Тепловое загрязнение воды: Загрязнение водоемов тепловое

Выполнила: Губина Ю. Ю. гр.292

Проверила: Яковлева А.В.

Казань, 2012

Введение

Тепловое загрязнение

Последствия теплового загрязнения естественных водоёмов

Ущербы теплового загрязнения

Технологические пути решения проблемы охлаждения на электростанциях

Экономический эффективность природоохранных мероприятий во избежание теплового загрязнения

Заключение

Список используемых материалов

Введение

Вода — важнейший минерал на Земле, который нельзя заменить никаким другим веществом.

Она составляет большую часть любых организмов, как растительных, так и животных, в частности, у человека на её долю приходится 60-80% массы тела. Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие и т.д.

Для человека вода имеет важное производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д. Проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов.

При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органических и минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей, опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водного бассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятий и тепловых электростанций в реки и озера.

Тепловое загрязнение

Это- тип физического (чаще антропогенного) загрязнения окружающей среды, характеризующийся увеличением температуры выше естественного уровня.

Основные источники теплового загрязнения — выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов и воздуха, сброс в водоемы нагретых сточных вод.

Использование воды из естественных водоёмов в качестве охладителя

Наиболее крупные проблемы термального загрязнения связаны с тепловыми электростанциями.

Выработка электричества с помощью пара неэффективна, поскольку в этом случае используется 37-39% энергии, заключённой в угле, и 31% ядерной энергии. Несмотря на все недостатки, тепловые электростанции продолжают существовать.

Большая часть энергии топлива, которая не может быть превращена в электричество, теряется в виде тепла. Наиболее простым способом избавления от этого тепла является выброс его в атмосферу.

Но более экономичный путь состоит в использовании в качестве охладителя воды с её способностью аккумулировать огромное количество тепла с незначительным повышением собственной температуры, чтобы затем она сама постепенно отдавала тепло в воздух.Серьёзной экологической проблемой является то, что обычным способом использования воды для поглощения тепла является прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и затем возвращение её в естественные водоёмы без предварительного охлаждения.

Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется озеро площадью 810 га, глубиной около 8,7 м.Электростанции могут повышать температуру воды по сравнению с окружающей на 5-15 С. Если температура воды в водоёме составляет 16 С, то температура отработанной на станции воды будет от 22 до 28 С.

В летний период она может достигать 30-36 С.

Последствия теплового загрязнения естественных водоёмов

Повышение температуры в водоёмах пагубно влияет на жизнь водных организмов. В течение длительной эволюции холоднокровные обитатели водной среды приспособились к определённому интервалу температур. Для каждого вида существует температурный оптимум, который на определённых стадиях жизненного цикла может несколько изменяться.

В определённых пределах эти организмы способны приспосабливаться к жизни при более высоких или более низких температурах. Если организм живет в условиях самых высоких температур присущего ему интервала, он настолько к ним приспосабливается, что гибель его может наступать при температурах несколько более высоких, чем для организма, постоянно живущего в условиях более низких температур.

Загрязнение воды

Большая часть водных организмов быстрее приспосабливается к жизни в более тёплой воде, нежели в более холодной. Однако эта способность к адаптации не имеет абсолютных максимальных или минимальных пределов и меняется в зависимости от вида.

В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды.

Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают. Тепловой шок — это крайний результат теплового загрязнения.

Результатом сброса в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ. Согласно закону Ван Хоффа, скорость химической реакции удваивается с увеличением температуры на каждые 10 С. Поскольку температура тела холоднокровных организмов регулируется температурой окружающей водной среды, повышение температуры воды усиливает скорость обмена веществ у рыб и водных беспозвоночных.

В свою очередь это повышает их потребность в кислороде. В то же самое в результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть.

В летнее время повышение температуры воды всего на несколько градусов может вызвать 100%-ную гибель рыб и беспозвоночных , особенно тех, которые обитают у южных границ температурного интервала. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб — вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию .

Если разрушающая сила электростанций превышает способность видов к самовосстановлению, популяция приходит в упадок. Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются.

Если тепловое загрязнение усугубляется поступлением в водоём органических и минеральных веществ (смыв удобрений с полей, навоза с ферм, бытовых стоков), происходит процесс эвтрофикации, то есть резкого повышения продуктивности водоёма.

Азот и фосфор, служа питанием для водорослей, в том числе микроскопических, позволяет последним резко усилить свой рост. Размножившись, они начинают закрывать друг другу свет, в результате чего идёт процесс их массового отмирания и гниения, сопровождающийся ускоренным потреблением кислорода, вплоть до полного его исчерпания.

А в этом случае, как уже говорилось, вся экосистема может погибнуть. Кроме изменения среды обитания водных организмов электростанции могут оказывать на них и физическое влияние. Солёная вода, использующаяся для охлаждения, оказывает сильное коррозирующее влияние на металлические поверхности и вызывает высвобождение ионов металлов, особенно меди, в воду. Ракушечные животные накапливают медь в таких количествах, что становятся непригодными для использования их человеком.

Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека.

Загрязнение вод

В 2007 г. продолжилось общее снижение водопотребления в стране, которое произошло за счет сокращения использования воды на хозяйственно-питьевые и сельскохозяйственные нужды.

В производственном секторе потребление воды несколько выросло…

Тепловое загрязнение является формой физического (в основном антропогенного) загрязнения, возникающего в результате повышения температуры среды в связи с выбросами промышленными и военными объектами нагретого воздуха, отходящих газов и вод, а также возникновения крупных пожаров. Тепловое загрязнение может возникать и как вторичный результат изменения химического состава атмосферы (парниковый эффект).

Для большинства войсковых объектов тепловое загрязнение окружающей среды не является характерным по причине незначительности тепловых выбросов.

Но оно становится опасным фактором при применении ядерного оружия, зажигательных средств и возникновении пожаров.

Сельскохозяйственные угодья, леса и другие природные экосистемы чрезвычайно уязвимы к действию излучения, испускаемому огненным шаром ядерного взрыва в видимой и инфракрасной области спектра.

Тепловое излучение воспламеняет сухие горючие материалы и подсушивает влажные (в частности растительность), увеличивая их горючесть. Вторичные очаги пожаров возникают за счет разноса горящих материалов ударной волной. Поваленные ударной волной, разрушенные строения, сбитые ветви и листва становятся дополнительным источником топлива для низовых пожаров.

Ударная волна от воздушного взрыва мощностью 1 Мт оголяет лиственный лес на площади около 500 км2, сбивает ветки с сухостойных и хвойных деревьев на площади ~ 350 км2.

Лесные пожары, инициированные ядерным взрывом, быстрее развиваются, поглощают больше топлива и горят более интенсивно, чем природные. Распространение огня за пределы зоны первичных возгораний может привести к значительному увеличению площади, охваченной пожарами.

Все типы зажигательных средств позволяют создавать на площади цели очаги пожаров, которые представляют особую опасность в силу их способности к самораспространению на местности.

Тепловое загрязнение

Зажигательные средства, снаряженные напалмом, могут охватить очагами возгорания площадь около 6 км2 на 1 кг напалма. Практическое применение их в тропических листопадных лесах показывает, что для полного уничтожения растительности в пределах площади, одновременно охваченной очагами возгорания, достаточно трех авиабомб, снаряженных напалмом. Поражающий эффект значительно увеличивается при применении зажигательных средств после предварительной обработки лесного массива гербицидами и дефолиантами.

Возникновение пожаров на таких войсковых объектах как склады и базы хранения горючего также связано с массированным выделением тепловой энергии в окружающую среду, приводящим к опасным тепловым воздействиям на экосистемы.

Воздействие пожаров на экосистемы определяется общим биоцидным действием теплового потока и, в меньшей степени, физическими изменениями, происходящими в почве при ее нагреве.

Другими источниками теплового загрязнения являются сбросовые воды на тепловых и атомных электростанциях, полях аэрации, выбросы нагретых газов теплоэнергетическими установками, боевой и транспортной техникой, утечки из тепловых коммуникаций.

Тепловое загрязнение изменяет микроклимат районов воздействия, тепловой режим водных объектов, что приводит к сдвигу природного равновесия в данном биогеоценозе. В результате этого снижается продуктивность экосистемы в целом и в ней исчезает определенное количество видов.

Формирование теплового поля объектов с внутренним источником теплоты существенно зависит от преобладающего вида теплопередачи от источника к излучающей земной поверхности.

По этому признаку объекты условно разделяют на три группы.

В объектах первой группы передача теплоты от источника к земной поверхности происходит кондуктивным путем (теплопроводностью). К этой группе объектов относятся: скрытые очаги самовозгорания в природных и антропогенных скоплениях горючего материала; постоянные утечки из подземных водонесущих коммуникаций.

На полигонах по захоронению твердых промышленных, строительных и бытовых отходов, представляющих собой площадки в несколько десятков гектаров, покрытых толстым слоем (более 10 м) утрамбованных отходов, возможно возникновение очагов возгорания как от искр работающих механизмов, так и окисления некоторых видов отходов.

Отмечались случаи возгорания от самопроизвольной фокусировки солнечного излучения отходами оптического производства.

От разных причин возникают возгорания на торфяниках в их естественном залегании, а также на торфоразрабатывающих предприятиях. Медленное горение, не достигающее температуры воспламенения (3000С), на торфяниках может продолжаться несколько недель, создавая экологически опасное загрязнение экосистемы.

Характер формирования тепловых аномалий от утечек из подземных водонесущих коммуникаций может быть прямым и косвенным (при утечках из теплопроводов и при утечках водопроводов и канализации).

Во второй группе объектов передача теплоты источника и излучающей земной поверхности происходит путем конвективного теплообмена.

Сюда относятся тепловые сбросы в поверхностные воды и отдельные виды выбросов загрязнений в атмосферу.

Тепловыми выбросами в атмосферу являются выбросы из дымовых труб ТЭЦ, котельных, промышленных предприятий, жилых зданий. Поэтому крупные города и промышленные центры можно считать “тепловыми островами” на фоне естественных экосистем.

К объектам третьей группы относятся аварийные утечки из подземных водонесущих коммуникаций.

Регистрируемая аномалия формируется за счет кондуктивного теплового потока в грунте и конвективной теплопередачи движущейся теплофикационной воды. В случае выхода теплофикационной воды на земную поверхность решающая роль в формировании контраста принадлежит разности температур горячей воды и фона.

Если тепловое загрязнение окружающей среды носит локальный характер и большой угрозы для природных экосистем не представляет, то накопление загрязнителей в атмосфере носит гибельный характер, приводит к изменению теплового режима в окружающей среде.

Глобальное изменение температуры на 2 — 30С в любом направлении приведет к непредсказуемым результатам. В частности растительный мир не будет выполнять свои естественные функции.

В последнее время происходит резкое изменение климата в ряде районов, что сопровождается, с одной стороны, ненормальной плотностью осадков и связанными с ними наводнениями, с другой стороны, — с многолетними засухами, не менее вредными для экосистемы Земли.

В Северной Африке засуха сопровождается продвижением пустыни Сахары в южном направлении со скоростью 30 миль в год.

Наличие углекислого газа в атмосфере создает тепличный (парниковый) эффект. Излучение Земли (l = 2 — 40 мкм) не может свободно проходить через земную атмосферу. Пары воды и углекислый газ поглощают инфракрасное излучение Земли, вызывая парниковый эффект.

Учеными предсказано, что при продолжении изменения химического состава атмосферы (прежде всего росте концентрации углекислоты) уже в первой половине XXI в. можно ожидать небывалого потепления климата.

Обратный процесс — твердые частицы в атмосфере Земли мешают проникновению солнечной радиации, что ведет к охлаждению планеты.

Вся человеческая жизнь настроена на вполне определенные климатические условия.

Цивилизация в современном смысле слова, может существовать лишь в очень узком диапазоне температур. Похолодание на 3 — 4 градуса приведет к тому, что снова наступит ледниковый период и большая часть планеты превратится в ледяную пустыню. Пригодные для жизни области будут занимать лишь узкую экваториальную зону.

