Изменение химического состава воды и планктона при прохождении через систему технического водоснабжения АЭС
Анализ влияния схемы и гидрологической структуры водоема-охладителя атомной электростанции на явление биотехнопульверизации. Оценка экологического состояния водоема и изменения численности бактериопланктона в воде на сбросе из системы техводоснабжения.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 31.01.2019 |
Размер файла | 33,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
1 Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (ОАО НИИЭС)
2Курская АЭС
3Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана (МВТУ)
Изменение химического состава воды и планктона при прохождении через систему технического водоснабжения АЭС
1Суздалева А.Л. , д.б.н.,
2Попов А.В., к.б.н.),
3Кучкина М.А., к.б.н,
1Фомин Д.В., 1Минин Д.В.
Атомные электростанции являются крупными водопользователями, но их безвозвратное водопотребление относительно невелико. Почти вся вода, поступившая на АЭС, через определенное время сбрасывается во внешнюю среду. После того, как температура этих вод понизится, они могут быть повторно использованы в системе технического водоснабжения электростанции или, поступая в открытые водные системы, могут быть переданы другим водопользователям.
Вместе с тем при прохождении вод через системы техводаснабжения АЭС могут происходить заметные изменения ее химического состава. С водой в эти системы постоянно засасывается значительное количество различных планктонных организмов, а также пелагических личинок донных беспозвоночных и мальков рыб. Часть этих организмов погибает. Таким образом, работа АЭС может привести к существенной трансформации как живых, так и неживых компонентов водной среды.
Объем водной массы, проходящей через систему техводоснабжения, АЭС весьма велик и сопоставим со стоком довольно крупных рек. В связи с этим, оценка степени трансформации вод при прохождении через технические узлы всегда является важным пунктом экологической экспертизы предпроектной и проектной документации.
Данной проблеме всегда уделяется значительное внимание и при проведении экологического мониторинга водоемов-охладителей действующих АЭС. Однако, несмотря на большое количество публикаций, посвященных отдельным аспектам проблемы, работ, рассматривающих весь комплекс экологических последствий в настоящее время почти нет. По этой причине оценки, вырабатываемые при обсуждении проектов и рассмотрении воздействия уже функционирующих АЭС, часто носят фрагментарный характер. При их выработке рассматриваются только некоторые виды воздействий, например, влияние, оказываемое на организмы зоопланктона. Остальные эффекты, важность которых с экологической точки зрение не менее велика, практически не рассматриваются. При этом довольно часто расчеты, приводимые в экологических обоснованиях, строятся на основании данных, полученных еще в 40-60-х годах ХХ в. при исследовании американских ТЭС с прямоточной системой охлаждения. В результате вырабатываемые оценки и прогнозы не дают представления о реальном воздействии, оказываемом современными АЭС с оборотной системой водоснабжения. гидрологический бактериопланктон атомный
В настоящей публикации предпринята попытка проанализировать все основные аспекты воздействия функционирования систем технического водоснабжения АЭС на водную среду. Основой для ее написания послужили материалы, полученные в ходе многолетних исследований, проведенных на Курской, Смоленской и Калининской АЭС в 1985-2005 гг. (Безносов и др., 1995; 2002; Суздалева, Побединский, 1996; Суздалева, Безносов, 2000; Суздалева, 2001а-б; Суздалева, 2002; Кучкина, 2004).
Следует уточнить, что под термином «система техводоснабжения АЭС» мы подразумеваем все технические узлы, через которые движется вода от точки водозабора до места выхода отработанных вод в акваторию водоема. Таким образом, в это понятие также включаются облицованные участки водозаборных и сбросных каналов, водобойные пороги и другие технические узлы, находящиеся вне производственных зданий.
Все факторы, действие которых может изменить химический состав воды в системе водоснабжения АЭС, можно разделить на две основные группы:
1. Факторы, оказывающие непосредственное воздействие на химический состав водной среды. К ним можно отнести все случаи попадания в воду каких-либо химических веществ при прохождении ее через систему водоснабжения электростанции от водозабора до выхода сбросного канала в водоем-охладитель:
- Попадание в воду веществ из различных технических узлов АЭС.
- Загрязнение открытых участков водоподводящих и сбросных каналов с прилегающей территории АЭС.
- Загрязнение вод, происходящее при очистке системы водоснабжения от органических и неорганических отложений, образующихся на внутренней поверхности ее узлов.
2. Вторая группа факторов более разнообразна и включает все опосредованные изменения в химическом составе водной среды. То есть изменения химизма вод, обусловленные не прямым воздействием со стороны АЭС, а различными аспектами ее воздействия, не сопровождающимися поступлением в воду каких-либо химических веществ, но в то же время косвенно вызывающими заметные изменения в составе водной среды. Основными факторами этой группы являются:
- Изменения в химическом составе вод при прохождении через АЭС, вызванные повышением температуры. Прежде всего, это, последствия накипеобразования и сдвига карбонатно-кальциевого равновесия. По этой причине значения рН в сбросных водах АЭС может повышаться. Например, в водоеме-охладителе Калининской АЭС в начальный период работы станции (1984-1989 гг.) рН в водной массе циркуляционного течения возросла с 6,5 до 8,0 (Суздалева, Безносов, 2000).
- Изменение в химическом составе вод, обусловленные гибелью организмов, вовлеченных с током воды в систему водоснабжения. Известно, что значительная часть планктона и мальков рыб, попавших в систему, травмируется и погибает. В результате разрушения их тел в воду может попасть значительное количество органических веществ.
