源,钍作为可转换材料是潜在的核能资源。
中国的主要铀矿有5个,已探明的铀储量居世界9大产铀国(储量超过10万吨)之列。中国铀矿规模以中小型为主,品位中等,埋藏深度大都在500米以内。中国现有核电站装机容量210万kW,在建有640万kW。铀资源现有经济可采储量完全可以保证其运行30年;若2010年核电总装机容量达到2000万kW,现有探明储量要满足其运行30年,还存在一定的缺口。
2.可再生能源
(1)太阳能。太阳能是太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能。太阳向宇宙空间发射的功率为3.8′1023kW的辐射能,20亿分之一到达地球大气高层,其中30%被大气层反射,23%被大气层吸收,其余到达地球表面,其功率约为8′1013kW。中国具有比较丰富的太阳能资源,各地的太阳辐射年总量大致在3.35′103~8.40′103J/m2之间。从内蒙古东北部开始,经过北京西北侧至兰州,然后沿横断山脉转向西藏南部,在该线以北的绝大部分地区的年总量都超过5.86′103 J/m2的平均值。目前,中国太阳能的利用主要是解决城乡居民生活用能,如太阳能热水器、被动太阳房、太阳灶。太阳能电池的商业化正在研究发展之中。
(2)风能。风能是空气流动产生的一种动能,其大小决定于风速和空气的密度。中国10米高度层的风能资源总储量为32.26亿kW,其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW,主要分布在东南沿海和新疆、甘肃、内蒙古北部到东北地带,有效风能密度为200~300W/m2,年均风速4~5m。风能资源的总储量非常巨大,但它的能量密度低,且不稳定,只能在一定的技术经济条件下,作为重要的补充能源进行开发利用。 中国是风能利用较早的国家之一。至1996年,全国有15.9万台微型和小型风力机(0.1kW至5kW)在运行,总装机容量2.34万kW,其中内蒙古14万台。目前,中国风力发电呈现加速发展势头。
(3)地热能。地球内部蕴藏着的巨大热能,其分布随深度而增加。通常,有可能在适当的未来时期内经济而又合理地取出来的那部分热量称为地热资源。中国地热资源丰富多数为中低温地热资源。高温地热资源主要集中在台湾省、西藏南部和云南、四川西部。如西藏羊八井2004号钻孔达329.8℃,云南西部有的热储温度达260℃;台湾的高温地热达244℃。根据地矿部资料,中国地热资源的推测储量为116,6亿tce,探明储量为31.6亿tce。目前中国地热资源开发利用,以直接用地热水为多。低温地热利用已有1300多处,每年约相当于6万tce。地热发电主要是西藏羊八井地热电站2.52万kW,年发电量约占拉萨电网供电量的50%。
(4)潮汐能。潮汐能是海水周期性涨落,水体形成的势能或由海流潮汐形成的动能。据估计,全世界海洋潮汐能达22万亿kW,其中经济可开发的有2000亿kW。由于潮汐电站造价高,现仅开发了0.3%。中国的潮汐能资源比较丰富,理论蕴藏量预计达1.9亿kW,技术可开发资源的装机容量为2157.5万kW,主要分布在浙江、福建两省,占总量的88.5%。目前在沿海已建有几座小型潮汐电站,总装机容量约10800 kW。其中浙江省乐清湾内的江厦潮汐电站,水库水面积29.1 km2,最大潮差8.39m,5台机组总装机容量3200 kW。
(5)波浪能。波浪能是水质点相对于静水面位移的势能和水质点运动的动能的总和。波浪能主要是以波浪的速度传播,是一种低密度不稳定的能源。据估计,全球海洋波浪能的蕴藏量约700亿kW,其中可开发利用的有30亿kW。波浪能的开发利用目前还处于研究阶段,商业应用主要是航标的灯光电源,日本已经建成总输出功率为1250 kW的船型波浪发电装置。中国海洋波浪能的理论蕴藏量1290万kW,其中台湾省占1/3。目前中国已安装用作航标灯电源的小型波力发电装置300多台,并有波力试验电站3座共40 kW。
三、中国能源的发展
(一)能源生产与消费
