Тепловое загрязнение окружающей среды

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего

Профессианального образования

<<Сибирский государственный технологический университет>>

 

 

Кафедра физики

 

 

Курсовая  работа

 

 

Тепловое  загрязнение окружающей среды

 

 

 

Выполнил:

Ст.гр.<81-1>

<Буданова Анна Петровна>

 

Проверил:

<>

<>

 

 

Красноярск<2012>

Реферат

Тепловое загрязнение  окружающей среды

Тепловое  загрязнение – нагревание воды,воздуха  или почвы в результате попадания  в окружающую среду тепловых отходов  предприятий топливно-энергетического  комплекса. Развитие теплоэнергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу, гидросферу ,литосферу .В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты. 

Объем работы-15 страниц

Количество таблиц-1

Количество иллюстраций-1

В Библиографическом списке-8 источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение

1.Тепловое  загрязнение окружающей среды

1.1 Выбросы теплоэнергетических объектов и их распространение.

1.2 Влияние вредных выбросов ТЭС и ТЭЦ на атмосферу при использовании различных видов топлива. 
1.3- Транспорт как источник теплового загрязнения окружающей среды

1.4- АЭС как источник теплового загрязнения окружающей среды

2.- Охрана окружающей среды  от тепловых выбросов 

2.1-теплые воды

2.2-Размещение ТЭС.  
2.3-защита воздушного бассейна

2.4- мероприятия по борьбе с загрязнением атмосферы электростанциями, транспортом и промышленными предприятиями

Заключение-

Библиографический список-

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цель данной работы – исследовать влияние  теплового загрязнения на окружающую среду и способы снижения ущерба природной среде.Тепловое загрязнение происходит вследствие несовершенства технологических процессов, сравнительно невысокого коэффициента полезного действия энергетических агрегатов (по сравнению с естественными энергетическими циклами), при этом огромное количество тепла тратиться на подогрев воды, почвы, атмосферы. 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.Особенно высоких значений тепловое загрязнение достигает на отдельных участках гидросферы вследствие охлаждения водой агрегатов, АЭС или других промышленных установок и сбросом горячей воды в водоемы. Повышение температуры в водоемах приводит к изменениям химических и биологических параметров среды – уменьшает содержание в воде кислорода, доступ солнечного света к водным растениям и повышает токсичность загрязнений и скорость развития вредных сине-зеленых водорослей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ  ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Тепловое  загрязнение – нагревание воды,воздуха  или почвы в результате попадания  в окружающую среду тепловых отходов  предприятий топливно-энергетического  комплекса.

Теплоэнергетика является одной из основных составляющих энергетики и включает в себя процесс  производства тепловой энергии, транспортировки, рассматривает основные условия  производства энергии и побочные влияния отрасли на окружающую среду, организм человека и животных. 
Процесс производства тепловой энергии осуществляется на тепловых электрических станциях (ТЭС) и тепловых электрических централях (ТЭЦ). Эти два вида предприятий на данный момент являются основными поставщиками тепловой, а также электрической энергии, поскольку эти виды энергоресурсов очень тесно связаны.  
В соответствии с установившейся терминологией, теплоэнергетика включает в себя получение, переработку, преобразование, хранение и использование энергоресурсов и энергоносителей всех типов.  
 
Согласно определению, теплоэнергетика обладает развитыми внешними и внутренними связями и её развитие неотделимо от всех направлений жизнедеятельности человека, связанных с использованием энергии (в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, на транспорте и в быту).  
Развитие теплоэнергетики характеризуется ускорением темпов роста, изменением всех количественных показателей и структуры топливно-энергетического баланса, глобальным охватом всех видов ресурсов органического топлива, вовлечением в сферу использованием ядерного горючего. 
 
В общем случае различаются четыре основные стадии трансформации первичных тепловых ресурсов (от их природного состояния, находящегося в динамическом равновесии с окружающей средой, до конечного использования).  
1. Извлечение, добыча или прямое использование первичных природных ресурсов тепловой энергии.  
2. Переработка (облагораживание) первичных ресурсов до состояния, пригодного для преобразования или использования.  
 
3. Преобразование связанной энергии переработанных ресурсов в тепловую энергию на тепловых станциях (ТЭС), централях (ТЭЦ), на котельных.  
4.Использование энергии.  
Несмотря на единство всех этих стадий, каждая из них основана на различных физических, физико-химических и технологических процессах, различающихся по масштабам, времени функционирования и другим признакам.  
 