Увеличение средней температуры на 4 — 5 градусов приведет к необратимому таянию ледников, повышению уровня океана на десятки метров и затоплению наиболее плодородных областей планеты.

Конечно, этот процесс будет длительным, и таяние ледников Антарктиды займет многие сотни лет. При этом большая часть оставшейся поверхности планеты превратится в засушливую полупустыню.

ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ — это… Что такое ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ?

ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

1) Т. з. водоёмов — повышение темп-ры воды по сравнению с обычной для данного водоёма из-за сброса в него тёплых сточных вод. Это приводит к цветению воды, уменьшению растворимости газов (в т. ч. кислорода), способствует размножению патогенных микроорганизмов кишечной группы, отрицательно влияет на нек-рые сорта рыб и т. п.

2) Т. з. атмосферы — повышение её темп-ры вследствие интенсификации хозяйств, деятельности, в осн. характеризующейся ростом кол-ва сжигаемого топлива, что, кроме увеличения тепловыделений, создаёт из-за поступления в атмосферу двуокиси углерода тепличный (парниковый) эффект, способствующий увеличению поглощаемой Землёй солнечной энергии. Рост Т. з. в значит. степени определяется работой ТЭС.

Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

• ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ
• ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Смотреть что такое «ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ» в других словарях:

• ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ — тип физического (чаще антропогенного) загрязнения окружающей среды, характеризующийся увеличением температуры выше естественного уровня. Основные источники теплового загрязнения выбросы в атмосферу нагретых отработанных газов и воздуха, сброс в… …   Экологический словарь

• тепловое загрязнение — термальное загрязнение Форма физического загрязнения среды, характеризующаяся периодическим или длительным повышением ее температуры против естественного уровня. [ГОСТ 30772 2001] Тематики ресурсосбережение, обращение с отходами Синонимы… …   Справочник технического переводчика

• тепловое загрязнение — Нагревание участков окружающей среды в результате выброса веществ с высокой температурой и выделения тепла в результате хозяйственной деятельности, например, от охлаждающих башен тепловых электростанций или сброса горячих вод в реки и озера, что… …   Словарь по географии

• тепловое загрязнение — šiluminė tarša statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Tarša, atsiradusi nutekėjus šilumai iš įrenginių į aplinką dėl kuro deginimo. Pasireiškia pasauliniu klimato šiltėjimu. atitikmenys: angl. heat pollution; thermal pollution vok …   Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

• тепловое загрязнение — šiluminė tarša statusas T sritis Energetika apibrėžtis Tarša, atsiradusi nutekėjus šilumai iš įrenginių į aplinką dėl kuro deginimo. Ji pasireiškia pasauliniu klimato šiltėjimu. atitikmenys: angl. thermal pollution vok. Wärmeverschmutzung, f rus …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

• тепловое загрязнение вод — Загрязнение вод в результате поступления тепла. [ГОСТ 17.1.1.01 77] Тематики водоснабжение и канализация в целом EN thermal pollution of water DE termische Wasserverunreinigung FR la pollution thermique des eaux …   Справочник технического переводчика

• Тепловое загрязнение вод — 43. Тепловое загрязнение вод D. Termische Wasserverunreinigung E. Thermal pollution of water F. La pollution thermique des eaux Загрязнение вод в результате поступления тепла Источник: ГОСТ 17.1.1.01 77: Охрана природы. Гидросфера. Использование… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ — комплекс разнообразных воздействий человеческого общества на биосферу, приводящих к увеличению уровня содержания вредных веществ в биосфере, появлению новых хим. соединений, частиц и чужеродных предметов, чрезмерному повышению темп ры (тепловое 3 …   Биологический энциклопедический словарь

• ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЕПЛОВОЕ — загрязнение, вызываемое повышением температуры среды. Происходит главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха и воды (например, при работе турбин ГРЭС, АЭС), которые изменяют термические, химические и биологические режимы… …   Экологический словарь

• Загрязнение атмосферы Земли — Загрязнение атмосферы промышленными выбросами в Нижнем Новгороде …   Википедия

Технические решения по предотвращению теплового загрязнения водоемов в пределах урболандшафта Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 628.32

Т. С. Титова, Р. Г. Ахтямов, Э. С. Насырова

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ТЕПЛОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ В ПРЕДЕЛАХ УРБОЛАНДШАФТА

Дата поступления: 29. 1 1.2016 Решение о публикации: 19.12.2016

Цель: Разработка и научное обоснование технического решения по предотвращению теплового загрязнения водоемов — охладителей объектов электроэнергетики. Методы: Патентная проработка, методы системного анализа. Результаты: Установлено, что водоемы-охладители, в которые сбрасываются подогретые воды с объектов электроэнергетики, подвержены тепловому загрязнению. В связи с этим водоемы становятся непригодными для жилищно-коммунального хозяйства, а именно: для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения населения и рекреационного водопользования. Существующие технические решения по предотвращению теплового загрязнения водоемов имеют ряд недостатков: невысокую надежность ввиду сложности и громоздкости конструкции; ограниченные функциональные возможности, обусловленные неполноценным использованием теплоносителя и длительным нагревом холодной воды. На основе проведенной патентной проработки существующих способов снижения теплового загрязнения разработан тепло-утилизатор подогретых вод объектов электроэнергетики (патент РФ № 134621 ). Для разработанного теплоутилизатора характерно расширение функциональных возможностей существующих способов предотвращения теплового загрязнения за счет использования тепловой энергии подогретых вод электростанций для нагрева холодной воды и, соответственно, охлаждения подогретых вод. Практическая значимость: Предлагаемое техническое решение позволяет утилизировать тепло подогретых вод объектов электроэнергетики перед сбросом в водоем-охладитель. Тем самым теплоутилизатор предотвращает тепловое загрязнение водоема и, как следствие, обеспечивает требуемый уровень качества вод для водоснабжения и снабжает потребителя теплой водой, то есть способствует решению нескольких задач жилищно-коммунального хозяйства.

Урболандшафт, жилищно-коммунальное хозяйство, водоем, тепловое загрязнение, теплоутилизатор.

Tamila S. Titova, D. Eng., professor, Rasul G. Akhtyamov, Cand. Sci (Eng.), assoc. professor, Elina S. Nasyrova, postgraduate student, [email protected] (Petersburg State Transport University) TECHNICAL SOLUTIONS FOR PREVENTION THERMAL POLLUTION OF PONDS WITHIN URBOLANDSCAPE

Objective: The development and scientific substantiation of technical solutions for prevention thermal pollution of cooling pond of power facilities. Methods: Patent study,

methods of system analysis. Results: Found that cooling ponds in which discharged heated water from electric power facilities, leading to thermal pollution. In connection with which the waters become unfit for housing and communal services, namely drinking and domestic water supply and recreational water use. The existing technical solution for preventing thermal pollution of water bodies have a number of drawbacks, namely low reliability due to the complexity and bulkiness of the structure; limited functionality due to not fully using the heat medium and long cold water. On the basis of the patent study of existing methods of reducing thermal pollution, the developed heat exchanger heated waters of power objects (patent RU № 134621). Designed heat exchanger characterized by enhanced functionality available ways to prevent thermal pollution due to the use of thermal energy of the heated waters of power plants for heating of cold water and correspondingly cooling the heated waters. Practical importance: The proposed by authors technical solution allows utilizing the heat energy of the heated waters of power facilities before discharge into cooling ponds. Thus, the heat exchanger prevents thermal pollution of the reservoir and consequently provides a desired level of water quality for water supply and supplies the consumers with warm water, i. e., contributes to several tasks of housing and communal services.

Urbolandscape, housing and communal service, pond, thermal pollution, heat exchanger.

Введение

Одной из отраслей жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), обеспечивающей функционирование урболандшафта и создающей комфорные условия для проживания населения, является теплоэнергетика, которая обеспечивает город электричеством, тепловой энергией и горячей водой. На территории РФ построено 358 тепловых электростанций (ТЭС) мощностью более 25 МВт. Работа ТЭС сопровождается использованием различных видов топлива (природного газа, мазута, угля) и значительных объемов воды, необходимой для охлаждения технических агрегатов.

Различают следующие системы циркуляционного водоснабжения

ТЭС:

— прямоточные: водозабор производится из водотока или проточного водоема, водоотведение соответственно;

— оборотные: водоемы-охладители, градирни и брызгальные бассейны;

— смешанные: прямоточно-оборотные.

При этом наиболее эффективными с точки зрения негативного влияния на природную среду являются градирни, которые исключают использование компонентов природной среды — водных объектов. Однако на практике широко используются водоемы-охладители, в которые сбрасываются подогретые воды с ТЭС, вызывающие их тепловое загрязнение [1-5, 10-12, 14-16]. В соответствии с СанПиН 2.1.5.980-00 при превышении летней температуры поверхностных вод в результате сброса сточных вод больше чем на 3 °С

среднемесячной температуры воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет водный объект становится непригодным для ЖКХ, то есть для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения населения и рекреационного водопользования.

Одновременно с изучением влияния ТЭС на природную среду ведется разработка способов снижения и предотвращения теплового загрязнения водоемов в пределах урболандшафта. Одним из современных способов снижения температуры сбрасываемых подогретых вод ТЭС является рекуперация тепла.

Этот способ снижения теплового загрязнения реализуется в следующих технических решениях:

— утилизатор тепла сточных вод, представляющий собой теплообмен-ный резервуар стоков, состоящий из горизонтального контейнера для сточной воды, внутри которого параллельно расположены плоские теплообменники из нержавеющей стали с холодной водой системы водоснабжения [13];

— отопительная система с оптимизированной схемой рекуперации тепла отработанных вод, включающая тепловой насос, удерживающий резервуар отработанных вод, и теплообменник для рекуперации тепла [6];

— теплоутилизатор, состоящий из корпуса, разделенного герметичной перегородкой на отсеки для горячей и холодной сред, и пучка тепловых труб, проходящих через отсеки и закрепленных в перегородке [9];

— теплоутилизатор, состоящий из частично заполненного теплоносителем корпуса с тангенциальным патрубком подвода теплоносителя и трубы слива последнего и размещенного внутри корпуса змеевика и очистительного устройства, выполненного в виде плавающего на поплавке ротора, соединенного с фильтром, щетками и заслонкой [8].

Недостатком приведенных технических решений является невысокая надежность ввиду сложности и громоздкости конструкции; ограниченные функциональные возможности, обусловленные не полноценным использованием теплоносителя и длительным нагревом холодной воды.

Разработка теплоутилизатора

На основе проведенного исследования существующих способов снижения теплового загрязнения разработан теплоутилизатор [7] подогретых вод объектов электроэнергетики, представленный на рисунке.

Теплоутилизатор состоит из заполненного теплоносителем корпуса 1, выполненного из теплоизоляционного материала, с патрубком 2 подвода теплоносителя, патрубком 3 подвода холодной воды, патрубком 4 отвода охлажденной воды и патрубком 5 отвода подогретой воды. Патрубки 3 и 5 снабжены задвижками 6 и 7. В корпусе 1 размещены змеевики 8 и 9 для нагреваемой среды, которые соединены между собой, при этом змеевик 9 меньшего

2

^ 6

/

7

Теплоутилизатор подогретых вод объектов электроэнергетики: 1 — корпус теплоутилизатора; 2 — патрубок подвода теплоносителя; 3 — патрубок подвода холодной воды; 4 — патрубок отвода охлажденной воды; 5 — патрубок отвода подогретой воды; 6, 7 — задвижки; 8, 9 — змеевики; 10, 11 — датчики температуры

диаметра расположен внутри змеевика 8 большого диаметра. На патрубке 3 и на месте соединения змеевиков 8 и 9 с патрубком 5 установлены датчики температуры 10 и 11.

