Загрязнение воды
Люди, прошедшие долгий путь в пустыне, наверняка смогут называть цену каждой капли воды. Хотя скорее всего эти капли будут бесценны, ведь от них зависит жизнь человека. В обычной жизни, мы, увы, придаем воде не такое большое значение, поскольку ее у нас много, и доступна она в любое время. Только в перспективе это не совсем так. В процентном соотношении незагрязненными остались только 3% от всего мирового запаса пресной воды. Понимание важности воды для людей не мешает человеку загрязнять важный источник жизни нефтью и нефтепродуктами, тяжелыми металлами, радиоактивными веществами, неорганическими загрязнениями, канализационными стоками и синтетическими удобрениями.
В загрязненной воде содержится большое количество ксенобиотиков — веществ, чуждых организму человека или животного. Если такая вода попадает в пищевую цепочку, это может привести к серьезным пищевым отравлениям и даже летальному исходу всех участников цепи. Конечно, вредные вещества содержатся и в продуктах вулканической деятельности, которые загрязняют воду и без помощи человека, но превалирующее значение имеет деятельность металлургической промышленности и химических заводов.
С появлением ядерных исследований природе нанесен довольно значительный вред во всех сферах, в том числе и воде. Попавшие в нее заряженные частицы несут большой вред живым организмам и способствуют развитию онкологических заболеваний. Сточные воды заводов, суда с ядерными реакторами и просто дождь или снег в зоне проведения ядерных испытаний могут привести к заражению воды продуктами разложения.
Канализационные стоки, несущие в себе множество мусора: моющие средства, остатки пищи, мелкие бытовые отходы и другое, в свою очередь способствуют размножению другим патогенным организмам, которые при попадании в организм человека дают ряд заболеваний, таких как брюшной тиф, дизентерия и других.
Загрязнение почвы
Пожалуй, не имеет смысла объяснять, насколько почва является важной частью жизни человека. Большую часть еды, которой питается человек, приносит почва: от злаковых культур до редких видов фруктов и овощей. Чтобы так продолжалось и дальше, необходимо поддерживать состояние грунта на должном уровне для нормального круговорота воды. Но антропогенное загрязнение уже привело к тому, что 27% земель планеты подвержены эрозии.
Загрязнение почвы — это попадание в нее токсичных химических веществ и мусора в высоких количествах, препятствующих нормальному протеканию круговорота грунтовых систем. Основные источники загрязнения почвы:
- жилые дома;
- промышленные предприятия;
- транспорт;
- сельское хозяйство;
- атомная энергетика.
В первом случае загрязнение почвы происходит из-за обычного мусора, который выбрасывается в неположенных местах. Но главной причиной следует назвать именно свалки. Сжигаемые отходы ведут к засорению больших территорий, а продукты горения портят почву безвозвратно, засоряя всю окружающую среду.
Промышленные предприятия выбрасывают множество токсичных веществ, тяжелых металлов и химических соединений, влияющих не только на почву, но и на жизнь живых организмов. Именно этот источник загрязнения ведет к техногенному загрязнению почвы.
Транспортные выбросы оксида азота, углеводорода, метана и свинца, попадая в почву, влияют на пищевые цепочки — попадают в организм человека через продукты питания. Чрезмерное выпахивание земли, пестициды, ядохимикаты и удобрения, в которых содержится достаточно ртути и тяжелых металлов, приводят к значительной эрозии почвы и опустыниванию. Обильное орошение также нельзя назвать положительным фактором, поскольку это ведет к засолению почвы.
Сегодня хоронят в земле до 98% радиоактивных отходов атомных станций, в основном продуктов расщепления урана, что ведет к деградации и истощению земельных ресурсов.
Загрязнение атмосферы
Атмосфера в виде газообразной оболочки Земли имеет большую ценность, поскольку защищает планету от космической радиации, воздействует на рельеф, определяет климат Земли и ее тепловой фон. Нельзя сказать, что состав атмосферы был однородным и только с появлением человека начал меняться. Но именно после начала активной деятельности людей неоднородный состав «обогатился» опасными примесями.
Основными загрязнителями в данном случае выступают химические заводы, топливно-энергетический комплекс, сельское хозяйство и автомобили. Они приводят к появлению в составе воздуха меди, ртути, свинца и других металлов. Разумеется, в промышленных зонах загрязнение воздуха чувствуется больше всего.
Теплоэлектростанции несут в наши дома свет и тепло, однако, параллельно они выбрасывают огромное количество углекислого газа, пыль и сажу в атмосферу. Причиной кислотных дождей являются отходы, выбрасываемые с химических заводов, например, оксид серы или азота. Эти оксиды могут вступать в реакцию с другими элементами биосферы, что способствует появлению более губительных соединений.
Современные автомобили достаточно хороши по дизайну и техническим характеристикам, но проблему с выбросом токсинов от выхлопа в атмосферу решить до сих пор не удалось. Зола и продукты переработки топлива не только портят атмосферу городов, но и оседают на почве и приводят к ее негодности.
Во многих индустриальных и промышленных районах использование бризера стало неотъемлемой частью жизни именно по причине загрязнения окружающей среды заводами и транспортом. Поэтому, если Вы обеспокоены состоянием воздуха в своей квартире, с помощью бризера Вы сможете создать здоровый микроклимат дома, что, к сожалению, не отменяет планерных проблем загрязнения окружающей среды, но хотя бы позволяет защитить себя и близких.
Как сохранить природную чистоту и предотвратить загрязнение природы?
Безусловно, принимать меры по сохранению и очистке почвы, воздуха и воды необходимо в кратчайшие сроки. Решение мировых экологических проблем многие ученые видят именно на законодательном уровне. Какие же именно методы можно и нужно использовать? В первую очередь это правильная эксплуатация природных ресурсов. Если мы научимся верно использовать то, что дано природой, нам удастся сохранить и приумножить ее богатства не на одно поколение.