Развитие теплоэнергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу (потребление кислорода воздуха (О2), выбросы газов, паров, твёрдых частиц), на гидросферу (потребление воды, переброска стоков, создание новых водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов), на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение водного баланса, изменение ландшафта, выбросы на поверхности и в недра твёрдых, жидких и газообразных токсичных веществ). В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты.  
 
Важнейшими факторами функционирования окружающей среды является живое вещество биосферы, которое играет существенную роль в естественном круговороте почти всех веществ. Однако в большинстве процессов мы не можем проследить прямых воздействий теплоэнергетики на живое вещество, но должны учитывать это влияние в результате воздействия на отдельные компоненты окружающей среды и животный мир, где воздействие теплоэнергетики складывается со всеми другими антропогенными воздействиями.  
 
Взаимодействие теплоэнергетики и окружающей среды происходит во всех стадиях иерархии топливно-энергетического комплекса: добыче, переработке, транспортировке, преобразование и использование тепловой энергии. Это взаимодействие обусловлено как способами добычи, переработки и транспортировки ресурсов, связанных с воздействием на структуру и ландшафты литосферы, потребление и загрязнение вод морей, озёр, рек, изменением баланса грунтовых вод, выделением теплоты, так и использованием тепловой энергии от источников.

Выбросы теплоэнергетических объектов и их распространение. 
В первую очередь при анализе взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды должны быть рассмотрены элементарные процессы, происходящие при сжигании топлива (в особенности органического), так как при его сжигании образуется большое количество вредных соединений (оксиды азота, серы, сажа, соединения свинца, водяной пар).  
 
Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу, гидросферу, литосферу и во время пребывания, ведущие себя по-разному (изменяется t, свойства) называются примесными выбросами.  
 
При выходе в атмосферу, выбросы содержат продукты реакций в твёрдой, жидкой и газообразной фазах.  
 
После выпадения выбросы могут проявляться в виде: осаждения тяжёлых фракций, распада на компоненты по массе и размерам, химических реакций с компонентами воздуха, взаимодействием с воздушными течениями, с облаками, с атмосферными осадками, фотохимические реакции. В результате, состав выбросов может существенно измениться, могут появиться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от данных.  
 
Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота.  
 
Оксиды азота практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. Сернистый ангидрид (SO2) один из токсичных газообразных выбросов теплоэнергоустановок, с небольшой продолжительностью пребывания в атмосфере, в присутствии кислорода воздуха (О2) доокисляется до SO3 и, вступая в реакцию с водой (Н2О) образует слабый раствор серной кислоты (Н2SO4). В процессе горения в атмосфере кислорода воздуха азот, в свою очередь образует ряд соединений:N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5.  
 
В присутствии влаги NO2 легко вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, образуя азотную кислоту (НNO3).  
 
Неуклонный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду, прежде всего, отражается на здоровье населения Земли, ухудшает качество продукции сельского хозяйства, снижает урожайность, оказывает влияние на климатические условия отдельных регионов мира, состояние озонового слоя Земли, приводит к гибели флоры и фауны.  
 
Можно выделить несколько основных групп наиболее важных взаимодействий теплоэнергоустановок с конденсированными компонентами окружающей среды.  
 
а). Водопотребление и водоиспользование, обуславливающее изменение естественного материального баланса водной среды (перенос солей, питательных веществ).  
 
б). Осаждение на поверхности твёрдых выбросов продуктов сгорания органических топлив из атмосферы, вызывающее изменение свойств воды, её цветности, альбедо.  
 
в). Выпадение на поверхности в виде твёрдых частиц и жидких растворов продуктов выброса в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков, металлов и их соединений, канцерогенных веществ.  
 
г). Выбросы непосредственно на поверхность суши и воды продуктов сжигания твёрдых топлив (зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки поверхностей нагрева (сажа, зола).  
 
д). Выбросы на поверхность воды и суши твёрдых топлив при транспортировке, переработке, перегрузке.  
 
е). Выбросы твёрдых и жидких радиоактивных отходов, характеризуемых условиями их распространения в гидросфере и литосфере.  
 
ж). Выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоёме, временное повышение температуры, изменение условий ледосостава, зимнего гидрологического режима, изменение условий паводков, изменение распределения осадков, испарений, туманов.  
 
з). Создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов-охладителей, что вызывает: изменение качественного и количественного состава речных стоков, изменение гидрологии водного бассейна, увеличения давления на дно, проникновение влаги в разломы коры и изменение сейсмичности, изменение условий рыболовства, развития планктона и водной растительности, изменение микроклимата, изменение условий отдыха, спортивных занятий, бальнеологических и других факторов водной среды.  
 
и). Изменение ландшафта при сооружении разнородных теплоэнергетических объектов, потребление ресурсов литосферы, в том числе: вырубка лесов, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель, лугов, взаимодействие берегов с водохранилищами.  
 
к). Воздействие выбросов, выносов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шлейфов.  
Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между атмосферой, гидросферой и литосферой.  
 
Из анализа общих схем взаимодействия теплоэнергетических установок с окружающей средой, следует, что основным фактором взаимодействия ТЭЦ и ТЭС с водной средой является потребление воды системами технического водоснабжения, в том числе безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах на охлаждение конденсаторов паровых турбин. Остальные потребители технической воды (системы золо- и  
 
шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют 7% общего расхода воды, являясь при этом, основным источником примесного загрязнения.  
 
 
Учёными доказано, что основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающими на поверхность гидросферы и литосферы, являются твёрдые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности гидросфер и литосфер является жидкое топливо, его компоненты и продукты его потребления и разложения.  
 
Выбросы теплоты являются одним из основных факторов взаимодействия теплоэнергетических объектов с окружающей средой, в частности с атмосферой и гидросферой. Выделение происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического вещества или ядерного топлива для выработки тепловой энергии. Большая часть теплоты, получаемой охлаждающей водой в конденсаторах паровых турбин, передаётся в водоёмы, водотоки, а оттуда в атмосферу (t воды в месте сброса нагретой воды повышается), что ведёт к повышению средней температуры. 
 
Температуры поверхности водоёма, атмосферный воздух над теплоэнергетической установкой повышается, вследствие энергии, выделенной этой установкой в атмосферу.  
 
Современные представления о допустимых условиях загрязнения атмосферы, воды, земных ландшафтов основаны на сведении о вредном воздействии веществ на здоровье людей, животных, на растительность, на материальные ценности. Всемирной организацией по вопросам здравоохранения при ООН в 1963 году рекомендовано определение критерия чистоты воздуха (предельно допустимая концентрация вредных веществ ПДК) по четырём уровням:  
 
Уровень №1. -Невозможно обнаружить прямое или косвенное влияние на человека, животных или растительность.  
 
Уровень №2. -Возможно раздражение органов чувств, вредное воздействие на растительность, уменьшение прозрачности воздуха.  
 
Уровень №3. -Нарушение жизненно важных функций и возникновение хронических заболеваний у человека и животных.  
 
Уровень №4. -Возникновение острых заболеваний, ведущих к гибели людей и животных. 
В результате промышленной деятельности человека в области производства тепловой энергии в окружающей среде наблюдается целый ряд существенных изменений. Вот лишь некоторые из них, особо ощутимые:  
1. Наличие частиц, являющихся ядрами конденсации в 10 раз больше.  
2. Наличие в воздухе газовых примесей увеличено 5-25 раз.  
3. Количество облаков увеличивается на 5-10%.  
4. Количество туманов зимой на 100% больше, летом на 30%.  
5. Число осадков в различные периоды года на 5-10% больше.  
6. Относительная влажность уменьшена летом на 2%, зимой на 8%.  
7. Солнечное излучение уменьшено 3-20%.  
8. Температура повышается на 1-2 градуса Цельсия.  
9. Скорость ветра 5-30% больше

4.Влияние вредных выбросов ТЭС и ТЭЦ на атмосферу при использовании различных видов топлива. 
 
Атмосфера - воздушная среда. Является наиболее уязвимой составляющей окружающей среды. Без нее невозможна жизнедеятельность человека, существование и развитие животного и растительного мира, так как в ней содержится основная часть кислорода - воздуха, имеющегося на планете. Атмосфере человеческой деятельностью причиняется огромный и невосполнимый ущерб. Вследствие тесной и неразрывной взаимосвязи всех природных составляющих окружающей среды, загрязнение атмосферы неизбежно отражается на других средах: гидросфере, литосфере, биосфере. Выбросы вредных веществ в атмосферу постоянно растут с ростом урбанизации, строительством новых заводов и фабрик.  
 
Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь).  
 