Разработанный теплоутилизатор подогретых вод объектов электроэнергетики работает следующим образом: одновременное наполнение змеевиков 8 и 9 холодной (водопроводной) водой осуществляется через патрубок 3 (задвижка 6 открыта). После заполнения змеевиков 8 и 9 задвижка 6 закрывается. Змеевики 8 и 9 выполнены в спиралевидной форме. Наполнение корпуса 1 теплоносителем (подогретыми водами с объектов ТЭС) осуществляется через патрубок 2, при этом обеспечивается постоянный подвод теплоносителя по патрубку 2 и отвод охлажденной воды по патрубку 4 в водоем-охладитель. Корпус 1 представляет собой цилиндр, выполненный из теплоизоляционного материала. В результате теплообмена между теплоносителем в корпусе 1 и холодной водой в змеевиках 8 и 9 вода нагревается до температуры теплоносителя. При равенстве температур по показаниям датчиков 10 и 11 откроется задвижка 7 для отвода подогретой воды потребителю. После полного опорожнения змеевиков 8 и 9 закроется задвижка 7 и откроется задвижка 6 для их заполнения.

Заключение

Предлагаемое техническое решение позволяет утилизировать тепло подогретых вод ТЭС перед сбросом в водоем-охладитель. Тем самым тепло-

утилизатор предотвращает тепловое загрязнение водоема и, как следствие, обеспечивает требуемый уровень качества вод для водоснабжения и снабжает потребителя теплой водой, то есть способствует решению нескольких задач ЖКХ.

Библиографический список

1. Афонина Е. Ю. Многолетняя динамика зоопланктона в водохранилище-охладителе ГРЭС в условиях Забайкалья по материалам мониторинга (на примере Харанорско-го водохранилища) / Е. Ю. Афонина, М. Ц. Итигилова. — Хабаровск: ДВО РАН, 2005. -С. 130.

2. Горюнова С. В. Антропогенное эвтрофирование водоема — охладителя АЭС как возможная причина чрезвычайной ситуации техногенного характера / С. В. Горюнова // Вестник российского университета дружбы народов, серия: Агрономия и животноводство. — 2009. — № 2. — С. 35-42.

3. Зубарева Э. Л. Качество поверхностных вод: проблемы и решения / Э. Л. Зубарева, Н. А. Белоконова // Экология и промышленность России. — 2007. — № 6. — С. 28-29.

4. Масликов В. И. Природно-технические системы в энергетике / В. И. Масликов, М. П. Федоров // Известия Российской академии наук. Энергетика. — 2005. — № 6. — С. 7-16.

5. Морозова О. Г. Факторы эвтрофикации экосистемы водоемов-охладителей и принципы оптимизации качества воды для технологических целей и аквакультуры: автореф. дисс. … д-ра биолог. наук: 03.00.16 / О. Г. Морозова. — Красноярск, 2003. — 38 с.

6. МПК F24D11/02. Отопительная система с оптимизированной рекуперацией тепла отработанных вод / Мур Ален. № 2011112855/12.2009.

7. Патент 134621 РФ. Теплоутилизатор подогретых вод объектов электроэнергетики / А. Н. Елизарьев, Э. С. Хаертдинова, И. В. Садыков, А. А. Зиновьев, Н. Н. Красногорская, заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Уфимский гос. авиац. технич. ун-т. -2013120742/06, опубл. 20.11.2013.

8. Патент 2042099 РФ. Теплоутилизатор / И. Ю. Яркова, заявитель и патентообладатель И. Ю. Яркова, опубл. 20.08.1995.

9. Патент 2375660 Укр. Теплоутилизатор / А. Н. Гершуни, А. П. Нищик, заявитель и патентообладатель научно-производственное кооперативное предприятие «РИКС» (иА) — 2007116086/06, опубл. 10.12.2009.

10. Пашкова М. А. Мониторинг токсикантов в экосистеме водоема-охладителя для обеспечения производства энергии и гидроэкологической безопасности территории на примере Березовской ГРЭС-1: автореф. дисс. … канд. биолог. наук: 03.00.16 / М. А. Пашкова. — Красноярск, 2004. — 25 с.

11. Рихтер Л. А. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций / Л. А. Рихтер, Э. П. Волков, В. Н. Покровский. — М.: Энергоиздат, 1981. -294 с.

12. Токарева О. Ю. Комплексный анализ изменения состояния водоема — охладителя ТЭС и возможные пути его восстановления: на примере озера в г. Чите: автореф. дисс. … канд. техн. наук: 25.00.36 / О. Ю. Токарева. — Чита, 2004. — 21 с.

13. Утилизация тепла сточных вод [Электронный ресурс]. URL: http://www. polarsolvostok. ru/texdoc/stok.html (дата обращения 01.11.2016).

14. Хаертдинова Э. С. Исследование экологического состояния водоемов урбанизированных территорий в условиях теплового загрязнения / Э. С. Хаертдинова, А. Н. Кутли-ахметов, А. Н. Елизарьев, Р. Р. Муллаянов и др. // Вода: химия и экология. — 2012. — № 5. -С. 3-10.

15. Хассан Т. Моделирование теплового факела для оценки эффективности инженерных решений по снижению теплового загрязнения водоема-охладителя ТЭЦ: автореф. дисс. … канд. техн. наук: 03.02.08 / Т. Хассан. — М., 2012. — 21 с.

16. Хендерсон-Селлерс Б. Умирающие озера. Причины и контроль антропогенного эвтрофирования / Б. Хендерсон-Селлерс, Х. Р. Маркленд. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990. -С. 290.

References

1. Afonina E. Ju. & Itigilova M. C. Mnogoletnjaja dinamika zooplanktona v vodohra-nilishhe-ohladitele GRJeS v uslovijah Zabajkal’ja po materialam monitoringa (na primere Ha-ranorskogo vodohranilishha) [Long-term dynamics of zooplankton in reservoir-cooler of the GRES in the conditions of Transbaikalia according to the materials of the monitoring (for example, Kharanorskaya reservoir)]. Khabarovsk, 2005. 130 p.

2. Gorjunova S. V. Vestnik rossiyskogo universiteta druzhbyi narodov, seriya: Agronomi-ya i zhivotnovodstvo — Bulletin of Peoples’ Friendship University of Russia. Series: agronomy and animal industries, 2009, no. 2, pp. 35-42.

3. Zubareva Je. L. & Belokonova N. A. Ekologiya ipromyishlennost Rossii — Ecology and industry of Russia, 2007, no. 6, pp. 28-29.

4. Maslikov V. I. & Fedorov M. P. Izvestiya Rossiyskoy akademii nauk. — Energetika Bulletin of the Russian academy of sciences. Energy, 2005, no. 6, pp. 7-16.

5. Morozova O. G. Faktory jevtrofikacii jekosistemy vodoemov-ohladitelej i principy optimizacii kachestva vody dlja tehnologicheskih celej i akvakul’tury [Factors of eutrophication of the ecosystem of reservoirs-coolers and the principles of optimizing the quality of water for technological purposes and aquaculture: autoabstract]. Krasnoyarsk, 2003. 38 p.

6. MPK F24D11/02. Otopitel’naja sistema s optimizirovannoj rekuperaciej tepla otrabotannyh vod/Mur Alen [Heating system with optimized recovery of waste water heat]. № 2011112855/12.2009.

7. Patent RU 134621. MPK F28C. Teploutilizator podogretyh vod ob’ektov jelektrojen-ergetiki [Heat exchanger the heated waters of power objects]. A. N. Elizar’ev, Je. S. Haertdinova, I. V. Sadykov, A. A. Zinov’ev, N. N. Krasnogorskaja; patent aphlicant and owner FGBOU VO Ufa State Aviation Technical University (RU). 2013120742/06, publ. on 20.11.2013.

8. Patent RU 2042099, MPK F28C3/06. Teploutilizator [Heat exchanger]. I. Ju. Jarkova; patent aphlicant and owner I. Ju. Jarkova (RU), publ. on 20.08.1995.

9. Patent UA 2375660, MPK F28D15/02 (2006.01). Teploutilizator [Heat exchanger]. A. N. Gershuni, A. P. Nishhik; patent aphlicant and owner NPKP «RIKS» (UA). 2007116086/06, publ. on 10.12.2009.

10. Pashkova M. A. Monitoring toksikantov v jekosisteme vodoema-ohladitelja dlja obespechenija proizvodstva jenergii i gidrojekologicheskoj bezopasnosti territorii na primere Berezovskoj GRJeS-1 [Monitoring of toxicants in the ecosystem of cooling pond for the production of energy and hydroecological safety of the territory, for example, Berezovskaya GRES-1: autoabstract]. Krasnoyarsk, 2004. 25 p.

11. Rihter L.A., Volkov Je. P. & Pokrovskij V. N. Ohrana vodnogo i vozdushnogo basse-jnov ot vybrosov teplovyh jelektrostancij [Protection of water and air pools from emissions of thermal power plants]. Moscow, 1981. 294 p.

12. Tokareva O. Ju. Kompleksnyj analiz izmenenija sostojanija vodoema-ohladitelja TJeS i vozmozhnye puti ego vosstanovlenija: na primere ozera v g. Chite [Comprehensive analysis of the state change of the cooling pond of thermal power plants and possible ways of its restoration: the example of lake in the city of Chita: autoabstract]. Chita, 2004. 21 p.

13. Utilizacija tepla stochnyh vod [Recycling heat from waste water], availaible at: http://www.polarsolvostok.ru/texdoc/stok.html (cited 01.11.2016).

14. Haertdinova Je. S., Kutliahmetov A. N., Elizar’ev A. N., Mullajanov R. R. & Kras-nogorskaja N. N. Voda: himiya i ekologiya — Water: chemistry and ecology, 2012, no. 5, pp. 3-10.

15. Hassan T. Modelirovanie teplovogo fakela dlja ocenki jeffektivnosti inzhenernyh reshenij po snizheniju teplovogo zagrjaznenija vodoema-ohladitelja TJeC [modeling of the thermal torch to assess the effectiveness of engineering solutions to reduce thermal contamination of the cooling pond of CHP: autoabstract]. Moscow, 2012. 21 p.

16. Henderson — Sellers B., Marklend H. R. Umirajushhie ozera. Prichiny i kontrol’ an-tropogennogo jevtrofirования [Dying of the lake. Causes and control of anthropogenic eutro-phication]. Leningrad, 1990. 290 p.

ТИТОВА Тамила Семеновна — д-р техн. наук, профессор, заведующая кафедрой, проректор по научной работе; АХТЯМОВ Расул Гумерович — канд. техн. наук, доцент; НАСЫРОВА Элина Сагитовна — аспирант, ElinaSagitovna@yandex. ru (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).

© Титова Т.С., Ахтямов Р. Г., Насырова Э.С., 2016

Тепловое загрязнение — обзор

Тепловое загрязнение

Изменение человеком естественного температурного режима пресноводных местообитаний вызывает тепловое загрязнение. Термическое загрязнение — это любое отклонение от естественной температуры в среде обитания и может варьироваться от повышенных температур, связанных с промышленным охлаждением, до сбросов холодной воды в ручьи ниже крупных водохранилищ. Учитывая, что скорость метаболизма эктотермов контролируется температурой и что подавляющее большинство пресноводных организмов являются эктотермными, тепловое загрязнение может сильно повлиять на пресноводные сообщества.Изменения нормального температурного режима воды имеют множество биологических эффектов, включая нарушение температурных сигналов для нереста рыб, облегчение акклиматизации экзотических видов и изменение роста и развития водных организмов (Langford, 1990). Кроме того, водные организмы эволюционировали в среде с относительно термическим буфером, и поэтому они, как правило, более чувствительны к колебаниям температуры, чем их наземные аналоги.

Допуски по температуре среди видов пресноводных организмов сильно различаются, но все они имеют оптимальный диапазон и низкие и высокие пределы, в которых они могут выжить.Повышение температуры вызывает увеличение скорости роста до определенного предела. Выше некоторого порога происходит повреждение. Поскольку температура определяет скорость на нескольких уровнях биологической организации (например, от ферментативных реакций до метаболизма целых организмов), изменения температуры, связанные с тепловым загрязнением, в конечном итоге влияют на скорость экосистемных процессов и функций, таких как круговорот и разложение питательных веществ.