Создание новейших очистных сооружений и внедрение их на всех заводах любого типа уменьшит выбросы мусора и химических реагентов в воздух, почву и воду. Слежение за нормами и их нарушениями в области охраны природы на законодательном уровне помогут человеку понять ответственность за использование природных ресурсов в своей деятельности. Раздельный выброс бытового мусора и его правильная утилизация, введение новых технологий для очистки отходов заводских предприятий, отказ от синтетических удобрений и замена их на органические (например, компост) благостно скажутся на взаимодействии человека и природы.
Если люди объединятся и займутся очисткой хотя бы местных водоемов, пляжей, посадкой новых лесополос, то помимо заботы об окружающей среде у человека появится возможность для сплочения перед общей угрозой природной катастрофы и загрязнение биосферы удастся приостановить.
Подводя итог, можно сказать: бережное отношение к природе — это не просто слова, а именно необходимость. Любите себя и своих близких — заботясь об окружающей среде, мы заботимся о себе и своем потомстве.
Чистой Вам окружающей среды и светлого будущего!
В тепловое загрязнение возникает, когда какой-либо фактор вызывает нежелательное или вредное изменение температуры окружающей среды. Окружающая среда, наиболее подверженная этому загрязнению, – это вода, однако она также может повлиять на воздух и почву.
Средняя температура окружающей среды может быть изменена как естественными причинами, так и действиями человека (антропогенные). Естественные причины включают неспровоцированные лесные пожары и извержения вулканов.
Среди антропогенных причин – производство электроэнергии, парниковых газов и промышленные процессы. Точно так же вносят свой вклад системы охлаждения и кондиционирования воздуха.
Наиболее актуальным явлением теплового загрязнения является глобальное потепление, которое подразумевает повышение средней планетарной температуры. Это происходит из-за так называемого парникового эффекта и чистого вклада человека в остаточное тепло.
Деятельность, вызывающая наибольшее тепловое загрязнение, – это производство электроэнергии за счет сжигания ископаемого топлива. При сжигании угля или нефтепродуктов тепло рассеивается и образуется CO2, основной парниковый газ.
Тепловое загрязнение вызывает физические, химические и биологические изменения, которые негативно влияют на биоразнообразие. Наиболее важным свойством высоких температур является его каталитическая сила, включающая метаболические реакции, происходящие в живых организмах.
Живым существам для выживания необходимы условия определенной амплитуды колебаний температуры. Поэтому любое изменение этой амплитуды может означать сокращение популяций, их миграцию или исчезновение.
С другой стороны, тепловое загрязнение напрямую влияет на здоровье человека, вызывая тепловое истощение, тепловой шок и усугубляя сердечно-сосудистые заболевания. Кроме того, глобальное потепление вызывает расширение географического диапазона действия тропических болезней.
Предотвращение теплового загрязнения требует изменения способов экономического развития и привычек современного общества. Это, в свою очередь, предполагает внедрение технологий, снижающих тепловое воздействие на окружающую среду.
Здесь представлены некоторые примеры теплового загрязнения, такие как атомная электростанция Санта-Мария-де-Гаронья (Бургос, Испания), работавшая с 1970 по 2012 год. Эта электростанция сбрасывала горячую воду из своей системы охлаждения в реку Эбро, повышая ее естественную температуру до 10 ºC.
Другой характерный случай теплового загрязнения – использование кондиционеров. Распространение этих систем для снижения температуры увеличивает температуру в таком городе, как Мадрид, на 2ºC.
Наконец, положительный пример компании по производству маргарина в Перу, которая использует воду для охлаждения системы, и полученная горячая вода возвращается в море. Таким образом, им удалось сэкономить энергию, воду и уменьшить вклад горячей воды в окружающую среду.
– Тепло и тепловое загрязнение
Тепловое загрязнение возникает в результате преобразования других энергий, поскольку вся энергия при использовании выделяет тепло. Это состоит из ускорения движения частиц среды.
Следовательно, тепло – это передача энергии между двумя системами, имеющими разную температуру.
Температура
Температура – это величина, которая измеряет кинетическую энергию системы, то есть среднее движение ее молекул. Указанное движение может быть поступательным, как в газе, или вибрациями, как в твердом теле.
Его измеряют термометром, который бывает нескольких типов, самые распространенные из которых – расширительный и электронный.
Термометр расширения основан на коэффициенте расширения определенных веществ. Эти вещества при нагревании растягиваются, и их подъем обозначается градуированной шкалой.
Электронный термометр основан на преобразовании тепловой энергии в электрическую, переведенную в числовую шкалу.
Чаще всего используется шкала, предложенная Андерсом Цельсия (ºC, градусы Цельсия или Цельсия). В нем 0 ºC соответствует температуре замерзания воды, а 100 ºC – температуре кипения.
– Термодинамика и тепловое загрязнение
Термодинамика – это раздел физики, изучающий взаимодействие тепла с другими формами энергии. Термодинамика предполагает четыре фундаментальных принципа:
– Два объекта с разными температурами будут обмениваться теплом, пока не достигнут равновесия.
– Энергия не создается и не уничтожается, она только трансформируется.
– Одна форма энергии не может быть полностью преобразована в другую без потери тепла. И поток тепла будет от самой горячей среды к наименее горячей, а не наоборот.
– Невозможно достичь температуры, равной абсолютному нулю.
Эти принципы, применяемые к тепловому загрязнению, определяют, что каждый физический процесс генерирует теплопередачу и производит тепловое загрязнение. Кроме того, его можно производить как за счет увеличения, так и за счет понижения температуры среды.
Повышение или понижение температуры считается загрязняющим веществом, когда она выходит за рамки жизненно важных параметров.
