بخشی از مقاله
اثرات مخرب آلودگی حرارتی بر محیط زیست
چکیده:
آب این عنصر حیاتی بیش از 70 درصد کره ی زمین را پوشانده است.که اهمیت و ضرورت آن برای حیات غیر قابل انکار است. ویژگی خنک کنندگی آب موجب شده است تا از آن برای اهداف زیادی از جمله خنک کردن راکتور های هسته ای و ... استفاده نمایند. با توجه به صنعتی شدن واحداث اکثر نیروگاه ها و پالایشگاه ها در کنار منابع دریایی و استفاده ی بیش از حد از آب به منظور خنک سازی نیروگاه ها و ورود پساب های تولیدی ناشی از صنایع به درون آب ها و دریاها و فراهم آوردن شرایط نابودی جانداران و موجودات آبزی به بررسی آلودگی حرارتی و اثرات منفی آن بر روی محیط زیست می پردازیم. از جمله عوارض گرم شدن آب ها و آلودگی حرارتی می توان به استرس آبزیان کاهش اکسیژن در دسترس ،افزایش بیماری در آبزیان، نابودی آن ها سفید شدگی مرجان ها و سایر تغییرات زیست محیطی اشاره نمود. با توجه به اهمیت منابع آبی و با پشتوانه بر اصل پنجاهم اساسی که اگر فعالیت صنعتی موجب آلودگی و آسیب به محیط زیست گردد فعالیتش غیر قانونی محسوب می شود سعی بر کاهش این میزان آلودگی با استفاده از راهکارهای پیشنهادی از جمله استفاده از برج های خنک کننده، ایجاد حوضچه و... برای صنایع داریم و امید بر آن است که مدیریت صنایع به گونه ای اداره شود تا این پساب تولید شده برای مصارف دیگر مورد استفاده قرار گیرد و یا بعد از استاندارد شدن وارد آب رودخانه ها گردند. تا محیط زیست دچار آسیب نشود و برای آیندگان باقی بماند.
واژه های کلیدی:
آب، آلودگی حرارتی، پساب صنعتی، محیط زیست.
آب عنصر اصلی حیات بر روی کره ی زمین می باشد که خواص ویژه ی آن موجب تمایز آن با سایر عناصر می گردد. بخش عظیمی از کره زمین را آب پوشانده است, اما تنها 3 درصد این حجم را آب شیرین در دسترس تشکیل می دهد . امروزه افزایش جمعیت, گسترش شهرنشینی و رشد تکنولوژی و.. و همچنین نیاز انسان به انرژی باعث شده است که استفاده از منابع به صورت بی رویه انجام شود، از طرفی آلودگی های ایجاد شده ناشی از مصرف منابع باعث به خطر افتادن محیط زیست طبیعی ما می شود. [8] صنایع بسیاری نیز برای خنک کردن تجهیزات و پایین آوردن دمای دستگاه ها از آب استفاده می نمایند. براساس گزارش های طرح جامع آب کشور ، کل آب مورد نیاز صنایع و معادن در سال 1380 معادل 1079میلیون مترمکعب بوده که به تناسب نوع صنعت در مجموع500 میلیون مترمکعب آن را در فرایند تولید مصرف و حدود 579 میلیون مترمکعب آن به پساب تولیدی تبدیل شده است . بررسی ها نشان می دهد که در سال 1400آب مورد نیاز صنعت 21010 میلیون مترمکعب و میزان پساب تولیدی معادل 1088 میلیون متر مکعب خواهد بود.[10]
پساب دربرگیرنده ی فاضلاب های صنعتی می باشد که حداقل یکی از مراحل تصفیه اعم از فیزیکی یا زیستی را طی کرده باشد. با توجه به کاهش کیفیت آب به هنگام استفاده در صنایع می توان اثرات زیان باری را بر روی موجودات مشاهده نمود. طبق اصل پنجاهم قانون اساسی هرگونه فعالیت اقتصادی که موجب تخریب محیط زیست و آلودگی آن می گردد ممنوع اعلام می شود .