بررسی آلودگی حرارتی آب و تاثیرات آن بر محیط زیست

thermal pollution





عرفان وفایی

آذرماه 1389


 
مقدمه:
مهندسی محیط زیست ، یکی از گرایش های رشته ی عمران است که هدف آن بررسی و اندازه گیری آلاینده های محیط زیست و کنترل آنها است. به بیانی دیگر مهندسان محیط زیست ، در صدد کنترل ومدیریت میزان آلاینده ها و پاکسازی محیط زیست هستند. برخی از این آلودگی ها عبارتند از: آلودگی آب، آلودگی هوا، آلودگی هسته ای وآلودگی خاک و...
شاخه ی آلودگی آبها ، خود شامل مدیریت آلودگی فیزیکی ، شیمیایی ، بیولوژیکی و رادیواکتیو است. از جمله آلودگی هایی که در زمره ی آلودگی فیزیکی قرار میگیرد ، آلودگی حرارتی است. در این مقاله به بررسی عوامل ایجاد کننده آلودگی ، تاثیر این آلودگی بر اکوسیستم و در نهایت جلوگیری و کنترل این نوع آلودگی می پردازیم.
شاید تلقی کردن حرارت به عنوان یک نوع آلودگی کمی دور از ذهن باشد ؛ ولی اگر بدانیم که افزایش درجه حرارت آبها چه تغییرات نا مطلوب و جبران ناپذیری به محیط زیست وارد می کند ، حرارت را در زمره ی آلاینده ترین عامل فیزیکی قرار خواهیم داد. اگر چه ممکن است در برخی اکوسیستم ها ، افزایش حرارت عامل مفیدی در تولید مثل برخی آبزیان (مانند حلزون و صدف ها ) شود، ولی درکل اثرات مخرب آن به مراتب بیشتراست. [1] بنابراین تعریف علمی و جامع آلودگی حرارتی ،به صورت زیر خواهد بود:
" تخلیه ی آب و یا هوای گرم تولید شده درنیروگاهها و دیگر صنایع ،به درون منابع آب طبیعی مانند رودخانه و دریاچه ، تا حدی که باعث تغییر دمای آب وبه تبع آن تاثیرات نا مطلوب زیست محیطی شود ، آلودگی حرارتی می نامند."
عوامل ایجاد کننده آلودگی حرارتی :
اصلی ترین علت بروزاین نوع آلودگی را باید در خصوصیت خنک کنندگی آب جستجو کرد. در نیروگاهها و پالایشگاهها و کارخانه ها ، دستگاهها بر اثر فعالیت مداوم گرمای زیادی تولید می کنند.ارزان ترین راه برای خنک کردن این دستگاهها ، استفاده از ارزان ترین خنک کننده ی موجود، یعنی آب است. در نیروگاهها ی هسته ای و یا بعضی نیروگاههای گرمایی ،از لوله های بسیار بزرگ هذلولی شکلی برای انتقال حرارت حاصل از دستگاهها و خنک کردن استفاده می شود.به این صورت که این لوله ها آب تازه را از رودخانه و دریاچه ها می گیرند وبا انتقال در لوله ها موجب خنک شدن محیط اطراف و در نتیجه گرم شدن خود آب می شود.آبهای درون لوله پس از گرم شدن ، به درون رودخانه و با دریاچه تخلیه می شود. در برخی دیگر از روش های خنک کنندگی از فشار هوا در برج های خنک کننده استفاده می شود که در نهایت دوباره گرمای ایجاد شده در این فرایند به صورت هوای داغ به آب تخلیه می شود. [2]

لوله های خنک کننده

برج‌های خنک کننده از نوع تر یک نیروگاه در انگلستان در حال خارج کردن بخار آب
به عنوان مثال فعالیت های یک نیروگاه اتمی تولید برق قادر است در هر ثانیه درجه حرارت 40 متر مکعب آب را تا 10 درجه سانتیگراد افزایش دهد.که این مقدار افزایش همانطور که در بخش بعد مورد بررسی قرار میگیرد ، میتواند به راحتی موجب از بین رفتن و یا کوچ کردن برخی آبزیان شود.
از دیگر عوامل بالا رفتن دمای آب درون رودخانه و دریاچه ها ، دستکاری های انسان در طبیعت است. ازبین بردن پوشش گیاهی مناطق کنار رودخانه ها و قطع درختان ، موجب تابیدن بیشتر نور خورشید به درون آبها و بالا رفتن دمای آب می شود. با گسترش شهرها و روستاها و کشیده شدن آنها تا مرز طبیعت ،فاصله شهرها با رودخانه ها و دریاچه ها تا حد زیادی کم شده است. و این نزدیکی موجب تاثیر پذیرفتن آبها از پدیده ای به نام " جزیره ی گرمایی " می شود که نتیجه آن افزایش دمای آبها تا حد قابل توجهی است. پدیده ی جزیره ی گرمایی که مدتی است ذهن مهندسان محیط زیست را همچون آلودگی گرمایی به خود معطوف داشته است ، عبارت است ازجذب شدن گرمای خورشید توسط سطوح تیره رنگ موجود در محیط. (شامل خیابان ها و بام ساختمان ها به عنوان بیش ازنیمی از مساحت شهرها ). این پدیده دمای شهرها را تا 15 درجه سانتیگراد افزایش می دهد که در صورت نزدیکی به منابع آب طبیعی ، موجب افزایش دمای آبها نیز می شود. [3]