– Жизненная температура
Температура – один из фундаментальных факторов возникновения жизни, какой мы ее знаем. Амплитуда колебаний температуры, обеспечивающая большую часть активного срока службы, колеблется от -18 ° C до 50 ° C.
Живые организмы могут существовать в скрытом состоянии при температурах от -200 ºC до 110 ºC, однако это редкие случаи.
Термофильные бактерии
Некоторые так называемые термофильные бактерии могут существовать при температуре до 100 ° C, пока есть жидкая вода. Это состояние возникает при высоких давлениях на морское дно в районах гидротермальных жерл.
Это говорит нам о том, что определение термического загрязнения в среде относительное и зависит от природных характеристик среды. Точно так же это связано с потребностями организмов, населяющих данную территорию.
Человек
У людей нормальная температура тела колеблется от 36,5 ° C до 37,2 ° C, а гомеостатическая способность (компенсировать внешние колебания) ограничена. Температура ниже 0 ºC в течение длительного времени и без какой-либо искусственной защиты приводит к смерти.
Точно так же очень трудно компенсировать температуру, постоянно превышающую 50 ºC, в долгосрочной перспективе.
– Тепловое загрязнение и окружающая среда
В воде тепловое загрязнение оказывает более непосредственное влияние, поскольку здесь тепло рассеивается медленнее. В воздухе и в почве тепловое загрязнение оказывает менее сильное воздействие, поскольку тепло рассеивается быстрее.
С другой стороны, на небольших площадях способность окружающей среды рассеивать большое количество тепла очень ограничена.
Каталитический эффект тепла
Тепло оказывает каталитическое действие на химические реакции, то есть ускоряет эти реакции. Этот эффект является основным фактором, из-за которого тепловое загрязнение может иметь негативные последствия для окружающей среды.
Таким образом, разница температур в несколько градусов может вызвать реакции, которые иначе не произошли бы.
– Глобальное потепление
На протяжении своей геологической истории Земля прошла через циклы высоких и низких средних температур. В этих случаях источники повышения температуры планеты имели естественную природу, такую как солнце и геотермальная энергия.
В настоящее время процесс глобального потепления связан с деятельностью человека. В этом случае основной проблемой является уменьшение скорости рассеивания указанного тепла в стратосферу.
Это происходит в основном из-за выбросов парниковых газов в результате деятельности человека. К ним относятся промышленность, движение автотранспорта и сжигание ископаемого топлива.
Глобальное потепление сегодня представляет собой самый крупный и опасный из существующих процессов теплового загрязнения. Кроме того, тепловыделение в результате глобального использования ископаемого топлива добавляет системе дополнительное тепло.
– Термоэлектрические установки
ТЭЦ – это промышленный комплекс, предназначенный для производства электроэнергии из топлива. Указанное топливо может быть ископаемым (уголь, нефть или производные) или радиоактивным материалом (например, ураном).
Эта система требует охлаждения турбин или реакторов, и для этого используется вода. В процессе охлаждения большой объем воды забирается из удобного холодного источника (реки или моря).
Затем насосы проталкивают его через трубы, окруженные горячим отработанным паром. Тепло передается от пара к охлаждающей воде, а нагретая вода возвращается к источнику, принося избыточное тепло в окружающую среду.
– Устройства кондиционирования воздуха и холодильные системы
Устройства кондиционирования воздуха не только изменяют температуру в помещении, но и вызывают дисбаланс на открытом воздухе. Например, кондиционеры рассеивают наружу на 30% больше тепла, чем отбирают изнутри.
По данным Международного энергетического агентства, в мире насчитывается около 1600 миллионов кондиционеров. Точно так же холодильники, холодильники, подвалы и любое оборудование, предназначенное для понижения температуры в закрытых помещениях, создают тепловое загрязнение.
– Промышленные процессы
Фактически, все процессы промышленной трансформации включают передачу тепла в окружающую среду. Некоторые отрасли промышленности делают это особенно высокими темпами, например, сжижение газа, металлургия и производство стекла.
Сжиженные газы
Отрасли регазификации и сжижения различных промышленных и медицинских газов требуют процессов охлаждения. Эти процессы являются эндотермическими, то есть они поглощают тепло за счет охлаждения окружающей среды.
Для этого используется вода, возвращаемая в окружающую среду при более низкой температуре, чем исходная.
Металлургический
Доменные плавильные печи выделяют тепло в окружающую среду, поскольку они достигают температуры выше 1500 ºC. С другой стороны, в процессах охлаждения материалов используется вода, которая повторно попадает в окружающую среду с более высокой температурой.
– Системы освещения
Лампы накаливания или точечные светильники и люминесцентные лампы рассеивают энергию в виде тепла в окружающую среду. Из-за высокой концентрации источников освещения в городских районах это становится источником значительного теплового загрязнения.
– Двигатель внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания, как и двигатели автомобилей, могут генерировать около 2500 ° C. Это тепло отводится в окружающую среду через систему охлаждения, в частности, через радиатор.
Принимая во внимание, что в городе ежедневно курсируют сотни тысяч автомобилей, можно сделать вывод о количестве передаваемого тепла.
Эффект альбедо
Альбедо относится к способности объекта отражать солнечное излучение. Помимо калорийности, которую может внести каждый присутствующий элемент (автомобили, дома, промышленность), городская структура обладает значительной синергией.
Например, материалы в городских центрах (в основном бетон и асфальт) имеют низкое альбедо. Это приводит к тому, что они становятся очень горячими, что вместе с теплом, выделяемым в результате деятельности в городе, увеличивает тепловое загрязнение.
Чистый вклад городского тепла
Различные исследования показали, что тепловыделение в результате деятельности человека в жаркий день в городе может быть очень высоким.
Например, в Токио полезная тепловая нагрузка составляет 140 Вт / м2, что эквивалентно повышению температуры примерно на 3 ºC. В Стокгольме чистый вклад оценивается в 70 Вт / м2, что эквивалентно повышению температуры на 1,5 ºC.
