من طرف ايناس محمد صالح الطلحي الخميس يونيو 21, 2012 7:26 amالتلوث الحراري :
تتعرض المصادر المائية إلى تغيير مفاجئ في درجات حراراتها نتيجة قيام بعض الصناعات وبالأخص صناعات توليد الطاقة الكهربائية والصناعات النفطية بطرح المياه الساخنة إلى هذه المصادر حيث تسحب هذه الصناعات كميات كبيرة من مياه المصدر المائي لأغراض التبريد ويعود معظم هذه المياه إلى المصدر المائي بعد أن يسخن. ونظرًا لضخامة كمية المياه الساخنة المصروفة فإنها تؤدي إلى رفع درجة حرارة المصدر المائي بضع درجات مسببة بذلك خللا في التركيبة الحياتية والطبيعية للمصدر المائي، ويؤدي رفع درجة حرارة المصدر المائي إلى تغيير الخصائص الطبيعية والكيميائية للماء كما تؤثر درجات الحرارة المرتفعة على الأنشطة البيولوجية للأحياء المائية.
تعريف التلوث الحراري :
هو تراجع جودة المياه بسبب تغير درجة الحرارة المحيطة. السبب الشائع لهذا التلوث هو استخدام المياه كمبرد لمحطات الطاقة و للصناعات حيث عندما ترجع المياه للطبيعة بدرجة حرارة أعلى يقل دعم الأوكسجين وذلك بناءا على فرق درجة الحرارة مما يؤثر تماما على التركيب البيئي.
عندما تقوم أحد محطات الطاقة ببدء التشغيل أو التوقف لأي سبب ، الكثير من الأسماك والكائنات البحرية -والتي قد تكيفت للعيش في درجة حرارة معينة- قد تتعرض للموت المفاجيء بما يطلق عليه "الصدمة الحرارية".
أسباب التلوث الحراري :
في حال ارتفاع درجة الحرارة
يكون السبب الرئيسي هو صناعات توليد الطاقة الكهربائية النووية والحرارية والصناعات النفطية، وذلك عن طريق طرح المياه الساخنة إلى مصادر المياه حيث يستخدم الماء للتبريد وتعود المياه الساخنة إلى هذه المصادر، وتؤثر هذه المياه على الكائنات الحية عن طريق خفض إمدادات الأوكسجين والتأثير على النظام الإيكولوجي ورفع درجة حرارة المصدر وذلك لأن الكمية التي تطرح تكون هائلة جدا. تصريف المياه السطحية (الجارية) في المدن وصناعات أخرى كصناعة الحديد و المعادن الصلبة و صناعة الورق تعد أسبابا أخرى وغير مباشرة للتلوث الحراري.
في حال انخفاض درجة الحرارة
يمكن أن ينجم ذلك عن طريق مصبات المياه الباردة جدا من خزانات السدود إلى الأنهار التي تكون أكثر دفئا. ويؤثر ذلك على الأسماك وخصوصا بيض السمك واليرقات واللافقاريات الصغيرة وعلى إنتاجية النهر.
الآثار البيئية :
المياه الدافئة :
تقلل درجات الحرارة المرتفعة من مستوى الأوكسجين الذائب في الماء. وانخفاض مستويات الأوكسجين الذائب يحدث ضرارا بالحيوانات المائية مثل الأسماك والبرمائيات. يمكن أن يؤدي التلوث الحراري أيضا إلى زيادة الأيض للحيوانات المائية، ويزيد نشاط الأنزيمات، مما يؤدي إلى استهلاك الكائنات كميات أكبر من الأغذية في وقت أقصر مما لو كانت البيئة لم تتغير. زيادة معدل الأيض يمكن أن يؤدي إلى نقص في مصادر المواد الغذائية، وبذلك ينقص عدد الأحياء.
يمكن أن تؤدي التغيرات في البيئة إلى هجرة الكائنات الحية من المناطق ذات السخونة الحرارية إلى بيئة أخرى أكثر ملائمة، وإلى هجرة الأسماك إلى المناطق ذات السخونة الحرارية لكن ليس عند مصبات المياه الساخنة وهذا يؤدي إلى التنافس على موارد أقل.
ومن المعروف أن التغيرات في درجات الحرارة بدرجة واحدة أو اثنتين قد يؤدي إلى تغييرات كبيرة في التمثيل الغذائي وغيرها من الآثار الخلوية البيولوجية الضارة. قد تصل درجة الحرارة إلى 70 درجة فهرنهايت للمياه العذبة، و 80 درجة فهرنهايت للمياه المالحة، و 85 درجة فهرنهايت للمدارية .