Большинство форм теплового загрязнения связаны с повышением температуры, и хотя последствия экстремального повышения температуры очевидны, относительно небольшие изменения также могут быть биологически значимыми. Мы обсуждали молекулярную адаптацию к температуре в главе 15. Повышение температуры всего на 1–2 ° C может изменить сообщества, потому что они смертельны для одних видов и могут повлиять на рост и размножение других. Повышение температуры воды всего на 2–3 ° C выше оптимальной для некоторых водных насекомых может значительно снизить количество яиц, производимых самками, потому что больше энергии используется для поддержания более высокой скорости метаболизма и меньше доступно для производства яиц (Ваннот и Суини, 1980; Ферт и Фишер, 1992).

Термическое загрязнение, связанное со сточными водами, связано с различиями в скорости разложения опада в озере Титикака в Южной Америке (Costantini et al., 2004). Деревья могут погибнуть, когда тепловое загрязнение изменяет водно-болотные угодья. При повышении температуры цианобактерии доминируют над зелеными водорослями и диатомовыми водорослями. Одной из ключевых проблем термического загрязнения является замена холодноводных рыб теплопроводными.

Электростанции и промышленные предприятия являются основными точечными источниками теплового загрязнения.В этом случае операторы установок забирают холодную воду из ручьев, используют ее для охлаждения генераторов и другого оборудования, а затем возвращают ее в поток при повышенных температурах. Быстрые изменения температуры, связанные с работой электростанции, могут привести к гибели рыб из-за теплового шока (Ottinger et al., 1990). Снижение теплового воздействия стоков электростанции, очевидно, требует значительных финансовых затрат. Температурный режим малых озер или прибрежных участков озер также изменяется в результате деятельности человека, включая сточные воды от муниципальных объектов и промышленности.

Наряду с промышленными источниками сток из городов и пригородов может способствовать тепловому загрязнению, особенно во время коротких интенсивных гроз в водоразделах с большим количеством непроницаемых поверхностей, таких как асфальт (Herb et al., 2008). В зависимости от местных поступлений грунтовых вод, сбросов и других факторов, влияющих на тепловой режим, даже небольшие муниципальные сбросы могут изменять температуру водотока на значительных расстояниях ниже по течению.

Уменьшение водотока или объема озера приводит к изменению температурных режимов за счет снижения тепловой буферной способности водоема.Забор воды для орошения, гидроэнергетики и других нужд человека снижает сток рек и приводит к значительному повышению температуры воды в теплые периоды. Это потепление может в конечном итоге привести к увеличению гибели рыбы, связанной с высокими температурами (Caissie, 2006).

Водохранилища, которые сбрасывают воду с поверхности, могут привести к более высокой температуре потока в теплые периоды, потому что скорость воды уменьшается, а проникновение солнечного света в запруженную воду увеличивается. Наряду с прямым воздействием более высоких температур на водную жизнь, растворимость O ₂ в воде уменьшается с повышением температуры, поэтому напряжение O ₂ увеличивается с повышением температуры.В холодные периоды, когда температура воды в ручье обычно близка к нулю, гиполимнетические выбросы могут искусственно нагревать ручьи.

Обезлесение также является одним из основных факторов теплового загрязнения водотоков, небольших водоемов и заболоченных территорий, поскольку удаление прибрежной растительности значительно увеличивает проникновение солнечного света и температуру (Beschta et al., 1987). Небольшие ручьи и пруды в лесных районах особенно уязвимы, потому что они обычно затенены в теплые месяцы и обладают меньшей тепловой буферной способностью.Исследования лесных верхних водотоков показывают повышение летних максимальных температур на 5–8 ° C после рубок, а периоды восстановления нормального теплового режима могут занять 5–15 лет (Caissie, 2006).

Антропогенное охлаждение пресных вод также может иметь сильные последствия для водных организмов. Выбросы холодной воды из гиполимнии крупных водоемов изменяют тепловой режим водотока на большие расстояния. Гиполимнетические выбросы могут значительно изменить сезонные температурные режимы, снизить максимальные температуры более чем на 10 ° C и ослабить нормальные дневные колебания температуры (Baxter, 1977; Ward and Stanford, 1979; Ward, 1985). Общий эффект — это ослабление обычных колебаний температуры и сезонных колебаний температуры. Температура воды ниже крупных водохранилищ (таких как плотина Глен-Каньон на реке Колорадо на юго-западе Соединенных Штатов) сейчас летом намного прохладнее, чем было раньше. Управляющие рыболовством часто разводят неместных холодноводных рыб, таких как лососевые, в ручьях умеренной зоны ниже крупных водохранилищ. Это происходит в регионах, где естественная летняя температура в ручьях превышает верхние пределы для большинства холодноводных видов.Хотя эти виды рыболовства важны для отдыха, они существенно отличаются от естественных речных систем и часто наносят ущерб местным видам.

Хотя многие формы теплового загрязнения происходят из точечных источников, изменение климата (обсуждаемое на протяжении всей книги) представляет собой неточечный источник теплового загрязнения, которое уже влияет на широкий спектр пресноводных местообитаний. Долгосрочные последствия изменения климата для пресноводных местообитаний еще предстоит увидеть, но прогнозы указывают на значительные сдвиги в структуре и функциях водотоков, озер и водно-болотных угодий, особенно в более высоких широтах. Ответы будут разными; в конкретном примере растительный покров водно-болотных угодий расширится в дельте Миссисипи с повышением температуры, связанным с глобальным изменением климата (White and Visser, 2016).

Причины и последствия теплового загрязнения

Проще говоря, тепловое загрязнение происходит из-за того, что горячая или холодная вода сбрасывается в водоем. Водоемы естественным образом рассеивают тепло, полученное от теплых течений, подводных горячих источников и от солнца. Термическое загрязнение называется так, потому что оно подавляет естественные механизмы контроля температуры, которые работают в воде.Внезапное изменение температуры представляет опасность для здоровья широкого круга водных и земноводных существ.

Эта статья представляет собой обзор проблемы в части водоснабжения. Тепловое загрязнение обычно является результатом сброса горячей воды в более прохладную воду, но холодная вода в теплом водоеме также может вызвать проблемы. Эта статья посвящена источникам горячей воды и последствиям попадания ее в водоемы.

Основная причина теплового загрязнения:

Многие человеческие и природные факторы способствуют возникновению проблемы теплового загрязнения.Единственной самой большой причиной теплового загрязнения, вероятно, является охлаждение промышленного оборудования и электростанций. Вода — отличный бесплатный охлаждающий агент. Вот почему многие промышленные предприятия используют относительно прохладную воду для охлаждения своего оборудования и позволяют относительно теплой воде течь обратно в реку, озеро или море.

Термическое загрязнение также имеет некоторые естественные причины. Геотермальные источники и горячие источники переносят избыточное тепло в водоемы. Эрозия почвы, вырубка лесов и сток с мощеных территорий — другие искусственные источники горячей воды.Вырубка леса устраняет тень, которая подвергает воду воздействию солнечного света. Вода на горячих мощеных поверхностях нагревается, затем стекает в близлежащие водоемы, повышая температуру воды. Удерживающие пруды также могут быть источником теплового шока, потому что относительно небольшие и неглубокие водоемы могут поглощать довольно много тепловой энергии от солнца. Перекачивание этой воды непосредственно в реку, озеро или залив вызывает значительное повышение температуры, точно так же, как заливание горячего кувшина воды в ванну, наполненную водой, заставляет воду подскочить на несколько градусов по Фаренгейту.

Сократите свой углеродный след вдвое. Присоединяйтесь к Аркадии сегодня.

Последствия теплового загрязнения разнообразны, но, короче говоря, тепловое загрязнение наносит ущерб водным экосистемам и сокращает популяции животных. Виды растений, водоросли, бактерии и многоклеточные животные по-разному реагируют на значительные изменения температуры. Организмы, которые не могут адаптироваться, могут умереть по разным причинам или могут быть вынуждены покинуть территорию.Репродуктивные проблемы могут еще больше уменьшить разнообразие жизни в загрязненной зоне.

Однако тепловое загрязнение может быть полезно для некоторых видов. Бактерии и водоросли, как правило, получают выгоду от избыточного тепла. Некоторым более крупным животным также выгодна более теплая вода. Во Флориде ламантины зимуют возле электростанций, где охлаждающая вода, которую они используют, согревает мелководную соленую воду. В целом, тепловое загрязнение является отрицательной силой по многим причинам.

** Пониженное содержание растворенного кислорода: **

Теплая вода содержит меньше кислорода, чем холодная вода.Если уровень кислорода упадет, животные, которые не могут переехать в другое место, могут начать умирать. В более глубоких водоемах нагнетание теплой воды может препятствовать распространению кислорода в глубокую воду, что потенциально полезно для бактерий, но опасно для водных животных. Снижение содержания кислорода может вызвать цветение водорослей, которые представляют угрозу для водных растений и животных. Эта проблема цветения водорослей, вероятно, является наиболее распространенным и наиболее известным побочным эффектом теплового загрязнения.

Миграция:

Рыбы и земноводные могут перемещаться из теплой воды в более подходящее место, нарушая экосистему для оставшихся животных. Птицы также могут быть вынуждены уйти в поисках мест с большим количеством пищи. Растения и некоторые животные будут застревать в этом районе, что может привести к огромным потерям. Миграция из загрязненных территорий приводит к резкой утрате биоразнообразия на участках, где происходит тепловое загрязнение.

Токсины в воде — это скорее побочный эффект сброса сточных вод, чем прямой эффект теплового загрязнения. Химическое загрязнение — почти неизбежный побочный эффект использования воды для охлаждения.Растворители, мазут и растворенные тяжелые металлы попадают в озеро или реку, куда сбрасывается охлаждающая вода. Атомные электростанции также могут выделять слегка радиоактивную охлаждающую воду. Химические вещества могут оказывать ряд токсических эффектов на растения и животных, от смертельного отравления до мутаций и стерилизации.

Внезапное нагревание может убить уязвимые организмы или отогнать их. Это одна из многих серьезных проблем для находящихся под угрозой исчезновения видов животных.Эта потеря может происходить из-за того, что организмы умирают от горячей воды, не могут размножаться так же эффективно, как раньше, или просто покидают этот район. Обычно мы думаем о животных как о жертвах загрязнения воды, но многоклеточные водные растения также подвергаются риску, когда тепловое загрязнение изменяет местную водную экосистему.

Сократите свой углеродный след вдвое. Присоединяйтесь к Аркадии сегодня.

Местная водная экосистема может быть повреждена тепловым загрязнением, особенно если оно является значительным, как, например, обильное количество теплой воды, сбрасываемой в прохладный пруд, залив или реку.«Тепловой шок» может убить насекомых, рыб и земноводных. Эта внезапная гибель людей вызывает дополнительные проблемы с экосистемой. Основные источники пищи больше не подходят. Местное население, находящееся под угрозой или находящееся под угрозой исчезновения, может быть уничтожено или подвергнуто еще большему давлению. Обесцвечивание коралловых рифов также наблюдалось, когда электростанция или фабрика сбрасывались в прибрежные воды. Обесцвечивание кораллов происходит, когда коралловые организмы умирают.

Значительное повышение температуры воды может вызвать проблемы с репродуктивной функцией.Более теплая вода может снизить плодовитость некоторых организмов. Другие виды могут страдать врожденными дефектами или откладывать деформированные яйца из-за химических изменений в организме, вызванных более теплой водой. Дефектные яйца и врожденные дефекты ухудшают общую репродуктивную способность популяции животных и могут сократить популяцию. Тепловое загрязнение может по-разному изменить биологию водных организмов.

Более теплая вода может быть полезна для хладнокровных рыб и земноводных, но только в течение ограниченного времени.Одна из многих реальных проблем, которые может вызвать теплая вода, — это более быстрый метаболизм, а это означает, что животным нужно больше еды. Местная экосистема может оказаться не в состоянии поддерживать значительное увеличение потребления продуктов питания. Что еще хуже, более теплая вода дает преимущество одним организмам, в то время как она создает стресс для других. Организмы с большей адаптацией могут вывести экосистему из равновесия, просто конкурируя с другими организмами и поедая их или доводя до голода.