- Следующим важным фактором, способным изменить химический состав вод, проходящих через систему водоснабжения, является жизнедеятельность перифитона, образовавшегося на внутренней поверхности водоводов. Это происходит вследствие двух различных процессов:
a) Изменения в химическом составе воды, обусловленные жизнедеятельностью организмов. Так, основным источником существования мощных бактериальных обрастаний, возникающих на поверхности теплообменников и других узлов и состоящих преимущественно из сапрофитных микроорганизмов, является органическое вещество, поступающее из водоема-охладителя и изымаемое ими из проходящей через систему воды (Суздалева, 2001а). С другой стороны, жизнедеятельность организмов всегда сопровождается и выделением различных веществ в воду (бактериальной слизи и др.). В конкретный момент может превалировать один из данных процессов. В результате в сбросных водах (по сравнению с водозабором) периодически наблюдается как увеличение содержания органического вещества, так и его снижение.
b) Изменения в химическом составе воды в периоды массовой гибели перифитонных организмов, обитающих внутри системы водоснабжения. Это происходит вследствие того, что температура воды в системе может повышаться до критического для обитающих здесь организмов уровня.
Учитывая огромную суммарную площадь внутренней поверхности систем охлаждения и значительную мощность бактериальных обрастаний, можно предположить, что в зависимости от условий этот фактор может вызывать как снижение концентрации органического вещества, за счет его потребления бактериями, так и увеличение концентрации органики в результате их отмирания (например, при максимальном подогреве) и попадания в воду прижизненных выделений.
Характер воздействия всех перечисленных выше факторов (2.1-2.2), с одной стороны, зависит от качества вод, поступающих в систему водоснабжения АЭС, с другой - от степени нагрева этих вод внутри системы. По этой причине характер трансформации органических веществ зависит как от природных факторов: гидрохимического состава вод, внутриводоемных гидробиологических процессов (например, цветения фитопланктона), гидрометеорологических условий, сезона года (прежде всего, температуры поступающей в систему воды), так и режима работы электростанции. Комбинация этих факторов в конкретный момент времени носит различный характер, поэтому наблюдаемый результат их совокупного воздействия весьма непостоянен. Например, содержание органического вещества на сбросе из системы по сравнению с водозабором может, как возрастать, так и снижаться (таблица. 1).
Таблица 1. Средние значения показателей перманганатной окисляемости (ПО) и бихроматной окисляемости (БО) на водозаборе и сбросе АЭС
Месяц, год |
ПО, мгО/л |
БО, мгО/л |
|||
Водозабор |
Сброс |
Водозабор |
Сброс |
||
Калининская АЭС |
|||||
Август, 1994 |
15,8±3,2 |
20,7±6,4 |
46,9±5,5 |
41,8±5,5 |
|
Ноябрь, 1994 |
8,4±1,3 |
10,5±1,8 |
26,9±4,1 |
31,6±8,2 |
|
Июнь, 1995 |
16,5±2,3 |
25,2±3,7 |
29,4±2,5 |
36,5±4,0 |
|
Октябрь, 1995 |
7,9±1,6 |
10,5±1,4 |
27,6±5,2 |
22,7±4,4 |
|
Курская АЭС |
|||||
Апрель, 1989 |
4,1±0,2 |
6,1±0,4 |
16,0±0,5 |
12,0±2,3 |
|
Октябрь 1989 |
6,2±0,2 |
5,2±0,3 |
20,0±3,2 |
48,0±7,2 |
|
Февраль, 1990 |
2,9±0,2 |
4,1±0,4 |
10,0±0,5 |
9,0±1,1 |
|
Июль, 1990 |
5,2±0,3 |
5,2±0,4 |
10,0±1,1 |
16,0±2,2 |
|
Октябрь, 1990 |
12,2±0,8 |
10,2±0,9 |
22,0±1,6 |
32,0±4,0 |
|
Март, 1991 |
7,6±0,2 |
5,5±0,3 |
44,0±0,3 |
34,0±1,9 |
|
Июнь, 1991 |
6,2±0,4 |
7,2±0,6 |
30,0±3,5 |
12,0±1,0 |
|
Август, 1991 |
6,6±0,7 |
6,5±0,7 |
40,0±3,6 |
60,0±5,5 |
|
Сентябрь, 1995 |
7,2±0,5 |
6,9±0,7 |
40,0±3,4 |
72,0±7,5 |
|
Февраль 2000 |
3,4±0,3 |
3,4±0,3 |
11,5±2,0 |
11,2±1,8 |
|
Апрель 2000 |
10,2±0,2 |
12,0±0,5 |
26,5±2,2 |
28,0±3,0 |
|
Июль 2000 |
5,5±0,4 |
4,5±0,2 |
28,0±2,0 |
27,6±2,0 |
|
Октябрь 2000 |
16,8±0,4 |
14,0±0,8 |
20,4±2,2 |
18,0±2,0 |
|
Май, 2001 |
8,7±0,4 |
12,4±0,3 |
32,0±3,0 |
32,4±3,5 |
|
Ноябрь, 2001 |
10,6±0,5 |
12,2±0,8 |
39,5±4,2 |
58,3±6,1 |
|
Июнь, 2002 |
12,0±0,2 |
12,2±0,5 |
48,0±2,0 |
48,4±3,2 |
|
Август, 2002 |
8,2±0,2 |
9,0±0,5 |
50,2±2,4 |
50,4±3,3 |
|
Ноябрь, 2002 |
9,4±0,3 |
7,6±0,6 |
48,0±2,0 |
48,0±3,7 |
|
Май, 2003 |
9,6±0,2 |
10,4±0,4 |
32,2±2,7 |
32,8±2,0 |
|
Июль, 2003 |
8,8±0,2 |
8,8±0,3 |
31,0±2,5 |
30,0±2,0 |
|
Август, 2003 |