[4] بنابر این کارخانه جات و نیروگاه ها بر اساس ضوابط و قانون موظف به تصفیه ی پساب های تولیدی می باشند تا از آسیب به محیط زیست بکاهند. تخلیه پساب حاصله از آب خنک کننده صنایع مختلف از جمله نیروگاه ها به علت گرمای بیش از حد نسبت به محیط آبی در ساحل آن از جمله آلودگی هایی است که سبب اختلالات مهمی در تعادل اکوسیستم موجود می گردد. بدیهی است بدلیل این آلودگی حرارتی، تعداد کثیری از آبزیان در شرایط جدید قادر به تطابق خود با محیط نبوده و اوضاع جدید سبب مهاجرت دائم آنها از محل می شود. ورود گونه های جدید تطبیق پذیر با محیط نیز سبب می شود چهره اکوسیستم به طور کلی دگرگون شود .[15] و از جمله اثرات مخرب به افزایش بیش از اندازه رشد گیاهان، افزایش حساسیت گونه ها به مواد سمی و سایر آلاینده ها، کاهش اکسیژن محلول آب، افزایش BOD، اثر بر مراحل رشد و تکوین تخم ها، لاروها و جنین موجودات آبزی و ...می توان اشاره کرد .[6]
آلودگی آب:
:برحسب دیکشنری دانشگاه آمریکا تعریف آلودگی عبارتست از: غیرپاک بودن، کثیف بودن. آبی را آلوده می گویند که ترکیب یا شرایط آن طوری تغییر یافته که کمتر یا به هیچ وجه قابلیت استفاده ی معین را نداشته باشد. حال آنکه به شرط سالم بودن می تواند به مصرف برسد. این تعریف شامل تغییرات فیزیکی یا شیمیایی و بیولوژیکی آب و یا اضافه شدن مایعات گازها و یا مواد جامد به آب بوده که باعث ایجاد اختلال در آن شده و می تواند به سلامت بهداشتی و اجتماعات شهرنشین، صنعتی، کشاورزی، ماهی و ... لطمه زند. این تعریف شامل تغییرات حرارتی آب که در اثر افزودن آب داغ ایجاد می شود( آلودگی حرارتی) نیز می باشد .[3] همچنین آلودگی انحراف از پاکیزگی است. در واقع وقتی سخن از آلودگی می شود بیش از آن که منظورمان انحراف از پاکیزگی باشد انحراف از یک حالت معمولی می باشد .[7] میلر نیز در تعریفی هرتغییری درویژگی آب، خاک، هواکه اثرنامطلوب برمحیط زیست وفعالیت های انسان بگذارد را آلودگی می نامد. بطور کلی آب سالم بدون بو، طعم، رنگ است. تغییر در هریک از این پارامتر ها آلودگی آب را به همراه خواهد داشت .[12] از طرفی آلودگی ها دارای منابع مشخص و نامشخص می باشند و هر منبعی نقطه ای مانند کارخانجات و نیروگاه ها را به عنوان آلودگی با منبع می شناسیم و منابعی چون زمین های کشاورزی و ... را جز منابع نا مشخص طبقه بندی می کنیم. در این مقاله روی بحث ما با آلودگی با منابع مشخص(صنایع و نیروگاه) است.
آلودگی حرارتی
آلودگی حرارتی هر نوع انتقال حرارت نامطلوب به محیط زیست است که میتواند آلودگی حرارتی آبی (پساب حاصل از زیر آب بویلرها، پساب خروجی از سیستمهای خنککن) و یا آلودگی حرارتی گازی (بخار یا هوای داغ خروجی از سیستمهای خنک کن، و گاز خروجی از اگزوزها) باشد. تخلیه پساب حرارتی باعث تغییراتی در اکوسیستم آب های پذیرنده میشود و به دنبال آن تغییراتی در زندگی آبزیان مجاور خود بهوجود میآورد .[3]
- پدیده جزیره گرمایی 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 از نیمی 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. اصلی ترین علت بروز این نوع آلودگی را باید در خصوصیت خنک کنندگی آب جستجو کرد. براساس آمار سال 1980 حدود%20 کل آبهای جاری بهمصرف خنککردن نیروگاهها رسیدهاست و درحال حاضر نیاز آبی نیروگاهها %50 کل نیاز انسانی و %75 کل نیاز صنعتی را تشکیل میدهد.
