- Тепловое загрязнение водоемов
- Опасность теплового загрязнения водоемов
- Причины теплового загрязнения водоемов
- Электростанции и промышленные объекты
- Сточные воды, эрозия и обезлесение
- Эрозия почвы и обезлесение
- Воздействие теплового загрязнения на водоем
- Примеры теплового загрязнения
- Предотвращение теплового загрязнения
- Снижение теплового загрязнения
- Тепловое загрязнение атмосферы
- Тепло увеличивает выбросы первичных загрязняющих веществ
- Солнце и жара ухудшают загрязнение воздуха
- Высокое атмосферное давление удерживает загрязнение воздуха на уровне земли, повышая его уровень
Тепловое загрязнение водоемов
Тепловое (термическое) загрязнение – это ухудшение качества воды из-за резкого изменения ее температуры. Другое определение: это быстрое изменение температуры в естественном водоеме. Это загрязнение чаще всего вызвано горячими выбросами промышленного объекта или другой деятельностью человека. Тепловое загрязнение может привести к нарушению естественных систем и стрессу, болезни или даже смерти пораженных организмов.
Опасность теплового загрязнения водоемов
Многие водные животные, такие как рыбы и земноводные, не способны выдерживать резкие перепады температуры. Даже всего один или два градуса Цельсия могут неблагоприятно повлиять на их метаболическую активность. Например, делая их клеточные стенки менее проницаемыми для необходимого осмоса и иным образом изменяя метаболизм ферментов.
Тепловое загрязнение:
- влияет на способность водных животных переваривать, правильно метаболизировать и размножаться;
- увеличивает скорость их метаболизма. Им нужно потреблять больше пищи за более короткое время, чем если бы окружающая среда не менялась. При этом пищи будет меньше, поскольку изменение температуры воды также влияет на источник пищи;
- теплая вода может заставить определенные виды организмов мигрировать в более подходящую среду. Это может привести к потерям для тех видов, которые зависят от них в своей повседневной пище.
Водные виды, которые могут легче адаптироваться к более теплым температурам, переместятся, а другие уйдут или умрут. Пищевые цепи старой и новой среды будут изменяться и могут быть нарушены из-за дисбаланса. Биоразнообразие уменьшится, поскольку меньшее количество организмов сможет процветать в более теплой среде.
Более высокие температуры воды также увеличивают скорость роста растений, что приводит к сокращению продолжительности жизни и перенаселению видов.
Систематическое повышение температуры воды способствует вредоносному цветению водорослей. Цветение водорослей снижает уровень кислорода в воде, также в результате цветения водоросли производят токсины, вредные для других организмов. Они часто связаны с крупномасштабными случаями гибели морских животных и связаны с различными видами отравления моллюсками.
Воздействие на среду обитания водных ресурсов.
Причины теплового загрязнения водоемов
Природные явления, такие как лесные пожары, вулканы и подводные термальные источники, могут вызывать тепловое загрязнение. Однако чаще это результат промышленного процесса или объекта, использующего большое количество воды из природного источника и выпускающего нагретые сточные воды.
Теплоэлектростанции, работающие на угле, природном газе, атомной энергии или на биомассе и других отходах, являются серьезными причинами теплового загрязнения.
Электростанции обычно строятся рядом с водным объектом, который обеспечивают стабильную подачу воды. Вода преобразуется в пар, который приводит в действие турбины для выработки электроэнергии. Далее вода используется для охлаждения машин, которые сильно нагреваются. Также, вода поглощает тепло, а то, что не испаряется, обычно отводится обратно к источнику.
Сточные воды, эрозия и обезлесение
Не все сточные воды проходят очистку перед сбросом в водоемы. Неочищенные сточные воды, городские ливневые и сельскохозяйственные стоки могут создавать тепловое загрязнение близлежащих источников воды, поскольку стоки часто теплее, чем ручьи, озера или реки, в которые они впадают.
Эрозия почвы и обезлесение
Воздействие теплового загрязнения на водоем
Когда тепло быстро перемещается в источник воды, оно оказывает прямое и косвенное воздействие на окружающую среду. Водные организмы могут быть очень чувствительны даже к небольшим изменениям температуры воды. Когда популяции рыб и других организмов сокращаются, это может вызвать волновые эффекты в экосистеме.