5,0±0,2 |
5,6±0,2 |
26,3±2,1 |
27,3±2,3 |
|
Февраль, 2004 |
7,3±0,3 |
8,1±0,2 |
28,2±2,2 |
24,4±2,2 |
|
Июнь, 2004 |
6,1±0,3 |
6,1±0,2 |
36,3±2,7 |
44,5±2,8 |
|
Август, 2004 |
5,1±0,2 |
5,6±0,4 |
32,0±3,0 |
28,6±2,8 |
|
Октябрь, 2004 |
5,2±0,4 |
5,0±0,2 |
32,5±3,0 |
36,8±2,5 |
|
Март, 2005 |
7,2±0,1 |
7,5±0,2 |
44,0±2,0 |
44,4±2,2 |
|
Июнь, 2005 |
6,2±0,2 |
5,8±0,2 |
40,6±2,4 |
44,3±2,7 |
|
Август, 2005 |
8,9±0,2 |
8,5±0,3 |
44,2±2,6 |
44,2±2,2 |
|
Октябрь, 2005 |
5,5±0,2 |
5,3±0,3 |
40,7±3,3 |
36,0±2,5 |
|
Смоленская АЭС |
|||||
Июль, 1999 |
10,0±0,5 |
11,5±0,3 |
29,5±2,5 |
24,2±1,9 |
|
Август, 1999 |
10,4±0,2 |
9,3±0,4 |
20,0±3,0 |
20,0±3,6 |
|
Ноябрь, 1999 |
7,2±0,2 |
10,0±0,2 |
34,5±3,5 |
30,0±2,8 |
|
Февраль, 2000 |
6,2±0,4 |
6,0±0,1 |
18,4±2,3 |
18,6±1,7 |
|
Апрель, 2000 |
12,8±0,4 |
14,6±0,3 |
31,8±2,0 |
30,2±2,0 |
|
Август, 2000 |
12,6±0,3 |
8,5±0,07 |
26,8±4,1 |
20,4±4,0 |
- Химический состав может измениться в результате совокупного воздействия интенсивной аэрации, перемешивание и высокой температуры вод на выходе из системы водоснабжения. В этих условиях интенсивность процессов окисления существенно возрастает и концентрация продуктов эти реакций (например, нитратов) увеличивается. Одновременно может отмечаться снижение содержания в воде легкоокисляющихся и летучих соединений, например, аммиачного азота.
При обсуждении вопроса о воздействии функционирования промышленных систем охлаждения на планктон, как правило, все внимание концентрируется на оценке процента гибели и травмирования организмов, во время прохождения их через различные технические узлы. Действительно, роль этого фактора весьма важна, например, известно, что в зависимости от состава планктонных организмов их гибель в этих условиях может составлять до 80% (Мордухай-Болтовской, 1975; Протасов, 1991).
Таким образом, очевидно, что этот процесс не может не оказывать существенного влияния на состав планктона, а, учитывая, что планктонный образ жизни ведут личиночные многих донных организмов, то и на состав бентических сообществ. Высокий уровень смертности может наблюдаться у мальков и личинок рыб.
Вместе с тем, как показали результаты наших многолетних исследований, проведенных на водоемах-охладителях различных АЭС, изменения в составе планктона, возникающие при прохождении вод через технические агрегаты, не исчерпываются только гибелью и травмированием организмов, засасываемых вместе с водой. Во время эксплуатации на внутренней поверхности контактирующих с водной средой технических агрегатов практически во всех случаях формируется сообщество перифитонных организмов.
Несмотря на повсеместную распространенность подобных явлений, этот экологический аспект воздействия систем охлаждения, в большинстве случаев почти не рассматривается. Такой односторонний подход к проблеме объясняется, прежде всего, тем, что целью большинства экологических исследований являлось определение «потерь», характеризующих негативные явления, связанные с функционированием технических узлов.
Напротив, появление дополнительного количества каких-либо организмов после прохождения через систему водоснабжения игнорировалось. Вместе с тем этот вопрос не менее важен. В первую очередь это обусловлено тем, что оценка экологического состояния водоема во многом основывается на составе обнаруженных в нем организмов. Присутствие в планктоне значительного количества организмов, смытых из перифитона системы водоснабжения, может существенно исказить результаты этих оценок.
Основными группами планктонных организмов являются бактериопланктон, фитопланктон и зоопланктон. Воздействие работы системы техводоснабжения на каждую из этих групп существенно отличается, поэтому его следует рассмотреть в отдельности.
Ранее считалось, что бактериальные клетки проходят через системы охлаждения ТЭС и АЭС не испытывая каких-либо заметных негативных воздействий (Мордухай-Болтовской, 1975). Однако как показали проведенные нами экспериментальные исследования (Суздалева, 1998), резкое повышение температуры, происходящее при прохождении воды через конденсатор, может сопровождаться гибелью определенной части бактериопланктона. Вместе с тем, общая численность бактериопланктона и, в особенности, численность гетеротрофных бактерий в районах сброса часто возрастает в несколько раз (табл. 2).