– Изменение физических свойств воды
Повышение температуры воды в результате теплового загрязнения вызывает в ней физические изменения. Например, он снижает растворенный кислород и увеличивает концентрацию солей, влияя на водные экосистемы.
В водоемах, подверженных сезонным изменениям (зимнее замерзание), добавление горячей воды изменяет естественную скорость замерзания. Это, в свою очередь, влияет на живые существа, которые адаптировались к этой сезонности.
Водная жизнь
В системах охлаждения термоэлектрических установок воздействие высоких температур вызывает физиологический шок для определенных организмов. В этом случае поражаются фитопланктон, зоопланктон, яйца и личинки планктона, рыб и беспозвоночных.
Многие водные организмы, особенно рыбы, очень чувствительны к температуре воды. У одного и того же вида идеальный диапазон температур варьируется в зависимости от температуры акклиматизации каждой конкретной популяции.
Из-за этого колебания температуры вызывают исчезновение или миграцию целых популяций. Таким образом, сбросная вода из ТЭЦ может повысить температуру на 7,5-11 ºC (пресная вода) и 12-16 ºC (соленая вода).
Этот тепловой шок может привести к быстрой смерти или вызвать побочные эффекты, влияющие на выживание популяций. Помимо прочего, нагревание воды снижает содержание растворенного кислорода в воде, вызывая проблемы с гипоксией.
Эвтрофикация
Это явление серьезно влияет на водные экосистемы, вызывая даже исчезновение в них жизни. Он начинается с распространения водорослей, бактерий и водных растений, которые являются результатом искусственного внесения питательных веществ в воду.
По мере увеличения популяции этих организмов они потребляют растворенный в воде кислород, вызывая гибель рыб и других видов. Повышение температуры воды способствует эвтрофикации за счет уменьшения растворенного кислорода и концентрации солей, способствуя росту водорослей и бактерий.
Земная жизнь
В случае с воздухом колебания температуры влияют на физиологические процессы и поведение видов. Многие насекомые снижают плодовитость при температуре выше определенного уровня.
Точно так же растения чувствительны к температуре для их цветения. Глобальное потепление заставляет некоторые виды расширять свой ареал, в то время как другие считают его ограниченным.
Тепловой удар
Необычно высокие температуры сказываются на здоровье человека, и может произойти так называемый тепловой удар или тепловой удар. Это острое обезвоживание, которое может вызвать паралич различных жизненно важных органов и даже привести к смерти.
Волны жары могут вызвать сотни и даже тысячи людей, как в Чикаго (США), где в 1995 году умерло около 700 человек. Между тем, периоды сильной жары в Европе с 2003 по 2010 годы привели к гибели тысяч людей.
Гигиена и рабочая среда
Термическое загрязнение является фактором профессионального здоровья в некоторых отраслях промышленности, например, в металлургии и стекольной промышленности. Здесь рабочие подвергаются воздействию лучистого тепла, которое может вызвать серьезные проблемы со здоровьем.
Хотя меры безопасности, очевидно, приняты, тепловое загрязнение является значительным. Условия включают тепловое истощение, тепловой шок, сильные тепловые ожоги и проблемы с фертильностью.
Тропические болезни
Повышение глобальной температуры приводит к тому, что болезни, которые до сих пор ограничивались некоторыми тропическими зонами, расширяют радиус своего действия.
В апреле 2019 года в Амстердаме прошел 29-й Европейский конгресс по клинической микробиологии и инфекционным заболеваниям. В этом случае было указано, что такие болезни, как чикунгунья, денге или лейшманиоз, могут распространяться в Европу.
То же самое явление может вызвать и клещевой энцефалит.
Термоэлектрические установки вызывают наибольший вклад теплового загрязнения с точки зрения чистой передачи тепла в атмосферу. В этом смысле для уменьшения теплового загрязнения важно заменить ископаемое топливо чистыми источниками энергии.
В процессах производства солнечной, ветровой (ветровой) и гидроэлектрической (водной) энергии потребление остаточного тепла очень низкое. То же самое происходит с другими альтернативами, такими как энергия волн (волны) и геотермальная энергия (тепло от земли),
Технологии
Термоэлектрические заводы и отрасли промышленности, для процессов которых требуются системы охлаждения, могут использовать системы с обратной связью. Также могут быть включены системы механического рассеивания тепла, помогающие снизить температуру воды.
– когенерация
Когенерация состоит из одновременного производства электрической энергии и полезной тепловой энергии, такой как пар или горячая вода. Для этого были разработаны технологии, позволяющие регенерировать и использовать отходящее тепло, образующееся в промышленных процессах.
Например, в рамках проекта INDUS3ES, финансируемого Европейской Комиссией, разрабатывается система на основе «теплового трансформатора». Эта система способна поглощать низкотемпературное остаточное тепло (от 70 до 110 ºC) и возвращать его к более высокой температуре (120-150 ºC).
Другие аспекты производства электроэнергии
Более сложные системы могут включать другие измерения производства или преобразования энергии.
Среди них есть тригенерация, которая включает в себя процессы охлаждения в дополнение к выработке электричества и тепла. Кроме того, если дополнительно генерируется механическая энергия, мы говорим о тетрагенерации.
Некоторые системы являются ловушками CO2, помимо выработки электроэнергии, тепловой и механической энергии, и в этом случае мы говорим о четырех поколениях. Все эти системы дополнительно способствуют сокращению выбросов CO2.
– Уменьшить выброс парниковых газов
Поскольку глобальное потепление – это явление теплового загрязнения, оказывающее наибольшее влияние на планету, необходимо смягчить его последствия. Для этого главное – снизить выбросы парниковых газов, в том числе СО2.
