Воздействие энергетических объектов на окружающую водную среду

ВВЕДЕНИЕ

 

Энергетические объекты являются наиболее опасными антропогенными загрязнителями окружающей природной среды, в том числе и для водной.

Воздействие энергетики на окружающую водную среду обобщенно сводится к следующему:

• водопотребление и водопользование, обуславливающее изменение водного баланса и качества воды;
• выпадение на поверхность в виде твердых частиц и жидких растворов продуктов выбросов в атмосферу, в том числе кислот и кислотных окислов, металлов и твердых соединений, канцерогенных и радиоактивных веществ;
• выбросы твердых и жидких радиоактивных отходов, включая отходы добычи и обогащения, урановых руд;
• выбросы теплоты, следствием которых могут быть постоянное или локальное повышение температуры в водоеме, временное повышение температуры, изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима, изменений условий паводков, изменение распределений осадков, испарений, туманов, местное потепление водного бассейна;
• создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов охладителей, что вызывает изменение качественного и количественного состава речного стока, изменение гидрологии водного бассейна, увеличение давления на дно, проникновение влаги в разломы коры и изменение сейсмичности, изменение условий рыболовства, развитие планктона и водной растительности, изменение микроклимата, условий отдыха, бальнеологических и других факторов водной среды, подтопления и заболачивания территорий, берегообрушение, перенос населенных пунктов;
• воздействие сбросов, выносов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шельфов.

Необходимо также заметить, что примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот между гидро-, лито- и атмосферой.

В данном реферате будут рассмотрены все виды воздействия энергетических объектов на окружающую водную среду, а именно воздействие на водную среду атомных, гидравлических и теплоэлектростанций. Такие объекты энергетики как линии электропередач и электрические подстанции, а также теплотрассы непосредственного воздействия на водную среду не оказывают.

 

Воздействие ТЭС на водную среду

 

Из всех типов электростанций наибольшее отрицательное воздействие на окружающую среду (ОС) оказывают ТЭС. В качестве основных факторов воздействия можно назвать следующие:

• добыча топлива (создание шахт и образование терриконов), его переработка и транспортировка;
• изъятие территорий;
• загрязнение газообразными, жидкими и твердыми отходами;
• тепловое загрязнение воздушной и водной среды;
• шумовое загрязнение

и другие.

Воздействие ТЭС на водную среду проявляется в таких основных моментах:

а) сливы жидких загрязняющих веществ (ЗВ) в водные объекты;

б) оседание на поверхности водоемов твердых частиц (например, мелкодисперсная угольная пыль) при их выбросах в атмосферу;

в) попадание в водный объект ЗВ с осадками, выпадение кислотных осадков;

г) тепловое загрязнение водоемов.

Особую группу вод, используемых ТЭС, составляют охлаждающие воды, забираемые из водоемов на охлаждение поверхностных теплообменных аппаратов – конденсаторов паровых турбин, водо-, масло-, газо- и воздухоохладителей. Эти воды вносят в водоем большое количество тепла. Из конденсаторов турбин отводится приблизительно до двух третей всего количества тепла. Из конденсаторов турбин отводится приблизительно до двух третей всего количества тепла, получаемого при сгорании топлива, что намного превосходит сумму тепла, отводимого от других охлаждаемых теплообменников. Поэтому с охлаждением конденсаторов связывают обычно так называемые «тепловые загрязнения» водоемов сбросными водами ТЭС и АЭС. О количестве тепла, отводимого с охлаждающей водой отдельных электростанций можно судить по установленным энергетическим мощностям. Средний расход охлаждающейся воды и количество отводимого тепла, приходящегося на 1000 МВт мощности, составляют для ТЭС соответственно 30 м³/с и 4500 ГДж/ч, а для АЭС с турбинами насыщенного пара среднего давления – 50 м³/с и 7300 ГДж/ч.

Горячая вода охлаждается в градирнях. Затем подогретая вода возвращается в водную среду. В результате сброса подогретых вод в водные объекты происходят неблагоприятные процессы, приводящие эвтрофикации водоема, снижению концентрации растворенного кислорода, бурное развитие водорослей, сокращения видового разнообразия водной фауны. В качестве примера подобного воздействия ТЭС на водную среду можно привести такое: В Харьковской области ТЭС города Эсхар сбрасывает подогретые воды в реку Северский Донец, участок реки, подверженный влиянию данной ТЭС, ощущает все вышеперечисленные негативные процессы.

Допустимые по нормативным документам пределы подогрева воды природных водоемов составляет: на 3 С летом а на 5 С зимой.

Необходимо также сказать о том, что тепловое загрязнение приводит также к изменению микроклимата. Так, вода, испаряющаяся из градирен, резко повышает влажность окружающего воздуха, что в свою очередь приводит к образованию туманов, облаков и др.