Примеры теплового загрязнения
В глобальном анализе теплового загрязнения рек 2016 года река Миссисипи возглавила список. Шестьдесят два процента выбросов тепла в реку приходится на угольные электростанции, а 28% – на атомную энергетику. Другими источниками теплового загрязнения являются сельскохозяйственные стоки и сточные воды. Река Рейн в Европе также подверглась значительному воздействию выбросов электростанций, в первую очередь атомных.
Страны с дефицитом воды, особенно на Ближнем Востоке, обратились к опреснению воды как к средству повышения водной безопасности перед лицом засухи и изменения климата. Исследование опреснительных установок в Ашкелоне и Хадере вдоль средиземноморского побережья Израиля, проведенное в 2020 году, показало, что смешивание охлаждающей воды с разбавленными солеными сточными водами создает нагретый шлейф, на 25% превышающий естественную температуру морской воды, что создает нагрузку на местные донные организмы у морского дна.
На действующей атомной электростанции в Калифорнии, каньоне Диабло недалеко от Сан-Луис-Обиспо, противники уже давно выражают обеспокоенность по поводу воздействия на экосистему станции, которая каждый день сбрасывает миллионы галлонов нагретой морской воды обратно в океан. В 2021 году PG&E, коммунальное предприятие, владеющее Diablo Canyon, достигло мирового соглашения с государством на 5,9 миллиона долларов в связи с нарушением разрешений, направленных на ограничение теплового загрязнения.
Предотвращение теплового загрязнения
Необходимо обязывать предприятия принимать меры для снижения температуры воды перед сбросом в водным водоем с целью предотвращения токсического шока от внезапного повышения температуры воды, убивающего водную жизнь.
Например, атомная электростанция Сан-Онофре между Лос-Анджелесом и Сан-Диего, Калифорния, имеет два основных реактора, обеспечивающих циркуляцию в общей сложности 2 400 миллионов галлонов океанской воды в день при скорости потока 830 000 галлонов в минуту для каждого блока. Охлаждающая вода поступает на станцию из двух водозаборных сооружений, расположенных на расстоянии 3000 футов от берега на глубине 32 фута. Вода нагревается примерно до 19 ° F выше температуры окружающей среды, когда она проходит через конденсаторы. Он сбрасывается обратно в океан через серию выпусков диффузорного типа, которые имеют серию из шестидесяти трех выпускных труб, расположенных на расстоянии 2450 футов. Сбрасываемая вода быстро смешивается с окружающей морской водой, так что среднее повышение температуры после смешивания составляет менее 2° по Цельсию.
Нагретой водой можно также управлять:
- с помощью прудов-охладителей, т.е. искусственных водоемов, предназначенных для охлаждения за счет испарения, конвекции или излучения;
- градирней, которые передают отработанное тепло в атмосферу путем испарения или теплопередачи;
- когенерации, в результате которой отработанное тепло используется повторно для других целей отопления.
В теплую погоду сброс в водный объект может оказывать значительное термическое воздействие на небольшие ручьи.
Снижение теплового загрязнения
Тепловое загрязнение вызывает растущую озабоченность, особенно в связи с изменением климата, усугубляющим повышение температуры воды из-за электростанций, промышленности, сельского хозяйства и других антропогенных источников. По состоянию на 2013 год около трети всей выработки электроэнергии в США приходилось на электростанции, использующие прямоточное охлаждение. Это характерно для старых энергетических объектов.
Исследование 2016 года показало, что половина глобальных выбросов тепла пресной водой приходится на атомные и угольные электростанции 1970-х и 1980-х годов. 10 Некоторые старые электростанции, использующие прямоточное охлаждение, закрываются по мере старения оборудования и ужесточения ограничений на загрязнение воздуха и воды, потребление воды и тепловыделение, что снижает прибыльность и увеличивает ответственность.
В США тепловое загрязнение регулируется федеральным Законом о чистой воде, который требует от штатов устанавливать ограничения на тепловые выбросы электростанций для защиты водных организмов и дикой природы. Электростанции должны соответствовать стандартам температуры нагнетания, чтобы претендовать на получение разрешений, или, в качестве альтернативы, доказать, что температура нагнетания не оказывает неблагоприятного воздействия на окружающую среду.