Для сокращения выбросов необходимо изменить модель экономического развития, заменив чистую энергию ископаемыми источниками энергии. Фактически, это снижает выбросы парниковых газов и производство отработанного тепла.
– Период охлаждения охлаждающей водой
Альтернативой, используемой некоторыми термоэлектрическими станциями, является строительство прудов-охладителей. Его функция заключается в отдыхе и охлаждении воды, поступающей из системы охлаждения, перед ее возвращением в естественный источник.
Атомная электростанция Санта-Мария-де-Гаронья
Атомные электростанции производят электроэнергию в результате разложения радиоактивных материалов. При этом выделяется много тепла, поэтому требуется система охлаждения.
Атомная электростанция Санта-Мария-де-Гаронья (Испания) была электростанцией типа BWR (реактор с кипящей водой), открытая в 1970 году. Ее система охлаждения потребляла 24 кубических метра воды в секунду из реки Эбро.
Согласно первоначальному проекту, сточные воды, возвращаемые в реку, не должны превышать 3 ºC по отношению к температуре реки. В 2011 году отчет Greenpeace, подтвержденный независимой экологической компанией, показал, что повышение температуры намного выше.
Температура воды в районе разлива достигла 24ºC (от 6,6 до 7ºC естественной речной воды). Затем в четырех километрах ниже по течению от места разлива температура превысила 21 ºC. Завод прекратил работу 16 декабря 2012 года.
Кондиционеры в Мадриде (Испания)
В городах появляется все больше систем кондиционирования воздуха для снижения температуры окружающей среды в жаркое время года. Эти устройства работают, вытягивая горячий воздух изнутри и рассеивая его снаружи.
Как правило, они не очень эффективны, поэтому снаружи они рассеивают даже больше тепла, чем извлекают изнутри. Поэтому эти системы являются важным источником теплового загрязнения.
В Мадриде установленные в городе устройства для кондиционирования воздуха повышают температуру окружающей среды на 1,5 или 2 ºC.
Завод по производству маргарина в Перу.
Маргарин – заменитель сливочного масла, полученный путем гидрогенизации растительных масел. Гидрирование требует насыщения растительного масла водородом при высоких температурах и давлениях.
Для этого процесса требуется система охлаждения на водной основе для улавливания выделяемого отработанного тепла. Вода поглощает тепло и повышает его температуру, а затем возвращается в окружающую среду.
На перуанской компании по производству маргарина поток горячей воды (35ºC) вызвал тепловое загрязнение в море. Чтобы противодействовать этому эффекту, компания внедрила систему когенерации на основе замкнутого контура охлаждения.
Благодаря этой системе можно было повторно использовать горячую воду для предварительного нагрева воды, поступающей в котел. Таким образом были сэкономлены вода и энергия, а поток горячей воды в море уменьшился.
Ссылки
- Буркарт К., Шнайдер А., Брайтнер С., Хан М. Х., Кремер А. и Эндличер В. (2011). Влияние тепловых условий атмосферы и теплового загрязнения городов на смертность от всех причин и смертность от сердечно-сосудистых заболеваний в Бангладеш. Загрязнение окружающей среды 159: 2035–2043.
- Coutant CC и Brook AJ (1970). Биологические аспекты теплового загрязнения I. Воздействие втягивающего и сбросного каналов ∗. C R C Critical Reviews in Environmental Control 1: 341–381.
- Дэвидсон Б. и Брэдшоу Р. В. (1967). Тепловое загрязнение водных систем. Наука об окружающей среде и технологии 1: 618–630.
- Дингман С.Л., Уикс В.Ф. и Йен Ю.С. (1968). Влияние теплового загрязнения на ледовый режим рек. Исследование водных ресурсов 4: 349–362.
- Галиндо Р.Дж. (1988). Загрязнение прибрежных экосистем, экологический подход. Автономный университет Синалоа, Мексика. 58 с.
- Проект Indus3Es. (Дата просмотра 12 августа 2019 г.). indus3es.eu
- Норделл Б (2003). Тепловое загрязнение вызывает глобальное потепление. Глобальные и планетарные изменения 38: 305–12.
Тепловое загрязнение распространяется на гидросферу, атмосферу, литосферу.
Температурный режим водоемов осложняет работа ТЭС и АЭС. Тепловые и атомные электростанции берут из близлежащих рек и озер воду для охлаждения конденсаторов и турбин, а нагретую жидкость сбрасывают назад с температурой на 8-12° выше обычной.
При производстве 1 кВт•ч электроэнергии в окружающую среду от ТЭЦ поступает 135 ккал, а от АЭС – 1900 ккал лишнего тепла. В связи с этим, средняя температура в водоемах повышается на 5-12°, что оказывает негативное влияние на живые организмы.
Тепловое загрязнение атмосферы
В повышение температурного режима атмосферы вносят свою лепту все промышленные предприятия, но основная нагрузка падает на предприятия энергетики, металлургические, нефтеперерабатывающие комбинаты и транспорт.
Трубы заводов, тепловые двигатели автомобилей загрязняют атмосферу горячими газами с температурой 60-120° – воздух возле них нагревается на 6-7° выше обычного, из-за чего в радиусе 50-100 м от «горячих» труб и факелов наблюдается угнетение растительности и ухудшение условий жизни.
Химический состав выброшенных в атмосферу веществ: углекислого газа, метана, фтор углеродов – способствует образованию парникового эффекта. Газы пропускают ультрафиолетовые солнечные лучи, идущие к поверхности земли, но задерживают инфракрасное излучение тепла в обратном направлении.
В итоге тепловое загрязнение атмосферы над промышленными городами-миллионниками распространяется на высоту до 1 км в радиусе 50-80 км.