الآثار البيئية :
المياه الباردة
طرح مياه خزانات السدود الباردة يمكن أن يحدث تغييرا هائلا في الحيوانات والأسماك والأنهار واللافقاريات، وتحد من إنتاجية النهر.
في أستراليا ، قضي على الأسماك المحلية في العديد من الأنهر ذات الحرارة المرتفعة نسبيا، وأحدث ذلك تغييرا جذريا في الكائنات اللافقارية. يمكن لدرجات الحرارة المناسبة لأسماك المياه العذبة أن تنخفض إلى 50 درجة فهرنهايت، والمياه المالحة إلى 75 درجة فهرنهايت، والمدارية إلى 80 درجة فهرنهايت.
آثار كيميائية:
سرعة التفاعل الكيميائي أو البيوكيماوي تتضاعف كل عشر درجات مئوية.
آثار طبيعية:
تؤثر على كثافة المياه والشد السطحي وذوبان الغازات في الماء واللزوجة وغيرها .
مصادر التلوث الحراري :
يُعد التلوث الحراري معضلة صناعية على الرغم من أن الفضلات المدنية تسبب، هي الأخرى، تغييرًا محدودًا في درجات حرارة المياه المستقبلة لهذه الفضلات. وأهم مصادر التلوث الحراري هي صناعات الطاقة الكهربائية بنوعيها النووي والحراري، أما الصناعات الأخرى كصناعة الحديد والصلب - صناعة الورق - مصافي تكرير النفط وغيرها فهي جميعًا تعد مصدرًا ثانويًا للتلوث الحراري.
1. مصادر توليد الطاقة الكهربائية :
تنشأ هذه المحطات على مقربة من الموارد المائية وذلك لعظم كميات المياه التي تحتاجها هذه المحطات للتبريد. ويتم استخدام مياه البحر بجميع المبادلات الحرارية لغرض تكثيف البخار بالمحطات البخارية ولأغراض التبريد بالمحطات البخارية والغازية وتكتسب هذه المياه الداخلة في عملية التبريد درجة حرارة عالية عند خروجها وتصرف إلى البحر وهذا يسبب ظاهرة التلوث الحراري لمياه البحر حيث يبلغ معدل المياه المستعملة في عمليات التبريد لجميع المحطات (محطات التوليد بالجماهيرية) حوالي 4,800,000 متر مكعب/يوم.
غالبًا ما تكون الكفاءة الحرارية لمحطات الطاقة النووية أقل من تلك التي تستخدم الوقود الاحفوري وعليه فإن الحرارة المتبددة في مياه التبريد من هذه المحطات ستكون كبيرة ويرجع انخفاض كفاءة المحطات النووية إلى سببين رئيسيين: الكفاءة في التوليد والأمر الآخر يتعلق بمحطات الوقود الاحفوري حيث يتم طرح جزء من هذه الحرارة إلى الجو عن طريق المداخن في حين يتعذر ذلك في المحطات النووية لاعتبارات بيئية وحذرًا من التسرب الاشعاعي وبسبب هذين العاملين فإن محطة توليد الطاقة الكهربائية النووية تطرح 50% من الطاقة الحرارية إلى الموارد المائية أكثر من نظيرتها التي تستخدم الوقود الاحفوري.
2. الصناعات النفطية والمصافي
تستخدم المصافي النفطية كميات كبيرة من المياه في التبريد والعمليات الصناعية المختلفة وتطرح هذه المياه خلال دائرة مفتوحة وعلى الأخص بالنسبة للمصافي الواقعة على شواطئ البحر مثل مصفاة والتي تبلغ 10-30 مرة من كمية النفط الخام المعالج حيث تؤدى هذه المياه إلى خفض كميات الأكسجين الذائب مما يسبب خللا في الأحياء المائية الدقيقة إضافة إلى ذلك أن المياه الراجعة إلى المصدر المائي تحتوي على زيوت وشحوم وهذا بدوره يؤدي إلى تلوث شواطئ البحر بالزيت.