Одним из основных и самых крупномасштабных источников загрязнения атмосферы являются ТЭС и ТЭЦ. 
 

 

 

 

Таблица «Влияние теплоэлектростанций  на окружающую среду и биосферу» 

Технологический процесс	Влияние на элементы среды и биоту				Примеры цепных    реакций
	воздух	почвы и грунты	воды	экосистемы  и человека
1	2	3	4	5	6
Добыча  топлива:  -жидкое (нефть)  и в виде газа  -твёрдое: (угли, сланцы, торф и т.п.)  Транспор-тировка топлива      Работа электро-станций на твёрдом топливе    Работа электро-станций на жидком топливе	Углеводо-родное заг-рязнение при испаре-нии и  утечках  Пыль при взрывных и других ра-ботах, про-дукты горения терри-конов и т.п.  Загрязне-ние при ис-парении жидкого топлива, потере газа, нефтью, пылью от твёрдого топлива      Основные поставщи-ки углекис-лого газа, сернистого ангидрида, оксилов азота, про-дуктов для кислых осадков, аэрозолей, сажи, заг-рязнение радио-активными вещества-ми, тяже-лыми мета-ллами      То же, но в значитель-но мень-ших мас-штабах	Повреждение или уничто-жение почв при разведке и добыче    топлива, пе-редвижениях транспорта и т.п.; загрязнение нефтью, технически-ми химиката-ми, металлом и другими отходами      Разрушение почв и грун-тов при добыче открытыми методами (карьеры), просадки рельефа, раз-рушение грунтов при шахтных ме-тодах добычи    Загрязнение при утечках, авриях, особенно нефтью    Разрушение и сильное заг-рязнение почв вблизи предприятий (техногенные пустыни), загрязнение тяжелыми металлами, радиоактив-ными вещест-вами, кислы-ми осадками; отчуждение земель под землеотвалы, другие отходы    То же, но в значительно меньших масштабах	Загрязнение нефтью в резу-льтате утечек, особенно при авариях и до-бычах со дна  водоёмов, заг-рязнение тех-нологическими  химреагентами и другими от-ходами; разру-шение водоно-сных структур в  грунтах, от-качка подзем-ных вод  их сб-рос в водоёмы    Сильное нару-шение водо-носных струк-тур, откачка и сброс в водоё-мы шахтных, часто высоко-минерализиро-ванных, желе-зистых и дру-гих вод    Загрязнение нефтью в ре-зультате по-терь и при ава-риях      Тепловое заг-рязнение в результате сбросов подог-ретых вод, хи-мическое заг-рязнение через кислые осадки и сухое осаж-дение из атмо-сферы, загряз-нение продук-тами вымыва-ния биогентов и ядовитых ве-ществ (алюми-ний) из почв и грунтов    Тепловое заг-рязнение, как для твёрдого топлива, остальные в значительно меньших масштабах	Разрушение  и пов-реждение экосис-тем в местах до-бычи и при обуст-ройстве месторож-дений (дороги, ли-нии электропере-дач, водопроводы  и т.п.), загрязне-ние при утечках  и авариях, потеря продуктивности, ухудшение  качест-ва продукции. Воздействие на человека в основ-ном через биопро-дукцию (особенно гидробионтов)    Разрушение эко-систем или их эле-ментов, особенно при открытых спо-собах добычи, снижение продук-тивности, воздей-ствие на биоту и человека через загрезненные воз-дух, воду и пищу. Высокая степень заболеваемости, травматизма и смертности при шахтных способах добычи    В основном через загрязнение вод и гидробионтов      Основной агент разрушения и ги-бели экосистем, особенно озер и хвойных лесов (обеднение видо-вого состава, сни-жение продуктив-ности, разрушение хлорофилла, вы-мывание биоге-нов, повреждение корней и т.п.). Эвтрофикация вод и их цветение. На человека через загрязнение возду-ха, воды, продук-тов питания, раз-рушение природы, строений, памят-ников и т.п.      То же, но в значи-тельно меньших масштабах	Загрязнение почв;  Загрязнение вод нефтью и хим-реагентами , гибель планктона и других групп организмов, снижение рыбо-продуктивности ;  Потеря потреби-тельских или вкусовых свойств воды и продуктов промысла    1. Загрязнение воздуха продук-тами горения кислые осадки гибель лесов и экосистем озер нарушение кру-говоротов ве-ществ антро-погенные    сукцессии  2. Тепловое заг-рязнение вод    дефицит кисло-рода эвтрофи-кация и цветение вод усиление дефицита кисло-рода превра-щение водных экосистем в    болотные

 

 

 

Транспорт как  источник теплового загрязнения  окружающей среды

Большое количество автомобилей на континенте ведет к перегреву  воздуха и местности, причем этот перегрев накапливается и создаст  условия дня развития термической  катастрофы.

