Водоемы-охладители как природно-техногенные объекты и как элементы природно-технических систем
Водоемы-охладители – это водные объекты, приспособленные для отвода значительного количества тепла, образующегося в ходе технологических процессов. Главным образом они используются как элементы систем технического водоснабжения (СТВ) атомных (АЭС) и тепловых (ТЭС) электростанций. Они также могут организовываться и при некоторых других видах производственных объектов. Создание водоемов-охладителей осуществляется как модификацией целенаправленным техногенезом естественных озер и рек, так и путем строительства специальных прудов-водохранилищ. Их площадь достигает десятков км2. В них функционируют водные экосистемы, по своему биоразнообразию, не уступающие природным. Кроме того, на многих водоемах-охладителях осуществлялось рыборазведение. Таким образом, они полностью соответствуют определению термина «природно-техногенный объект», данному в статье 1 закона «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ. Все водоемы-охладители в совокупности с энергетическими (производственными объектами), при которых они организованы, представляют относительно простую по структуре, но достаточно масштабную природно-техническую систему (ПТС). Наиболее крупные их них – водоемы-охладители АЭС. Взаимосвязь основных элементов, составляющих данные ПТС, проявляется более заметно, чем в ПТС других типов. Существование экосистемы водоема-охладителя зависит от объема и температуры, сбрасываемых в него подогретых вод. В свою очередь деградация экосистем водоемов-охладителей, сопровождающаяся ухудшение качества вод, неизбежно создает трудности в эксплуатации объекта энергетики (повышение интенсивности накипеобразования, органических отложений на поверхности теплообменного оборудования и т.п.).
Одновременны эти ПТС характеризуются высоким потенциалом управляемости. В водоемах-охладителях поддерживается определенный уровень воды, регулируется гидрологический и гидротермический режимы, проводятся меры по целенаправленной модификации водных экосистем (например, путем акклиматизации в них новых видов растительноядных рыб, снижающих интенсивность зарастания водоемов, и др.). Иными словами, системы «водоем-охладитель – АЭС (ТЭС)» на практике более всех других систем того же масштаба приближаются к управляемым ПТС.
Воздействие на экосистемы водоемов-охладителей
Воздействие работы АЭС (ТЭС) на экосистемы водоемов-охладителей носит многоплановый характер. Наибольшее значение имеют следующие факторы: Во-первых, это подогрев, воздействие которого может оказывать как позитивное воздействие на организмы, так и становиться причиной их массовой гибели при повышении температуры воды до экстремального уровня. Помимо прямого воздействия, повышение температуры воды способно оказывать ряд значимых косвенных воздействий. Среди них следует отметить термическое эвтрофирование. Экологически значимыми косвенными последствиями сброса подогретых вод также являются « термотехногенная стратификация» и «термотехногенная меромиксия». Помимо прочего, повышение температуры воды создает условия для вселения в водоемы-охладители и развития в них чужеродных теплолюбивых видов (см. раздел Биологические инвазии).
Во-вторых, важными факторами техногенного воздействия являются попадание организмов во внутренние части СТВ и их последующий разнос по акватории водоема-охладителя течением, образующимся в результате сброса отработанных вод. Последствия этих явлений также носят неоднозначный характер. Часть организмов, (в некоторых случаях весьма значительная), попадающая с током воды в технические агрегаты, погибает. Но, одновременно, происходит и другой процесс, связанный с развитием внутри СТВ сообщества организмов-обрастателей (перифитона). Часть этих организмов, а также их личинки, отрываясь от субстрата, уносятся током воды и распространяются в акватории, увлекаемые циркуляционным течением. В результате, например, количество гетеротрофных бактерий на участках акватории расположенных вблизи от точек сброса подогретых вод, как правило, на порядок и более выше. Здесь также фиксируется более высокая численность перифитонных водорослей, смываемых током воды со стенок подводящих каналов и водосбросных сооружений. Периодически также отмечается повышение в сбросных водах личинок беспозвоночных, формирующих биообрастания во внутренних узлах СТВ. Причем их появление иногда происходит в периоды, когда процесс размножения у представителей этих видов в водоеме-охладителе еще не начался. Постоянный сброс вод подогретых вод создает в водоемах-охладителях течение, сравнимое по объему со стоком рек среднего масштаба. Попавшие в него перифитонные организмы и их личинки разносятся по значительной акватории, обусловливая специфику состава планктона этих участков. Для обозначения данного явления был предложен термин «биотехнопульверизация».
