Plik zanieczyszczenie termiczne Występuje, gdy jakiś czynnik powoduje niepożądaną lub szkodliwą zmianę temperatury otoczenia. Środowiskiem najbardziej dotkniętym przez to zanieczyszczenie jest woda, ale może również wpływać na powietrze i glebę.
Średnią temperaturę środowiska mogą zmieniać zarówno przyczyny naturalne, jak i działania człowieka (antropogeniczne). Przyczyny naturalne obejmują niesprowokowane pożary lasów i erupcje wulkanów.
Do przyczyn antropogenicznych należy wytwarzanie energii elektrycznej, wytwarzanie gazów cieplarnianych i procesy przemysłowe. Podobnie przyczyniają się do tego systemy chłodnicze i klimatyzacyjne..
Najbardziej istotnym zjawiskiem zanieczyszczenia termicznego jest globalne ocieplenie, które implikuje wzrost średniej temperatury na planecie. Wynika to z tak zwanego efektu cieplarnianego i wkładu netto ciepła resztkowego przez ludzi..
Działalność, która generuje najwięcej zanieczyszczeń termicznych, to produkcja energii elektrycznej ze spalania paliw kopalnych. Spalanie węgla lub produktów ropopochodnych rozprasza ciepło i wytwarza CO2, główny gaz cieplarniany.
Zanieczyszczenie termiczne powoduje fizyczne, chemiczne i biologiczne zmiany, które mają negatywny wpływ na różnorodność biologiczną. Najważniejszą właściwością wysokich temperatur jest ich moc katalityczna i obejmuje reakcje metaboliczne zachodzące w organizmach żywych..
Aby przetrwać, żywe istoty potrzebują pewnych warunków amplitudy wahań temperatury. Dlatego każda zmiana tej amplitudy może oznaczać zmniejszenie populacji, ich migrację lub wyginięcie..
Z drugiej strony zanieczyszczenie termiczne bezpośrednio wpływa na zdrowie człowieka, powodując wyczerpanie cieplne, szok cieplny i pogłębiające choroby układu krążenia. Ponadto globalne ocieplenie powoduje, że choroby tropikalne rozszerzają zasięg geograficzny ich działania..
Zapobieganie zanieczyszczeniu termicznemu wymaga modyfikacji sposobów rozwoju gospodarczego i przyzwyczajeń współczesnego społeczeństwa. To z kolei implikuje wdrażanie technologii zmniejszających oddziaływanie termiczne na środowisko..
Przedstawiono tu kilka przykładów zanieczyszczeń termicznych, takich jak elektrownia jądrowa Santa María de Garoña (Burgos, Hiszpania), która działała w latach 1970–2012. Ta elektrownia odprowadzała gorącą wodę ze swojego systemu chłodzenia do rzeki Ebro, zwiększając jej naturalną temperaturę. nawet o 10 ºC..
Innym charakterystycznym przypadkiem zanieczyszczenia termicznego jest stosowanie urządzeń klimatyzacyjnych. Rozprzestrzenianie się tych systemów w celu obniżenia temperatury powoduje wzrost temperatury w mieście takim jak Madryt nawet o 2 ° C.
Wreszcie pozytywny przypadek firmy produkującej margarynę w Peru, która wykorzystuje wodę do chłodzenia systemu, a powstała w ten sposób gorąca woda jest zawracana do morza. W ten sposób udało im się zaoszczędzić energię, wodę i zmniejszyć udział ciepłej wody w środowisku.
Indeks artykułów
Zanieczyszczenie termiczne pochodzi z przemiany innych energii, ponieważ cała energia po rozlaniu wytwarza ciepło. Polega to na przyspieszeniu ruchu cząstek ośrodka.
Dlatego ciepło jest przenoszeniem energii między dwoma systemami, które mają różne temperatury..