Тепловое загрязнение почв
Источниками повышения температуры верхних слоев земли и грунтовых вод служат коммуникационные системы промышленных предприятий и жилых домов:
- газовые ходы металлургических заводов с температурой до 150°;
- подвалы для хранения сжиженного газа;
- сборные коллекторы;
- теплотрассы, имеющие температуру 65-160°;
- жилищные коммуникации с температурой до 60°.
Нагретые подземные сооружения повышают температуру грунта на 2-4°. Зимой это приводит к подтягиванию снега, его поверхностный слой просачивается, а верхний слой почвы вымерзает. Летом прогревание грунта приводит к высыханию верхнего слоя земли, снижению плодородности почвы.
https://youtube.com/watch?v=QBz9VmicXOk%3Ffeature%3Doembed
Влияние теплового загрязнения на окружающую среду
Выброс избыточного тепла в водоемы, атмосферу, в подземные слои постепенно изменяет условия жизнедеятельности растений и животных.
Гидросфера
Тепловое загрязнение гидросферы может привести к полному изменению экосистемы подводного мира, которая будет меняться в сторону упрощения и обеднения.
Рост средней температуры воды уменьшает содержание в ней кислорода. Дело в том, что растворение газов в воде сопровождается выделением тепла. Теплая вода не в состоянии растворить большое количество кислорода – она быстро насыщается и процесс растворения прекращается. Вместе с этим повышается содержание углекислого газа и сероводорода.
Водная среда с повышенной температурой, бедная кислородом, но обогащенная углекислотой и сероводородом – оптимальна для бурного развития сине-зелёных водорослей (цианобактерий). Они являются главными провокаторами цветения воды, вызывают массовую гибель рыб и отравление человека. Кроме того, сине-зеленые водоросли подавляют развитие зеленых водорослей – а они составляют основу питания планктона.
Повышение температурного режима водной среды изменяет количество зообентоса – личинок, моллюсков, рачков и других донных организмов. При температуре воды на дне водоема выше 7,2-7,7° некоторые из них теряют способность быстро размножаться: у одних видов в потомстве появляются одни самки, у других видов в таких условиях задерживается икрометание. Снижение же популяций зообентоса создает трудности с питанием рыб.
При температурном загрязнении в стрессовые условия попадают и рыбы. Чем ценнее порода рыб, тем труднее ей приспособиться и выжить в среде с повышенной температурой:
- Во-первых, в теплой воде ускоряется обмен веществ, требуется больше кислорода – а его количество, как уже было сказано, наоборот уменьшается – крупным рыбам становится все труднее выживать.
- Во-вторых, острая нехватка кислорода становится препятствием на пути лососевых рыб к местам нереста – они не могут преодолеть участки рек с пониженным содержанием кислорода, поэтому лишаются возможность размножаться.
Форель может приспособиться к существованию в излишне теплом водоеме, но размножаться в нем эта рыба не будет. В третьих, потепление воды создает благоприятные условия для размножения малоценных в промысловом отношении рыб (плотва, окунь, карась)увеличение их численности создает трудности с питанием лососёвых, сиговых, карповых и других ценных пород.
Большое значение имеет скорость и диапазон термального загрязнения. При незначительном и постепенном повышении температуры воды в водоеме, его обитатели имеют возможность приспособиться к существованию в новых условиях. Экологические службы рекомендуют держать температуру рек в водоемах не выше 15° зимой и 21-26° летом.
При сильном и быстром изменении термального режима (больше, чем на 5-6°) начнется резкое уменьшение ценных пород рыб. А при резком скачке температур (с 25° до 35°, например) водные организмы получают термальный шок и гибнут в массовом порядке.
Атмосфера
В мегаполисах концентрируются источники теплового загрязнения: промышленные предприятия, каменные постройки, аккумулирующие солнечную энергию. Это приводит к формированию тепловых куполов над большими городами – воздух в них прогрет на 1-4° выше, чем в окружающей естественной среде.
В таких тепловых островах наблюдаются процессы:
- вертикальное движение воздушных масс;
- усиленное образование облаков;
- частое выпадение дождей;
- повышенная влажность, её сочетание с запыленностью образует смог, подолгу висящий над городами в безветренную погоду.
Локальное изменение климата в больших городах – один из примеров теплового загрязнения атмосферы.
Литосфера
В больших городах подвергается тепловому загрязнению и почвенный слой. Сильно нагретый или промороженный грунт является средой обитания растений и живых организмов. Температурные аномалии грунта в окрестностях мегаполисов достигают 6-10°: начинается бурный рост теплолюбивых видов растений, которые заглушают остальные виды растений, не успевших приспособиться к новому термальному режиму.
Изменение температуры почвы и грунтовых вод угнетает жизнь на лугах и в лесных массивах в окрестностях городов, снижает продуктивность с/х угодий. Свою лепту в ухудшение природной среды вносят повреждения газо- и теплопроводов.
Последствия
Тепловое загрязнение относится к воздействиям, которые изменяют физические характеристики среды обитания растений, животных, человека.
- Изменяется климат в промышленных многолюдных районах: тепловые острова, постоянная облачность, смог.
- Обедняется жизнь в водоемах и морских акваториях, вырождаются ценные промысловые породы рыб.
- Повышается температура почвы и подземных вод, что приводит к уничтожению многих видов растений и микроорганизмов.
Последствия теплового загрязнения наносят обществу экономический, эстетический, экологический ущерб. Снижается добыча ценных пород рыб, деградируют ландшафты, исчезают с лица земли уникальные экосистемы.
Меры по защите от теплового загрязнения
Больше всего от теплового загрязнения страдают водоемы, поэтому экологические службы многих стран выработали рекомендации по соблюдению температурного режима в реках, озерах, акваториях морей.
- В западных странах температура воды не должна повышаться больше, чем на 3° от естественного фона; в озерах США воду можно нагревать не выше, чем на 1,6°, а в морях – на 0, 8°.