Биологические помехи как элементы природно-технических систем
«Биологические помехи» или «биопомехи» – это любые явления, прямо или косвенно обусловленные живыми организмами, которые затрудняют нормальную работу каких-либо технических устройств. Спектр этих явлений чрезвычайно широк. Биопомехами могут быть обусловлены как их непосредственным контактом с техническими объектами, так и воздействием на них продуктов жизнедеятельности. Но в данном случае мы уделим внимание не описанию отдельных видов биопомех, а значению этих явлений в функционировании ПТС «водоем-охладитель» – АЭС (ТЭС)». В системном плане биопомехи – это один из биотических элементов ПТС, связанный с другими ее элементами прямыми и косвенными функциональными связями. Простейший пример: повышение в районе сброса подогретых вод температуры до экстремального уровня вызывает массовую гибель водной растительности. После отмирания растений их обрывки, приносимые на водозабор АЭС (ТЭС) течением воды забивает ее решетки, фильтры и водоводы. Напротив, стабильная сбалансированная водная экосистема, не подверженная интенсивному загрязнению и эвтрофированию обусловливает минимум биопомех.
Стратегии борьбы с биопомехами в СТВ
Анализ биопомех как элементов ПТС позволяет выделить две основных стратегии борьбы с данными явлениями. Первое из них – традиционное, предусматривает уничтожение нежелательных организмов различными способами (химическими, физическими, механическими и биологическими). Вторая стратегия, которую можно назвать «системной», основывается на исследовании места биопомехи в ПТС, изучении ее функциональных связей и регулирования факторов, влияющих на ее развитие. Пример: большинство животных-обрастателей, поселяющихся внутри технических агрегатов СТВ по способу питания являются сестонофагами. Они питаются органической взвесью (сестоном) состоящей из мелких планктонных организмов (бактерий, водорослей) и фрагментов остатков мертвых организмов. Чем более насыщена этими частицами вода, поступающая на водозабор СТВ, тем интенсивнее развивается внутри ее биообрастание. В свою очередь большое количество взвеси в источнике технического водоснабжения, как правило, является результатом воздействия на него техногенных факторов.
Рассмотренные выше стратегии не следует рассматривать как альтернативные. Разработка мер по борьбе с биопомехами может включать элементы обоих из них. Примером является интенсивно разрабатываемый в настоящее время метод «биопуль» (biobullets). Он заключается в изготовлении частиц (биопуль) с растворимый оболочкой, внутри которых содержится биоцид (яд, убивающий обрастателей). Биопули вводятся в воду, поступающую в СТВ, и отфильтровываются из нее обрастателями-сестонофагами (элемент «системной» стратегии). Затем оболочка растворяется и происходит гибель организма в результате его отравления биоцидом (элемент традиционной стратегии –химической борьбы с обрастанием). Преимуществами данного метода являются, с одной стороны, «адресность» доставки биоцида, обеспечивающей избирательную гибель нежелательного организма, а с другой стороны на порядки меньшее его количество, которое потребовалось бы для достижения того же эффекта при простом введении того же биоцида в воду, поступающую в СТВ.
Более подробно данные вопросы рассматриваются в наших публикациях, которые можно скачать бесплатно и без регистрации на нашем сайте.
| 1. | Суздалева А.Л. Унифицированная методика исследования экологического состояния водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций – Региональная экология. 2000. №1-2. С.58-61.
Аннотация. Использование методики дает возможность исследовать экологическое состояние водоемов-охладителей АЭС и ТЭС как единого водного объекта. Экологический мониторинг, организованный на ее основе, позволяет оперативно отслеживать возникновение в водоемах-охладителях явлений различного генезиса, в т.ч. не связанных с работой электростанции. Ключевые слова: АЭС, ТЭС, мониторинг водоемов-охладителей, водные массы водоемов-охладителей. |
файл 12p1.doc |
| Suzdaleva A.L. Unified method to study ecological state of cooling reservoirs of heat and atomic power stations. – Journal "Regional ecology", Russian Academy of Sciences. 2000. №1-2. С.58-61. | ||
| 2. | Суздалева А.Л., Безносов В.Н. Изменение гидрологической структуры водоемов и сукцессия водных биоценозов при их превращении в водоемы-охладители атомной (тепловой) электростанции – Инженерная экология. 2000. №2. С.47-55.
Аннотация. Исследованы закономерности развития экосистем водоемов-охладителей. Показано, что этот процесс происходит под воздействием комплекса различных техногенных и природных факторов. Подогрев воды является лишь одним из них и не может рассматриваться в отрыве от других форм техногенных воздействий, сопровождающих строительство и эксплуатацию АЭС и ТЭС. Ключевые слова: АЭС, ТЭС, развитие биоценозов водоемов-охладителей, водные массы водоемов-охладителей. |
файл 12p2.doc |
| 3. | Безносов В.Н., Суздалева А.Л. Классификация основных компонентов водной среды и влияние процессов внутреннего водообмена на характер их распределения в водоемах-охладителях АЭС и ТЭС – Природообустройство сельскохозяйственных территорий. Сб. мат научн. конф. М.: Изд. Московск. гос. ун-та природообустройства, 2001. С.32-34.