Temperatura to wielkość, która mierzy energię kinetyczną układu, czyli średni ruch jego cząsteczek. Ruch ten może mieć charakter translacyjny, jak w gazie lub wibracje, jak w ciele stałym.
Jest mierzony za pomocą termometru, którego istnieje kilka typów, z których najpopularniejsze to dylatacja i elektronika.
Termometr rozszerzalnościowy oparty jest na współczynniku rozszerzalności niektórych substancji. Substancje te po podgrzaniu rozciągają się, a ich wzrost oznacza stopniową skalę..
Elektroniczny termometr działa na zasadzie zamiany energii cieplnej na energię elektryczną przeliczaną w skali numerycznej.
Najczęściej stosowaną skalą jest ta zaproponowana przez Andersa Celsjusza (ºC, stopnie Celsjusza lub Celsjusza). W nim 0 ºC odpowiada temperaturze zamarzania wody, a 100 ºC temperaturze wrzenia..
Termodynamika to dziedzina fizyki, która bada interakcje ciepła z innymi formami energii. Termodynamika rozważa cztery podstawowe zasady:
- Dwa obiekty o różnych temperaturach będą wymieniać ciepło, aż osiągną równowagę.
- Energia nie jest ani tworzona, ani niszczona, tylko przekształca.
- Nie można w pełni przekształcić jednej formy energii w inną bez utraty ciepła. A przepływ ciepła będzie przebiegał od najgorętszego medium do najmniej gorącego, nigdy na odwrót.
- Nie jest możliwe osiągnięcie temperatury równej zeru absolutnemu.
Te zasady zastosowane do zanieczyszczenia termicznego określają, że każdy proces fizyczny powoduje przenoszenie ciepła i powoduje zanieczyszczenie termiczne. Ponadto można go wytwarzać poprzez podwyższanie lub obniżanie temperatury medium..
Wzrost lub spadek temperatury jest uważany za zanieczyszczenie, gdy wykracza poza parametry życiowe.
Temperatura jest jednym z podstawowych aspektów życia, jakie znamy. Amplituda wahań temperatury, która pozwala na większość okresu aktywnego użytkowania, waha się od -18 ºC do 50 ºC.
Organizmy żywe mogą istnieć w stanie utajonym w temperaturach -200 ºC i 110 ºC, jednak są to rzadkie przypadki.
Niektóre tak zwane bakterie termofilne mogą istnieć w temperaturach do 100ºC, o ile występuje woda w stanie ciekłym. Ten stan występuje przy wysokim ciśnieniu na dnie morskim w obszarach kominów hydrotermalnych..
Oznacza to, że definicja zanieczyszczenia termicznego w ośrodku jest względna i zależy od jego naturalnych właściwości. Podobnie jest z wymaganiami organizmów zamieszkujących dany obszar..
U ludzi normalna temperatura ciała waha się od 36,5 ° C do 37,2 ° C, a zdolność homeostatyczna (do kompensacji wahań zewnętrznych) jest ograniczona. Długotrwałe temperatury poniżej 0 ºC bez sztucznej ochrony powodują śmierć.
Podobnie, stałe temperatury powyżej 50 ° C są bardzo trudne do zrównoważenia w dłuższej perspektywie..
W wodzie zanieczyszczenie termiczne ma bardziej bezpośredni wpływ, ponieważ ciepło rozprasza się tutaj wolniej. W powietrzu i na ziemi zanieczyszczenie termiczne ma mniejszy wpływ, ponieważ ciepło rozprasza się szybciej..
Z drugiej strony, na małych obszarach zdolność otoczenia do rozpraszania dużych ilości ciepła jest bardzo ograniczona..
Ciepło działa katalitycznie na reakcje chemiczne, to znaczy przyspiesza te reakcje. Efekt ten jest głównym czynnikiem, przez który zanieczyszczenie termiczne może mieć negatywne konsekwencje dla środowiska..
Zatem kilka stopni różnicy temperatur może wywołać reakcje, które w innym przypadku nie wystąpiłyby..