- В России допустимо термическое изменений воды в реках и озерах не больше, чем на 3°. Для рек, которые посещают лососевые, температура воды не должна подниматься в летние месяцы выше 20°С.
Второе направление по защите от термального загрязнения – использование нагретой воды в хозяйственных целях:
- для орошения полей;
- для обогрева теплиц;
- для освобождения ото льда водоемов;
- для образования искусственных прудов и разведения теплолюбивых рыб.
Ученые и хозяйственники ищут все новые сферы использования избыточного тепла.
Как предотвратить тепловое загрязнение?
Для того, чтобы тепловое загрязнение не стало глобальной проблемой, человечество должно совершить постепенный переход с использования ископаемого топлива на альтернативные источники энергии: солнечную радиацию, энергию ветра и воды.
Уже сегодня тепловое загрязнение от ТЭЦ можно уменьшить, если вместо паровых турбин использовать магнитогидродинамический метод преобразования тепла в электричество. Экологам и биологам предстоит рассчитать границы, в которых человеческое вмешательство не принесет вреда биосфере.
Контроль температурного режима водоемов
Для того, чтобы сохранить температуру води в реках и озерах на естественном уровне, персонал ТЭС и АЭС использует специальные приспособления.
- – искусственные резервуары, в которые поступает нагретая вода. Здесь её температура понижается за счет испарения – и она снова поступает в систему охлаждения турбин.
- – высокие резервуары для охлаждения воды. Их преимущество в том, что они занимают меньше места, чем охладительные бассейны. Охлажденная вода вновь поступает на промышленный объект.
- – использование нагретой воды для отопления жилых помещений.
Тепловое загрязнение – сравнительно молодая экологическая проблема, решить которую могут совместные усилия ученых, хозяева промышленных предприятий, политики и государственные деятели. Важно не допустить, чтобы тепловое загрязнение из локальной проблемы приобрело глобальные масштабы.
Тепловое загрязнение городской среды
Закрытость городских территорий и концентрация большлгл числа источников тепловой энергии создают условия для формирования «тепловых куполов», которые полностью или частично охватывают контуры крупных городов во всём мире.
Взвешенные частицы в загрязнённой атмосфере города препятствуют попаданию на землю лучистой энергии Солнца. Эта энергия непосредственно расходуется на повышение температуры воздуха.
Повышению температуры в городе способствуют и другие факторы. Одни их них свя-
заны с пониженной теплоотдачей, другие – с дополнительными источниками теплового воздействия (тепло жилых домов, заводов и др.
В городах энергия не тратиться на испарение дождевой воды, так как она стекает в канализацию. Взавешенные частицы, присутствующие в городском воздухе замедляют теплоотдачу. В течение ночи отдача тепла в городе происходит медленнее, чем в поле, где тепло уноситься ветром. Трудопроводы теплофикационной системы выделяют в окружающую среду 15-20% тепла, проходящего по ним.
Наблюдается тенденция к формированию обширных геотермических аномалий а превышением температуры над фоновой до 2-6 % в пределах городских территрий на средних глубинах (10-30 м). Это связано с работой скважин технического водоснабжения, кондиционеров большой мощности, наличием обогреваемых подземных сооружений и т.
Городской микроклимат.
Микроклимат оказывает большле влияние на жизнедеятельность живых существ. Микроклимат города заметно отличается от климата окружающей местности, обусловлен он во многом характером инсоляции.
Величина инсоляции зависит от многих факторов. В равнинных ландшафтах солнечные лучи улавливаются и отражаются горизонтальной поверхностью, а в городе – сложной
системой различно ориентированных плоскостей многочисленых зданий и сооружений. Эти плоскости поглощают и отражают часть солнечной энергии.
В городах всегда теплее и суше, чем в окрестностях, поэтому здесь раньше начинается вегетация и зацветают деревья и кустраники. Холодных и морозных дней в городе значительно меньше. В то же время высокие температуры воздуха в летние солнечные дни могут вызывать дискомфорт за счёт увеличения тепла, излучаемого окружающими зданиями. Потоки теплого воздуха в большом городе в течение ночи влияют на его окрестности. Разница в температуре вызывает циркуляцию, в результате которой более холодный воздух окрестностей проникае в город.
Известно, что водяной пар ослабляет солнечные лучи в 10 раз, а городской туман – в 40-120 раз больше, чем сухой воздух. Из-за загрязнённости городского воздуха инсоляция в городе снижается (за счёт рассеивания и поглощения) на 15 – 20 %. Это особенно касается ультрафиолетовой части спектра. Потери биологически активных солнечных лучей могут увеличиваться за счёт нерациональной планировки кварталов, высокой плотности застройки, неправильной ориентации улиц.
Количество осадков в городах на 10 % больше, чем в незастроенной местности. Количество дождей увеличивается от окраин к центру в зависимости от преобладающего на-
правления ветра.
Особенности городского микроклимата:
•в больших городах температура воздуха выше на 1-2 градуса относительно прилегающих территорий
•менее значительны суточные и сезонные колебания температуры.
•скорость ветра снижена на 20-30%
•увеличение относительной влажности воздуха (до 8%)
•частые туманы.
•летом увеличивается число осадков и гроз (на 9-27 %)
•атмосферное давление ниже
•нарушение естественного режима солнечной радиации (из-за снижения прозрачности атмосферы солнечное освещение снижается на 10-15%, снижается интенсивность ультрафиолетовых лучей до 30%)
Воздействие вибрации на городское население связано с вынуждеными механическими колебаниями, создаваемыми в грунте различными источниками наиболее значимые из которых – транспортные средства, промышленные агрегаты, строительные машины и механизмы.
Таблица 1. Источники воздействия вибрации.