3. صناعة الحديد والصلب
صناعة الحديد والصلب من أكثر الصناعات استهلاكاً للطاقة وبالتالي من أكثرها تلويثاً للبيئة ومن المعروف أنه لإنتاج طن واحد من الحديد والصلب نحتاج إلى صرف 460 مترًا مكعبًا من الغاز و59 جرامًا من الزيت واستهلاك 1400 ك.و.س من الكهرباء وهكذا ندرك ما يمكن أن يترتب على هذا من تلوث للهواء والماء والتربة. ونظرًا للاستخدام الضروري للمياه في صناعة الحديد والصلب ينتج تلوث للمياه وإحداث ضرر على البيئة ومن أهم استخدامات المياه الصناعية التبريد بشقيه المباشر وغير المباشر فينتج عن التبريد المباشر للمنتوجات إزالة القشور من على أسطحها وتختلط المياه بالقشور وكذلك بالزيوت والشحوم المستعملة للدرافيل، فيحدث تلوث لهذه المياه وتختلط بالشوائب وتظهر مؤشرات التلوث المتمثلة في الحرارة والزيوت كذلك بعض المعادن الثقيلة وعسر الماء وغيرها من مؤثرات التلوث. وتستخدم المياه أيضًا كعامل مساعد لكبت أنواع مختلفة من عناصر التلوث الناتجة عن طريق مناولة مكورات الحديد خلال عمليات الاختزال المباشر وكبت لغازات العادم الناتجة من عمليات الاحتراق بمصانع الاختزال المباشر.
4. نظم التبريد في محطات توليد الطاقة الكهربائية :
توجد عدة اعتبارات عند اتخاذ قرار بشأن نظم التبريد التي يمكن أن تعتمدها المحطة وهذه الاعتبارات مرتبطة بالعامل الاقتصادي وموقع المحطة وصرامة التشريعات البيئية وهذه النظم المألوفة هي:
• النظام المفتوح :
يستخدم الماء المسحوب من المصدر المائي لمرة واحدة للتبريد ثم يعاد إلى المصدر وقد يبرد الماء قليلا بواسطة بركة قبل إعادته إلى المصدر المائي.
• نظام التبريد التبخيري :
وغالبًا ما يكون هذا النظام مغلقاً حيث تعاد المياه المبردة بواسطة التبخير إلى المحطة ثانية ولا يسحب من المصدر المائي إلا القدر الكافي لتعويض ضائعات التبخير. ويجرى التبريد إما بواسطة برك التبريد التي تصمم وفق الظروف المناخية والمعطيات التصميمية للمحطة.
• النظم الجافة :
وتعتمد النظم الجافة على امرار تيار هوائي يتلامس مع الأنابيب الحاوية للمياه الساخنة فيبرده ونادرًا ما يستخدم هذا النظام بنجاح في محطات توليد الكهرباء لأسباب اقتصادية ولكنه قد يكون فعالاً في الأجواء الباردة جدًا.
تأثيرات التلوث الحراري على المصادر المائية :
1. التأثيرات الطبيعية :
الزيادة في درجة حرارة المصدر المائي بحد ذاتها يمكن أن تكون مفيدة أو مضرة بالمصدر وذلك حسب طبيعة استخدام ذلك الماء الذي تقل فائدته لأغراض التبريد الصناعية في حين يقلل من كمية الكيماويات المستخدمة لتصفية هذه المياه في محطات التحلية كما يؤثر ارتفاع درجة حرارة الماء على كل خصائصه الطبيعية كالكثافة والشد السطحي وذوبان الغازات في الماء واللزوجة وغيرها.
2. التأثيرات الكيماوية :
تعتمد سرعة التفاعل الكيميائي أو البيوكيماوي على عدة عوامل من أهمها درجة الحرارة وعلى العموم فإن سرعة التفاعل تتضاعف كل عشر درجات مئوية.
3. التأثيرات البيولوجية :
يؤثر طرح المياه الساخنة على المنظومات البيولوجية الموجودة في المصدر المائي عن طريق اتلاف التركيب البروتيني للكائنات الحية. لذا فإن تعرض الأحياء لحرارة عالية سوف يؤدي إلى تغيرات في معدلات التكاثر والتنفس والنمو وقد يؤدي إلى موت هذه الأحياء ويتناسب هذا التأثير مع مقدار الزيادة في درجة الحرارة وفترة التعرض لهذه الحرارة. فمن المتوقع أن تتأثر الأحياء بالحرارة بأحد الأشكال الآتية:
1. بعض الأحياء الصغيرة تتسرب إلى مصافي السحب وتدخل المحطة ويكون لها تماس مع الحرارة الشديدة للمكثفات قبل أن تطرح ثانية مع الماء الساخن إلى المصدر.