Таблица 2. Средние значения общей численности бактериопланктона (106 клеток/мл) и численности гетеротрофных бактерий (103 КОЭ/мл)
Месяц, год |
Общая численность |
Численность гетеротрофов |
|||
Водозабор |
Сброс |
Водозабор |
Сброс |
||
ВОДОЕМ-ОХЛАДИТЕЛЬ КУРСКОЙ АЭС |
|||||
Февраль, 1990 |
0,3±0,02 |
2,5±0,03 |
0,8±0,07 |
51,6±4,8 |
|
Июль, 1990 |
2,8±0,02 |
12,6±1,20 |
24,7±4,5 |
248,9±12,9 |
|
Март, 1991 |
1,0±0,02 |
2,0±0,02 |
2,2±0,14 |
32,5±2,9 |
|
Август, 1991 |
3,0±0,01 |
10,0±1,19 |
60,4±5,7 |
120,5±5,8 |
|
Сентябрь, 1995 |
6,1±0,05 |
16,5±1,31 |
30,1±2,0 |
59,2±5,6 |
|
Октябрь, 1999 |
55,5±1,7 |
57,4±4,2 |
30,6±2,8 |
160,7±9,1 |
|
Февраль, 2000 |
12,1±1,2 |
9,6±2,0 |
6,2±3,5 |
30,7±2,9 |
|
Май, 2001 |
2,31±0,07 |
1,76±0,04 |
1,1±0,07 |
10,7±0,95 |
|
Ноябрь, 2001 |
4,15±0,06 |
5,15±1,06 |
1,9±0,08 |
7,1±0,66 |
|
Июнь, 2002 |
5,1±0,32 |
11,9±0,16 |
-- |
-- |
|
Август, 2002 |
1,2±0,02 |
2,1±0,05 |
5,2±0,47 |
69,2±4,0 |
|
Ноябрь,2002 |
1,4±0,03 |
4,9±0,05 |
-- |
-- |
|
Май, 2003 |
3,15±0,05 |
9,77±0,07 |
6,0±0,58 |
185,5±12,0 |
|
Июль, 2003 |
4,83±0,04 |
6,32±0,04 |
6,6±0,43 |
165,9±10,5 |
|
Август, 2003 |
5,18±0,11 |
8,09±0,06 |
-- |
-- |
|
Февраль, 2004 |
0,6±0,03 |
2,2±0,10 |
4,7±0,30 |
26,5±2,2 |
|
Июнь, 2004 |
1,5±0,03 |
3,8±0,12 |
9,6±0,36 |
42,5±2,5 |
|
Август, 2004 |
2,6±0,04 |
28,5±1,27 |
22,0±0,90 |
740,0±28,0 |
|
Октябрь, 2004 |
1,3±0,02 |
2,6±0,18 |
8,2±0,33 |
62,2±4,9 |
|
Март, 2005 |
1,1±0,02 |
1,2±0,03 |
4,7± |
32,2±0,29 |
|
Июнь, 2005 |
2,1±0,02 |
5,0±0,06 |
9,2±0,42 |
112,0±6,5 |
|
Август, 2005 |
3,3±0,04 |
25,1±0,17 |
6,0±0,43 |
96,3±6,0 |
|
Октябрь, 2005 |
2,5±0,03 |
6,3±0,22 |
7,4±0,19 |
118,4±8,4 |
|
ВОДОЕМ-ОХЛАДИТЕЛЬ КАЛИНИНСКОЙ АЭС |
|||||
Август, 1994 |
6,4±0,31 |
8,8±0,55 |
12,9±1,2 |
162,1±9,0 |
|
Сентябрь, 1994 |
0,6±0,02 |
1,5±0,10 |
5,6±0,33 |
28,4±1,9 |
|
Июль, 1995 |
1,7±0,02 |
3,4±0,18 |
6,9±0,36 |
22,4±1,9 |
|
Октябрь, 1995 |
0,4±0,01 |
1,4±0,16 |
3,0±0,27 |
76,0±2,4 |
|
ВОДОЕМ-ОХЛАДИТЕЛЬ СМОЛЕНСКОЙ АЭС |
|||||
Июль, 1999 |
24,3±1,3 |
41,9±2,2 |
1,4±0,07 |
12,5±2,0 |
|
Август, 1999 |
31,4±2,9 |
35,0±3,2 |
0,6±0,01 |
45,0±2,2 |
|
Февраль, 2000 |
3,8±0,8 |
9,8±0,9 |
0,02±0,01 |
0,04±0,02 |
Подобное увеличение численности в большинстве случаев ранее объяснялось интенсификацией темпов размножения микроорганизмов в условиях повышенной температуры. Вместе с тем, время генерации бактерий (отрезок времени, в течение которого численность бактерий может удвоиться за счет их размножения) составляет не менее нескольких этих условиях часов (Суздалева, 2001а). Учитывая то, что время прохождения воды через агрегаты станций при нормальном режиме работы АЭС не превышает 1-2 часов, невозможно предположить, что многократное увеличение численности микроорганизмов в сбросных водах происходит только за счет их размножения в воде. Более вероятное объяснение заключается в том, что это является результатом жизнедеятельности сообщества микроперифитона. По мере развития бактериальной пленки на внутренней поверхности водоводов, часть микроорганизмов отрывается и с течением воды выносится из системы.
Такое предположение подтверждается результатами, полученными при исследовании водоема-охладителя Читинской ГРЭС (Спиглазов, Серебрякова, 1998), а также материалами изучения биологических помех, возникающих при эксплуатации систем охлаждения ТЭС и АЭС (Афанасьев, 1991). Согласно этим данным, одним из основных компонентов биологических обрастаний теплообменных аппаратов являются именно бактерии. Характерной особенностью является то, что общая численность бактерий в перифитоне увеличивается на этом участке (по сравнению с другими участками системы охлаждения) в 4,5 раза, а количество гетеротрофных форм в 48 раз. По-видимому, последним обстоятельством и обусловлено резкое увеличение доли гетеротрофных бактерий в общей численности бактериопланктона в районах сбросов АЭС.
В районах сброса подогретых вод, при относительно низком уровне их загрязненности бытовыми и фекальными стоками, также наблюдается высокая численность условно-патогенной микрофлоры (табл. 3).
Таблица 3. Средние значения коли-индекса на водозаборе и сбросе Смоленской АЭС
Месяц, год |
Коли-индекс, клеток/л |
||
Водозабор |
Сброс |
||
Июль, 1999 |
110 |
1250 |
|
Август, 1999 |
40 |
>2400 |
|
Октябрь, 1999 |
50 |
240 |
|
Ноябрь, 1999 |
20 |
50 |
|
Декабрь, 1999 |
10 |
10 |
|
Февраль, 2000 |
<10 |
10 |
Неоднократно высказывалось мнение, что, высокая численность патогенных микроорганизмов на этих участках обусловлена явлением так называемого «вторичного роста», которое заключается в том, что бактерии, не развивающиеся в природных водоемах, находят благоприятные условия для своего развития в местах сброса подогретых вод (Булашев и др., 1974; Ленчина, 1991).