Ziemia przeszła przez cykle wysokich i niskich średnich temperatur w swojej historii geologicznej. W tych przypadkach źródła wzrostu temperatury planety miały charakter naturalny, jak słońce i energia geotermalna..
Obecnie proces globalnego ocieplenia jest związany z działalnością człowieka. W tym przypadku głównym problemem jest spadek szybkości rozpraszania tego ciepła w kierunku stratosfery..
Dzieje się tak głównie z powodu emisji gazów cieplarnianych w wyniku działalności człowieka. Należą do nich przemysł, ruch samochodowy i spalanie paliw kopalnych..
Globalne ocieplenie stanowi obecnie największy i najniebezpieczniejszy proces zanieczyszczenia termicznego, jaki istnieje. Ponadto emisja ciepła z globalnego wykorzystania paliw kopalnych dodaje dodatkowe ciepło do systemu..
Zakład termoelektryczny to kompleks przemysłowy przeznaczony do produkcji energii elektrycznej z paliwa. Wspomniane paliwo może być kopalne (węgiel, ropa lub pochodne) lub materiał radioaktywny (na przykład uran).
Ten system wymaga chłodzenia turbin lub reaktorów i do tego używana jest woda. W sekwencji chłodzenia duża ilość wody jest pobierana z wygodnego, zimnego źródła (rzeka lub morze).
Następnie pompy przepychają go przez rury, które są otoczone gorącą parą wylotową. Ciepło przechodzi z pary do wody chłodzącej, a podgrzana woda wraca do źródła, przenosząc nadmiar ciepła do środowiska naturalnego..
Pożary lasów są dziś powszechnym zjawiskiem, w wielu przypadkach spowodowanym bezpośrednio lub pośrednio przez ludzi. Spalanie dużych mas leśnych przenosi ogromne ilości ciepła głównie do powietrza i ziemi.
Urządzenia klimatyzacyjne nie tylko zmieniają temperaturę w pomieszczeniu, ale także powodują zaburzenia równowagi na zewnątrz. Na przykład klimatyzatory rozpraszają na zewnątrz o 30% więcej niż ciepło, które pobierają od wewnątrz.
Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej na świecie jest około 1600 milionów klimatyzatorów. Podobnie, lodówki, lodówki, piwnice i wszelkie urządzenia zaprojektowane do obniżania temperatury w zamkniętym obszarze generują zanieczyszczenie termiczne..
W rzeczywistości wszystkie procesy przemiany przemysłowej wiążą się z przenoszeniem ciepła do otoczenia. Niektóre branże robią to w szczególnie wysokich cenach, na przykład zajmujące się skraplaniem gazu, metalurgią i produkcją szkła.
Branże regazyfikacji i skraplania różnych gazów przemysłowych i medycznych wymagają procesów chłodniczych. Procesy te są endotermiczne, to znaczy pochłaniają ciepło poprzez chłodzenie otaczającego środowiska..
W tym celu używana jest woda, która jest zwracana do środowiska w niższej temperaturze niż początkowa..
Wielkie piece do wytapiania oddają ciepło do otoczenia, osiągając temperaturę powyżej 1500 ºC. Z drugiej strony w procesach chłodzenia materiałów wykorzystywana jest woda, która ponownie dostaje się do środowiska w wyższej temperaturze..
W procesach topienia i formowania materiału osiągane są temperatury do 1600 ºC. W tym sensie zanieczyszczenie termiczne generowane przez tę branżę jest znaczne, zwłaszcza w środowisku pracy..
Żarówki lub reflektory punktowe i świetlówki oddają energię w postaci ciepła do otoczenia. Ze względu na dużą koncentrację źródeł światła na terenach miejskich staje się to źródłem znacznego zanieczyszczenia termicznego.
Silniki spalinowe, podobnie jak w samochodach, mogą generować około 2500ºC. Ciepło to jest oddawane do otoczenia przez układ chłodzenia, a konkretnie przez chłodnicę..