近十多年以来,我国经历了“八五”和“九五”两个经济发展时期,能源生产和消费呈现不同的发展趋势。中国近几年一次能源生产量、消费量及其构成情况列于表2-2和表2-3。
2—2 中国能源生产量及构成
年 份
能源生产总量
/亿tce
原煤
原油
天然气
水电
产量
/亿tce
构成
/%
产量
/亿tce
构成
/%
产量
/亿m3
构成
/%
产量/亿kW·h
构成
/%
1990
10.39
10.80
74.23
1.383
19.01
153.0
1.96
1267
4.80
1991
10.48
10.87
74.10
1.410
19.20
160.7
2.00
1247
4.70
1992
10.73
11.16
74.30
1.421
18.90
157.9
2.00
1307
4.80
1993
11.11
11.51
74.00
1.452
18.70
167.7
2.00
1518
5.30
1994
11.87
13.40
74.60
1.461
17.60
175.6
1.90
1674
5.90
1995
12.90
13.61
75.30
1.501
16.60
179.5
1.90
1906
6.20
1996
13.26
13.97
75.20
1.573
17.00
201.1
2.00
1880
5.80
1997
13.24
13.73
74.10
1.607
17.30
227.0
2.10
1960
6.50
1998
12.43
12.50
71.90
1.610
18.50
232.8
2.50
1989
7.10
1999
10.91
10.45
68.30
1.600
21.00
252.0
3.10
1966
7.60
2000
10.90
9.98
67.20
1.630
21.40
277.3
3.40
2224
8.00
注:①tce指吨标准煤。②构成以能源生产总量为100%。③各能源折标准煤系数:煤炭0.7143,石油1.4286,天然气1 3.3;水电按当年发电标准煤耗,1980年以后为404克。④资料来源: 国家统计局,《中国统计摘要2001》。
“八五”期间,一次能源生产总量年均增长率为4.42%;能源消费总量年均增长率为5.98%,能源生产和消费稳步增长,到1996年达到高峰。但在“九五”期间,能源生产总量和消费总量均呈现下降的态势,一次能源生产总量年均递减率为3.31%;能源消费总量年均递减率为0.49%。二次能源—电力生产量和消费量继续增长,总发电量增加3600亿kW·h,年均增长率在7.20%左右。五年间,能源生产递减高于消费递减,能源净进口量特别是石油净进口量有增无减。
2—3 中国能源消费量及构成
年 份
能源消费总量/亿tce
煤炭
石油
天然气
水电
消费量
/亿tce
构成
/%
消费量
/亿tce
构成
/%
消费量
/亿m3
构成
/%
消费量/亿kW·h
构成
/%
1990
9.87
10.55
76.19
1.149
16.62
153.0
2.05
1267
5.14
1991
10.38
11.04
76.10
1.238
17.10
160.7
2.00
1247
4.80
1992
10.92
11.40
75.70
1.335
17.50
157.9
1.90
1307
4.90
1993
11.60
12.09
74.70
1.472
18.20
167.7
1.90
1518
5.20
1994
12.27
12.85
75.00
1.496
17.40
175.6
1.90
1674
5.70
1995
13.12
13.77
74.60
1.607
17.50
179.5
1.80
1906
6.10
1996
13.89
14.47
74.70
1.744
18.00
201.1
1.80
1880
5.50
1997
13.82
13.92
71.50
1.969
20.40
227.0
1.80
1960
6.30
1998
13.22
12.95
69.60
1.982
21.50
232.8
2.20
1989