Однако, учитывая непродолжительность пребывания вод в системе охлаждения АЭС, объяснить увеличение численности микроорганизмов только этой причиной невозможно. Можно предположить, что процессы «вторичного роста» также происходят не только непосредственно в воде, но и в сообществах микроперифитона, сформировавшегося на внутренней поверхности агрегатов системы охлаждения во время эксплуатации АЭС (Суздалева и др., 1999). Постоянный сброс отработанных вод АЭС вызывает не только увеличение температуры, но и обусловливает возникновение мощного течения, уносящего бактериальные клетки на значительное расстояние.
Таким образом, под воздействием работы системы охлаждения происходит формирование не только бактериопланктона в районе сброса, но и на участках акватории удаленных от него, куда сбросные воды поступают через какое-то время. В экологической литературе для обозначения процессов выноса и приноса в экосистему различных частиц используются термины «экспульверизация» и «импульверизация». По аналогии с этим явление, заключающееся в искусственном распространении по акватории водоема-охладителя планктонных организмов, развившихся на поверхности технических агрегатах АЭС, можно назвать «биотехнопульверизацией» (Суздалева, 2001б).
На организмы фитопланктона попадание в промышленные системы водоснабжения оказывает негативное воздействие. Возможно, что механические воздействия и тепловой стресс приводят к гибели некоторой части водорослей. Так, по нашим наблюдениям, некоторые крупноразмерные виды перидиниевых водорослей, отмеченные в районах водозабора Курской и Смоленской АЭС, не были обнаружены в пробах, одновременно взятых из сбросных вод.
Однако большинство клеток фитопланктона в пробах из районов не имело видимых повреждений. Вместе с тем, прохождение через агрегаты АЭС заметно сказывалось на их физиологическом состоянии. Об этом, в частности, свидетельствует резкое снижение интенсивности фотосинтеза в местах сброса подогретых вод (Шидловская и др., 2000; Суздалева, 2002).
Также как и в случае с бактериопланктоном, в формировании фитопланктона водоемов-охладителей также заметную роль играют процессы биотехнопульверизации.
В отличие от внутренних частей системы охлаждения, на поверхностях стенок открытых участках сбросных каналов в сообществе перифитона важным компонентом являются водоросли. Их клетки также по мере роста отрываются от субстрата и разносятся течением по значительной акватории. Об этом, в частности, свидетельствуют данные, характеризующие распределение различных экологических групп диатомовых водорослей в Десногорском водохранилище, нижняя часть которого служит водоемом-охладителем Смоленской АЭС (табл. 4).
Таблица 4. Распределение экологических групп диатомовых водорослей в различных частях Десногорского водохранилища в июле период 1999 г.
Участок акватории |
Процент видов различных групп диатомовых водорослей |
|||
Планктонные формы |
Планкто-перифитонные формы |
Перифитонные формы |
||
Районы выхода сбросных каналов |
12 |
35 |
53 |
|
Середина нижней части Десногорского водохранилища |
16 |
52 |
32 |
|
Середина верхней части Десногорского водохранилища |
49 |
38 |
13 |
Наибольший процент перифитонных видов диатомовых отмечен в пробах, отобранных поблизости от выходов обоих сбросных каналов АЭС. Аналогичное повышение количества в воде перифитонных водорослей в районах выходов сбросных каналов отмечались на других водоемах-охладителях (Виноградская, 1991).
Многочисленные литературные данные свидетельствуют о том, что значительный процент представителей зоопланктона травмируется при прохождении вод через промышленные системы охлаждения (Ривьер, 1971; Поливанная, Сергеева, 1971; Мордухай-Болтовской, 1975).
Однако, как показывают результаты наших исследований, проведенных на водоемах-охладителях Курской, Калининской и Смоленской АЭС, далеко не во всех пробах зоопланктона из районов сброса обнаруживается заметное количество травмированных особей.
Это, по-видимому, объясняется тем, что при оборотной системе водоснабжения, основная водная масса циркуляционного течения периодически проходит через систему охлаждения через относительно короткий период времени.
В связи с этим, виды зоопланктона, в наибольшей степени подверженные травматизму, в этих водах встречаются редко. Об этом свидетельствуют изменения в характере распределения зоопланктона, наблюдающиеся при превращении естественного водоема в водоем-охладитель АЭС (Суздалева, Безносов, 2000).
Формы, становящиеся доминантами в водной массе циркуляционного течения, как правило, более толерантны к техногенным воздействиям. В связи с этим общий процент травмированных в системе водоснабжения особей зоопланктона, весьма высокий в начальный период эксплуатации водоема-охладителя, постепенно снижается.
Например, в настоящее время в системе охлаждения Курской АЭС гибель зоопланктона, как правило, не превышает 45% от численности организмов на водозаборе (табл. 5).