Biorąc pod uwagę, że po mieście codziennie krążą setki tysięcy pojazdów, można wywnioskować ilość przekazywanego ciepła.
W praktyce miasto jest źródłem zanieczyszczeń termicznych ze względu na występowanie w nim wielu wymienionych już czynników. Jednak miasto to system, którego efekt termiczny tworzy w ramach swojego otoczenia wyspę ciepła..
Albedo odnosi się do zdolności obiektu do odbijania promieniowania słonecznego. Oprócz wkładu kalorycznego, jaki może wnieść każdy obecny element (samochody, domy, przemysł), struktura miejska wywiera znaczną synergię.
Na przykład materiały w ośrodkach miejskich (głównie beton i asfalt) mają niskie albedo. To powoduje, że bardzo się nagrzewają, co w połączeniu z ciepłem wydzielanym podczas działalności w mieście zwiększa zanieczyszczenie termiczne.
Różne badania wykazały, że wytwarzanie ciepła przez działalność człowieka podczas ciepłego dnia w mieście może być bardzo wysokie.
Na przykład w Tokio zużycie ciepła netto wynosi 140 W / m2, co odpowiada wzrostowi temperatury o około 3 ° C. W Sztokholmie udział netto szacuje się na 70 W / m2, co odpowiada wzrostowi temperatury o 1,5 ° C.
Wzrost temperatury wody w wyniku zanieczyszczenia termicznego powoduje w niej fizyczne zmiany. Na przykład zmniejsza się ilość rozpuszczonego tlenu i wzrasta stężenie soli, co wpływa na ekosystemy wodne..
W zbiornikach wodnych podlegających sezonowym zmianom (zamarzanie w zimie) dodanie gorącej wody zmienia naturalną szybkość zamarzania. To z kolei wpływa na istoty żywe, które przystosowały się do tej sezonowości..
W układach chłodzenia elektrowni termoelektrycznych wystawienie na działanie wysokich temperatur wywołuje szok fizjologiczny dla niektórych organizmów. W tym przypadku dotyczy to fitoplanktonu, zooplanktonu, jaj i larw planktonu, ryb i bezkręgowców..
Wiele organizmów wodnych, zwłaszcza ryby, jest bardzo wrażliwych na temperaturę wody. W przypadku tego samego gatunku idealny zakres temperatur zmienia się w zależności od temperatury aklimatyzacji poszczególnych populacji..
Z tego powodu zmiany temperatury powodują zanikanie lub migrację całych populacji. Zatem woda odprowadzana z elektrowni termoelektrycznej może podnieść temperaturę o 7,5-11 ºC (woda słodka) i 12-16 ºC (woda słona).
Ten szok cieplny może prowadzić do szybkiej śmierci lub wywołać skutki uboczne, które wpływają na przeżycie populacji. Podgrzewanie wody zmniejsza między innymi ilość tlenu rozpuszczonego w wodzie, powodując problemy z niedotlenieniem..
Zjawisko to poważnie wpływa na ekosystemy wodne, powodując wręcz zanikanie w nich życia. Rozpoczyna się rozmnażaniem się glonów, bakterii i roślin wodnych w wyniku sztucznego dostarczania do wody składników odżywczych..
Wraz ze wzrostem populacji tych organizmów pochłaniają one rozpuszczony w wodzie tlen, powodując śmierć ryb i innych gatunków. Wzrost temperatury wody przyczynia się do eutrofizacji poprzez redukcję rozpuszczonego tlenu i koncentrację soli, sprzyjając rozwojowi glonów i bakterii..
W przypadku powietrza zmiany temperatury wpływają na procesy fizjologiczne i zachowanie gatunków. Wiele owadów zmniejsza swoją płodność w temperaturach powyżej pewnych poziomów.
