Виды теплового загрязнения

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 Загрязнением в узком смысле считается привнесение в какую-либо среду новых, не характерных для неё физических, химических и биологических агентов или превышение естественного среднемноголетнего уровня этих агентов в среде.

Непосредственными объектами загрязнения (акцепторами загрязняющих веществ) служат основные компоненты экотопа (местообитание  биотического сообщества): атмосфера, вода, почва. Косвенными объектами загрязнения являются составляющие биоценоза – растения, животные, микроорганизмы.

Источники загрязнения весьма разнообразны: среди них не только промышленные предприятия и теплоэнергетический  комплекс, но и бытовые отходы, отходы животноводства, транспорта, а также химические вещества, намеренно вводимые человеком в экосистемы для защиты полезных продуцентов от вредителей, болезней и сорняков.

Среди ингредиентов загрязнения –  тысячи химических соединений, особенно металлы и оксиды, токсические  вещества, аэрозоли. Разные источники выбросов могут быть одинаковыми по составу и характеру загрязняющих веществ. Так, углеводороды поступают в атмосферу и при сжигании топлива, и от нефтеперерабатывающей, и от газодобывающей промышленности.

Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид (главным образом микроорганизмы), подающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации – предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.

Различают антропогенные загрязнители, разрушаемые биологическими процессами и неразрушаемые ими (стойкие). Первые входят в естественные круговороты  веществ и поэтому быстро исчезают или подвергаются разрушению биологическими агентами. Вторые не входят в естественные круговороты веществ, а потому разрушаются организмами в пищевых цепях.

Загрязнения окружающей среды подразделяют на природные, вызванные какими-то естественными, обычно катастрофическими причинами (извержение вулкана, селевой поток и т.п.), и антропогенные, возникающие в результате деятельности людей.

Среди антропогенных выделяют загрязнение  биологическое – случайное или  благодаря деятельности человека; механическое – засорение среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без физико-химических последствий; химическое – изменение естественных химических свойств среды, в результате которого повышается среднемноголетнее колебание количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода времени, или проникновение в среду веществ, нормально отсутствующих в ней или в концентрациях, превышающих норму.

Загрязнение физическое подразделяется на: 1) тепловое (термальное), возникающее в результате повышения температуры среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов и воды; 2) световое – нарушение естественной освещённости местности в результате воздействия искусственных источников света, приводящее к аномалиям в жизни растений и  животных; 3) шумовое, образующееся в результате увеличения интенсивности и повторяемости шума сверх природного уровня; 4) электромагнитное, появляющееся в результате изменения электромагнитных средств среды (от линии электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых некоторых промышленных установок и т.п.), приводящее к глобальным и местным геофизическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах; 5) радиоактивные, связанные с превышением естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ.

Загрязнение микробиологическое (микробное) – появление необычно большого количества микроорганизмов, связанное с массовым их размножением на антропогенных субстратах или средах, изменённых в ходе хозяйственной деятельности человека.

С экологических позиций загрязнение  означает непросто внесение в атмосферу, почву или воду тех или иных чуждых им компонентов. В любом случае объектом загрязнения является элементарная структурная единица биосферы – биогеоценоз. Кроме того, избыток одних веществ в природной среде или просто присутствие в ней других веществ означает изменение режимов экологических факторов, поскольку вредные вещества по сути дела и есть экологические факторы. Следовательно, режим этих факторов (или их состав) отклоняется от требований экологической ниши того или иного организма (или звена в пищевой цепи). При этом нарушаются процессы иного обмена веществ, снижается интенсивность ассимиляции продуцентов, а значит, и продуктивность биогеоценоза в целом. Таким образом, с экологической позиции загрязнению можно дать следующее определение: загрязнение окружающей среды есть любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего данная экосистема разрушается или снижается её продуктивность.

Загрязнение среды – сложный  многообразный процесс.

Последствия загрязнения далеко не всегда ощущаются сразу. Скачкообразным проявлением загрязнения нередко  предшествуют скрытые. Именно поэтому в настоящее время ученые интенсивно ищут способы своевременной косвенной индикации загрязнения в самые начальные его моменты.

Но загрязнение – это не только выброс в природную среду вредных  веществ. При отводе воды в естественные водоемы от систем охлаждения в них изменяется естественный режим температуры , что представляет собой тепловое загрязнение. Важно то, что меняется режим температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловое загрязнение.

Тепловое (термальное) загрязнение  окружающей среды является результатом рассеивания в окружающей природной среде теплоты, выделяющейся в многообразных тепловых процессах, прежде всего связанных со сжиганием топлива.

По существующим оценкам ежегодно в мире сжигается 5 млрд. т угля, 3,2 млрд. т нефти, т.е. высвобождается более 2  10²⁰ Дж тепловой энергии , которая меняет температурный режим воздушной и водной среды, а также динамику происходящих там процессов. Замена тепловых  электростанций на атомные , уменьшая до некоторой степени химическое загрязнение среды, одновременное увеличивает тепловое загрязнение.

 Зимой количество искусственного тепла на единицу площади города почти равно теплу, получаемому от солнечной радиации. Кроме локального теплового загрязнения существует еще и глобальное повышение температуры на поверхности земли вследствие теплового загрязнения и парникового эффекта.