Кроме конденсаторов турбогенераторов, потребителями охлаждающей воды являются маслоохладители. Основные потребители технической воды (системы золо- и шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют около 75 общего расхода воды. В то же время именно эти потребители воды являются основными источниками примесного загрязнения. При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов серийных блоков ТЭС мощностью 300 МВт образуется до 1000 м³ разбавленных растворов соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.

Отметим также и сложность проблемы золошлаковых отвалов. Помимо того, что под эти отвалы изымаются значительные площади земель пригодных для сельскохозяйственного использования, изменяются природные ландшафты, но также возникает возможность загрязнения подземных и поверхностных вод. Под действием атмосферных осадков из золошлаковых отходов могут вымываться соединения твердых металлов, серы и попадать в почву и водные объекты.

 

Влияние АЭС на водную среду

 

Главное различие между ТЭС и АЭС заключается в том, что в схеме последней вместо котла, работающего на органическом топливе, имеется атомный реактор, а также парогенератор особой конструкции. Остальное оборудование, а, следовательно, и воздействие этой части АЭС на ОС, не отличается от оборудования ТЭС.

В схемах АЭС предусматриваются необходимые устройства для сбора активных веществ и удаления их в виде газообразных, жидких или твердых отходов. Жидкие отходы содержат радиоактивные изотопы стронция, цезия, водорода и других элементов. Суммарное расчетное значение радиоактивности жидких отходов блока АЭС с легководным реактором мощностью 1000 МВт составляет около 10¹² c^-1 (30 Ки/год по продуктам деления). Радиоактивность отходов у разных АЭС отличается на несколько порядков, но в подавляющем большинстве случаев не превышает предельно допустимые уровни (ПДУ).

Систематические наблюдения за воздействием АЭС на водную среду при нормальной эксплуатации не обнаружили существенных изменений естественного радиоактивного фона. При установленных допустимых уровнях воздействия ядерной энергетики на гидросферу и существующих методах контроля сбросов действующие типы ядерных энергетических установок не представляют собой угрозы нарушения локальных и глобальных равновесных процессов в гидросфере и ее взаимодействия с другими составляющими географической оболочки Земли.

Все другие виды воздействий АЭС на водную среду не связанные с радиоактивностью (влияние системы водоснабжения, подводящих и отводящих каналов, фильтров), качественно не отличаются от аналогичных воздействий ТЭС. Основное тепловыделение АЭС в окружающую среду, как и на ТЭС, происходит в конденсаторах паротурбинных установок. Однако удельные тепловыделения в охлаждающую воду у АЭС больше, чем у ТЭС, вследствие значительного удельного расхода пара. Это определяет большие удельные расходы охлаждающей воды. В связи с чем почти на всех новых АЭС предусматривается установка градирен, в которых теплота отводится непосредственно в атмосферу. Затем охлаждающая вода поступает в пруды-охладители. Это водоемы обособленного водопользования, предназначенные для обеспечения замкнутой системы водоснабжения АЭС.

Для АЭС также остро стоит проблема захоронения радиоактивных отходов. Эта проблема может затрагивать как гидросферу, так и другие оболочки Земли.

 

Взаимодействие ГЭС и окружающей водной среды.

 

Всего несколько десятилетий назад широкое распространение получила точка зрения о том, что ГЭС не могут отрицательно влиять на ОС, поскольку при их эксплуатации практически полностью отсутствует загрязнение атмосферы. Безусловно, получение электроэнергии на ГЭС имеет массу преимуществ, такие как экономия органического топлива и неисчерпаемость гидроресурсов.

Однако со временем стало ясно, что при строительстве и эксплуатации ГЭС окружающей природной среде, а именно водной, наносится существенный ущерб. Для работы ГЕС необходимо строительство водохранилищ. В принципе, это позволяет обеспечивать водой маловодные районы (например, Каховское водохранилище через Северокрымский канал снабжает Керчь, Феодосию и частично другие регионы Крыма).

Однако именно водохранилища и являются главным бедствием, большую часть их составляют мелководья. Площади мелководий особенно велики при зарегулировании равнинных рек, например, у водохранилищ Днепровского каскада. Вода мелководий интенсивно прогревается солнцем, что в совокупности с поступлением биогенных веществ создает благоприятные условия для развития сине-зеленых водорослей и других эвтрофикационных процессов. При создании водохранилищ затапливается территория, равная площади его зеркала. Для аккумулирования 1 км³ воды в водохранилищах, сооружаемых на равнинных реках, площадь затопления составляет порядка 300-320 км², на горных реках – порядка 80-100 км². Поэтому развитие гидроэнергетики предпочтительней вести в горной местности. В результате фильтрации воды в борта водохранилища вокруг него формируется обширная зона подтопления, почти равная по площади зеркалу водохранилища. Волновые явления вызывают переработку берегов и их обрушение, что увеличивает площади мелководий. Мелководья и подтопление способствует заболачиванию территорий, прилегающих к водохранилищу.