Загрязнение термальной воды от атомных электростанций

Брэндон Кларк

Представлено как курсовая работа для Ph341, Стэнфордский университет, зима 2019

Введение

Самый распространенный аргумент в пользу использования ядерной энергии над мощностью от традиционных ископаемых видов топлива уменьшается воздействие на окружающую среду, которое обещает ядерная энергетика. Пока ядерное деление реакции не производят напрямую парниковые газы, такие как ископаемое топливо Сжигание, электростанции влияют на окружающую среду множеством способов.В чтобы прояснить более четкое сравнение воздействия на окружающую среду между всеми методы производства электроэнергии, включая возобновляемые источники энергии, менее очевидны воздействие на окружающую среду должно быть адекватно оценено. Например, оба атомные электростанции и станции, работающие на ископаемом топливе, производят значительное тепловое загрязнение для водоемы. Загрязнение термальной воды — это деградация воды качество из-за изменения температуры окружающей воды.

Вода в процессе ядерного нагрева

Вода — это нить, соединяющая всю ядерную силовой процесс.Используются два различных водных потока: техническая вода. и охлаждающая вода. Технологическая вода проходит через насос в реактор. камера, содержащая ядерные топливные стержни, в которой вода нагревается и испаряется в пар под давлением, достигая температуры примерно 315 & degC. Затем пар проходит через несколько турбин, которые вращаются. генераторы, производящие электричество. Наконец, пар конденсируется, охлаждают и отправляют обратно в реакционную камеру. Во втором потоке охлаждающая вода поступает из естественного резервуара для охлаждения технологической воды в конденсатор.Затем он попадает в градирню, обратно в резервуар или и то, и другое. Технологическая вода повторно используется в процессе производства, но охлаждающая вода сбрасывается обратно в озеро, реку или океан, как видно на рис. 1, обычно при температуре около 30-40 ° C. [1-3] К счастью, одним из благоприятных аспектов этого процесса является то, что радиоактивная вода, контактирующая с ядерными топливными стержнями, не попадает в окружающей среды, потому что техническая вода работает по замкнутому циклу.

Поскольку производство энергии на основе пара основано на Цикл Ренкина, максимальная выработка энергии определяется температурой разница между паром в генераторе и водой в охлаждающая камера. Тем не менее, все еще есть дополнительная тепловая энергия от корпус реактора в парожидкостной смеси на выходе из малой турбины высокого давления, которые нельзя использовать. Это потому, что пар теряет тепловую энергию на механическую работу, повышение влажности повредит дальнейшие турбины. Следовательно, охлаждение технологической воды как как можно больше желательно, чтобы электростанция поддерживала высокую энергию КПД, повышающий температуру охлаждающей воды. В ответ, большинство государственных нормативов устанавливают жесткие ограничения на максимум охлаждающей воды температура, обычно около 30-40 ° C, упомянутых выше, независимо от сезонная или внешняя температура охлаждающей воды на входе.

Тепловая энергоэффективность обычного тепловые электростанции составляют от 30% до 48%, в то время как типовые атомные электростанции имеют тепловой КПД около 30%, нижний предел диапазона. Этот потому что большинство атомных электростанций должны работать ниже температуры и давления, которые создают установки, работающие на ископаемом топливе, чтобы обеспечивают более консервативный запас прочности в системах, удаляющих тепло от ядерных топливных стержней. [3] Остаток энергии равен в основном содержится в охлаждающей воде и выбрасывается в окружающую среду.Пока тепловое загрязнение ядерной энергетики в расчете на произведенную используемую энергию составляет только немного больше, чем другие технологии производства тепловой энергии, атомная Электроэнергетика выпускает более высокий процент сточных вод в виде жидких сточных вод потоки вместо пара. Это потому, что угольные и газовые заводы сбросить сточные воды с гораздо более высокими температурами: 128,4 ° C и 91,1 ° C, соответственно. [3] Таким образом, атомные электростанции имеют более прямую, сильное воздействие окружающей среды на местные источники воды, в то время как другие растения имеют менее интенсивное, но более широкое воздействие на окружающую среду.

Использование воды АЭС

Тепловым электростанциям требуется огромное количество вода. Геологическая служба США (USGS) оценила на национальном уровне, что 41% всего забора пресной воды в США Штаты в 2005 году были для операций по термоэлектрической энергии, в первую очередь для потребности в охлаждении. [4] Около 60 процентов американских ядерно-энергетических систем использовать рециркуляционное охлаждение, а остальные использовать более дешевое прямоточное охлаждение.Средняя ядерная рециркуляционная система охлаждения использует 1101 галлонов / МВтч, в то время как средняя прямоточная система охлаждения использует 44 350 галлон / МВтч. Для сравнения, средняя рециркуляционная и прямоточная вода значения отбора для станций, работающих на природном газе, составляют 255 галлонов / МВтч и 11380 галлонов / МВтч. галлонов / МВтч, а средние значения для угольных электростанций составляют 1005 галлонов / МВтч и 36 350 галлонов / МВтч. [4]

Воздействие на качество воды и водные экосистемы

При нагревании воды одновременно возникают множественные проблемы попадает в водную экосистему.Самое немедленное изменение — это снижение уровня растворенного кислорода и повышение pH. Теплая вода не может удерживают столько же растворенного кислорода, сколько холодная вода, и органических веществ разлагается быстрее при более высоких температурах. Увеличение разложившихся водные концентрации питательных веществ вызывают эвтрофикацию, чаще всего реализовано как цветение водорослей, которые блокируют солнечный свет для нижележащих водных растения. Обилие водорослей — легкий источник пищи для аэробных микробы, которые быстро увеличиваются в популяции и еще больше истощают растворенные кислород.Низкий уровень кислорода создает гипоксические мертвые зоны, которые не могут поддерживать большинство водных организмов. [5,6]

Кроме того, быстро нагретая вода ускоряет метаболизм хладнокровных водных животных, таких как рыбы, вызывая недоедание из-за недостатка источников пищи. Поскольку окружающая среда обычно становится более негостеприимным для водной фауны этого района, многие виды уходят, в то время как более уязвимые виды могут погибнуть, изменяя биоразнообразие как исходных, так и захваченных территорий.Эти эффекты особенно драматичны возле коралловых рифов, где проживает более 2 миллионов водные виды и примерно 25% всей морской флоры и фауны. [7] Огромный коралл обесцвечивание (гибель кораллов) наблюдалось возле прибрежных электростанций, которые выпустить нагретую воду в океан. [1]

Степень теплового загрязнения электростанции

Недавние исследования показывают, что продолжительность и диапазон теплового загрязнения выше, чем принято считать. Исследование озера Штехлин из Германии обнаружил, что промышленное тепловое загрязнение в умеренном климате озера зимой хранится в глубоководной толще до следующего зимой, тогда как тепло, добавленное летом, рассеивается относительно быстро в атмосферу.[8] Соответственно, это загрязнение может иметь длительные воздействие на глубоководные биогеохимические циклы, а не только на поверхностные воды или вода прямо возле электростанций. Из-за разряда двух ядерных электростанции, река Дунай в Румынии показывает тепловой шлейф течение, которое простирается до 6 км ниже по течению, где температура изменяется вверх до 1,5 ° C между областями плюма и его отсутствия все еще можно измерить. [9] Кроме того, исследование 128 электростанций вдоль реки Миссисипи. Водораздел показал, что тепловое загрязнение достаточно велико, чтобы значительно снижают энергоэффективность последующих заводов, поскольку Установки, расположенные ниже по течению, косвенно используют нагретые сточные воды выше по течению для собственные процессы охлаждения.[10] Воздействие теплового загрязнения может быть ощущается как экосистемой, так и человеческим населением далеко за пределами релиз. Такие сообщества выиграют от знаний и регулирование загрязнения, которое не является непосредственно их виной, и правительствам следует учитывать эти более широкие цепные реакции при принятии политические решения.

Выводы

Окружающая среда в мире гораздо более взаимосвязана чем большинство думают.Этот обзор показывает, что менее очевидные разветвления производство электроэнергии, такое как загрязнение термальных вод, может быть значительно уменьшено. влиятельный. Следует отдать должное всей истории вокруг каждого варианта. усердие, прежде чем делать выводы об энергетическом ландшафте будущего.

© Брэндон Кларк. Автор гарантирует, что работа принадлежит автору, и Стэнфордский университет не предоставил кроме инструкций по набору и реферированию. Автор грантов разрешение на копирование, распространение и отображение этой работы в неизмененном виде, со ссылкой на автора, только для некоммерческих целей.Все другие права, в том числе коммерческие, принадлежат автор.

Список литературы

[1] Г. Кириллин, Т. Шатвелл, П. Каспрзак, «Последствия теплового загрязнения от атомной электростанции на озере. Температура и режим перемешивания, J. Hydrol. 496 , 47 (2013).

[2] Н. Мэдден, А. Льюис и М. Дэвис, «Термические стоки из сектора энергетики: анализ прямоточного Воздействие системы охлаждения на температуру поверхностных вод // Environ.Res. Lett. 8 , 035006 (2013).

[3] Д. Джинджерич, М. Маутер, «Количество, качество, и доступность отработанного тепла от теплоэнергетики США Поколение, «Окружающая среда. Науки. Технологии». 49 , 14 (2015)

[4] J. Macknick et al. , г. «Факторы эксплуатационного водопотребления и забора электроэнергии. Создание технологий: обзор существующей литературы », Environ. Res. Lett. 7 , 045802 (2012).

[5] Дж. П. П. Джебакумар, Г. Нандхагопал и Б. Р. Бабу, «Воздействие системы охлаждения береговой электростанции на планктон Разнообразие загрязненной системы ручьев, Mar. Pollut. Bull. 133 , 378 (2018).

[6] Дж. Г. Итон и Р. М. Шеллер, «Эффекты Потепление климата в термальных средах обитания рыб в руслах Соединенных Штатов States, Limnol. Oceanogr. 41 , 1109 (1996).

[7] Ф. Моберг и К.Фольке, «Экологические товары и Услуги экосистем коралловых рифов, Ecol. Econ. 29 , 215 (1999).

[8] Т. П. Тейшейра, Л. М. Невес и Ф. Г. Араужо, «Влияние теплового разряда атомной электростанции на Сложность среды обитания и структура рыбного сообщества в заливе Илья-Гранди, Brazil, Mar. Environ. Res. 68 , 188 (2009).

[9] M.A. Zoran et al. , «Термическое загрязнение» Оценка окружающей среды АЭС с помощью дистанционного спутника Данные зондирования, Proc.SPIE 8531 , 853120 (2012).

[10] A. Miara et. al , «Термическое загрязнение» Воздействие на реки и энергоснабжение реки Миссисипи Водораздел, «Environ. Res. Lett. 13 , 034033 (2018).

Причины, последствия и способы устранения теплового загрязнения

Когда кто-то думает о загрязнении, идея теплового загрязнения часто не приходит в голову. Люди сначала подумают о таких вещах, как выбросы углерода, личное загрязнение и отходы, а также о множестве других изменяющихся факторов.

Однако тепловое загрязнение — реальная и постоянная проблема в нашем современном обществе. С точки зрения непрофессионала, термическое загрязнение — это когда промышленность или другая созданная человеком организация забирает воду из природного источника и либо охлаждает, либо нагревает. Затем они выбрасывают эту воду обратно в природный ресурс, что изменяет уровень кислорода и может иметь катастрофические последствия для местных экосистем и сообществ.

Термическое загрязнение определяется как внезапное повышение или понижение температуры естественного водоема, которым может быть океан, озеро, река или пруд, вызванное влиянием человека.Обычно это происходит, когда растение или объект забирает воду из природного ресурса и возвращает ее с измененной температурой. Обычно эти предприятия используют его в качестве метода охлаждения для своего оборудования или для улучшения производства своей продукции.

