Termal kirlilik - Thermal pollution

Brayton Noktası Santrali Massachusetts ısıtılmış su deşarj Mount Hope Bay . Tesis Haziran 2017'de kapatıldı.

Almanya'daki Stechlin Gölü , 1960'lardan başlayarak nükleer santral Rheinsberg'den soğutma sıvısı deşarjı aldı. Tesis yirmi dört yıldır faaliyetteydi ve Haziran 1990'da kapandı.

Bazen "termal zenginleştirme" olarak adlandırılan termal kirlilik , ortam su sıcaklığını değiştiren herhangi bir işlemle su kalitesinin bozulmasıdır . Termal kirlilik, insan etkisinden kaynaklanan doğal bir su kütlesinin sıcaklığındaki artış veya düşüştür. Termal kirlilik, kimyasal kirliliğin aksine, suyun fiziksel özelliklerinde bir değişikliğe neden olur. Termal kirliliğin yaygın bir nedeni, suyun enerji santralleri ve endüstriyel üreticiler tarafından soğutucu olarak kullanılmasıdır . Kentsel akış - çatılardan, yollardan ve otoparklardan yüzey sularına boşaltılan yağmur suyu ve rezervuarlar da bir termal kirlilik kaynağı olabilir. Termal kirlilik aynı zamanda rezervuarların tabanından daha sıcak nehirlere çok soğuk suyun salınmasından da kaynaklanabilir.

Soğutucu olarak kullanılan su, daha yüksek bir sıcaklıkta doğal ortama döndürüldüğünde, sıcaklıktaki ani değişiklik oksijen arzını azaltır ve ekosistem kompozisyonunu etkiler . Balıklar ve belirli bir sıcaklık aralığına adapte olan diğer organizmalar, "termal şok" olarak bilinen su sıcaklığındaki ani bir değişiklik (hızlı bir artış veya azalma) ile öldürülebilir. Ilık soğutma suyunun, derin su da dahil olmak üzere su kütlelerinin genel sıcaklığını artırarak, su sıcaklığı üzerinde uzun vadeli etkileri olabilir. Mevsimsellik, bu sıcaklık artışlarının su sütunu boyunca nasıl dağıldığını etkiler. Yüksek su sıcaklıkları oksijen seviyelerini düşürür, bu da balıkları öldürebilir ve besin zinciri bileşimini değiştirebilir , türlerin biyolojik çeşitliliğini azaltabilir ve yeni termofilik türlerin istilasını teşvik edebilir .

Termal kirliliğin kaynakları ve kontrolü

Kulesini Soğutma de Gustav Knepper Güç İstasyonu , Dortmund, Almanya

Endüstriyel atık su

Amerika Birleşik Devletleri'nde termal kirliliğin yaklaşık yüzde 75 ila 80'i enerji santralleri tarafından üretiliyor. Geri kalan kısım ise petrol rafinerileri , kağıt hamuru ve kağıt fabrikaları , kimya fabrikaları , çelik fabrikaları ve izabe fabrikaları gibi endüstriyel kaynaklardan geliyor .

Bu kaynaklardan gelen ısıtılmış su aşağıdakilerle kontrol edilebilir:

soğutma havuzları , buharlaşma , konveksiyon ve radyasyon yoluyla soğutma için tasarlanmış insan yapımı su kütleleri
soğutma kuleleri , transfer atık ısı ile atmosfer buharlaştırma ve / veya içinden ısı transferi
kojenerasyon , atık ısının evsel ve/veya endüstriyel ısıtma amaçları için geri dönüştürüldüğü bir süreç.

Termal kirliliğe en büyük katkıda bulunanlardan biri, sıcaklığı yukarıdaki sistemler kadar etkili bir şekilde düşürmeyen tek geçişli soğutma (OTC) sistemleridir. Büyük bir elektrik santrali günde 500 milyon galon kadar çekebilir ve ihraç edebilir. Bu sistemler ortalama olarak 10°C daha sıcak su üretir. Örneğin, Potrero santralinin içinde San Francisco (2011) kapalı, OTC ve deşarj su kullanılan San Francisco Bay ortam bölmesi sıcaklığının yaklaşık 10 ° C (20 ° F). 2014 itibariyle Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 1.200'den fazla tesis OTC sistemlerini kullanmaktadır.