Аннотация. Предложено разделить компоненты водной среды (включая планктон и продукты его жизнедеятельности) на несколько категорий. Использование данной классификации способствует более глубокому пониманию особенностей гидрохимического режима и распределения планктона в различных частях акватории водоемов-охладителей. Ключевые слова: консервативные компоненты водной среды, водные массы, водоемы-охладители. |
файл 12p3.doc |
| 4. | Суздалева А.Л. Влияние подогрева вод в системе охлаждения АЭС на концентрацию биогенных элементов – Природообустройство сельскохозяйственных территорий. Сб. мат научн. конф. М.: Изд. Московск. гос. ун-та природообустройства, 2001. С.34-36.
Аннотация. На основании наблюдений и результатов экспериментов показано, что концентрации фосфатов и нитратов при прохождении вод через систему техводоснабжения АЭС могут измениться. Определены факторы, способные оказать значимое влияние на этот процесс. Ключевые слова: термическая эвтрофикация, водоемы-охладители, Курская АЭС, Калининская АЭС. |
файл 12p4.doc |
| 5. | Суздалева А.Л. Влияние циркуляционных водных масс АЭС на распределение бактериопланктона в водоемах-охладителях – Водные ресурсы. 2001. Т.28. №3. С.349-355.
Аннотация. Рассматривается распределение бактериопланктона в двух типах водоемов-охладителей АЭС. Определены основные факторы, влияющие на численность планктонных бактерий в различных водных массах. Ключевые слова: водоем-охладитель, бактериопланктон, Курская АЭС, Калининская АЭС. |
файл 12p5.doc |
| 6. | Суздалева А.Л. Экспериментальное исследование термотолерантности бактериопланктона водоемов-охладителей АЭС – Водные ресурсы. 1998. Т.25. №6. С.744-746.
Аннотация. Экспериментально исследовано воздействие нагрева вод на бактериопланктон водоемов-охладителей Курской и Калининской АЭС. Установлено, что степень устойчивости бактерий к температурному шоку в разных частях акватории водоема-охладителя может существенно различаться. Значительная часть бактериопланктона, попадая в систему техводоснабжения АЭС, может погибать. Ключевые слова: водоем-охладитель, бактериопланктон, воздействие нагрева. |
файл 12p6.doc |
| 7. | Лихачева Н.Е., Суздалева А.Л., Шидловская Н.А. Состав фитопланктона водоемов-охладителей АЭС и влияние сброса подогретых вод на уровень первичной продукции – Природообустройство сельскохозяйственных территорий. Сб. мат научн. конф. М.: Изд. Московск. гос. ун-та природообустройства. 2001. С.36-38.
Аннотация. Исследования, проведенные в течение ряда лет на водоемах-охладителях Смоленской и Курской АЭС, показали, что состав их фитопланктона весьма разнообразен и не уступает по видовому богатству естественным водоемам средней полосы европейской части России. Ключевые слова: фитопланктон, водоем-охладитель, Курская АЭС, Смоленская АЭС. |
файл 12p7.doc |
| 8. | Безносов В.Н., Горюнова С.В. Экологические особенности развития зеленых нитчатых водорослей в водоеме-охладителе АЭС – Всероссийск. конф. «Соврем. аспекты структурно-функциональной биологии растений и грибов». Сб. статей. Орел: Орловский гос. ун-т. 2010. С. 205-209.
Аннотация. Описано массовое развитие зеленых нитчатых водорослей в водоеме-охладителе Курской АЭС, вызванное его интенсивным эвтрофированием. Этот процесс происходил постепенно в течение нескольких лет и создал серьезные биопомехи в работе системы технического водоснабжения АЭС. Ключевые слова: зеленые нитчатые водоросли, мезофитон, флотон, эвтрофирование, Курская АЭС. |
файл 12p8.doc |
| 9. | Безносов В.Н., Горюнова С.В., Кацман Е.А., Кучкина М.А., Суздалева А.Л. Особенности эвтрофирования водоема-охладителя АЭС – Актуальные проблемы экологии и природопользования. Сборник научных трудов Российского университета дружбы народов. Вып.5. Ч.2. Экологические исследования природно-техногенных систем. М.: Изд. РУДН, 2004. С.176-186.