Заводы, производящие различные продукты, или очистные сооружения часто являются виновниками этого массового исхода теплового загрязнения. Чтобы должным образом контролировать и поддерживать тепловое загрязнение, люди и правительства предпринимают множество шагов для эффективного управления тем, как растения могут использовать воду.Однако эффект сохраняется и сегодня.

Причины теплового загрязнения

1. Вода как охлаждающий агент на энергетических, производственных и промышленных предприятиях

Производственные и производственные предприятия являются крупнейшими источниками теплового загрязнения. Эти растения берут воду из ближайшего источника, чтобы охладить машины, а затем выпускают обратно в источник с более высокими температурами. Когда нагретая вода возвращается в реку или океан, температура воды резко повышается.

Изменение уровня кислорода в воде также может ухудшить качество и продолжительность жизни диких животных, живущих под водой.Этот процесс также может уничтожить прибрежную растительность, которая постоянно зависит от постоянного уровня кислорода и температуры.

Изменяя эту природную среду, промышленность по существу способствует снижению качества жизни этих морских форм жизни, которые в конечном итоге могут разрушить среду обитания, если они не контролируются и не соблюдают осторожность в своих действиях.

2. Эрозия почвы

Эрозия почвы — еще один важный фактор, вызывающий тепловое загрязнение. Постоянная эрозия почвы вызывает подъем водоемов, делая их более подверженными воздействию солнечного света.Высокая температура может оказаться фатальной для водных биомов, поскольку может вызвать анаэробные условия.

3. Вырубка леса

Деревья и растения предотвращают попадание солнечного света прямо на озера, пруды или реки. Когда происходит вырубка лесов, эти водоемы подвергаются прямому воздействию солнечного света, таким образом поглощая больше тепла и повышая его температуру. Обезлесение также является основной причиной более высоких концентраций парниковых газов, то есть глобального потепления в атмосфере.

4.Сток с мощеных поверхностей

Городские стоки, сбрасываемые в поверхностные воды с мощеных поверхностей, таких как дороги и автостоянки, могут нагревать воду. В летнее время года дорожное покрытие сильно нагревается, что создает теплые стоки, которые попадают в канализацию и водоемы.

5. Естественные причины

Естественные причины, такие как вулканы, геотермальные источники и горячие источники под океанами и морями, могут вызывать появление теплой лавы, повышающей температуру водоемов. Освещение также может привести к появлению большого количества тепла в океанах.Это означает, что общая температура воды в источнике повысится, что окажет значительное воздействие на окружающую среду.

6. Пруды-отстойники

Удерживающие пруды могут быть еще одним источником теплового шока, потому что водоемы, которые являются относительно небольшими и неглубокими, могут поглощать довольно много тепловой энергии от солнца.

Когда эта вода закачивается прямо в реку, озеро или залив, это вызывает значительное повышение температуры. Это похоже на заливку горячего кувшина воды в ванну, полную воды, из-за которой вода подскакивает на несколько градусов по Фаренгейту.

7. Бытовые сточные воды

Бытовые сточные воды часто сбрасываются в реки, озера, каналы или ручьи без обработки отходов. Температура городских сточных вод обычно выше температуры принимающей воды.

С повышением температуры принимающей воды растворенный кислород (DO) уменьшается, и потребность в кислороде увеличивается, вызывая анаэробные условия.

Эффекты теплового загрязнения

Среди признанных ученых, как правило, есть две точки зрения, когда речь идет о последствиях теплового загрязнения.Некоторые склоняются к негативным последствиям этого загрязнения для морских экосистем и его пагубному влиянию на положительную экологическую практику.

Однако некоторые склоняются к тому, что без того, чтобы эти отрасли работали так, как они работают, некоторые из наиболее фундаментальных частей человеческой жизни были бы полностью устаревшими.

Сточные воды нельзя будет обслуживать должным образом; у нас не было бы производств, которые могли бы производить нужные нам товары, и так далее. Однако воздействие теплового загрязнения на экосистемы значительно перевешивает выгоды, которые промышленность получает от участия в этом акте.

1. Снижение уровня растворенного кислорода (DO)

Высокая температура снижает уровень растворенного кислорода в воде. Теплая вода содержит относительно меньше кислорода, чем холодная. Снижение DO может вызвать удушье у растений и животных, таких как рыбы, земноводные и веслоногие рачки, что может вызвать анаэробные условия.

Более теплая вода позволяет водорослям процветать на поверхности воды, а в долгосрочной перспективе рост водорослей может снизить уровень кислорода в воде.

2. Увеличение токсинов

В связи с постоянным потоком высокотемпературных выбросов промышленных предприятий происходит огромное увеличение количества токсинов, которые срыгиваются в естественный водоем. Эти токсины могут содержать химические вещества или радиацию, которые могут оказать резкое воздействие на местную экологию и сделать их восприимчивыми к различным заболеваниям.

3. Утрата биоразнообразия

Нарушение биологической активности воды может вызвать значительную потерю биоразнообразия.Изменения в окружающей среде могут привести к тому, что определенные виды организмов переместят свою базу в другое место, в то время как может появиться значительное количество видов, которые могут переместиться из-за более теплых вод.

Организмы, которые легко адаптируются, могут иметь преимущество перед организмами, которые не привыкли к более высоким температурам.

Автор фотографии: Deposit Photos

4. Воздействие на окружающую среду

Внезапный тепловой удар может привести к массовой гибели рыб, насекомых, растений или земноводных.Более горячая вода может оказаться благоприятной для некоторых видов, а для других — смертельной. Низкая температура воды увеличивает уровень активности, а более высокая температура снижает уровень активности.

Многие водные виды чувствительны к небольшим изменениям температуры, например, на один градус Цельсия, которые могут вызвать значительные изменения в метаболизме организма и другие неблагоприятные эффекты клеточной биологии.

5. Влияет на репродуктивные системы

Значительное прекращение воспроизводства морских животных (хотя это может быть правдой, размножение все еще может происходить между рыбами, но вероятность дефектов у новорожденных значительно выше) может произойти из-за повышения температуры, поскольку воспроизводство может происходить в определенном диапазоне температура.Избыточная температура может вызвать выход незрелых яиц или помешать нормальному развитию некоторых яиц.

6. Повышает скорость метаболизма

Тепловое загрязнение увеличивает скорость метаболизма организмов, поскольку происходит повышение активности ферментов, из-за чего организмы потребляют больше пищи, чем обычно требуется, если бы их окружающая среда не была изменена. Это нарушает стабильность пищевой цепи и изменяет баланс видового состава.

7. Миграция

Теплая вода также может вызывать миграцию определенных видов организмов в подходящую среду, которая удовлетворяет их требованиям для выживания.Это может привести к потере тех видов, которые зависят от них в повседневном питании, поскольку их пищевая цепочка прерывается.

Решения по борьбе с тепловым загрязнением

Решения по тепловому загрязнению необходимы из-за его пагубного воздействия на водную экосистему в будущем. Был предложен и разработан ряд методов преобразования тепловых стоков электростанций в полезные тепловые ресурсы для получения максимальной выгоды. Решения по тепловому сбросу в водные объекты следующие:

1.Пруды-охладители

Пруды-охладители или водохранилища — это простейшие методы контроля тепловых выбросов. В прудах-охладителях нагретые стоки на поверхности воды увеличивают отвод тепла в атмосферу и сводят к минимуму площадь и объем воды.

Это самый простой и дешевый метод охлаждения воды до значительно низкой температуры. Однако сам по себе метод менее желателен и неэффективен с точки зрения контакта воздуха с водой.

2. Градирни

После использования воды из водных источников для охлаждения, она затем возвращается в водоем после прохождения через конденсатор, что называется процессом охлаждения.

Следовательно, градирни предназначены для контроля температуры воды, чтобы сделать процесс охлаждения более эффективным. Градирни в основном используются для отвода рекуперированного отработанного тепла и устранения проблем теплового загрязнения.

3. Искусственное озеро

Искусственные озера — это искусственные водоемы, которые предлагают возможную альтернативу. Нагретые сточные воды могут сбрасываться в озеро с одного конца, а вода может отводиться с другого конца для охлаждения.В конечном итоге тепло рассеивается за счет испарения. Однако эти озера необходимо постоянно омолаживать.

4. Оборот воды

Промышленно очищенная вода может быть повторно использована для бытовых нужд или промышленного отопления, что позволяет уменьшить проблему теплового загрязнения.

5. Другие приложения

Тепловой разряд (отклоненное тепло) электростанций может быть использован в других целях, например:

• Промышленное отопление и отопление помещений.
• Биологические применения, такие как нагревание почвы.
• Рыбоводство, животноводческие помещения и отопительные теплицы.

Большинство из этих потенциальных физических приложений применимо в более холодных регионах или местах.

Прежде всего, самое важное, что следует учитывать, это то, что последствия теплового загрязнения значительно перевешивают потребность человека в этом. Заводы и промышленность смогли найти успешные способы решения проблемы теплового загрязнения, но многие из них не практикуют его, потому что с традиционной моделью проще работать.Если мы хотим создать благоприятную среду, окружающую морскую биологию, то отношение к тепловому загрязнению должно резко измениться.

Зная о причинах и следствиях, вы можете существенно повлиять на то, как эти заводы решат работать, и вы можете выбрать внесение изменений.

Термическое загрязнение — вода, последствия, окружающая среда, США, типы, воздействие, промышленное, колодцы, мощность, источники, использование, источники, воздействие на окружающую среду, борьба с загрязнением

Автор фотографии: martin33

В самом широком смысле термическое загрязнение — это деградация воды. качество любым изменяющимся процессом окружающий температура воды.Тепловое загрязнение обычно связано с увеличением температуры воды в ручье, озере или океане из-за сброса нагретая вода от промышленных процессов, таких как производство электричество. Повышение температуры окружающей воды также происходит в ручьях. там, где убирается затеняющая растительность вдоль берегов или там, где отложения сделали воду больше мутный . Оба эти эффекта позволяют поглощать больше солнечной энергии. воду и тем самым повысит ее температуру.Также бывают ситуации в котором может быть воздействие более холодной, чем обычно, температуры воды. наблюдаемый. Например, сброс холодной придонной воды из глубоководных водохранилищ за большими плотинами изменили биологические сообщества в таких системах, как река Колорадо.

Источники

Производство энергии из источника топлива может быть прямым, например сжигание дров в камине для создания тепла или преобразование тепловая энергия в механическую энергию с помощью теплового двигателя.Примеры тепловых двигателей включают паровые двигатели, турбины , и двигатели внутреннего сгорания. Тепловые двигатели работают по принципу нагревание и сжатие жидкости, выполнение механической работы и отказ от неиспользованного или отработанного тепла в раковина . Тепловые двигатели могут преобразовывать только от 30 до 40 процентов доступного ввода энергия в источнике топлива в механическую энергию, а наивысшая КПД достигается, когда входная температура достигает возможно, и температура раковины должна быть как можно более низкой.Вода очень эффективный и экономичный сток для тепловых двигателей, и он обычно используется в электростанции.

Отработанное тепло от электростанций передается в охлаждающая вода, полученная из местных водоемов, таких как река, озеро или океан. Для поддержания минимальной температуры раковины используется большое количество воды. по возможности поддерживать высокий тепловой КПД. Ядерная Сан-Онофре Электростанция между Лос-Анджелесом и Сан-Диего, Калифорния, для Например, имеет два основных реактора, общая рабочая мощность которых составляет 2200 мегаватты (МВт).Эти реакторы перерабатывают 2400 миллионов галлонов в день. (MGD) океанской воды со скоростью потока 830 000 галлонов в минуту для каждого Блок. Охлаждающая вода поступает на станцию ​​из двух водозаборных сооружений. расположен на расстоянии 3000 футов от берега на глубине 32 футов. Вода нагревается до примерно на 19 ° F выше температуры окружающей среды при прохождении через конденсаторы и сбрасывается обратно в океан через серию диффузор -типа разгрузки, которые имеют серию из шестидесяти трех выходных труб, распределенных по расстояние 2450 футов.Сточная вода быстро смешивается с окружающая морская вода диффузорами и средний рост температуры после смешивания составляет менее 2 ° F.