در نیروگاهها، پالایشگاهها و کارخانجات، دستگاهها بر اثر فعالیت مداوم گرمای زیادی تولید می کنند. در نیروگاههای هسته ای و یا بعضی نیروگاههای گرمایی، از لوله های بسیار بزرگ هذلولی شکلی برای انتقال حرارت حاصل از دستگاهها و خنک کردن آنها استفاده می شود. به این صورت که این لوله ها آب تازه را از رودخانه و دریاچه ها می گیرند و با انتقال در لوله ها موجب خنک شدن محیط اطراف و در نتیجه گرم شدن خود آب می شوند. آب موجود در لوله پس از گرم شدن، به درون رودخانه و یا 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 فرآیند به صورت هوای داغ به آب تخلیه می شود. نیروگاههای حرارتی یکی از بزرگترین صنایع زیر بنایی کشور هستند که با تولید حجم زیاد فاضلاب صنعتی با طیف وسیعی از آلاینده ها و رهاسازی آنها به محیط از منابع بالقوه و مهم آلوده کننده محیط زیست به حساب می آیند .[2]
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 می تواند به راحتی موجب از بین رفتن و یا کوچ کردن برخی آبزیان شود .[8]
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 تأثیر پذیرفتن آبها از پدیده ای به نام "جزیره ی گرمایی" می شود، که نتیجه آن افزایش دمای آبها تا حد قابل توجهی است.[6]
نیروگاههای بخار، ازجمله صنایع تولید کننده پساب هستند که با ایجاد آلودگی در آبهای سطحی و عمقی منطقه، سهم بسیاری در آلودگی آب ها دارند. این آلودگی ها مربوط به واحدهای تصفیه آب خام، زیر آب برجهای خنک کننده تر، و شستوشوی شیمیایی تجهیزات بهکار رفته در بویلر و متعلقات آن است. میزان آب مصرفی برای یک نیروگاه بخاری در هر مگاوات ساعت معادل 2 تا 3 مترمکعب تخمین زده شده است و با این فرض که 70 درصد مقدار الکتریسیته تولیدی در جهان را نیروگاههای بخاری تولید میکنند، مقدار متوسط مصرف سالیانه آب خام به 6/5 × 1014 مترمکعب خواهد رسید که قسمت اعظم آن به فاضلاب های نیروگاهی تبدیل شده و در آلودهسازی منابع آبی مختلف جهان سهم بسزایی را به خود اختصاص خواهد داد. صنایع متعددی از جمله صنایع تولیدات غذایی، تولید شیشه، سنگ و خاک رس، تولید لاستیک، تولید چوب و... مشگل آلودگی گرمایی را ایجاد می نمایند. بیشتر کارخانه های تولیدات پارچه و چرم، تولید برق، صنایع فلزات و کارخانه ی شیمیایی فاضلاب گرم تولید می نمایند.
نیروگاههای گازی چنین پسابی تولید نمیکنند. عمده منابع تولید پسابهای صنعتی در نیروگاههای بخار، این پساب ها از نظر کیفی بیشتر به پنج گروه پسابهای نمکی، پساب های سمی، پساب های بهداشتی، پساب های آلوده به سوخت و روغن، و پسابهای داغ تقسیم میشوند.
حیوانات دریایی مناطق گرمسیر قادر به تحمل افزایش درجه حرارت بالا نیستند و بیشتر نرم تنان و سخت پوستان در دماهای بالاتر از بین می روند. در نواحی معتدله تخلیه آب گرم رشد دو کفه ای و ماهیان را افزایش می دهد. جدی ترین تهدید و مشکل برای موجودات زنده استرس مکانیکی وارد بر آن هاست. ظاهرا موجودات کوچک کمتر تحت تاثیر قرار می گیرند اما تعداد زیادی از تخم ها و لارو های ماهیان از بین می رود. درجه حرارت های بالا در آبزیان موجبات تخم ریزی زودرس را نیز فراهم می آورد.[8]
.
تاثیرات دما بر موجودات آبزی:
سرعت هر واکنش شیمیایی، شامل تنفس آبزیان و اکسایش تقریبا با افزایش دما به ازاء هر c 10 دو برابر می شود. در آب های آلوده شده
حرارتی، ماهی ها به علت افزایش سرعت تنفس به اکسیژن بیشتری نیاز دارند. آلودگی گرمائی در نتیجه افزایش حرارت آب و در نتیجه مرگ موجودات آبی ایجاد می گردد.[14]
مرگ آبزیان به طور عمده به چهار دلیل زیر ایجاد می شود:
الف- افزایش دما، باعث تسریع فعالیتهای زیستی آبزیان و در نتیجه افزایش نیاز به اکسیژن می شود - .بافزایش دما، انحلال پذیری اکسیژن را در آب کاهش می دهد.
پ- افزایش دما، موجب استفاده ی بیشتر باکتریهای هوازی از اکسیژن و در نتیجه کاهش اکسیژن می شود. ت- افزایش دما، موجب فعال شدن پدیده ی تخمیر که مصرف اکسیژن بالایی دارد، می شود.