Аннотация. Развитие процесса эвтрофирования и его экологические последствия имеют в водоемах-охладителях ряд особенностей. Работа системы технического водоснабжения АЭС маскирует характерные внешние проявления эвтрофикации, характерные для природных водных объектов. Ключевые слова: эвтрофирование водоемов-охладителей, маскировка эвтрофирования, биотехнопульверизация, Курская АЭС. |
файл 12p9.doc |
| 10. | Безносов В.Н., Суздалева А.Л. Сукцессионное развитие экосистем техногенных водоемов – Антропогенные влияния на водные экосистемы. Сб. статей, посвящ. 100-летию со дня рождения Н.С. Строганова. М.: Товарищество научных изданий КМК. 2005. С.120-129.
Аннотация. Формирование экосистемы водоемов-охладителей АЭС не происходит в форме классической сукцессии, свойственной большинству водохранилищ. Ее развитие происходит в форме чередования периодов перестройки биологических сообществ и их относительной стабилизации. Динамика этого процесса определяется введением в строй новых очередей АЭС, а также другими событиями, вызывающими изменения характера техногенного воздействия на водоем-охладитель. Ключевые слова: сукцессия водоемов-охладителей, техногенная экосистема, динамика биоразнообразия водоемов-охладителей. |
файл 12p10.doc |
| 11. | Суздалева А.Л. Воздействие сброса вод из промышленных систем охлаждения АЭС на планктон водоемов – Инженерная экология. 2001. №4. С.51-57.
Аннотация. Воздействие системы охлаждения (технического водоснабжения) АЭС и ТЭС на организмы планктона заключается не только в их травмировании при попадании с током воды в водозаборные устройства. Нередко более значимую роль играет биотехнопульверизация организмов перифитона, образующегося на внутренней поверхности различных частей данной системы. По мере размножения эти организмы отрываются от субстрата и с током воды уносятся в водоем-охладитель, становясь частью его планктона. Ключевые слова: бактериопланктон водоемов-охладителей, биотехнопульверизация, оценка вод по санитарно-микробиологическим показателям, планкто-перифитонные водоросли. |
файл 12p11.doc |
| Suzdaleva A.L. Effect of a waters discharge from industrial cooling systems on plankton of the reservoirs – Inzh. Ekologiya. 2001. №4. P.51-57.
Summary. The possible aspects of influence of a waters discharge from systems of cooling of nuclear power stations on structure and location of different groups of a plankton are considered. Is shown, that the effect NPP are not only damage or loss of the organisms into a system of cooling. The waters discharge from a cooling system can call mass emerging into plankton periphytonic organisms. For a label of this phenomenon the term "biotechnopulverization" is offered. |
||
| 12. | Суздалева А.Л., Безносов В.Н., Кучкина М.А. Экологический механизм эвтрофирования водоема-охладителя АЭС – Безопасность энергетических сооружений. 2013. Вып. 18. С. 158-177.
Аннотация. Изложены результаты 20-летнего изучения эвтрофирования водоемов-охладителей АЭС. Описано несколько различных форм данного процесса. Ключевые слова: химическое эвтрофирование, термическое эвтрофирование, дестратификационное эвтрофирование, термотехногенная меромиксия. |
файл 12p12.doc |
| 13. | Суздалева А.Л., Попов А.В., Кучкина М.А., Фомин Д.В., Минин Д.В. Изменение химического состава воды и планктона при прохождении через систему технического водоснабжения АЭС – Безопасность энергетических сооружений. 2007. Вып. 16. С. 201-215.
Аннотация. 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. |
файл 12p13.doc |
| 14. | Кучкина М.А., Безносов В.Н. Исследование процессов загрязнения и самоочищения в природно-техногенной системе водоема-охладителя АЭС – Вестник Российского университета дружбы народов. Серия Экология и безопасность жизнедеятельности. 2012. №3. С.48-52.
Аннотация. Рассмотрены результаты исследований процессов загрязнения и самоочищения вод (деструкции органического вещества) в водоеме-охладителе Курской АЭС. Ключевые слова: водоем-охладитель, загрязнение вод, техногенное самоочищение, деструкция органического вещества. |
файл 12p14.doc |
| 15. | Суздалева А.Л., Безносов В.Н., Кучкина М.А. Экологический мониторинг водных объектов и экоаудит водопользователей как основа борьбы с биопомехами в системах техводоснабжения – Безопасность энергетических сооружений. Научно-технический и производственный сборник. Вып. 14. М.: Изд. ОАО «НИИЭС». 2004. С.189-206.
Аннотация. Приведена классификация биопомех, нарушающих работу систем технического водоснабжения. Показано, что фактором, стимулирующим развитие любых видов биопомех, являются различные формы загрязнения водоема-источника водоснабжения. Профилактика этих явлений должна основываться на установлении водопользователей, деятельность (или бездействие) которых обусловливает загрязнение водных объектов. Ключевые слова: биопомехи, система технического водоснабжения, загрязнение водоемов-охладителей АЭС. |
файл 12p15.doc |