Источники воздействия вибрацииВиброскорость, мм/с
Рельсовый транспорт160 – 0,3
Промышленные установки5 – 0,05
Строительная техника1,6 – 0,02
Автомобильный транспорт0,07 – 0,005
Дневной фон в городе0,02 – 0,006
Ночной фон в городе0,01 – 0,003
Уровень микросейм (в несейсмических районах)< 0,5
Безопасный «геологический» уровень0,225
Безопасный «физиологический» уровень0,12
При круглосуточных наблюдениях выявлено два максимума фонового уровня вибра-
ции: 9-10 и 17-19 часов.
Колебания передаются через толщу грунта и воспринимаются различными объектами. Основная часть колебательной энергии преносится поверхностными волнами в пределах самой верзней части грунта (до 10-15 м). Поэтому, как сами грунтовые массивы, так и все коммуникации, фундаменты зданий и большинство подземных сооружений подвержены вибрации.
Воздействие вибрации на грунтовые массивы может приводить к :
•изменению рельефа поверхности,
•ухудшению механической устойчивости пород, служащих основой фундаментов или вмещающих подземные здания и инженерные сооружения.
•осадкам фундаментов зданий, лёгким повреждениям в старых зданиях (при 0,4-1,2 мм/с), повреждениям зданий с деревянными или бетонными перекры-
тиями (5-8 мм/с).
Следует помнить о том, что рельсовый и автомобильный транспорт, промышленные агрегаты и строительая техника способны генерировать разрушительные виброколебания.
Вибрация оказывет также физиологическое воздействие.
Источники ИЗ в городе:
•автотранспорт – магистрали с интенсивным движением (70-80 дБ)
•взлёт и посадка турбореактивных самолётов ТУ-134, ТУ-154 (90-92 дБ)
•движение электропоездов (80-94 дБ)
•промышленные – компрессорные,
•музыкальные колонки (басы).
До последнего времени при проектировании и строительстве промышленных объектов учитывался только фактор шума. Это привело к тому, что в жилых каврталах на расстоянии 5-150 метровот компрессрной уровни ИЗ-давления составляют 87-99 дБ, а в помещениях
– 80-96 дБ.
Особенности распространения инфразвука:
•Распространяется на большие растояния, чем шум,
•Может огибать здания и усиливаться за ними (за счёт большлй длины волны),
•Характерно усиление в помещениях малых объёмов, в котором нет собственных источниеов шума, при закрытых дверях и окнах (даже в определённых точках помещения).
Обычно жители не жадуются при ИЗ-давлении ниже 90 дБ. В СССР этот уровень был утверждён МЗ как допустимые значения ИЗ и низкочастотного шума на территории жилой застройки. Однако диапазон индивидуальной чувствительности к ИЗ значительно больше, чем к шуму.
•для частот до 16 Гц – 105 дБ
•для частоты 31,5 – 102 дБ.
Шум серьёзно ухудшает жизненную среду большого города. Он фигурирует в качестве раздражителя примерно в 80 % ответов при социальных опросах.
Таблица 2. Источники шумового воздействия.
Источники шумового воздействияУровень шума, дБ
Реактивный самолёт110-120
Промышленные предприятия110-80
Мотоцикл90-100
Железная дорога101-85
Грузовик85-95
Автобус85-95
Трамвай75-90
Поезда метрополитена на открытых линиях80-85
Метро90
Легковая автомашина80-85
Трансформаторные подстанции глубокого ввода85-95
Разговор45-60
Шелест травы10
Санитарная норма для жилой зоны45-60
Основной источник шума в городе – наземный транспорт. Для больших городов характерно усиление шума вдоль городских магистралей. На его долю приходится 70-90 % шумого загрязнения. Это связано с эффектом канализирования, создаваемым многоэтажной застройкой вдоль широких улиц. В городе шум усиливается также за счёт многократно повторяемого эха. Таким образом значительно усиливаются внешние шумы (шум поездов, самолётов и т. В праздничные дни шум дополняется за счёт установленных на улицах громкоговорителей.
Шум вблизи основных городских транспортных магистралей стойко держиться 15-18 часов в сутки, затухая лишь на короткое ночное время с 2 до 4 часов. Ширина зон акустического дикомфорта в дневное время может достигать 700-900 м в зависимости от типа прилегающей застройки.
Уровень шума от отдельных источников превышает допустимый санитарный уровень на 1-2 порядка. С гигиенических позиций относительно комфортным считается шум при уровне звука 10-60 дБ, максимально дискомфортными – при громкости более 80 дБ.
Шум, источником которого являются промышленные предприятия, транспортные средства и т. может иметь серьёзные физиологические последствия, так как он оказывет
влияние на нервную систему и органы слуха.
Шум в городе – постоянный стрессорный раздражитель, способный вызвать пере-
напряжение ЦНС. Интенсивность городского шума часто значительно превышает порог чувствительности человека. Организм часто реагирует на бессознательном уровне, при этом развивается объективная реакция – повышенная психическая напряжённость. Человек, постоянно подвергающийся шумовому воздействию, постепенно становится раздражительным, у него нарушается сон, появляются головные боли, головокружение и тахикардия.
Жители шумных районов чаще страдают ВСД, астениями, церебральным атеросклерозом. Шум усиливает риск развития патологии ССС (АГ, ИБС). У детей нарушается регуляция ССС, проявляющаяся в функциональных нарушениях, в том числе регистрируемых на ЭКГ.
Шум имеет особенно негативное воздействие на тех городских жителей, которые в силу возраста или других причин нуждаются в щадящем режиме, в том числе акустическом.
Идеальной звуковой средой считается негромкая речь (45-60 дБ). Более громкие звуки ведут к дезадаптации, снижению защитных сил организма и развитию патологических состояний.
Меры борьбы с городским шумом:
•автомобили с эффективными глушителями,
•одно-двухэтажные магазины в первом ряду вдоль автомагистралей,
•специальные резиновые покрытия, проектирование дорог.