При сооружении ГЭС происходит перераспределение стока реки, измеряется ее уровень, а также волновой, термический и ледовый режимы. Скорости течения реки уменьшаются в десятки раз. В отдельных частях водохранилища возникают застойные зоны. Изменяется тепловой режим в нижнем бьефе водохранилища в осеннее-зимний период за счет поступления из верхнего бьефа более теплой воды, нагретой в водохранилище за лето. Эти отклонения от естественных условий распространяются на сотни километров от плотины ГЭС. Наблюдаются существенные изменения гидрохимического и гидробиологического режимов водных масс. В верхнем бьефе массы воды насыщаются органическими веществами, поступающими с речным и поверхностны стоком, сточными водами, а также вымываемыми из затопленных почв.

Под давлением огромных масс воды, накопленных в водохранилищах, нередко происходят просадки земной поверхности, сопоставимые с землетрясениями силой до 2-3 баллов. В результате изменения русловых режимов в водохранилищах оседают наносы. Зарегулирование речного стока отражается на состоянии морской среды. Губительным для Азовского моря оказалось зарегулирование стока рек Дона и Кубани. Сооружение Цимлянского (на Дону) и Краснодарского (на Кубани) водохранилищ уменьшило поступление речного стока в Азовское море примерно на 30%, что привело к снижению уровня моря на 70 см. Черноморская вода с соленостью 14-17^о/_оо хлынула в акваторию Азовского моря, соленость которого составляла 7-11 ^о/_оо. Постепенное изменение солености Азовского моря привело к исчезновению его многочисленного и разнообразного рыбного населения. Этому способствовали также неоправданно высокие квоты ежегодного улова рыбы и загрязнение акватории Азовского моря сбросными водами рисовых плантаций, другими сточными водами, сбросами судов. В результате в течении 15-20 лет рыбные запасы моря оказались практически исчерпанными.

 

ВЫВОДЫ

 

Энергетические объекты являются одними из наиболее опасных антропогенных источников загрязнения окружающей природной среды и дают основное количество загрязняющих веществ, попадающих в природные среды. Окружающая водная среда не является исключением и по объемам воздействия на гидросферу энергетические объекты являются первым негативным фактором влияния.

Наибольшее неблагоприятное воздействие на водные объекты проявляют гидроэлектростанции, хотя их воздействие на атмосферу минимально. Основные экологические проблемы, связанные с эксплуатацией ГЭС – затопление огромных территорий, заболачивание, изменению морфометрических, гидрофизических, гидрохимических, токсикологических, гидробиологических и других параметров водных объектов.

Основное воздействие ТЭС, так же как и АЭС, сводится к изменению термического режима водного объекта путем неконтролированного сброса подогретых вод. Это приводит к изменению микроклимата, зацветанию водоемов, сокращению видового разнообразия водной фауны и другим сопутствующим неблагоприятным процессам.

Воздействие ТЭС на водную среду также проявляется в сливах жидких загрязняющих веществ (ЗВ) в водные объекты, оседании на поверхности водоемов твердых частиц (например, мелкодисперсная угольная пыль) при их выбросах в атмосферу и попадание в водный объект ЗВ с осадками, а также при вымывании ЗВ из золошлаковых отвалов, выпадение кислотных осадков. Все это химическое загрязнение приводит к ухудшению качества воды, и как следствие – может в дальнейшем приводить к негативным последствиям на уровне экосистемы.

Что касается АЭС, то особенностью их эксплуатации является риск радиоактивного загрязнения природной среды, в том числе и водной. И хотя наблюдения за воздействием АЭС на водную среду не обнаружили существенных изменений естественного радиоактивного фона, тем не менее, это не умаляет опасности, связанной с неизбежным образованием жидких радиоактивных отходов и необходимостью их хранения, захоронения или утилизации. И хотя на данный момент АЭС наносят меньший ущерб водной среде, чем ГЭС и ТЭС потенциальный опасность их несомненно огромнее.

Объекты энергетики, являясь наиболее опасными с экологической точки зрения, оказывают отрицательное влияние на водную среду, приводя к нарушению процессов самовосстановления, ухудшая токсикологические, гидрохимические и гидробиологические показатели водных объектов. Это снижает качество воды, и ухудшает ее питьевую ценность.

Уменьшение влияния энергетической промышленности на биосферу в целом, так же как и на ее водную оболочку, путем снижения объемов деятельности на данном этапе развития общества мне представляется невозможным. Поэтому задача экологов сейчас – это поиск путей оптимизации энергетики: повышение эффективности использования топлива на АЭС и ТЭС, а также снижение воздействия на ОС. Что касается гидроэнергетики, которая привносит значительный вклад в ухудшение водной среды, то, на мой взгляд, ее развитие в будущем будет связано со строительством небольших ГЭС преимущественно на горных реках для энергоснабжения близлежащих районов. В этом случае последствия для окружающей водной среды будут значительно менее губительны, чем при строительстве каскадов ГЭС на равнинных реках, как например, на Днепре, где их строительство было связано с созданием огромных водохранилищ и затоплением значительных территорий.

 

 

Использованная литература

Экология города: Учебник. – К.: Либра, 2000. – 464 с.