6.70
1999
13.01
12.39
68.00
2.113
23.20
252.0
2.20
1966
6.60
2000
12.80
12.01
67.00
2.115
23.60
277.3
2.50
2224
6.90
注:①tce指吨标准煤。②构成以能源消费总量为100%。③各能源折标准煤系数:煤炭0.7143,石油1.4286,天然气1 3.3;水电按当年发电标准煤耗,1980年以后为404克。④资料来源: 国家统计局,《中国统计摘要2001》。
(二)能源发展的现状与特点
1. 能源结构全方位调整和优化,但结构性矛盾更加突出
2000年的能源生产和消费与1995年相比,一次能源生产结构中,原煤的比例减少8.1%,原油、天然气和水电的比例分别增加4.8%、1.5%和1.8%;能源消费总量中,煤炭的比例降低7.6%,石油、天然气和水电的比例分别增加6.1%、0.7%和0.8%。其中,石油生产和消费比例有大幅度的提高,主要是国内原油开采规模的扩大和石油净进口量的增加。同时,中国煤炭出口量有了较大幅度的增加,2000年中国原煤出口量占原煤生产量的5.30%。
“九五”期间,国家通过对能源结构全方位的调整和优化,主要是对煤炭产业实行关井压产政策,使煤炭产量及其在能源生产结构中的比例大幅度降低。同时,加大了对石油、天然气和水能资源的开发建设力度,使清洁能源产量及其在能源生产结构中的比例逐年增加,为提高能源利用效率和生态环境质量作出了贡献。
但是,能源结构性矛盾仍然突出,已上升为主要矛盾,主要体现在:①石油供不应求,石油进口与能源安全形势严峻。整个90年代,石油的消费与生产相比较,年均增长速度要高出4.63%,两者间的数量年均差额高达719万t。这样,必然会提高中国对进口石油的依赖程度,由此带来中国能源和经济安全问题;②清洁能源天然气和水能所占的比例仍然较低,煤层气、风能和太阳能发电等清洁能源刚刚起步,其地位和作用尚未得到应有的重视;③各能源行业内部发展不平衡,结构失调严重。煤炭工业采掘能力远大于下游市场的开发;石油工业储存量与开采量比例下降;天然气下游市场开发缓慢,生产及输送管道能力不能充分发挥;电力工业高压输电网发展滞后于电源建设,城乡配电网建设滞后等。
在相当长时间内,中国能源结构仍将以煤炭为主,这与严重的环境污染直接关系。在2000年能源结构中,煤炭仍占有67%的份额,这与世界的能源结构有很大差别。1995年世界一次能源构成中,石油居第一位,占39.6%;煤炭居第二位,占27.3%;天然气、核能、水电分别占22.4%,7.5%和2.7%。近几年,中国煤炭消费总量在12亿t以上,而其中的80%是原煤直接燃烧。
2.电力工业发展迅速,但电力消费水平较低,结构存在差距
电能是一种清洁的二次能源,可集中大规模生产,污染排放容易控制。增加一次能源用于发电的比重,有利于环境保护,而且有利于提高总体能源利用效率。虽然2000年中国用于发电的能源占一次能源总量已达38.5%,但这个比重还较低,美国、日本、加拿大、法国等工业发达国家的比重在1997年已达到41.6%、51.5%、62.1%、55.4%。
“九五”期间,中国电力工业发展迅速,全国发电装总机容量和发电量从1995年的2.17亿kW和10077亿kW·h增长到2000年的3.19亿kW和13556亿kW·h。发电量和发电装机容量居世界第2位,仅次于美国。发电能源构成中,火电比重仍呈上升趋势,比重很大。火力发电量占全国总发电量的81%,水力发电量为17.8%,核电的相应比重仅为1.2%。
目前,我国电力消费还处于较低的水平。2000年中国人均电力消费量只有999,6 kW·h,而世界人均为2433 kW·h,亚洲人均为1207 kW·h,发达国家人均超过8000 kW·h。在用电构成方面,中国与世界发达国家相比也有相当的差距。与一些发达国家1998年的用电构成进行比较,美国、日本、加拿大、法国等国家的非生产用电比重分别为64.78%、52.61%、52.23%、56.28%,远高于我国的同类用电比重。
3.能源利用效率低,节能潜力大