- تأثیر درجه حرارت بر مقاومت در برابر بیماری ها در آبزیان با افزایش درجه حرارت آب پاسخ ایمنی هم در ماهیان سردآبی و هم در ماهیان گرمآبی افزایش مییابد. برعکس درجه حرارت های پایین
پاسخ ایمنی ماهیان گرمآبی را تضعیف میکند, در حالی که در ماهیان سردآبی فقط ایجاد تأخیر در شروع پاسخ و کاهش شدت آن را خواهیم داشت. نیاز ماهی به اکسیژن بستگی به گونه ماهی، سن ماهی و شرایط پرورشی دارد. بیشتر ماهیان گرمابی برای زنده ماندن حداقل به 1 میلی گرم در لیتر (ppm1) و برای راحت بودن به 3 میلی گرم در لیتر (ppm3) اکسیژن نیاز دارند. اکسیژن بالای 5 میلی گرم در لیتر (ppm1) بهترین شرایط پرورشی را برای ماهیان گرمابی فراهم می کند.
در درجه حرارتهای کمتر از 12 درجه سانتیگراد آب, سرعت رشد میکروب تضعیف میگردد به نحوی که ممکن است سیستم حفاظت ایمنی ماهی غلبه بیشتری بر آن داشته باشد. دردرجه حرارت های حد واسط 12 تا 15 درجه سانتی گراد ممکن است عوامل فرعیتر نظیر شرایط فیزیولوژیک ماهیها, درجه استرس فیزیولوژیک و بینقص بودن پوشش مخاطی, تعیین کننده نتیجه باشند. احتمالاً در محدوده درجه حرارتهای حد وسط اهمیت تعداد سلولهای میکروبی مهاجم نیز بیشتر است .[1]
(DO) - اکسیژن محلول
اکسیژن مطلوب برای ماهیان سردآبی 7 میلیگرم در لیتر و برای ماهیان گرمابی 4 میلیگرم در لیتر میباشد. حداقل اکسیژنی که ماهی میتواند تحمل کند بستگی به مدت زمان کمبود اکسیژن دارد. مثلاً ممکن است ماهی غلظت 0/5 میلیگرم در لیتر اکسیژن را چند ساعت تحمل نماید. همچنین تحمل کمبود اکسیژن تحت تأثیر گونه, سن و اندازه ماهی و شرایط فیزیولوژیکی, غلظت املاح محلول و غیره دارد. غلظتهای فوق اشباع اکسیژن باعث بیماری حباب هوا و مرگ و میر ماهی میشود. در این حالت حباب هوا اطراف آبششها را میپوشاند .[5]
عوامل ایجاد کننده کمبود اکسیژن:
کمبود اکسیژن در محل زندگی ماهیان گرمابی در نتیجه مصرف اکسیژن بیش از مقدار تولیدی آن می باشد.آبزیان، گیاهان و مواد آلی در حال فساد از مصرف کنندگان اکسیژن آب می باشند. گیاهان آبزی در طول روز از تولید کنندگان اولیه اکسیژن بوده و آنرا بعنوان محصول فرعی در فرایند فتوسنتز تولید می کنند. میزان فتوسنتز بستگی به شدت نور دارد.بدلیل اثرات نور خورشید بر فتوسنتز، مقدار اکسیژن در آب استخر در طول روز تغییر می کندبطوریکه در نیمروز به بالاترین و قبل از طلوع خورسید به کمترین میزان خود می رسد. تلفات در ماهیان معمولا زمانی مشاهده می شود که طی ساعات شب، اکسیژن بیشتری نسبت به مقدار تولیدی آن طی ساعات روز مصرف شود. آب های گرم به طور قابل ملاحظه ای اکسیژن کمتری نسبت به آب های با دمای پایین دارند.
- تاثیرات افزایش دما بر میزان اکسیژن در دسترس:.
الف- افزایش دما، باعث تسریع فعالیتهای زیستی آبزیان و در نتیجه افزایش نیاز به اکسیژن می شود. ب- افزایش دما، انحلال پذیری اکسیژن را در آب کاهش می دهد.
پ- افزایش دما، موجب استفاده ی بیشتر باکتریهای هوازی از اکسیژن و در نتیجه کاهش اکسیژن می شود ت- 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. گرمای بیش ازحد موجب خفگی ماهی
