Введение

Современная инженерная и исследовательская практика в России довольно много внимания уделяет химическому, радиационному, акустическому, электромагнитному загрязнению окружающей среды и практически ничего не говорит о тепловом, а ведь по масштабам воздействия, по распространению это наиболее крупный вид загрязнения.

Если учесть, что современные крупные предприятия потребляют сотни, а некоторые - и тысячи мегаватт тепловой энергии и весь этот объем поступает затем в окружающую среду: жилые массивы, водоемы, поля, леса, - то серьезность проблемы приобретает вполне осязаемые контуры.

Малочисленные, к сожалению, исследования влияния теплового загрязнения на человека, флору, фауну указывают, тем не менее, на серьезную перспективную опасность [56-64]. Под его воздействием происходят «несанкционированные» природой интенсивные мутагенные процессы, изменения вследствие этого видов растений и животного мира, интенсивно развиваются и появляются новые микроорганизмы и вирусы, наконец, может меняться климат.

Остановимся на положении дел в мировой практике, связанном с тепловым загрязнением окружающей среды. Мировое потребление первичных энергоресурсов в 1970 г. составляло 7 • 109 т условного топлива (т у. т.) [57]. Потребление топлива в среднем удваивается каждые 13 лет.

Как отмечено, согласно закону сохранения энергии, все добываемые первичные энергоресурсы после их использования в том или ином виде отводятся в окружающую среду, вызывая ее тепловое загрязнение.

В глобальном масштабе это загрязнение невелико и составляет лишь тысячные доли процента (примерно 0,003 %) от солнечной радиации на поверхности Земли [58]. Гораздо опаснее локальные очаги теплового загрязнения в промышленных районах. Так, в одном из районов ФРГ на площади 250 км2 тепловое загрязнение составляло 2 % от солнечной радиации, а в районе Мюнхена на площади 310 км достигало 18 % от солнечной радиации [58].

Таблица 4.1

Динамика теплового загрязнения от энергетических производств [58]

В ряде промышленно развитых стран установлены пределы допустимого теплового загрязнения. В основном они касаются режимов рек и водоемов, так как по сложившейся технологии теплоотвода реки и водоемы принимают основную часть сбросного теплового потока и наиболее страдают от теплового загрязнения. В Европе принято, что охлаждающая вода не должна перегреваться выше, чем на 3 °С от естественной температуры водоема [59]. В США при максимальной температуре сброса 32 °С нагрев воды в реках не должен превышать 3 °С, в озерах - 1,6 °С, в прибрежных водоемах морей и океанов - 0,8 °С летом и 2°С в остальное время [56].

Аналогичные ограничительные нормы существовали и в СССР. Согласно «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», действующим с 1975 г., температура водоемов для хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования в результате сброса горячих сточных вод не должна повышаться более чем на 3 °С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года в последние 10 лет.

В настоящее время около 30 % энергопотребления приходится на электроэнергетику, 35 % - на отопление и горячее водоснабжение, 30 % - на технологическое потребление тепла [57]. Согласно статистике, из всех тепловых сбросов 18 % занимают отходы использования электроэнергии, 18 % - отходы технологического использования тепла, 22 % - отходы отопления и горячего водоснабжения и 42 % - тепло конденсации на ТЭС. Первые и третьи виды сбросов в подавляющем большинстве отводят непосредственно в атмосферу, вторые и четвертые, как правило, - через системы водяного охлаждения.

Интересны сведения о фактических температурах, связанных с тепловым загрязнением водоемов. В Нарвском водохранилище при сбросе подогретых на 8-10 °С вод тепловой поток распространяется в верхнем слое глубиной 1,0-1,5 м, при этом вертикальные температурные градиенты достигают 5 °С/м, а горизонтальные 0,5-0,1 °С/100 м [60, 61], т. е. тепловое загрязнение в этом случае охватывает зону с радиусом до 10 км и область загрязнения составляет треть всего объема воды в водохранилище. В реках тепловое загрязнение, связанное с повышением температуры на 810 °С, сохраняется неизменным примерно на расстоянии в 2 км вниз по течению, а затем температура начинает постепенно снижаться [62]. При работе ТЭС даже небольшой мощности с циркуляционной зоной, имеющей систему прудов, температура в них повышается примерно на 3 °С, а вода минерализуется от повышенного испарения [63]. В радиусе до 30 км от ТЭС возможен существенный сдвиг кислотно-щелочного равновесия в почвах. От большого промышленного центра (2 млн. человек) с электростанциями суммарной мощностью 4 600 МВт и нефтехимическими заводами шлейф тепловых загрязнений распространяется на 80-120 км при ширине загрязненной зоны до 50 км и высоте около 1 км [64].

Борьба с тепловым загрязнением с инженерной точки зрения абсолютно идентична работе по энергосбережению.

Изложенный ниже материал основывается на более чем двадцатилетием опыте исследований, экспериментов, разработки и внедрения в промышленность энергосберегающих техники, технологий, выполненных сотрудниками «Научно-производственная фирма Техэнергохимпром». В силу бывшей ведомственной принадлежности организации большинство материалов относятся к химической отрасли.

Надеемся, что изложенный ниже материал будет полезен широкому кругу инженерно-технических и научных работников, занимающихся методическими и практическими вопросами малоосвоенной у нас проблемы теплового загрязнения окружающей среды.