2000 年,中国万元GDP(国内生产总值)可比能耗为1.43tce,比1995年下降了0.75tce,年均节能率高达8.09%,居世界前列。从产品的单位能耗来看,火电厂供电标准煤耗已由1995年的412g/kW·h,降低到2000年的392 g/kW·h;每吨钢的可比能耗,由976kg标准煤下降到930kg标准煤;载货汽车运输耗柴油,由每百吨公里4.82升下降到4.34升。这里的能源节约量,80%来自经济节能(或间接节能),即经济结构调整、加强能源管理和高能耗产品进口等;其余为技术节能(或直接节能),如自热电联产,集中供热,大型发电机组比例增加以及各行业的节能技术改造项目的投产运行。
由此看出,“九五”期间,我国的节能取得了可喜的成绩。但与发达国家相比,我国的能源经济效率(单位耗能所实现的GDP)是很低的。1994年的能源经济效率,以1tce实现的GDP(美元)为单位,日本为6623,德国4219,法国4115,英国,美国2217;而中国1994年为536,若以2000年的845与之比较,也只有这些国家的13%~38%。另一方面,我国产品的单位能耗较高,据有关资料报导,日本火电厂供电标准煤耗为322克g/kW·h (1998年);日本每吨钢的可比能耗为680kg标准煤(1999年);美国载货汽车运输每百吨公里耗柴油为3.54升(1995年),中国2000年同类数据比发达国家要高18~27%。可见,中国在能源利用效率与世界先进国家相比,还存在较大差距,能源节约的潜力还很大。
中国的能源利用效率低、单位产值能耗高的原因主要有:首先是高能耗的产业结构。中国高能耗产业工业和运输业的比重高达77%。高能耗产业的单位产值能耗约是其他低耗能产业的5.6~8倍,工业的单位产值能耗又是运输业的1.4倍多。其次是能源效率低。中国能源系统(从开采、中间环节到终端利用)的总效率很低,1997年仅为10.3%,这意味着能源经开采、加工、转换、储运、分配到终端利用,有90%被损失和浪费了,而联合国欧洲经济委员会地区(包括西欧、东欧和前苏联) 90年代初相应的数字为20~30%。
(三)能源消费与经济发展
能源消费与国民经济发展有着密切的关系。能源与GDP增长的关系,可用弹性系数来表示。能源生产弹性系数P是能源生产年增长率与GDP年增长率的比值;能源消费弹性系数C是能源消费年增长率与GDP年增长率的比值,表示能源生产或消费增长速度与GDP发展速度之间的关系。C的大小反映了一个国家的经济技术发达程度。C=1, 能源消费量与GDP同步增长(或下降),单位GDP的能耗与上年相同;C<1,能源消耗的增长率小于GDP的增长率;C >1,能源消耗的增长率大于GDP的增长率;C<0,能源消费下降,而GDP增长。
一般能源消费量的增长速度与GDP的发展速度成正比。据统计,在主要工业发达国家中,1950~1975年间GDP年平均增长率最低的是英国,为2.6%,它的能耗年平均增长最慢,只有1.2%,C=0.46;美国、法国、德国、前苏联按顺序提高;GDP年平均增长率最高的是日本,为8.7%,它的能耗年平均增长也最快,达8.8%,C=0.99。世界各国间能源消费存在很大的差距。1990年的数据统计表明,美国的人均能耗为11.70tce,是世界人均能耗2.07 tce 的5.65倍,而人口仅占世界人口的4.7%。中国人均能耗只有0.918 tce,不到世界平均水平的1/2,仅占美国人均能耗的7.8%,而人口却占世界人口的21%,是美国人口的4.5倍。极端不平衡的能源消费水平,从一个侧面反映出各国之间国民经济发展和物质生活水平的差距。因此,加强能源建设,提高人均能耗水平,是促进社会发展和进步的重要因素。