В Российской Федерации тепловое загрязнение не контролируется.
Существующие и появляющиеся технологии обеспечивают средства снижения теплового загрязнения:
- сокращение количества воды, сбрасываемой объектами,
- улавливание нагретых сточных вод для других целей, таких как опреснение, для уменьшения сбросов.
Тепловое загрязнение имеет серьезные последствия для водной экосистемы. Рыбы являются важной частью природной экосистемы. Любое нарушение природы приводит к экологическим катастрофам. Изменение температуры водоемов вредно для рыб, земноводных, а также для окружающей среды.
Тепловое загрязнение атмосферы
Жара угрожает здоровью. Загрязнение воздуха угрожает здоровью. Но почему предупреждения о жаре и загрязнении воздуха часто совпадают?Жара может увеличить загрязнение воздуха тремя способами:
- В жаркую погоду первичные источники загрязняющих веществ, как правило, увеличиваются.
- Солнце и тепло могут превратить первичные загрязнители воздуха во вторичные, которые могут быть еще более токсичными.
- Волны тепла часто сопровождаются высоким атмосферным давлением, что создает застойный слой воздуха над уровнем земли. Когда это происходит в городах – плотность загрязняющих веществ увеличивается.
Тепло увеличивает выбросы первичных загрязняющих веществ
Тепло приводит к большему потреблению энергии кондиционерами в зданиях и автомобилях, и это дополнительное энергопотребление приводит к большему загрязнению воздуха.
Изменение климата с более длительными теплыми периодами также может привести к увеличению производства аллергенов растительного происхождения, таких как пыльца.
Другие побочные эффекты тепла могут увеличить загрязнение воздуха, например, лесные пожары, которые производят большое количество частиц; это загрязнение может достигать густонаселенных районов, переносясь ветром.
Солнце и жара ухудшают загрязнение воздуха
Солнечный свет и высокая температура запускают химические реакции между первичными загрязнителями воздуха, такими как оксиды азота (выбрасываемые двигателями) и кислородом, вызывая химическую реакцию с образованием озона. Чем жарче день и интенсивнее солнце, тем больше образуется озона.
Озон является очень активным окислителем, который усугубляет заболевания легких, такие как астма, и может вызвать затруднение дыхания даже у здоровых людей.
Тепло и солнце также превращают первичные частицы во вторичные, более мелкие частицы, которые могут быть более токсичными.
Эти вторичные частицы, которые фотохимически производятся солнечным светом, имеют решающее значение: они вездесущи и могут составлять до 90 процентов (по количеству) от общего количества твердых частиц. Вторичные частицы меньше одной тысячной миллиметра (очень мелкие частицы) и даже меньше (сверхмелкие частицы). Они могут проникать глубоко в дыхательные пути легких при вдыхании и даже проникать в кровь.
Группа исследователей из Университета Берна (Швейцария) недавно показала, что вторичные частицы от сгорания бензина в двигателях непосредственно повреждают легочную ткань, а также ослабляют ее защитную систему в результате своих физико-химических свойств. Следовательно, болезнетворные микроорганизмы (вирусы, бактерии) могут легче попасть в легкие. Особому риску подвержены астматики.
Сверхмелкие частицы настолько малы и легки, что составляют незначительную долю известного измерения PM2,5. Однако они являются критическим фактором загрязнения атмосферного воздуха.«Ультрадисперсные частицы составляют 80% частиц в воздухе городов», — говорит Франсэлин Марано, профессор биологии в Университете Париж-Дидро. «Но у нас нет технологии для их точного измерения. Вот почему в настоящее время нет правил для сверхмелких частиц».
Высокое атмосферное давление удерживает загрязнение воздуха на уровне земли, повышая его уровень
Тепловые волны и плохое качество воздуха часто идут рука об руку, потому что длительное высокое давление создает застойную среду. При слабом ветре и отсутствии осадков загрязняющие вещества не очищаются от воздуха, а накапливаются прямо над уровнем земли.
При плохом качестве воздуха у людей может наблюдаться резкое ухудшение состояния с одышкой, чувством, что они не могут отдышаться, стеснением в груди, кашлем от раздражения или даже бронхитом.
Наконец, глобальное потепление и загрязнение воздуха в совокупности составляют серьезную проблему общественного здравоохранения.