Podobnie rośliny są wrażliwe na temperaturę podczas kwitnienia. Globalne ocieplenie powoduje, że niektóre gatunki poszerzają swój zasięg geograficzny, podczas gdy inne uważają, że jest to ograniczone.
Niezwykle wysokie temperatury wpływają na zdrowie człowieka i może wystąpić tzw. Szok termiczny lub udar cieplny. Obejmuje to ostre odwodnienie, które może spowodować paraliż różnych ważnych narządów, a nawet śmierć..
Fale upałów mogą powodować setki, a nawet tysiące ludzi, jak w Chicago (USA), gdzie w 1995 roku zmarło około 700 osób. Tymczasem fale upałów w Europie w latach 2003–2010 spowodowały śmierć tysięcy ludzi.
Z drugiej strony wysokie temperatury negatywnie wpływają na zdrowie osób z chorobami układu krążenia. Ta sytuacja jest szczególnie poważna w przypadku nadciśnienia..
Nagłe wahania temperatury mogą osłabić układ odpornościowy i uczynić organizm bardziej podatnym na choroby układu oddechowego.
Zanieczyszczenie termiczne jest czynnikiem wpływającym na zdrowie zawodowe w niektórych branżach, na przykład w metalurgii i szkle. Tutaj pracownicy są narażeni na promieniowanie cieplne, które może powodować poważne problemy zdrowotne..
Chociaż środki bezpieczeństwa są oczywiście podjęte, zanieczyszczenie termiczne jest znaczne. Warunki obejmują wyczerpanie cieplne, szok cieplny, ekstremalnie wypromieniowane oparzenia cieplne i problemy z płodnością.
Wzrost globalnej temperatury powoduje, że choroby dotychczas ograniczone do niektórych obszarów tropikalnych poszerzają swój zasięg działania.
W kwietniu 2019 roku w Amsterdamie odbył się 29.Europejski Kongres Mikrobiologii Klinicznej i Chorób Zakaźnych. W tym przypadku wskazano, że choroby takie jak chikungunya, denga czy leiszmanioza mogą rozprzestrzeniać się na Europę.
Podobnie, to samo zjawisko może mieć wpływ na kleszczowe zapalenie mózgu..
Chodzi o zmniejszenie wkładu netto ciepła do środowiska i zapobieganie uwięzieniu wytwarzanego ciepła w atmosferze.
Instalacje termoelektryczne powodują największy udział zanieczyszczeń termicznych w zakresie wymiany ciepła netto do atmosfery. W tym sensie, aby zmniejszyć zanieczyszczenie termiczne, konieczne jest zastąpienie paliw kopalnych czystymi energiami.
Procesy produkcji energii słonecznej, wiatrowej (wiatr) i hydroelektrycznej (woda) powodują bardzo niskie ilości ciepła resztkowego. To samo dzieje się z innymi alternatywami, takimi jak energia fal (fale) i energia geotermalna (ciepło z ziemi),
W instalacjach i gałęziach przemysłu termoelektrycznego, których procesy wymagają systemów chłodzenia, można stosować systemy z obiegiem zamkniętym. Można również zastosować mechaniczne systemy dyfuzji ciepła, aby pomóc obniżyć temperaturę wody..
Kogeneracja polega na jednoczesnym wytwarzaniu energii elektrycznej i użytecznej energii cieplnej, takiej jak para lub gorąca woda. W tym celu opracowano technologie, które pozwalają odzyskać i wykorzystać ciepło resztkowe powstające w procesach przemysłowych..
Na przykład w ramach projektu INDUS3ES finansowanego przez Komisję Europejską opracowywany jest system oparty na „transformatorze ciepła”. Ten system jest w stanie absorbować ciepło resztkowe o niskiej temperaturze (70 do 110 ºC) i przywracać je do wyższej temperatury (120-150 ºC).
Bardziej złożone systemy mogą obejmować inne wymiary produkcji lub transformacji energii.