Таблица 5 Процент травмированных особей планктонных ракообразных в районе сброса Курской АЭС
Месяц, год |
% |
|
Октябрь 1999 |
12,4 |
|
Февраль 2000 |
2,3 |
|
Апрель 2000 |
12,7 |
|
Октябрь 2000 |
21,0 |
|
Июль 2001 |
20,7 |
|
Июль 2000 |
20,7 |
|
Май 2001 |
50,0 |
|
Ноябрь 2001 |
36,8 |
|
Июнь 2002 |
33,5 |
|
Август 2002 |
22,7 |
|
Ноябрь 2002 |
6,8 |
|
Май 2003 |
11,9 |
|
Июль 2003 |
23,0 |
|
Август 2003 |
29,8 |
|
Февраль 2004 |
3,6 |
|
Июнь 2004 |
17,5 |
|
Август 2004 |
12,8 |
|
Октябрь 2004 |
20,5 |
|
Март, 2005 |
5,1 |
|
Июнь, 2005 |
22,7 |
|
Август, 2005 |
42,0 |
|
Ноябрь, 2005 |
9,9 |
В большинстве случаев этот процент существенно ниже. В отдельные периоды гибель зоопланктона здесь составляет всего 3-5%, что меньше его выедания рыбами в естественных условиях. Снижение процента гибели зоопланктона по мере развития экосистем водоемов-охладителей отмечено и другими исследователями (Бондаренко и др., 1994).
Например, если в начале эксплуатации гибель зоопланктона в системе охлаждения Змиевской ГРЭС (Украина) составляла 75-80%, то в последующий период она снизилась до 20%.
Процессы биотехнопульверизации в распределении зоопланктона играют несколько меньшую роль, чем у других групп планктонных организмов. Но, вместе с тем, этот фактор здесь также имеет немаловажное значение.
Существенную, а в ряде случаев преобладающую группу зоопланктона континентальных и неретической зоны морских водоемов, составляют планктонные личинки донных и перифитонных организмов, так называемый пелагический ларватон.
Влияние работы технических систем водоснабжения на эту часть планктона носит особый характер. На внутренней поверхности водоводов практически всегда развивается и зооперифитон.
Обитающие здесь беспозвоночные, выметывая своих личинок в воду, могут вызывать значительное увеличение общей биомассы зоопланктона на выходе из системы, даже в том случае если значительная часть собственно планктонных (эупланктонных) организмов в этих условиях погибает. Интересные наблюдения были сделаны при исследовании Севастопольской ТЭЦ (Шадрина и др., 1996).
При прохождении вод через систему водоснабжения этой электростанции численность личинок обрастателей (моллюсков, усоногих ракообразных и др.) увеличивалась в 200-300 раз. При этом если в естественных условиях большинство из этих перифитонных организмов выметывает личинок только в теплое время года, то в условиях постоянно высокой температуры воды внутри системы охлаждения, эти формы переходили к круглогодичному размножению. В результате биотехнопульверизации личинки обрастателей в массовом количестве отмечались в зимнем планктоне Севастопольской бухты.
Таким образом, резюмируя изложенные выше результаты исследований можно прийти к заключению, что воздействие работы промышленных систем водоснабжения на планктон водоемов складывается как минимум из двух разнородных процессов:
во-первых, это механические и физико-химические негативные воздействия, которые испытывают планктонные организмы при прохождении через технические агрегаты;
во-вторых, это биотехнопульверизация организмов, развивающихся в сообществах перифитона на внутренней поверхности технических узлов. Эти организмы постоянно в массовом количестве также присутствуют в планктоне водоемов, куда производится сброс вод из систем водоснабжения, и составляют его важную часть.
Таким образом, состав планктона водоемов-охладителей, в отличие от обычных водоемов, не является одним из показателей внутриводоемных процессов, а отражает сложный характер взаимодействий в природно-техногенной системе «АЭС - окружающая среда».
В связи с этим, многие нормативы и методы оценки качества водной среды, разработанные на других водоемах, здесь могут найти только ограниченное применение. Их механическое использование дает искаженное представление об экологическом состоянии водоема. Например, значения общей численности бактерий в воде и, в особенности численности сапрофитов (гетеротрофных бактерий), как правило, прямо пропорциональны уровню загрязнения водоема.
Поэтому, эти показатели включены в число основных критериев оценки качества водной среды. Исходя из стандартных санитарно-микробиологических нормативов, во многих случаях воду на сбросе из систем техводоснабжения АЭС можно отнести к сильно загрязненной, что ни в коей мере не соответствует реальному уровню ее загрязнения, определенному на основе результатов гидрохимических показателей (Суздалева, Побединский, 1996).
Следовательно, двойственный характер воздействия работы промышленных систем охлаждения на планктон обязательно должен учитываться при проведении экологической экспертизы и экологического мониторинга. В противном случае, игнорирование эффектов биотехнопульверизации при интерпретации данных может значительно исказить оценку ситуации, реально существующей в водоеме.
Литература
1. АФАНАСЬЕВ С.А. Биологические помехи в водоснабжении электростанций. // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наукова думка, 1991. - С.160-171.
2. БЕЗНОСОВ В.Н., ВАСЕНКО А.Г., ЕГОРОВ Ю.А., ЛЕОНОВ С.В., ЛУНГУ М.Л., ПОБЕДИНСКИЙ Н.А., РУМЯНЦЕВА Е.А., СТАРКО Н.В., СУЗДАЛЕВА А.Л., ЧЕКАЛИН Б.С. Ретроспективный анализ и характеристика современного состояния гидробиоценозов водоема-охладителя Курской АЭС и рек Сейм и Реут. // Экология регионов атомных станций. 1995. Вып. 4. С.142-196.
3. БЕЗНОСОВ В.Н., КУЧКИНА М.А., СУЗДАЛЕВА А.Л. Исследование процесса термического эвтрофирования в водоемах-охладителях АЭС. // Водные ресурсы. 2002. Т.29. №5. С.610-615.
4. БОНДАРЕНКО Т.А., ВАСЕНКО А.Г., ИГНАТЕНКО Л.Г., ЛУНГУ М.Л., СТАРКО Н.В. Экологические аспекты функционирования водохозяйственного комплекса при Курской АЭС. // Экология регионов атомных станций. Вып. 2. М.: ГНИПКИИ Атомэнергопроект, 1994. С. 141-147.