Bitkilerin kirliliğini sürekli olarak izlemek için uzaktan algılama teknikleriyle sıcaklıklar alınabilir. Bu, her bitkinin spesifik etkilerini ölçmeye yardımcı olur ve termal kirliliğin daha sıkı düzenlenmesine izin verir.

Tesisleri tek geçişli soğutmadan kapalı devre sistemlere dönüştürmek, yayılan termal kirliliği önemli ölçüde azaltabilir. Bu sistemler, suyu doğal ortamla daha karşılaştırılabilir bir sıcaklıkta serbest bırakır.

rezervuarlar

Su, insan yapımı barajlarda katmanlaştıkça, dipteki sıcaklık önemli ölçüde düşer. Bu soğuk suyu dipten doğal sistemlere salmak için birçok baraj yapılır. Bu, barajın rezervuarın altındaki daha soğuk su yerine daha sıcak yüzey sularını salacak şekilde tasarlanmasıyla hafifletilebilir.

Kaliforniya'da kentsel akıntıyı tedavi etmek için bir biyo-tutma hücresi

Kentsel akış

Sıcak havalarda, kentsel akış, küçük akarsular üzerinde önemli termal etkilere sahip olabilir. Yağmur suyu sıcak çatılardan, otoparklardan, yollardan ve kaldırımlardan geçerken, kentsel ısı adasının bir etkisi olan ısının bir kısmını emer . Biyolojik tutma sistemleri ve sızma havuzları gibi akışı emen veya yeraltı suyuna yönlendiren yağmur suyu yönetim tesisleri , suyun su ortamına girmeden önce fazla ısıyı salması için daha fazla zaman tanıyarak bu termal etkileri azaltır. Akışı yönetmeye yönelik bu ilgili sistemler, yaygın olarak yeşil altyapı olarak adlandırılan genişleyen bir kentsel tasarım yaklaşımının bileşenleridir .

Tutma havuzları (yağmur suyu havuzları), su, bir alıcı akıma boşaltılmadan önce güneş tarafından ısıtılabileceğinden, akış sıcaklığını düşürmede daha az etkili olma eğilimindedir.

Etkileri

Potrero Üretim İstasyonu, ısıtılmış suyu San Francisco Körfezi'ne boşalttı . Fabrika 2011 yılında kapatıldı.

Sıcak su efektleri

Gazlar daha sıcak sıvılarda daha az çözünür olduğundan, yüksek sıcaklık tipik olarak çözünmüş oksijen ve su seviyesini azaltır . Bu, balıklar, amfibiler ve diğer suda yaşayan organizmalar gibi suda yaşayan hayvanlara zarar verebilir . Termal kirlilik, enzim aktivitesi olarak suda yaşayan hayvanların metabolik hızını da artırabilir , bu da bu organizmaların, çevreleri değişmemiş olandan daha kısa sürede daha fazla yiyecek tüketmesine neden olabilir. Artan bir metabolik hız, daha az kaynakla sonuçlanabilir; daha uyumlu organizmaların hareket etmesi, daha sıcak sıcaklığa alışkın olmayan organizmalara göre bir avantaja sahip olabilir. Sonuç olarak, eski ve yeni ortamların besin zincirleri tehlikeye girebilir. Bazı balık türleri, termal deşarjın bitişiğindeki akarsu bölümlerinden veya kıyı bölgelerinden kaçınacaktır. Sonuç olarak biyoçeşitlilik azalabilir.

Yüksek sıcaklık, oksijenin daha derin sulara yayılmasını sınırlar ve anaerobik koşullara katkıda bulunur . Bu , bol miktarda gıda kaynağı olduğunda artan bakteri seviyelerine yol açabilir . Birçok suda yaşayan tür, yüksek sıcaklıklarda çoğalamaz.