Изображение предоставлено NASA / GSFC / MITI / ERSDAC / JAROS и США / Япония Aster Научная группа. Воспроизведено с разрешения автора.

Воздействие на окружающую среду

Первичные эффекты теплового загрязнения являются прямыми. тепловой удар , изменение растворенного кислорода и перераспределение организмов в местная общественность.Потому что вода может поглощать тепловую энергию с помощью небольшого изменения температуры, большинство водных организмов выработали фермент системы, которые работают только в узких диапазонах температур. Эти стенотермический организмы могут погибнуть при резких перепадах температуры, выходящих за пределы толерантности их метаболических систем. Сброс охлаждающей воды электростанций спроектированы таким образом, чтобы минимизировать тепловое воздействие на местных рыб сообщества.Однако периодические термообработки, используемые для охлаждения система свободна от организмы-обрастания, засоряющие водозаборные трубы, могут вызвать гибель рыб. А термообработка меняет направление потока и увеличивает температуру слив для уничтожения мидий и других обрастающих организмов в приемной трубы. Южная Калифорния Эдисон разработал процедура «охоты за рыбой», при которой температура воды термообработка увеличивается постепенно, а не быстро, чтобы загнать рыбу от впускных труб до того, как температура достигнет смертельного уровня.Процедура охоты за рыбой значительно сократила улов рыбы, связанный с термические обработки.

Небольшие хронические перепады температуры также могут отрицательно повлиять на репродуктивные системы этих организмов, а также сделать их более восприимчивы к болезням. Холодная вода содержит больше кислорода, чем горячая, поэтому повышение температуры также снижает пропускную способность кислорода вода. Кроме того, повышение температуры воды увеличивает скорость разложения органических веществ в воде, которая также истощает растворенный кислород.Это снижение содержания кислорода в воде происходит. в то же время, скорость метаболизма водных организмов, которые зависят от достаточного количества кислорода, повышаются из-за повышение температуры.

Состав и разнообразие сообществ в районе похолодания сбросам воды с электростанций может отрицательно повлиять прямые смертность организмов или перемещение организмов от неблагоприятных температура или кислородная среда.Атомная электростанция на Залив Наньвань на Тайване вызвал обесцвечивание кораллов в окрестностях разгрузочный канал, когда станция впервые начала работу в 1988 году. коралл Acropora grandis в 1988 году показали, что коралл обесцвечивался в течение двух дней после воздействия температура 91,4 ° F. В 1990 г. образцы кораллов, взятых из обесцвечивание той же области началось только через шесть дней после воздействия такая же температура.Похоже, что термотолерантность этих кораллов было усилено производством теплового шока белки которые помогают защитить многие организмы от потенциально вредных изменений в температура. Популяции некоторых видов также могут быть увеличены за счет наличие сбросов охлаждающей воды. Единственная большая популяция моря черепахи в Калифорнии, например, водятся в южной части Залив Сан-Диего возле разряда электростанции.

Уменьшение

Разбавление сбросов охлаждающей воды может быть эффективно выполнено различными типами диффузорных систем в больших водоемах, таких как озера или океан. Единственные тепловые эффекты, наблюдаемые в Сан-Онофре АЭС — прямая гибель планктонный организмов в течение двадцати пяти минут прохождения через охлаждающую воду система.Эффективность систем разбавления можно контролировать с помощью тепловизионное инфракрасное изображение с использованием спутниковых или бортовых систем съемки. Использование охлаждения башни были эффективны для генерирующих станций, расположенных на небольших реки и ручьи, не способные поглощать отходящее тепло из охлаждающей воды сточные воды . Градирни работают за счет рециркуляционного каскад воды внутри башни, с большим столбом поднимающегося вверх воздуха, который переносит тепло в атмосферу через испарительный охлаждение.Градирни широко используются на атомных электростанциях. станции как в США, так и во Франции. Недостатки градирни являются потенциальными местными изменениями в метеорологических условия из-за большого количества теплого воздуха вход в атмосферу и визуальное воздействие больших башен.

Библиография

Браун, Ричард Д .; Ouellette, Robert P .; и Чермисинов, Пол Н.(1983). Контроль загрязнения на электростанциях: сравнение для США и Европа. Бостон: Баттерворт-Хайнеманн.

Генри, Дж. Гленн и Хейнке, Гэри В. (1996). Наука об окружающей среде и инженерия. Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Прентис-Холл.

Хинрикс, Роджер А., и Кляйнбах, Мерлин. (2001). Энергия: ее использование и окружающая среда, 3-е издание. Монтерей, Калифорния: Издательство Brooks / Cole Publishing Company.

Лэнгфорд, Терри Э. (1990). Экологические эффекты тепловых разрядов. Нью-Йорк: Эльзевир Прикладная наука.

Лармини, Джеймс, и Дикс, Эндрю.(2000). Объяснение систем топливных элементов. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья.

Лю, Пол Их-фэй. (1997). Введение в энергетику и окружающую среду. Нью-Йорк: Джон Wiley & Sons.

Ристинен, Роберт А., и Краушаар, Джек Дж.(1998). Энергия и окружающая среда. Новый Йорк: Джон Вили и сыновья.

Слович, Пол. (2000). Восприятие риска. Лондон: Earthscan Publications Ltd.

Энергетическая комиссия Калифорнии.»Энергетические экологические Исследования ». Доступно на сайте http://www.energy.ca.gov/pier/energy/energy_aquatic.html .

Тепловое загрязнение от электростанций во Флориде оказалось серьезной проблемой. палочка-выручалочка для популяции ламантинов, находящихся под угрозой исчезновения. В экология изменилась, когда оросительные колодцы и водозаборные каналы, поддерживающие Развитие сельского хозяйства Флориды серьезно повлияло на природный источники с умеренной температурой речной воды.Ламантины не могут выжить в холодная вода и натуралисты опасались, что из-за нерегулярных похолоданий морские млекопитающие в зоне риска. А вот ламантины. обнаружил силовую установку разгрузочные зоны, и сегодня натуралисты используют холодную погоду, чтобы подсчитайте популяцию ламантина по мере того, как стада собираются на местных электростанциях.

Термическое загрязнение от угольных электростанций

Термическое загрязнение — это ухудшение качества воды в результате любого процесса, который изменяет температуру окружающей воды.Распространенной причиной теплового загрязнения является использование воды в качестве теплоносителя электростанциями и промышленными производителями. Когда вода, используемая в качестве хладагента, возвращается в естественную среду при более высокой температуре, изменение температуры влияет на организмы путем (а) уменьшения поступления кислорода и (б) воздействия на состав экосистемы. ^[1]

Когда электростанция впервые открывается или останавливается для ремонта или по другим причинам, рыба и другие организмы, адаптированные к определенному температурному диапазону, могут погибнуть из-за резкого повышения температуры воды, известного как «тепловой шок»: большинство водных организмов Организмы разработали ферментные системы, которые работают только в узких температурных диапазонах и могут быть убиты внезапными изменениями температуры, выходящими за пределы допустимых пределов их метаболических систем. ^[1]

Экологические эффекты

Повышенная температура обычно снижает уровень растворенного кислорода (DO) в воде. Снижение уровня DO может нанести вред водным животным, таким как рыбы, земноводные и веслоногие рачки. Тепловое загрязнение может также увеличивать скорость метаболизма водных животных в виде ферментативной активности, в результате чего эти организмы потребляют больше пищи за более короткое время, чем если бы их окружающая среда не изменялась. Повышенный уровень метаболизма может привести к нехватке источников пищи, что приведет к резкому сокращению популяции.Изменения в окружающей среде также могут привести к миграции организмов в другую, более подходящую среду, а также к миграции рыб, которые обычно живут только в более теплых водах в другом месте. Это ведет к конкуренции за меньшее количество ресурсов; более адаптированные организмы, переезжающие сюда, могут иметь преимущество перед организмами, которые не привыкли к более высокой температуре. В результате возникает проблема нарушения пищевых цепочек старой и новой среды. В результате может быть уменьшено биоразнообразие. ^[1]

Известно, что изменение температуры даже на 1-2 градуса Цельсия может вызвать значительные изменения в метаболизме организма и другие неблагоприятные эффекты клеточной биологии.Основные неблагоприятные изменения могут включать уменьшение проницаемости клеточных стенок для необходимого осмоса, коагуляцию клеточных белков и изменение метаболизма ферментов. Эти эффекты на клеточном уровне могут отрицательно повлиять на показатели смертности и воспроизводства. ^[1]

Первичные производители страдают от теплой воды, потому что более высокая температура воды увеличивает скорость роста растений, что приводит к сокращению продолжительности жизни и перенаселению видов. Это может вызвать цветение водорослей, что снижает уровень кислорода в воде.Более высокая плотность растений приводит к учащению дыхания растений, поскольку снижение интенсивности света снижает фотосинтез. Это похоже на эвтрофикацию, которая происходит при загрязнении водотоков выщелоченными сельскохозяйственными неорганическими удобрениями. ^[1]

Сильное повышение температуры может привести к денатурации поддерживающих жизнь ферментов за счет разрушения водородной связи и дисульфидных связей в четвертичной структуре ферментов. Снижение активности ферментов у водных организмов может вызвать такие проблемы, как неспособность расщеплять липиды, что приводит к недоеданию. ^[1]

Контроль теплового загрязнения

«Причина для более дружественной к рыбе власти: момент водораздела для EPA»

В 2011 году Chicago Tribune ознакомилась с отраслевыми отчетами в соответствии с Законом о свободе информации и обнаружила, что многие старые электростанции были освобождены от экологических норм, направленных на предотвращение огромного промышленного промысла рыбы. Эти старые установки, использующие «прямоточное» охлаждение, перекачивают огромное количество воды из озер и рек через экраны водозаборных систем — некоторые настолько мощные, что могут заполнить олимпийский бассейн менее чем за минуту — и всасывают множество рыб. .Десятки старых электростанций, окружающих Великие озера, ежегодно убивают сотни миллионов рыб из-за использования устаревших технологий для охлаждения их оборудования. ^[2]

Береговая установка FirstEnergy Bay на берегу реки Моми недалеко от Толедо, штат Огайо, ежегодно убивает около 46 миллионов взрослых особей рыбы, а также 2,4 миллиарда икры, личинок и молоди рыб. Неподалеку, в устье другого важного притока озера Эри, электростанция Монро в Мичигане ежегодно убивает более 25 миллионов рыб и почти полмиллиарда рыбных икры и других организмов.Электростанция FirstEnergy’s Bay Shore также забирает более 749 миллионов галлонов воды в день из озера Эри, используя огромное количество «прямоточной» воды, используемой для охлаждения выходов оборудования, и создавая отличные условия для роста бактерий, наносящих вред естественной среде обитания рыб. ^[3] Согласно EPA, в США тепловое загрязнение из промышленных источников генерируется в основном электростанциями, но также и нефтеперерабатывающими заводами, целлюлозно-бумажными комбинатами, химическими заводами, сталелитейными и плавильными заводами. ^{[4] [5]} Для регулирования нагрева воды из этих источников можно использовать:

• пруды-охладители, искусственные водоемы, предназначенные для охлаждения за счет испарения, конвекции и излучения
• градирни, отводящие отходящее тепло в атмосферу за счет испарения и / или теплопередачи
• когенерация, процесс, при котором отработанное тепло повторно используется для бытового и / или промышленного отопления. ^[6]

На некоторых предприятиях используются системы прямоточного охлаждения (OTC), которые не снижают температуру так эффективно, как вышеупомянутые системы.Например, генерирующая станция Potrero, работающая на природном газе корпорации Mirant в Сан-Франциско, которая использует OTC, сбрасывает воду в залив Сан-Франциско примерно на 10 ° C (20 ° F) выше температуры окружающей среды в заливе. ^[7] Такие группы, как Hudson Riverkeeper, выступают за системы охлаждения с замкнутым циклом , , обязательные в соответствии с Законом о чистой воде, чтобы уменьшить количество используемой воды и нанести вред рыбе (см. Видео).