5. БУЛАШЕВ А.Я., ЛОСКУТОВ Н.Ф., ЛОШАКОВ Ю.Т. Влияние подогретых вод на санитарный режим водоема. // Влияние тепловых электростанций на гидрологию и биологию водоемов. Борок: ИБВВ, 1974. С. 24-26.
6. ВИНОГРАДСКАЯ Т.А. Фитопланктон. // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наукова думка, 1991. С.57-77.
7. КУЧКИНА М.А. Особенности процессов эвтрофирования в водоемах-охладителях АЭС. Автореф. дисс. … канд. наук. М.: Российский университет дружбы народов, 2004. 25 с.
8. ЛЕНЧИНА Л.Г. Бактериопланктон. // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наукова думка, 1991. С.49-57.
9. МОРДУХАЙ-БОЛТОВСКОЙ Ф.Д. Проблема влияния тепловых и атомных электростанций на гидробиологический режим водоемов. // Тр. Ин-та биол. внутр. вод. Вып. 27 (30). Экология организмов водохранилищ-охладителей. Л.: Наука, 1975. С. 7-69.
10. ПОЛИВАННАЯ М.Ф., СЕРГЕЕВА О.А. Зоопланктон водоемов-охладителей тепловых электростанций Украины. // Гидрохимия и гидробиология водоемов-охладителей тепловых электростанций СССР. Киев: Наукова думка, 1971. С.188-207.
11. ПОПОВ А.В., СУЗДАЛЕВА А.Л., ГОРЮНОВА С.В., БЕЗНОСОВ В.Н. Экологические механизмы возникновения биологических помех в системах технического водоснабжения АЭС и ТЭС // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». 2001. №5. С.73-79.
12. ПРОТАСОВ А.А. Экологические и инженерные аспекты управления качеством воды в водоемах-охладителях и снижения отрицательного влияния внутриводоемных процессов на работу электростанций // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наукова думка, 1991. С.172-184.
13. РИВЬЕР И.К. Зоопланктон Мошковического залива, подверженного влиянию подогретых вод Конаковской ГРЭС. // Симп. по влиянию подогретых вод теплоэлектростанций на гидрологию и биологию водоемов. Борок: ИБВВ, 1971. С.52-54.
14. СПИГЛАЗОВ Л.П., СЕРЕБРЯКОВА М.С. Микробиология оз.Кенон как водоема-охладителя Читинской ТЭЦ. // Экология городского водоема. Новосибирск: Изд-во Сибирск. отд. РАН, 1998. С.80-95.
15. СУЗДАЛЕВА А.Л. Экспериментальное исследование термотолерантности бактериопланктона водоемов-охладителей АЭС // Водные ресурсы. 1998. Т.25. №6. С.744-746.
16. СУЗДАЛЕВА А.Л. Влияние циркуляционных водных масс АЭС на распределение бактериопланктона в водоемах-охладителях // Водные ресурсы. 2001а. Т.28. №3. С.349-355.
17. СУЗДАЛЕВА А.Л. Воздействие сброса вод из систем охлаждения АЭС на планктон водоемов // Инженерная экология. 2001б. №4. С.51-57.
18. СУЗДАЛЕВА А.Л. Структура и экологическое состояние природно-техногенных систем водоемов-охладителей АЭС // Автореферат диссертации … доктора биол. наук. М.: МГУ, 2002. 53 с.
19. СУЗДАЛЕВА А.Л., БЕЗНОСОВ В.Н. Изменение гидрологической структуры водоемов при их превращении в водоемы-охладители атомной (тепловой) электростанции. // Инженерная экология. 2000. №2. С.47-55.
20. СУЗДАЛЕВА А.Л., ГОРЮНОВА С.В., БЕЗНОСОВ В.Н., ПОБЕДИНСКИЙ Н.А. Проблема санитарно-микробиологического состояния термальных вод при использовании их в сельском хозяйстве. // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Сельское хозяйство. 1999. №5. С.34-38.
21. СУЗДАЛЕВА А.Л., ПОБЕДИНСКИЙ Н.А. Основные результаты исследования распределения бактериопланктона в водоеме-охладителе Курской АЭС. // Экология регионов атомных станций. Вып. 5. М.: Атомэнергопроект, 1996. С.84-100.
22. ШАДРИНА Л.А., БЛИЗНЮК Н.А., КОВАЛЬЧУК Ю.Л. Зоопланктон - экотоксикологический индикатор системы защиты от обрастания. // Биоповреждения, обрастание и защита от него: Климатические, биохимические и экотоксикологические факторы. М.: Наука, 1996. С.119-127.
23. ШИДЛОВСКАЯ Н.А., СУЗДАЛЕВА А.Л., ЛИХАЧЕВА Н.Е. Влияние сброса подогретых вод Смоленской АЭС на продукцию фитопланктона Десногорского водохранилища. // Водные экосистемы и организмы - 2. Москва: МАКС-Пресс, 2000. С.90.
Аннотация
Изменение химического состава воды и планктона при прохождении через систему технического водоснабжения АЭС. Суздалева А.Л. (ОАО НИИЭС, д.б.н.), Попов А.В. (Курская АЭС, к.б.н.), Кучкина М.А. (МВТУ, к.б.н), Фомин Д.В. (ОАО НИИЭС), Минин Д.В. (ОАО НИИЭС)
Проведен анализ различных тенденций в изменении химического состава вод и различных фракций планктона при их прохождении через систему технического водоснабжения АЭС. Доля травмированных организмов планктона существенно зависит не только от сезона года, но и стабильности гидрологической структуры водоема-охладителя. Численность бактериопланктона в воде на сбросе из системы техводоснабжения может быть многократно выше, чем на водозаборе. Это обусловлено смывом клеток из микроперифитона, развивающегося внутри системы (биотехнопульверизацией).