Сброс тепловых отходов в окружающую среду приводит к  техногенному изменению  температурного режима компонентов  геосфер:

• Тепловому загрязнению водоемов
• Тепловому загрязнению атмосферы
• Тепловому загрязнению верхних слоев литосферы

 

Источниками теплового загрязнения являются:

• Горячие цеха и подземные газоходы металлургических предприятий
• Теплотрассы
• Сборные коллекторы
• Коммуникационные туннели
• Туннели метрополитена
• Обогреваемые подземные сооружения
• Сбросы горячих технологических вод  в реки и открытые водоемы
• Установки, используемые для промораживания  слабых и плывунных грунтов при строительстве
• Подземные хранилища сжиженного газа

 

 

 

Тепловое загрязнение  атмосферы.

Существует два основных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный. Естественный – это вулканы, лесные пожары, пыльные бури, выветривание, процессы разложения растений и животных. Источником антропогенного загрязнения атмосферы различными веществами являются теплоэнергетика, нефтегазопереработка, промышленность, транспорт и др. По мнению специалистов, в результате деятельности человека в атмосферу Земли ежегодно поступает 25,5 миллиардов тонн оксидов углерода, 190 миллионов тонн оксидов серы, 65 миллионов тонн оксидов азота, 1,4 миллиона тонн хлорфторуглеродов. Половина всех выбросов в атмосферу приходится на предприятия таких отраслей промышленности, как энергетика 24,8% и металлургия 26,2%.

 В последние годы наибольшее количество вредных веществ в атмосферу выбрасывается с выхлопными газами автомобилей, причём их доля постоянно возрастает. В нашей стране она составляет более 30%, а в США – более 60% от общего выброса загрязняющих веществ в атмосферу.

Различные негативные изменения атмосферы  Земли связаны главным образом с изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха. Так, установлено, что основными причинами парникового эффекта являются диоксид углерода, метан, оксид азота, озон и фреоны. Возникшая проблема истощения озонового слоя, в том числе появления озоновой дыры а Антарктиде и Арктике, связана с чрезмерным применением фреонов в производстве и быту.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие  непосредственно в атмосферу, и  вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония.

Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими  веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения  на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.

Особую тревогу вызывает состояние воздуха в крупных  городах.

Так, в Москве выбросы вредных  веществ от автотранспорта превысили 800 тысяч тонн в год, что составляет 70 процентов от общего количества загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу города за год.

Концентрации большого числа источников тепловой энергии  в определенных местах ( например в  больших городах – мегаполисах) создает предпосылки формирования так называемых тепловых куполов – прогретых объемов геологического пространства и атмосферы.

В промышленных центрах и крупных городах атмосфера подвергается тепловому загрязнению в связи с тем, что в атмосферу поступают вещества с более высокой температурой, чем окружающий воздух. Температура выбросов обычно выше средней многолетней температуры приземного слоя воздуха. Из труб промышленных предприятий, выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания, при отоплении домов, лесных пожарах выделяются вещества, нагретые до 60 градусов Цельсия и более. Среднегодовая температура атмосферного воздуха над крупными городами и промышленными центрами на 6-7 градусов выше температуры воздуха прилегающих территорий. Специалисты отмечают, что в последние 25 лет средняя температура тропосферы поднялась на 0,7 градусов Цельсия.

За 1880-1940 гг. было добыто 50 млрд. т так называемого условного  топлива (29,3 10⁶ Дж/кг). Это означает, что в атмосферу было выброшено 1,465 10²¹ Дж тепла, которого достаточно , чтобы растопить 4,8 тысяч км³ льда. Общая глобальная площадь снежно-ледяного покрова сократилась к середине предыдущего столетия примерно на 10%. А это серьезно уменьшило отражательную способность планеты, вследствие чего средняя температура земной поверхности повысилась . Ежегодно в мире сжигается до 5 млрд. т угля и 3,2 млрд. т нефти. Это сопровождается ежегодным выбросом в атмосферу около 18 млрд. т углекислого газа и выделением 2   10²⁰ Дж тепла.

Переход от минерального горючего к ядерному до некоторой степени уменьшает химическое загрязнение среды, но при этом возрастает тепловое загрязнение. Так, при производстве 3,6  10⁶ Дж  электроэнергии на тепловой станции  тепловые отходы в атмосферу составляют соответственно 1,67  10⁶ и  5,65 10⁵ Дж, а на современно атомной электростанции – 5,44  10⁵ и 7,95 10⁶ Дж.Таким образом ,атомная электростанция средних размеров ,производящая 3000 МВт электроэнергии, производит тепловой поток свыше 5,82  10⁹ Вт.  Следовательно, для рассеивания тепла требуется водная поверхность порядка 0,6 га на 1 МВт, или 1800 га на электростанцию мощностью 3000 МВт в местностях с умеренным климатом.

Тепловое  загрязнение почвы.

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

Важнейшее значение почв состоит в  аккумулировании органического  вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.

 

Источникам теплового загрязнения  почв в пределах городских территорий служат :

• Подземные газоходы промышленных предприятий металлургического производства (140-160°C)
• Теплотрассы(50-150°C)
• Сборные коллекторы
• Коммуникационные туннели(35-40°C)
• Туннели метро и другие подземные сооружения(18-25 °C)
• Искусственное промораживание грунтов при строительстве в сложных гидрогеологических условиях  приводит к формированию временных криозон (от -10 до -26 °C ) шириной до нескольких метров.