II. Основная часть

Вода - важнейший минерал на Земле, который нельзя заменить никаким другим веществом. Она составляет большую часть любых организмов, как растительных, так и животных, в частности, у человека на её долю приходится 60-80% массы тела. Вода является средой обитания многих организмов, определяет климат и изменение погоды, способствует очищению атмосферы от вредных веществ, растворяет, выщелачивает горные породы и минералы и транспортирует их из одних мест в другие и т.д. Для человека вода имеет важное производственное значение: она и транспортный путь, и источник энергии, и сырье для получения продукции, и охладитель двигателей, и очиститель и т.д.

Проблема сохранения качества воды является на данный момент самой актуальной. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов. При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органических и минеральных веществ, поступающих со смывом удобрений с полей, опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водного бассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятий и тепловых электростанций в реки и озера.    

Потребления энергоресурсов влечет за собой как истощение природных богатств, так и тепловые загрязнения биосферы. Например, тепловые электростанции, в том числе и АЭС, сбрасывают с охлаждающей водой 50-55 % энергии топлива. Иногда решающим фактором в выборе площадки для строительства ТЭС (АЭС) оказывается наличие естественных водоёмов, способных без особого ущерба воспринять бросовую теплоту. Промышленные предприятия потребляют огромное количество воды для охлаждения машин и рабочих тел в различных технологических процессах. Объем оборотной и повторно используемой в промышленности воды в 1966 г. в нашей стране составлял 84 км³/год, а в 1980 г.-132 км³/год, или 61% используемой всей промышленностью воды. Эти “тепловые реки” имеют круглый год температуру 20-40°С, практически не позволяющую использовать теплоту непосредственно, и охлаждаются в градирнях или других испарительных охладителях, отдавая в атмосферу вместе с теплотой часть воды.

Использование воды из естественных водоёмов в качестве охладителя.

Наиболее крупные проблемы термального загрязнения связаны с тепловыми электростанциями. Выработка электричества с помощью пара неэффективна, поскольку в этом случае используется 37-39% энергии, заключённой в угле, и 31% ядерной энергии. Несмотря на все недостатки, тепловые электростанции продолжают существовать.

Большая часть энергии топлива, которая не может быть превращена в электричество, теряется в виде тепла. Наиболее простым способом избавления от этого тепла является выброс его в атмосферу. Но более экономичный путь состоит в использовании в качестве охладителя воды с её способностью аккумулировать огромное количество тепла с незначительным повышением собственной температуры, чтобы затем она сама постепенно отдавала тепло в воздух.

Серьёзной экологической проблемой является то, что обычным способом использования воды для поглощения тепла является прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и затем возвращение её в естественные водоёмы без предварительного охлаждения. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется озеро площадью 810 га, глубиной около 8,7 м.

Электростанции могут повышать температуру воды по сравнению с окружающей на 5-15ºС. Если температура воды в водоёме составляет 16ºС, то температура отработанной на станции воды будет от 22 до 28ºС. В летний период она может достигать 30-36ºС.

Многие современные российские и зарубежные АЭС используют для охлаждения градирни и водоемы-охладители. При этом расход воды, охлаждающей конденсаторы турбин, составляет примерно 50 м³/с на 1000 МВт электрической мощности, а её температура при этом не должна повышаться более чем на 10є. Для отвода такого количества тепла необходимо иметь площадь зеркала водоема-охладителя 10-12 км² на 1000 МВт, при этом количество воды, идущей на испарение, достигает 30·10⁶ м³/год.

Помимо чисто экономических потерь, связанных с отсутствием утилизации значительной части вырабатываемой энергии, сброс тепла через существующие системы охлаждения приводит к экономическому ущербу в регионе. Так, тепловое загрязнение водоема-охладителя меняет естественный статус его экосистемы. В качестве водоемов-охладителей АЭС в России используются в основном природные водные системы. Поэтому на них должны распространяться все экологические требования по охране природных вод от загрязнения, в том числе и теплового.

Испарение большого количества воды измененяет климат в регионе, что приводит к разнообразным последствиям, в том числе усилению коррозии проводов и аппаратуры, обледенению и туманам, ухудшению здоровья населения и т.д.

К примеру: Особенностью Читинской ТЭЦ-1 является использование в качестве пруда-охладителя природного водоема – бессточного озера Кенон (площадь акватории около 16 км², объем воды 0,07 км³), расположенного на территории г. Читы. Загрязняющее воздействие теплоэлектроцентрали на поверхностные и подземные воды связано со сбросом сточных вод систем охлаждения и золоудаления, фильтрационными потерями из озера и золохранилища, выпадением атмосферных выбросов на озеро. За 40-летний период эксплуатации ТЭЦ-1 химический тип воды озера с гидрокарбонатного натриево-магниевого сменился на гидрокарбонатно-сульфатный трехкомпонентный по катионам. Обработка едким натром сточных вод системы охлаждения не изменила состав озерных вод на однокомпонентный натриевый. Наиболее существенно, выше допустимых для питьевых целей, выросли концентрации сульфат-иона (до 330 мг/л в отдельные периоды) и фтора (до 3-4 мг/л). Рост сульфатов обусловлен применением серной кислоты для чистки котлов. Гидравлическая взаимосвязь озера с подземным горизонтом создает угрозу загрязнения основного водозабора города. Рассматриваются внутригодовая и многолетняя динамика гидрохимических характеристик озера, влияние на их сезонные изменения криогенного концентрирования и внутриводоемных процессов; термодинамические равновесия в системе вода – вторичные минералы как геохимический фактор возможного контроля макрокомпонентного состава вод; гидрохимия золохранилища. Особенность последнего – высокие содержания фтора в воде (до 17,7 мг/л) в результате выщелачивания золошлаковых отходов. По увеличению сигнала при потенциометрическом анализе с буферными растворами предполагается возможность существования гидрооксофторидных комплексов типа Al(OH,F) _3n-n.