2. تتعرض الأحياء الموجودة عند مصب المياه الساخنة إلى تماس مع الدفق الساخن عند بداية انتشاره في المصدر وبذلك فهى تتعرض لفروق حرارية عالية نسبيًا وتستطيع بعض الأحياء المائية العليا كالأسماك أن تغادر مواقع المصبات الساخنة أما الأحياء الحساسة لارتفاع درجة الحرارة فسوف يقضى عليها قرب هذه المواقع.
3. يؤدي ارتفاع درجة حرارة الماء فوق (32) درجة مئوية إلى نقصان عدد الأحياء القاعية ومن الملاحظ أن الأحياء كاملة النمو أكثر تحملاً للفروق الحرارية من بعض صغار تلك الأحياء أو يرقاتها.
الحلول المقترحة :
- هناك حلول عديدة اقترحت لمشكلة التلوث الحراري للمياه ولازال الكثير منها قيد الدراسة والتجريب
- ونأمل أن تستغل المياه الساخنة في بعض الأغراض التجارية ويظل الآن البحث عن الطرقة العملية لاستخدام ذلك فدرجة سخونة الماء غير كافية لتدفئة المنازل على سبيل المثال وحتى إذا كانت درجات دفء المياه كافية لتحسين انتاج بعض المحاصيل ستكون التكاليف باهظة إذا فكرنا بنقلها لتستخدم في الزراعة
- ومن الممكن أن تستخدم هذه الحرارة الضائعة في محطات تحلية المياه وذلك لمساعدة عمليات التبخير ولكن لم تخرج هذه الفكرة بعد لحين التنفيذ
- كما أن هناك محاولات لتحسين أعمال الصرف بالحرارة الضائعة من محطات توليد الطاقة وربما تعطي زراعة البحر أفضل الآمال لتوفير منفذ للمياه الساخنة يساعد على نمو بعض الأسماك ولكن لم يظهر حتى الآن تخطيط اقتصادي مثمر في هذا المجال
- بناء المفاعلات النووية على جزر اصطناعية تقام في المحيطات المختلفة فالمحيطات بما تحويه من كميات المياه لا تتأثر كثيراً بكميات الحرارة التي تنتجها المفاعلات النووية لكن عيوب هذا الأسلوب تظهر بسرعة إذا ماعلمنا أن معظم مدن العالم الكبرى تقع بعيداً عن المحيطات مما يعني ضياع جزء لا بأس من الطاقة الكهربائية عند تحميلها خلال الأسلاك الموصلة
- ويستمر الباحثون في دراساتهم من التخلص من المياه الساخنة وانعكاساتها على البيئة المائية وتشير الدلائل أن تصريف الحرارة المتبددة من محطات القوى الكهربائية عموماً والنووية منها خصوصاً والاندماجية المقترحة على وجه اخص سوف يستثمر بكونه مشكلة بيئية لسنوات عديدة .
التخفيف من التلوث الحراري باستخدام البدائل لمصادر الطاقة الحالية:
- إن المفاعلات النووية ذات النوع الإندماجي تمثل أمل البشرية في استمرار حضارتها التكنولوجية الحالية فلق تبين لعلماء الطاقة النووية أن عملية الإندماج النووي كمصدر للطاقة تتميز عن عملية النشاط النووي من عدة نواحي :
1- عملية الإندماج النووي لا تستهلك أي جزء من الأكسجين المحيط بنا كما لا تستهلك المواد الأحفورية أو المواد الناضبة مثل اليورانيوم بنظائره المختلفة
2- إن المفاعلات النووية الإندماجية ستكون من أنظف الوسائل للحصول على الطاقة إذ أن نتيجة هذه التفاعلات ستكون الهيدروجين والهليوم على عكس المفاعلات الإنشطارية والتي ينتج منها بعض المواد المشعة والإشعاعات الخطيرة أو محطات القوى التي تستخدم النفط أو الفحم وقوداً وينتج عنها غازات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وغيرها
3- وأخيراً فإن الكميات القليلة من الوقود المستخدم في هذه المفاعلات بجانب الظروف غير العادية من الحرارة تجعل من مشكلة تحول المفاعل إلى قنبلة نووية غبر واردة على الإطلاق فبمجرد تغيير بسيط في درجة الحرارة تتوقف العمليات النووية الأندماجية