我国1977年以前,C >1;其后至1996年一直是C<1,即GDP的增长率大于能源消耗的增长率。而在“九五”期间,GDP持续增长,能源生产和能源消费均却出现负增长,P=-0.401,C=-0.059。除了国际经济发展的背景之外,主要是因为我国的能源结构战略性调整和能源节约取得了明显成效,使得能源消费显著下降。许多发达国家在某一时期也曾出现C<0的情况。一般来说,C£0没有什么实际意义,这只能是某一地区管理水平较低,技术相对落后的表现,原来的能源耗费很大,一个时期内进行了能源政策的调整、节能工作或压缩能源消费,GDP反而有上升的现象。可以预计,随着我国国民经济正常、有序的发展,能源消费弹性系数仍将转变为正值,应当进一步做好能源结构调整和节能工作,使C值保持在低的水平。
第三节 环境污染及对生态的影响
一、 环境污染与污染源
(一)环境的自净及容量
环境污染是指由于人类活动的干扰达到某一程度时,导致环境质量下降,产生有害于人类及其他生命体的正常生存和发展的现象。环境污染的产生有一个从量变到质变的发展过程,只有当某种污染物质的浓度或其总量超过环境自净的能力,才会产生环境污染。环境受到污染后,在物理,化学和生物的作用下,逐步消除污染物的过程称为环境的自净能力。而在人类生存和自然生态不致受害的前提下,某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量称为环境容量。
1. 环境自净
环境自净能力按发生机理可分为三类:
(1)物理净化作用。通过稀释、扩散,吸附、沉淀、淋洗,挥发,沉降等物理过程达到净化的目的。如含有烟尘的废气,通过大气扩散,降水淋洗,重力的沉降等作用,而得到净化;混浊的污水进入江河湖海后,通过物理的吸附,沉淀和水流的稀释,扩散等作用,水体恢复到清洁的状态。土壤中挥发性污染物如酚、氰,汞等,因为挥发作用,其含量逐渐降低。
(2)化学净化作用。通过氧化、还原,化合、分解,吸附,凝聚,交换等化学反应过程达到净化的目的。如某些有机污染物经氧化还原作用最终生成水和二氧化碳等;水中铜、铅、锌、镉、汞等重金属离子与硫离子化合,生成难溶的硫化物沉淀;铁,锰、铝的水合物,粘土矿物,腐植酸等对重金属离子的化学吸附和凝聚作用。
(3)生化净化作用。通过微生物的吸收、降解以及作用中的化学反应等生物化学过程达到净化的目的。如植物能吸收土壤中的酚、氰,并在体内转化为酚糖甙和氰糖甙;球衣菌可以把酚、氰分解为二氧化碳和水;绿色植物可以吸收二氧化碳,放出氧气。
2. 环境容量
环境容量是在控制污染物浓度时提出的概念。因为尽管各个污染源排放的污染物可能达到(包括稀释排放而达到的)浓度控制的标准,但若不考虑环境自净化和容纳的能力,当某一地区由于污染源集中,污染物排放总量过大,仍会使环境受到严重污染。因此,必须考虑环境容量问题,把各个污染源排入某一环境的污染物总量限制在环境容量允许的范围之内,即总量控制法。
任何特定环境对污染物的容量是有限的。环境容量与环境空间的范围,各环境要素的特征,污染物本身的各种性质有关。环境空间越大,其对污染物的净化能力就越强,它的环境容量就越大,可接纳的污染物就越多,反之则越少;污染物的物理和化学性质越不稳定,环境对它的容量也就越大。污染物的排放,必须与环境容量相适应,否则就要采取控制排放浓度和排放量等环境保护措施。环境容量包括绝对容量和年容量两个方面:
(1)环境绝对容量Cq。绝对容量是指某一环境所能容纳某种污染物的最大负荷量,达到绝对容量与时间无关。环境绝对容量可表示为Cq=(Cs- B),其中,Cs 为环境标准的规定值;B为环境背景特征。如某地土壤中镉的背景值为0.1ppm,农田土壤标准规定的镉的最大容许值为1ppm,该地土壤镉的绝对容量则为0.9ppm。
(2)环境年容量Ca。年容量是指某一环境在污染物的积累浓度不超过环境标准规定的最大容许值的情况下,每年所能容纳的某污染物的最大负荷量。年容量不仅与Cs值和B值有关外,还与污染物的特性和环境对污染物的净化能力有关,可表示为Ca=KCq,其中,K为某污染物在某一环境中的年净化率。如某农田对镉的绝对容量为0.9ppm,农田对镉的年净化率为20%,其年容量则为0.18ppm。按此污染负荷,该农田镉的积累浓度永远不会超过土壤标准规定的镉的最大容许值1ppm。