Правила США

Раздел 316 (b) Закона о чистой воде (CWA) требует от Агентства по охране окружающей среды, чтобы расположение, дизайн, конструкция и мощность водозаборных сооружений охлаждающей воды отражали наилучшие доступные технологии (BTA) для минимизации неблагоприятного воздействия на окружающую среду, включая термическое воздействие. загрязнение.EPA находится в процессе разработки правила, которое определит, как государства будут устанавливать стандарты для водозаборов охлаждающей воды на крупных электростанциях, которые, как ожидается, будут опубликованы в Федеральном реестре в сентябре 2010 года. Правило будет применяться к крупным существующим электростанциям. которые забирают 50 миллионов галлонов в день или более и используют не менее 25 процентов забираемой воды только для целей охлаждения — по оценкам, 422 электростанции, работающие на ископаемом топливе, и 38 атомных электростанций, представляющих более 308 и 52 ГВт существующей мощности, соответственно. ^[8] Правило неоднократно оспаривалось отраслевыми судебными процессами ^[8] , что побудило такие государства, как Калифорния, продвигать свои собственные правила. ^[9]

В июле 2010 года Апелляционный суд пятого округа США удовлетворил просьбу EPA отозвать часть правила, касающегося водозаборов охлаждающей воды, относящегося к существующим объектам, чтобы оно могло рассмотреть возможные подходящие требования (ConocoPhillips против EPA, 5-й округ, № 06-60662, 23.07.10). Промышленности особенно беспокоят эти требования из-за высоких затрат, связанных с модернизацией градирен.Согласно отчету компании North American Electric Reliability Corp. «Оценка специального сценария надежности: воздействие на адекватность ресурсов потенциальных экологических норм США» за 2010 год, примерно от 33 до 36 гигаватт генерирующих мощностей могут быть выведены из эксплуатации, в зависимости от того, как строгие правила градирни могут быть. ^[10] Исследование компании Brattle Group, проведенное в 2010 году «Возможный вывод угольных предприятий из эксплуатации в соответствии с новыми экологическими нормами», показало, что от 11 000 до 12 000 МВт угольной энергии могут быть выведены из эксплуатации, если будут установлены градирни.Согласно отчету, если потребуются скрубберы и градирни, он может закрыть все коммерческие угольные предприятия (заводы, которые продают электроэнергию на конкурентные оптовые рынки) в регионе ERCOT штата Техас. ^[11]

Общее водопользование в США

В отчете Союза обеспокоенных ученых за 2011 год «Использование пресной воды электростанциями США: потребность электричества в драгоценном ресурсе» подсчитано количество доступной воды в каждом крупном водоразделе США и проведено сравнение этого показателя с водой, используемой электростанциями в каждом водоразделе.В отчете указано, что каждый день в 2008 году в среднем ТЭС с водяным охлаждением в Соединенных Штатах забирали от 60 миллиардов до 170 миллиардов галлонов пресной воды из рек, озер, ручьев и водоносных горизонтов и потребляли от 2,8 до 5,9 миллиардов галлонов — на угольные электростанции приходилось 67 процентов этого забора и 65 процентов этого потребления.

Заводы на Востоке обычно забирают больше воды на каждую единицу произведенной электроэнергии, чем заводы на Западе, потому что большинство из них не оснащено технологиями рециркуляции, сухого или гибридного охлаждения.Интенсивность изъятия пресной воды в Вирджинии, Северной Каролине, Мичигане и Миссури была в 41-55 раз выше, чем в Юте, Неваде и Калифорнии. ^[12]

Ресурсы

Статьи по теме GEM.wiki

Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5} «Thermal Pollution» Pollution Issues, по состоянию на ноябрь 2009 г.
2. ↑ Майкл Хоторн, «Миллионы рыб Великих озер погибли в водозаборах электростанций: промышленность сопротивляется альтернативному охлаждающему оборудованию, которое могло бы защитить виды», Chicago Tribune, 17 июня 2011 г.
3. ↑ Дуг Шмидт, «Огромная добыча рыбы, подключены электростанции: плата за водозаборы американских электростанций, названных астрономическими», The Windsor Star 18 июня 2011 года.
4. ↑ Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Вашингтон, округ Колумбия «Конструкции водозабора охлаждающей воды — основная информация». Веб-сайт EPA, по состоянию на ноябрь 2009 г.
5. ↑ «Техническая документация по разработке окончательного раздела 316 (b) Правила фазы III. Глава 2». Веб-сайт EPA, по состоянию на ноябрь 2009 г.
6. ↑ «Профиль отрасли производства электроэнергии на ископаемом топливе».»Отчет EPA EPA / 310-R-97-007: стр. 24, 1997 г.
7. ↑ Калифорнийское агентство по охране окружающей среды, «Требования к сбросу отходов для Mirant Potrero, LLC, Potrero Power Plant». Веб-сайт регионального совета по контролю качества воды залива Сан-Франциско, приказ № R2-2006-0032; Разрешение NPDES № CA0005657. 10 мая 2006 г.
8. ↑ ^{8,0 8,1} «Критерии и стандарты для систем забора охлаждающей воды» Веб-сайт Агентства по охране окружающей среды, доступ в июле 2010 г.
9. ↑ Кассандра Свит, «Калифорнийские правила ограничивают использование морской воды электростанциями» The Wall Street Journal, 5 мая 2010 г.
10. ↑ Эндрю Чилдерс, «Электрокомпаниям нужно время для внедрения экологических правил», Ассоциация по обращению с отходами и воздухом, 2010.
11. ↑ «Правила EPA могут вызвать модернизацию на 180 миллиардов долларов, выход на пенсию, работающий на угле, 67 000 МВт» Power-Gen, 8 декабря 2010 г.
12. ↑ Аверит, К., Дж. Фишер, А. Хубер-Ли, А. Льюис, Дж. Макник, Н. Мэдден, Дж. Роджерс и С. Теллингхейзен, «Использование пресной воды электростанциями США: жажда электричества для Драгоценный ресурс », инициатива Союза обеспокоенных ученых« Энергия и вода в потеплении мира », ноябрьский отчет 2011 года.

Внешние ресурсы

Тепловое загрязнение как невидимая сторона загрязнения воды — география и вы

Когда мы говорим о загрязнении, мы редко вспоминаем о тепловом загрязнении. Однако с учетом того, что повсюду растут бесчисленные тепловые электростанции и отрасли промышленности, тепловое загрязнение является реальной и постоянной проблемой нашего времени.

Термическое загрязнение в самом широком смысле можно определить как резкое изменение температуры окружающей среды естественного водоема в результате любых антропогенных процессов.Повышение или понижение температуры воды ухудшает качество воды и делает ее непригодной для потребления или для жизнедеятельности водных организмов. Это могло произойти в озерах, реках, океанах или даже прудах.

Каковы источники теплового загрязнения?

Основными источниками теплового загрязнения являются нагретые сточные воды, образующиеся на производственных и производственных предприятиях — угольных тепловых электростанциях, установках природного газа, атомных станциях, текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности и т. Д.Эти агрегаты используют огромное количество воды в качестве «охлаждающего агента» при понижении температуры оборудования, такого как генераторы и тепловые двигатели. Таким образом, вода действует как эффективный поглотитель отходов тепла. Затем нагретая вода сбрасывается обратно в источник, которым в большинстве случаев является река или океан, вызывая нарушение теплового равновесия.

Удаление растительности или вырубка лесов — еще один непопулярный, но значительный источник теплового загрязнения. Растительность, особенно деревья, сохраняет температуру воды прохладной, создавая тень для прудов, озер, рек и т. Д.В отсутствие деревьев водоемы подвергаются большему воздействию солнечного света и поглощают тепло, что повышает нормальную температуру воды. Кроме того, эрозия почвы приводит к повышению уровня воды и обмелению озер и рек, что может увеличить концентрацию солнечного света и нагревание воды.

https://www.geographyandyou.com/climate-change/pollution/coastal-pollution/

Природные процессы, такие как извержение вулкана или геотермальная активность под океаном или на суше, также могут увеличивать тепловое загрязнение.Лава (расплавленные породы) могла привести к резкому повышению температуры воды.

Экологические последствия теплового загрязнения

Тепловое загрязнение по-прежнему считается незначительной проблемой по сравнению с другими видами загрязнения, такими как выбросы углерода или твердые отходы. Многие оспаривают важность производственных предприятий и предприятий по сравнению с потенциальной экологической угрозой, создаваемой тепловым загрязнением.

Самым важным требованием для выживания водных животных является температура окружающей среды.Небольшое отклонение от этой температуры может пагубно сказаться на живых организмах и окружающей их экологии. Ниже приведены несколько важных экологических последствий теплового загрязнения —

• Уменьшение растворенного кислорода — Кислород, как и в воздухе, не менее важен для водных организмов. Чем теплее вода, тем меньше в ней растворяется кислород. Таким образом, небольшое изменение температуры воды может привести к анаэробным состояниям или недостатку кислорода, тем самым подорвав жизнь водной флоры и фауны.Теплая вода также увеличивает скорость разложения органических компонентов, в процессе которого потребляется кислород, что способствует истощению растворенного кислорода.
• Большинство водных организмов эволюционировали таким образом, что ферментные системы функционируют в очень узком температурном диапазоне, называемом «стенотермическими организмами». Небольшое понижение или повышение температуры может вызвать «тепловой шок», который иногда может привести к массовым убийствам рыб, растений, насекомых и т. Д. (Pollution Issues, 2017).Такие организмы, как моллюски, губки и ракообразные, легко уничтожаются при температуре выше 37 ° C (Techgape, 2017).
• С другой стороны, может произойти внезапное усиление метаболизма некоторых видов и стремительный рост численности. Это нарушает стабильность пищевых цепей и изменяет видовой состав в окружающей среде. Известно также, что тепловое загрязнение отрицательно влияет на репродуктивную систему водных животных (Conserve Energy Future, 2017).
• Резкая массовая миграция видов — еще одна серьезная проблема, связанная с тепловым загрязнением.Изменение температуры может вынудить виды мигрировать в другую среду обитания, создав полую пищевую сеть.
• Кораллы очень чувствительны к температурным аномалиям, поэтому тепловое загрязнение от стоков и стоков вызывает обесцвечивание, например, изгнание водорослей-симбионтов и последующую гибель кораллов.

В качестве примера, по оценкам, около 46 миллионов взрослых особей рыбы, 2,4 миллиарда яиц, личинок и молоди ежегодно погибают в результате сточных вод с завода First Energy Bay Shore Plant на береговой линии реки Моми недалеко от Толедо, штат Огайо.Кроме того, согласно сообщениям, на электростанции Монро в Мичигане ежегодно погибает более 25 миллионов рыб (Sourcewatch.org, 2017).

https://www.geographyandyou.com/climate-change/pollution/air-pollution/

Контроль теплового загрязнения

Несколько научных методов, которые могут быть использованы любыми промышленными предприятиями для контроля теплового загрязнения, — это создание водоемов-охладителей, искусственных озер и градирен. Пруды-охладители — один из самых простых и дешевых методов, при котором нагретые сточные воды хранятся в пруду перед тем, как сбрасывать их в основные водотоки.Это дает достаточно времени, чтобы рассеять тепло в атмосферу за счет испарения. Аналогичным образом градирни устанавливаются на электростанциях химической обработки, сталелитейных заводах и других производственных процессах, где требуется охлаждение сточных вод перед их сбросом. Он включает в себя рециркуляцию вверх каскада нагретых сточных вод через градирни в воздух за счет процессов испарения. Однако оказалось, что эти методы эффективно работают в небольших отраслях промышленности, ограниченных развитыми странами.Кроме того, изменение местных метеорологических условий является проблемой для градирен, поскольку в атмосферу попадает большое количество водяного пара.

Роль правительства в борьбе с тепловым загрязнением очень важна в развивающихся странах, таких как Индия, в отношении законодательной базы и политики борьбы с загрязнением для очистки сточных вод.