Накопление тепла происходит таким  образом. Тепло от антропогенного источника  излучается во все стороны (см. рис.). Оно уходит на нагрев воздуха и  почвы, а далее за счет теплопроводности рассеивается в почве, где и накапливается, создавая локальные перегревы поверхности  Земли. Ночью оно излучается в  космос, если небо чистое, или уходит вглубь, если небо закрыто облаками. Особенность автомобиля заключается  в том, что он выделяет смесь углекислого  газа и водяного пара, которые равномерно смешиваются с воздухом и дают газовую смесь (ее можно назвать  оранжерейным газом). Особенность этого  газа заключается в том, что он ведет себя как парниковый газ  или как стекло в парниках, т. е. пропускает солнечные лучи и задерживает  тепловое излучение от Земли.

Автомобильный выхлоп дает 10% СО₂, который далее смешивается с окружающим воздухом и концентрация его рассеивается — до 2%, затем до 0,2% и еще меньше. Но и этой величины достаточно, чтобы создать оранжерейный эффект. 
Солнце нагревает местность, а за ночь тепло не полностью уходит в космос, происходит накопление тепла за счет его отражения оранжерейным газом. Это тепло накапливается в почве и в воздухе, и происходит локальное потепление тех мест, где много автомобилей, домов и других антропогенных «подогревателей». Однако именно автомобильный выхлоп СО, является тем самым постоянно действующим источником, который создаст избыток тепла в околоземной поверхности и поддерживает оранжерейный эффект на территории, не позволяя воздуху очиститься от парниковых газов. Но для глобальности этого недостаточно, так как площадь местности с избытком автомобильных газов (и других источников антропогенного тепла) мала по сравнению с обшей поверхностью земного шара.

Конечно, в создании оранжерейного  газа участвуют все источники  выработки СО,, но основную роль играют автомобили, которые развозят его  по всей поверхности материка и которых  достаточно много, так что «оранжерейные  одеяла» теперь большие и почти  не имеют атмосферных дыр для излучения накопленного Землей тепла. Превышение критического числа автомобилей через несколько лет приведет к термической катастрофе

 

АЭС как источник теплового загрязнения окружающей среды

Атомные станции, как правило, сбрасывают большую часть избыточного  тепла в реку или озеро.  
Если ядерный реактор расположен рядом с крупным водоемом, например очень большим озером или на берегу моря, тогда с принятием некоторых мер предосторожности вредное воздействие на окружающую среду будет сведено до минимума. Однако сооружение ядерного реактора АЭС рядом с рекой или небольшим озером требует более тщательной проверки, особенно, если станция находится в высокоразвитой в промышленном. отношении области, где на одном и том же водном пути может быть построено несколько подобных энергетических установок.  
В то же время расход воды, идущей на конденсационное охлаждение крупных АЭС, особенно в прямоточных незамкнутых системах, становится недостаточным по мере того, как повышается потребность в производимой энергии. В Великобритании сейчас действует около 300 градирен (по состоянию на 90-е годы прошлого столетия), предназначенных для сдерживания тепловых выбросов в окружающую среду. А в США (по некоторым данным), к 2000 году для охлаждения параэлектрических установок используется около половины имеющегося в распоряжении фонда воды из природных источников. Одной только атомной электростанции мощностью 1000 МВт, использующей прямоточную незамкнутую систему охлаждения, требуется около 50 м3/с воды, что эквивалентно общему потреблению воды в городе размером с Чикаго.  
Вместо того чтобы считать это тепло нежелательным загрязнителем окружающей среды, сделаны попытки утилизировать данную бросовую энергию для возделывания морских культур и других целей. Применение отработанного тепла включает н себя обогрев теплиц, орошение теплой водой участков полей, Прогревание почвы и защиту урожая от заморозков. В области возделывания морских культур тепло, сбрасываемое энергетическими станциями, в Последнее время стали использовать с целью поддержания оптимальной температуры воды для создания оптимальных условий для размножения рыб и роста и повышения урожайности морских растительных продуктов питания. Япония была первой страной, сделавшей разработки в этом направлении.