通常,对在环境中停留的时间很短的非积累性的污染物,用绝对容量来控制这类的污染。如许多SO2污染源各自排放的浓度都没有超过排放标准,但在某一地区集中排放量却大大超过该环境的绝对容量。在这种情况下,只有以环境绝对容量为依据控制该区域的SO2排放总量,才能保证该区的大气环境质量。而对在环境中能产生长期有害效应的积累性污染物,应使其排放与环境的净化速率保持平衡,用年容量这个参数来控制更合适。
3.环境污染的分类
环境污染有不同的类型。按污染产生的原因可分为生产污染(包括工业污染、农业污染、交通污染等)和生活污染;按污染物的形态可分为废气污染,废水污染、固体废物污染、噪声污染、辐射污染等等;按环境要素可分为大气污染,水体污染、土壤污染等;按污染物的性质可分为物理污染、化学污染和生物污染;按污染物的分布范围又可分为全球性污染,区域性污染,局部性污染等。
(二)污染源与污染物
1. 污染源
污染源是指造成环境污染的污染物发生源,一般指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所,设备和装置。污染源可分为天然污染源和人为污染源。天然污染源是指自然现象过程中向环境排放有害物质或造成有害影响的场所,如火山喷发、森林火灾等。人为污染源是指形成污染的人类各种活动场所,也是环境保护工作研究和控制的主要对象。
根据污染源的特点和解决环境问题的对象,人为污染源有多种分类方法。按人类活动的性质可分为生产污染源与生活污染源。按污染源的种类,可分为有机污染源,无机污染源,热污染源,噪声污染源,放射性污染源,病原体污染源以及多种污染物的混合污染源等。事实上,大多数污染源都属于混合污染源。例如,煤燃烧排放出的烟气中就含有CO、CO2、SO2、NOx与粉尘等污染物;化工厂排出的废气中含有H2S、NO2、HF、HCL、NH3等有害气体,这两个例子都属于向环境排放废热。按污染源污染的主要对象,还可分为大气污染源、水体污染源和土壤污染源等。按排放污染物的空间分布方式,把在一个很小范围内或某一个点排放污染物的场所称为点源(包括固定源与移动源),在一个大面积范围排放污染物的场所称为面源,还有扩散源等。
通常是按人类社会活动功能和整个环境污染的情况,把污染源概括地分为工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源。
(1)工业污染源。工业企业是城市、乡镇环境的主要污染源,对环境危害最大。工业污染源来自诸如原料开采、加工生产、石化燃料的燃烧、加热冷却、成品整理等工业生产环节和过程中所使用的设备或场所。工业污染源向环境排放废气、废水、废渣和废热,污染大气、水体和土壤,还产生噪声、振动、有害辐射以及电磁污染来危害周围环境。各种工业生产过程排出的废物含有不同的污染物。例如,煤燃烧过程等气态和固态污染物;一些化工生产过程排出的废气;炼油厂排出的含油废水、硫化物、碱类等;电镀工业废水中主要含有重金属(铬、镐、镍,铜等)离子、酸和碱,氰化物和各种电镀助剂。
(2)农业污染源。农业污染源主要来自不合理施用化肥和农药,除了破坏土壤的生态系统,还破坏水体的生态系统。目前在世界范围内大量使用的化学农药约有50余种,主要污染物有有机氯类、有机磷类、氨基甲酯类、苯氧羧酸类、苯酰胺类等。残留在土壤中的化学肥料氮和磷,以及牧场、养殖场、农副产品加工厂的有机废物,通过降水所形成的径流和渗流进入水体,使水体水质恶化,有时造成河流、水库、湖泊等水体的富营养化。大量氮化合物进入水体则导致饮用水中硝酸盐含量增加,危及人体健康。
(3)交通运输污染源。交通运输污染源主要来自对周围环境造成污染的交通运输设施和设备。这类污染源排放废气和洗刷废水(包括油轮压舱水),泄漏有害液体、发出噪声等都会污染环境。主要污染物有一氧化碳,氮氧化物、碳氢化合物,二氧化硫,铅化合物,苯并(a)芘,石油和石油制品以及有毒有害的运载物。
(4)生活污染源。生活污染源主要来自人类消费活动产生的各种废气物,其污染环境的途径有:①消耗能源排出废气造成大气污染,如城市里居民普遍使用的小炉灶在城市区域内构排放的废气;② 排出生活污水(包括粪便)造成水体污染,如生活污水中的有机物,合成洗涤剂、氯化物以及致病菌、病毒和寄生虫卵等污染物进入水体,恶化水质,并传播疾病;③ 抛弃的城市垃圾造成环境污染,如厨房废物、废塑料、废纸、金属、煤炭和碴土等。