- ولعل من أهم سلبيات استخدام المفاعلات الاندماجية أن كمية الحرارة ستكون كبيرة ويصعب استخدامها بكفاءة عالية بالطرق التقليدية لتوليد الكهرباء وينتج عن ذلك أن الجزء غير المستهلك من الطاقة الناتجة يجب التخلص منه إما في مياه النهار أو البحيرات أو المحيطات أو في الهواء وبالطبع فإن ذلك يؤدي إلى زيادة التلوث الحراري
- إلى أن يتمكن علماء الطاقة من إيجاد حل مناسب لمشكلة التلوث الحراري الناتج عن المفاعلات النووية الاندماجية تستمر الأبحاث والدراسات لإيجاد بدائل أخرى للنفط وتستهدف الأبحاث ناحيتين هامتين :
1- إطالة عمر النفط الخام بالتحويل إلى هذه البدائل كلما أمكن حيث أن الأستخدام غير الرشيد للنفط أدى إلى هدر كميات منه تكونت خلال ملايين السنين في فترة تقل عن نصف قرن فحسب أكثر الدراسات تفاؤلاً ودقة سيصبح النفط تاريخاً خلال النصف الأول من القرن القادم
2- الحفاظ على هذه المادة الثمينة للصناعات التي لا غنى عنها فالكثير من الصناعات البلاستيكية وصناعات الأدوية والمبيدات والمنظفات وغيرها يدخل النفط فيها كمادة أولية غير قابلة للإستبدال في الوقت الحاضر وبانتهاء هذه المادة نكون قد قضينا على هذه الصناعات دون وجود بديل حقيقي ولهذا فإن حرق النفط واستخدامه مصدراً للطاقة يعتبر جنوناً مطبقاً
- من هذه المنطلقات أصبح البحث عن مصادر بديلة أمراً حتمياً وتنقسم البدائل إلى قسمين رئيسين : بدائل ناضبة وأخرى متجددة.
1- البدائل الناضبة :
تشمل الفحم والأسلوب الأنشطاري للطاقة النووية وطاقة الأرض الجوفية فكميات الفحم في العالم تستطيع أن تفي بحاجات البشرية للطاقة الأجيال القادمة إلا أن استخدام الفحم بالطرق التقليدية المعروفة سيؤدي إلى تلوث الهواء بغازات CO2 و SO2 لدرجة أعلى من إستخدام النفط وعلاوة على ذلك فإن حفر مناجم الفحم يتم عن طريق حفر الأرض إلى أعماق بعيدة وتشويه مناطق من العالم بأكملها بل وقد تؤدي الأتربة الناتجة عن حفر مناجم الفحم وحملها بواسطة الهواء إلى زيادة معدل التصحر عالمياً
أما طاقة الأرض الجوفية فمصدرها أن درجة حرارة باطن الأرض أعلى بمراحل من درجة حرارة السطح وبإمرار الماء البارد من خلال الأنابيب حيث داخل الأرض يمكننا تحويل هذا الماء إلى بخار تدار به عنفات مولدات الكهرباء
2- البدائل المتجددة
- هي الطاقة الكامنة في أمواج البحر وطاقة الشلالات المائية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية وتستخدم حالياً طاقة الأمواج والشلالات والرياح لإدارة عنفات محطات القوى مباشرة في حدود ضيقة لاسيما أن المناطق التي تستطيع استغلال هذه الظواهر الطبيعية محدودة
أما الطاقة الشمسية فهي بحق الطاقة المثلى والتي لو توصلنا لاستخدامها على مقياس واسع لحصلنا على طاقة متجددة باقية مابقيت هذه الأرض إضافة إلى أنها طاقة نظيفة كلية ويتم إستخدام الطاقة الشمسية بطريقة مباشرة وغير مباشرة فالطريقة المباشرة تعتمد على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية مباشرة وتسمى فوتوفولتيك أما الطريقة غير المباشرة فتعتمد على استخدام الطاقة الشمسية لتبخير المياه التي تقوم بدورها بإدارة عنفات محطات القوى .