Ключевые слова: система технического водоснабжения АЭС, гибель планктона, гидрохимический режим водоемов-охладителей.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Состав сточных вод, их свойства и санитарно-химический анализ. Количество осадков, образующихся на очистных сооружениях (аэрациях). Самоочищающая способность водоема. Допустимые изменения состава воды в водотоках после выпуска в них очищенных сточных вод.
курсовая работа [114,3 K], добавлен 08.12.2014Исследование схемы централизованной системы горячего водоснабжения здания. Обзор элементов установки для нагревания холодной воды, особенностей проточных и накопительных водонагревателей. Анализ осуществления циркуляции воды по стоякам и магистралям.
презентация [423,0 K], добавлен 11.04.2012Выбор и обоснование принятой схемы и состава сооружений станции водоподготовки. Расчет изменения качества обработки воды. Проектирование системы оборотного охлаждающего водоснабжения. Расчет реагентного хозяйства для известкования и коагуляции воды.
курсовая работа [317,2 K], добавлен 03.12.2014Анализ существующей системы водоснабжения в Мангистауской области. Состояние системы водоснабжения населенных пунктов региона. Качество потребляемой питьевой воды. Суть процесса фильтрования воды. Технологическая наладка комплекса очистных сооружений.
курсовая работа [582,1 K], добавлен 10.03.2011Технологический процесс производства обоев бумажных марка В1. Характеристика существующих систем водоснабжения и водоотведения. Проект производства работ по строительству флотатора-отстойника. Расчет разбавления сточных вод при сбросе их в озеро Шапор.
дипломная работа [367,5 K], добавлен 21.10.2012Задачи обработки воды и типология примесей. Методы, технологические процессы и сооружения для очистки воды, классификация основных технологических схем. Основные критерии для выбора технологической схемы и состава сооружений для подготовки питьевой воды.
реферат [1,2 M], добавлен 09.03.2011Элементы системы водоснабжения. Технологический процесс прямоточного водоснабжения. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса. Подбор датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров. Алгоритмы контроля и управления функционированием ТП.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 14.07.2012Расчет и корректировка исходного состава воды, коагуляция с известкованием, содированием и магнезиальным обескремниванием. Оборотные системы охлаждения, расчет осветлителя и состава воды после осветлителя, проверка и корректировка состава исходной воды.
курсовая работа [169,1 K], добавлен 25.11.2010Система водоснабжения как комплекс инженерных сооружений для забора воды из источника водоснабжения, ее очистки, хранения и подачи к потребителям. Расчеты суточного расхода на нужды населенного пункта. Хозяйственно-противопожарная схема водоснабжения.
курсовая работа [48,6 K], добавлен 10.11.2010Требования к воде, используемой в фармацевтическом производстве. Концепция фармацевтической системы качества. Международный стандарт GMP и его показатели. Качество воды для инъекций. Обратный осмос, санация системы распространения воды для инъекций.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 13.06.2012Сущность процесса флотации. Принцип действия, теоретические основы работы и недостатки флотационных установок. Закономерности растворения воздуха в воде. Схемы напорной флотации. Конструкция флотаторов с горизонтальным и радиальным движением воды.
реферат [818,2 K], добавлен 09.03.2011Разработка функциональной схемы гидропривода, выбор и расчет параметров. Потери давления в местных гидравлических сопротивлениях. Выбор гидроаппаратуры и определение потерь при прохождении жидкости через аппараты. Механические и скоростные характеристики.
курсовая работа [723,9 K], добавлен 30.03.2011Нормативные документы, регламентирующие производство и контроль качества воды. Типы воды, ее загрязнение и схемы очистки. Системы распределения воды очищенной и воды для инъекций. Контроль систем получения, хранения и распределения, валидация системы.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 12.03.2010Хозяйственно-питьевые системы водоснабжения и их предназначение. Расчет водоснабжения поселка. Определение расчетных расходов на участках водопроводной сети. Распределение воды в кольце, диаметр труб, скорость и потеря напора. Расчет насосной установки.
курсовая работа [491,2 K], добавлен 16.05.2010Определение расчетной производительности станции. Выбор технологической схемы очистки воды для целей водоснабжения. Устройства для приготовления раствора коагулянта и его дозирования. Обеззараживание воды и уничтожение в ней запахов и привкусов.
курсовая работа [824,1 K], добавлен 17.03.2022Анализ технического задания на систему, ее статический расчет. Выбор двигателя и редуктора, усилительного устройства. Определение коэффициента передачи разомкнутой системы, передаточных функций, построение логарифмических характеристик, выбор схемы.
курсовая работа [499,7 K], добавлен 16.11.2009Описание принципиальной схемы холодильника. Рассмотрение основ процесса сжатия в компрессоре. Расчет охладителя воздуха. Теплопроизводительность промежуточного холодильника. Расход охлаждающей воды. Определение площади поверхности теплообменника.
курсовая работа [133,5 K], добавлен 31.10.2014Системы водоснабжения, особенности и режимы их эксплуатации. Основные элементы систем водоснабжения и их классификация. Технология и техника сварки покрытыми электродами. Технологические особенности дуговой сварки. Охрана труда при сварочных работах.
курсовая работа [44,6 K], добавлен 19.09.2008Анализ изменения состава шлака и его свойств в зависимости от температур и содержания основных окислов. Влияние химического состава флюса на показатели работы доменной печи. Использование флюсующих добавок при выплавке чугуна и производстве агломерата.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 18.05.2014Описание натуральных соков в сухом виде: паст, гранул, порошков. Характеристика и значение химического состава плодов и ягод. Технологическая сущность процесса очистки воды, схемы производства нектара "Мультифруктовый". Материальный баланс производства.
курсовая работа [307,4 K], добавлен 26.10.2009