2. 污染物
污染物是生产或使用过程中产生的有害物质。它们从污染源排放进入环境后,使环境的正常组成和性质发生变化,直接或间接危害人类或其他生物。其中,一些是已经没有利用价值进入环境的废弃物,还有一些是生产中没有充分利用的有用物质,有的甚至是生命体必需的营养元素,大量排放形成环境中的污染物。一种物质成为污染物,必须在特定的环境中达到一定的数量或浓度,并且持续一定的时间。例如,铬是人体必需的微量元素,氮和磷是植物的营养元素,如果它们较长时期在环境中的浓度较高,就会造成人体中毒,水体富营养化等有害后果。随着对环境保护工作的日益重视和科学技术的进步,原有污染物的排放量和种类会逐渐减少,但也会发现和产生更多新的污染物。
由污染源直接排入环境的,其物理和化学性质未发生变化的污染物,称为一次污染物。一次污染物可能通过一系列的环境自净作用降解成无害的物质,但也可能形成二次污染物,即在自然环境中通过理化反应或生化作用转变成新的、理化性状与一次污染物不同的污染物。如一次污染物二氧化硫在环境中氧化成的硫酸盐气溶胶;汽车废气中的氧化氮,碳氢化合物等在日光的照射下发生光化学反应,生成的臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、甲醛和酮类等;无机汞化合物通过微生物的作用转变成的甲基汞化合物;某些农药通过微生物或光解作用生成的降解产物等。通常,二次污染物对环境和人体的危害要比一次污染物严重。环境中的污染物既可能是直接由污染源排出的一次污染物,又可能是在环境中转化而成的二次污染物,如大气中的SO3,可能是由污染源直接排出,也可能是由SO2氧化生成。
污染物也有多种分类方法。例如,按污染物污染的主对象可分为大气污染物、水体污染物,土壤污染物等。按污染物的性质可分为物理污染物(包括噪声、微波辐射、放射性污染物等)、化学污染物(包括无机污染物和有机污染物)和生物污染物(包括病原体,变应原污染物等)。也可按污染物的形态分为气体、液体和固体污染物。
(三)环境污染的控制
控制环境污染,首先要建立和健全国家的政策、法令和标准。如《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等法令,以及《地面水环境质量标准》、《环境空气质量标准》、《污水综合排放标准》《大气污染物综合排放标准》等标准。国家制定法令对环境污染的控制与管理做了明确规定,如要求排放污染物必须遵守国家标准,超过标准的要收取排污费,对已造成环境污染的部门必须进行积极治理等。各种环境质量标准与污染物排放标准均为控制环境污染法规,分为国家、地方和地区三级。其次是通过区域建设规划和企业管理制约和控制环境污染。在制订区域建设时,从宏观上把污染源控制与工业布局、能源、交通运输以及公用设施的规划统一考虑、统筹安排,保证社会发展、经济腾飞和环境清洁的统一。
控制环境污染采取环境污染总量控制方法,即根据环境质量标准,借助调控污染源分布状况与污染物排放方式,把污染物在单位时间内排放的负荷总量控制在自然环境容量的承载能力范围之内。
污染物总量受污染源分布状况、污染物排放方式、污染物质性质、环境质量标准以及自然环境背景五个重要因素的影响和支配。其中,自然环境背景是客观因素,前三个是可以通过技术手段加以控制的人为因素,而环境质量标准是客观存在与主观愿望之间的调控因素,受到经济与技术的约束。由于允许排污总量随污染源分布状况与污染物排放方式不同而不同,所以调控污染源分布状况、改变污染物有害性质以及污染物排放方式成为总量控制的重要问题。另外,由于政策和技术原因,无法完全限制全部污染物质的排放和在限定时间内按规定的排污总量全部排出,仍可能出现超标排放而污染环境。因此,实施总量控制的同时,还须附加控制浓度的措施,才能有效地防治环境污染。
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