Wśród nich mamy trigenerację, która polega na włączeniu procesów chłodniczych oprócz wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Ponadto, jeśli dodatkowo generowana jest energia mechaniczna, mówimy o tetrageneracji.
Niektóre systemy są pułapkami CO2, oprócz wytwarzania energii elektrycznej, cieplnej i mechanicznej, w takim przypadku mówimy o czterech generacjach. Wszystkie te systemy przyczyniają się również do redukcji emisji CO2..
Ponieważ globalne ocieplenie jest zjawiskiem zanieczyszczenia termicznego, które ma największy wpływ na planetę, konieczne jest jego złagodzenie. Aby to osiągnąć, najważniejsze jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, w tym CO2.
Zmniejszenie emisji wymaga zmiany modelu rozwoju gospodarczego, zastępując kopalne źródła energii czystą energią. W rzeczywistości zmniejsza to emisję gazów cieplarnianych i wytwarzanie ciepła odpadowego..
Alternatywą stosowaną przez niektóre elektrociepłownie jest budowa stawów chłodzących. Jego funkcją jest odpoczynek i chłodzenie wód pochodzących z systemu chłodzenia przed powrotem do ich naturalnego źródła..
Elektrownie jądrowe wytwarzają energię elektryczną z rozkładu materiału promieniotwórczego. To generuje dużo ciepła, co wymaga systemu chłodzenia.
Elektrownia jądrowa Santa María de Garoña (Hiszpania) była elektrownią typu BWR (reaktor wrzącej wody) uruchomioną w 1970 r. Jej system chłodzenia zużywał 24 metry sześcienne wody na sekundę z rzeki Ebro..
Według pierwotnego projektu ilość ścieków zawracanych do rzeki nie przekraczałaby 3 ° C w stosunku do temperatury rzeki. W 2011 roku raport Greenpeace, potwierdzony przez niezależną firmę zajmującą się ochroną środowiska, wykazał znacznie wyższy wzrost temperatury.
Woda w rejonie rozlewu osiągnęła 24 ºC (od 6,6 do 7 ºC naturalnej wody rzecznej). Następnie, cztery kilometry w dół rzeki od obszaru wycieku, przekroczył 21ºC. Zakład zaprzestał działalności 16 grudnia 2012 roku.
W miastach jest coraz więcej systemów klimatyzacji obniżających temperaturę otoczenia w okresie gorącym. Urządzenia te działają na zasadzie wyciągania gorącego powietrza z wnętrza i rozpraszania go na zewnątrz.
Generalnie nie są one bardzo wydajne, więc oddają jeszcze więcej ciepła na zewnątrz niż wydobywają z wnętrza. Dlatego systemy te są istotnym źródłem zanieczyszczenia termicznego.
W Madrycie zestaw urządzeń klimatyzacyjnych obecnych w mieście podnosi temperaturę otoczenia nawet o 1,5 lub 2 ºC.
Margaryna jest substytutem masła otrzymywanym w wyniku uwodornienia olejów roślinnych. Uwodornianie wymaga nasycenia oleju roślinnego wodorem w wysokich temperaturach i ciśnieniach.
Proces ten wymaga wodnego systemu chłodzenia, który wychwytuje wytwarzane ciepło odpadowe. Woda pochłania ciepło i podnosi jego temperaturę, po czym jest zawracana do otoczenia.
W peruwiańskiej firmie produkującej margarynę przepływ gorącej wody (35ºC) spowodował zanieczyszczenie termiczne morza. Aby przeciwdziałać temu efektowi firma wdrożyła układ kogeneracyjny oparty na zamkniętym obiegu chłodniczym.
Dzięki temu systemowi możliwe było ponowne wykorzystanie ciepłej wody do podgrzania wody wpływającej do kotła. W ten sposób oszczędzono wodę i energię, a dopływ gorącej wody do morza został ograniczony..
Jeszcze bez komentarzy