Birincil üreticiler (örneğin bitkiler, siyanobakteriler ) ılık sudan etkilenir, çünkü daha yüksek su sıcaklığı bitki büyüme oranlarını arttırır, bu da daha kısa bir yaşam süresi ve türlerin aşırı popülasyonu ile sonuçlanır . Artan sıcaklık, çözünmüş oksijen konsantrasyonlarını azaltan alg patlamaları oranı da dahil olmak üzere mikrobiyal büyüme dengesini de değiştirebilir .

Bir ila iki santigrat derecelik sıcaklık değişiklikleri bile organizma metabolizmasında ve diğer olumsuz hücresel biyoloji etkilerinde önemli değişikliklere neden olabilir . Başlıca olumsuz değişiklikler, hücre duvarlarının gerekli ozmoz için daha az geçirgen hale getirilmesini , hücre proteinlerinin pıhtılaşmasını ve enzim metabolizmasının değişmesini içerebilir . Bu hücresel düzeydeki etkiler, mortaliteyi ve üremeyi olumsuz etkileyebilir .

Sıcaklıktaki büyük bir artış, enzimlerin kuaterner yapısındaki hidrojen - ve disülfit bağlarını parçalayarak yaşamı destekleyen enzimlerin denatüre olmasına yol açabilir . Suda yaşayan organizmalarda azalan enzim aktivitesi, lipitlerin parçalanamaması gibi sorunlara neden olabilir ve bu da yetersiz beslenmeye yol açar . Artan su sıcaklığı, suda yaşayan organizmalar tarafından ağır metallerin alımını artırabilen metallerin çözünürlüğünü ve kinetiğini de artırabilir. Bu, bu türler için toksik sonuçlara yol açabileceği gibi , besin zincirinde daha yüksek trofik seviyelerde ağır metallerin birikmesine ve diyet yoluyla insan maruziyetini artırmasına neden olabilir.

Sınırlı durumlarda, ılık suyun çok az zararlı etkisi vardır ve hatta alıcı su ekosisteminin işlevinin iyileşmesine yol açabilir. Bu fenomen özellikle mevsimlik sularda görülür. Aşırı bir durum, genellikle kış aylarında elektrik santrali deşarj alanlarını kullanan denizayısının kümelenme alışkanlıklarından türetilmiştir . Projeksiyonlar, bu deşarjların kaldırılmasıyla denizayısı popülasyonlarının azalacağını göstermektedir.

Soğuk su

Rezervuarlardan doğal olmayan soğuk su salınımı, nehirlerin balık ve makroomurgasız faunasını önemli ölçüde değiştirebilir ve nehir verimliliğini azaltabilir. In Avustralya'da birçok nehirler sıcak sıcaklık rejimleri var, yerli balık türleri ortadan kaldırıldı ve makroinvertebrat faunası ölçüde değiştirilmiştir. Soğuk su salınımı nedeniyle balıkların hayatta kalma oranları %75'e kadar düşmüştür.

Termal şok

Bir elektrik santrali onarım veya başka nedenlerle ilk açıldığında veya kapandığında, balıklar ve belirli sıcaklık aralığına adapte olan diğer organizmalar, "termal şok" olarak bilinen su sıcaklığındaki ani değişiklik, artış veya azalma ile öldürülebilir.

Biyojeokimyasal etkiler

Biyojeokimyasal etkilerle ilgili olarak, su soğutma etkilerinin aksine, su ısıtma etkileri en çok incelenenler olmuştur . Bu araştırmaların çoğu, nükleer santrallerin kaldırılmasından sonra nükleer santrallerin göller üzerindeki uzun vadeli etkileri üzerinedir. Genel olarak, su sıcaklıklarında bir artışa yol açan termal kirlilik için destek var. Santraller aktif olduğunda, elektrik ihtiyaçları ile bağlantılı olarak kısa süreli su sıcaklığı artışları, kış aylarında daha fazla soğutma suyu salınımı ile birlikte. Su ısınmasının, bitkiler kaldırıldıktan sonra bile sistemlerde uzun süre devam ettiği görülmüştür.