تاثیر آلودگی حرارتی بر اکوسیستم:
افزایش دمای آب ،موجب مرگ و یا کوچ برخی آبزیان از جمله ماهی ها میشود. آلودگی گرمایی به 4 دلیل زیر موجب مرگ آبزیان می شود :
1) افزایش دما ، باعث تسریع فعالیتهای زیستی آبزیان و در نتیجه افزایش نیاز به اکسیژن می شود.
2) افزایش دما ،انحلال پذیری اکسیژن را در آب کاهش می دهد.
3) افزایش دما ،موجب استفاده ی بیشتر باکتری های هوازی از اکسیژن و در نتیجه کاهش اکسیژن می شود.
4) افزایش دما ،موجب فعال شدن پدیده ی تخمیر که مصرف اکسیژن بالایی دارد، می شود.
اشاره به این نکته شایان اهمیت است که دمای طبیعی زندگی همه ی آبزیان یکسان نیست و به همین دلیل آنان را در اعماق مختلف رود یا دریاچه و دریا مشاهده می کنیم. با افزایش دما و به دلایل ذکر شده ، اکسیژن موجود در آب کم می شود. موجودات برای استفاده از اکسیژن موجود درآب از هم پیشی می گیرند.با گرم شدن دمای بدنشان ، فعالیتشان زیاد می شود بنابراین اکسیژن بیشتری نیاز دارند ؛و این در حالی است که میزان اکسیژن رو به کاهش است.بنابراین برخی از موجوداتی که توانایی حرکت ندارند و یا حرکتشان کند است ، از بین می روند. برخی دیگر نظیر ماهی ها که قادر به نقل مکان هستند ، از آن منطقه کوچ می کنند. تحقیقات به عمل آمده توسط پژوهشگرانی چون Rieded,Cain,Winterstien برخی دیگر از علل مرگ و میر ماهیان را بر اثر آلودگی حرارتی نشان می دهد. این مطالعات نشان می دهد که افزایش دما موجب کاهش زمان هضم غذا برای ماهی ها می شود.همچنین به این نتایج دست یافتند که گرمای بیش از حدموجب خفگی ماهی می شود چراکه افزایش دمای آب ، اکسیژن کم شده از طرفی نیاز به آن زیاد می شود.آنان همچنین اعتقاد دارند که در اثر گرما زدگی بخش سیال خون از حالت کلوئیدی خارج شده و منعقد می شود . از طرفی با افزایش درجه حرارت بدن ، تعداد گلبولهای سفید خون افزایش و تعداد گلبولهای قرمز کاهش می یابد و باعث مرگ ماهیان می شود. [3]
به طورکلی ، آبهای سرد محیط زندگی بهتری برای ماهی ها فراهم می آورد .زیرا اکسیژن محلول در آب در دمای پایین بیشتر است.به عنوان مثال ماهی غرل آلا و نوعی صدف خوراکی تنها در آبهای سرد زندگی می کنند و افزایش دما موجب کوچ آنها به منطقه ای دیگر می شود که نهایتا منجر به بر هم خوردن نظم موجود در اکوسیستم ها خواهد شد.
جلوگیری و کنترل و مدیریت آلودگی حرارتی:
یکی از بهترین راههای جلوگیری از ورود آب گرم شده به درون آبها ، اسنفاده از برجهای خنک کننده است که خوشبختانه از آن در اکثر نیروگاهها استفاده می شود. آب گرم شده توسط دستکاههای صنعتی ، پیش از ورود به رودخانه یا دریاچه ، به این برجها هدایت می شوند و در آنجا خنک می شوند وسپس به رودخانه باز می گردد و البته بخشی از آب به صورت بخار به هوا منتقل می شود.

استفاده از برجهای خنک کننده
از دیگر راههای مقرون به صرفه جلوگیری از ورود آب گرم به داخل آبهای طبیعی ، ایجاد حوضچه هایی در نواحی رودخانه و دریاچه است که آب پس از گرم شدن به آنجا هدایت میشود و پس از از دست دادن دما به درون آب رودخانه تخلیه شود.
روش دیگری که بسیارمورد پسند آژانس های حفاظت از محیط زیست است ، استفاده از انرژی گرمایی آب در محل های مورد نیاز است. به عبارتی به جای انکه این انرژی بیهوده از بین رود و موجب آلودگی شود ،می توان از آن در صنایع و مکان های دیگر استفاده کرد. به عنوان اگر نیروگاهی در نزدیکی مناطق مسکونی وجود داشته باشد ، میتوان از آب گرم حاصل از سیستم خنک کننده ، برای سیستم های گرمایشی منازل استفاده کرد.
از دیگر روش های جلوگیری از این نوع آلودگی ،در صورتی که منشا آن قطع درختان و از بین بردن پوشش های گیاهی اطراف رودخانه ها و دریاچه ها باشد ، ممنوع شدن قطع درختان و چرای حیوانات در آن مناطق است. که با وضع این قوانین ، هم از فرسایش خاک جلوگیری شده و هم موجب پاکی هوا وآبها می شود.
دیدیم که غالب این روش ها نه تنها هزینه ای در بر ندارند ، بلکه ممکن است موجب در آمد زایی شود. راهکارها بسیار ساده و عملی هستند.امیدواریم که همانگونه که در سایر کشورها کمابیش به آنها عمل می شود ، در کشور ما نیز شاهد اعمال قوانین و کاهش روزافزون آلودگی های محیط زیست باشیم.
فراموش نکنیم که : " هرگونه آسیبی که به محیط زیست وارد کنیم، طبیعت از ما و از فرزندان ما با بیرحمی انتقام میگیرد." [3]