Enerji santrali soğutma ihracatından gelen ılık su sistemlere girdiğinde, genellikle karışır ve derin soğuk su da dahil olmak üzere su kütlesi boyunca su sıcaklığında genel artışlara yol açar. Özellikle göl ve benzeri su kütlelerinde tabakalaşma mevsimsel olarak farklı etkilere yol açmaktadır. Yaz aylarında, termal kirliliğin daha derin su sıcaklığını yüzey suyundan daha çarpıcı bir şekilde arttırdığı görülmüştür, ancak tabakalaşma hala devam etmektedir, kış aylarında ise yüzey suyu sıcaklıkları daha büyük bir artış görmektedir. Termal kirlilik nedeniyle kış aylarında tabakalaşma azalır ve genellikle termoklin ortadan kalkar .

Almanya, Stechlin Gölü'nde kaldırılan bir nükleer santralin etkisini inceleyen bir araştırma , kışın yüzey sularında 2.33°C'lik bir artışın devam ettiğini ve yaz aylarında derin sularda 2.04°C'lik bir artışın devam ettiğini ve su genelinde marjinal artışlar olduğunu buldu. hem kış hem de yaz aylarında sütun. Termal kirlilikten kaynaklanan tabakalaşma ve su sıcaklığı farklılıkları, çoğu zaman soğutma ihracatı alan su kütleleri ötrofikasyona doğru kayacağından, fosfor ve azotun besin döngüsü ile ilişkili görünmektedir . Bununla birlikte, etkileri diğer sanayi ve tarımdan ayırt etmek zor olduğu için bu konuda net bir veri elde edilememiştir.

Dünyanın bazı bölgelerinde suyun iklimsel ısınması nedeniyle su sistemlerinde görülen etkilere benzer şekilde, termal kirliliğin de yaz aylarında yüzey sıcaklıklarını arttırdığı görülmüştür. Bu, sıcak havanın atmosfere salınmasına ve hava sıcaklığının artmasına neden olan yüzey suyu sıcaklıklarına yol açabilir. Bu nedenle küresel ısınmaya katkıda bulunan bir unsur olarak görülebilir. Su kütlelerinin ortam sıcaklığı arttıkça, iklim değişikliği de birçok ekolojik etkiyi artıracaktır.

Mekansal ve iklimsel faktörler, termal kirlilik nedeniyle su ısınmasının şiddetini etkileyebilir. Yüksek rüzgar hızları, termal kirliliğin etkisini artırma eğilimindedir. Nehirler ve büyük su kütleleri de kaynaktan ilerledikçe termal kirliliğin etkilerini kaybetme eğilimindedir.

Nehirler, termal kirlilikle ilgili benzersiz bir sorun sunar. Su sıcaklıkları yukarı akışta yükseldikçe, akış aşağısındaki enerji santralleri daha sıcak sular alır. Bu etkinin kanıtı, enerji santralleri soğutucu olarak daha sıcak suları kullanmaya zorlandığından , Mississippi Nehri boyunca görülmüştür . Bu, bitkilerin verimini düşürür ve bitkileri daha fazla su kullanmaya ve daha fazla termal kirlilik üretmeye zorlar.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Vinnå, Aşk Råman (2017). "Göllerde termal kirliliğin fiziksel etkileri" . Su Kaynakları Araştırması . 53 (5): 3968–3987. doi : 10.1002/2016WR019686 .
Langford, Terry EL (1990). Termal deşarjların ekolojik etkileri . Kirlilik İzleme Serisi. Londra: Elsevier Uygulamalı Bilim. ISBN'si 1-85166-451-3.
Hogan, Michael; Patmore, Leda C.; Seidman, Harry (Ağustos 1973). Standart Meteorolojik Veri Tabanları (Rapor) Kullanılarak Dinamik Termal Denge Sıcaklıklarının İstatistiksel Tahmini . Çevre Koruma Teknolojisi Serisi. EPA. EPA 660/2-73-003.
Thackston, EL; Parker, Florida (Mart 1971). Coğrafi Konumun Soğutma Havuzu Gereksinimlerine Etkisi (Rapor). Su Kirliliği Kontrolü Araştırma Serisi. EPA. EPA 830-R-71-001.
Edinger, JE; Geyer, JC (1965). Ortamda Isı Değişimi (Rapor). New York: Edison Elektrik Enstitüsü. 65-902.

Languages

In other projects