إعداد الطالبة : إيناس محمد صالح الطلحي
انجليزي (نظامي)
تتعرض المصادر المائية إلى تغيير مفاجئ في درجات حراراتها نتيجة قيام بعض الصناعات وبالأخص صناعات توليد الطاقة الكهربائية والصناعات النفطية بطرح المياه الساخنة إلى هذه المصادر حيث تسحب هذه الصناعات كميات كبيرة من مياه المصدر المائي لأغراض التبريد ويعود معظم هذه المياه إلى المصدر المائي بعد أن يسخن. ونظرًا لضخامة كمية المياه الساخنة المصروفة فإنها تؤدي إلى رفع درجة حرارة المصدر المائي بضع درجات مسببة بذلك خللا في التركيبة الحياتية والطبيعية للمصدر المائي، ويؤدي رفع درجة حرارة المصدر المائي إلى تغيير الخصائص الطبيعية والكيميائية للماء كما تؤثر درجات الحرارة المرتفعة على الأنشطة البيولوجية للأحياء المائية.
تعريف التلوث الحراري :
هو تراجع جودة المياه بسبب تغير درجة الحرارة المحيطة. السبب الشائع لهذا التلوث هو استخدام المياه كمبرد لمحطات الطاقة و للصناعات حيث عندما ترجع المياه للطبيعة بدرجة حرارة أعلى يقل دعم الأوكسجين وذلك بناءا على فرق درجة الحرارة مما يؤثر تماما على التركيب البيئي.
عندما تقوم أحد محطات الطاقة ببدء التشغيل أو التوقف لأي سبب ، الكثير من الأسماك والكائنات البحرية -والتي قد تكيفت للعيش في درجة حرارة معينة- قد تتعرض للموت المفاجيء بما يطلق عليه "الصدمة الحرارية".
أسباب التلوث الحراري :
في حال ارتفاع درجة الحرارة
يكون السبب الرئيسي هو صناعات توليد الطاقة الكهربائية النووية والحرارية والصناعات النفطية، وذلك عن طريق طرح المياه الساخنة إلى مصادر المياه حيث يستخدم الماء للتبريد وتعود المياه الساخنة إلى هذه المصادر، وتؤثر هذه المياه على الكائنات الحية عن طريق خفض إمدادات الأوكسجين والتأثير على النظام الإيكولوجي ورفع درجة حرارة المصدر وذلك لأن الكمية التي تطرح تكون هائلة جدا. تصريف المياه السطحية (الجارية) في المدن وصناعات أخرى كصناعة الحديد و المعادن الصلبة و صناعة الورق تعد أسبابا أخرى وغير مباشرة للتلوث الحراري.
في حال انخفاض درجة الحرارة
يمكن أن ينجم ذلك عن طريق مصبات المياه الباردة جدا من خزانات السدود إلى الأنهار التي تكون أكثر دفئا. ويؤثر ذلك على الأسماك وخصوصا بيض السمك واليرقات واللافقاريات الصغيرة وعلى إنتاجية النهر.
الآثار البيئية :
المياه الدافئة :
تقلل درجات الحرارة المرتفعة من مستوى الأوكسجين الذائب في الماء. وانخفاض مستويات الأوكسجين الذائب يحدث ضرارا بالحيوانات المائية مثل الأسماك والبرمائيات. يمكن أن يؤدي التلوث الحراري أيضا إلى زيادة الأيض للحيوانات المائية، ويزيد نشاط الأنزيمات، مما يؤدي إلى استهلاك الكائنات كميات أكبر من الأغذية في وقت أقصر مما لو كانت البيئة لم تتغير. زيادة معدل الأيض يمكن أن يؤدي إلى نقص في مصادر المواد الغذائية، وبذلك ينقص عدد الأحياء.
يمكن أن تؤدي التغيرات في البيئة إلى هجرة الكائنات الحية من المناطق ذات السخونة الحرارية إلى بيئة أخرى أكثر ملائمة، وإلى هجرة الأسماك إلى المناطق ذات السخونة الحرارية لكن ليس عند مصبات المياه الساخنة وهذا يؤدي إلى التنافس على موارد أقل.
ومن المعروف أن التغيرات في درجات الحرارة بدرجة واحدة أو اثنتين قد يؤدي إلى تغييرات كبيرة في التمثيل الغذائي وغيرها من الآثار الخلوية البيولوجية الضارة. قد تصل درجة الحرارة إلى 70 درجة فهرنهايت للمياه العذبة، و 80 درجة فهرنهايت للمياه المالحة، و 85 درجة فهرنهايت للمدارية .
الآثار البيئية :
المياه الباردة
طرح مياه خزانات السدود الباردة يمكن أن يحدث تغييرا هائلا في الحيوانات والأسماك والأنهار واللافقاريات، وتحد من إنتاجية النهر.
في أستراليا ، قضي على الأسماك المحلية في العديد من الأنهر ذات الحرارة المرتفعة نسبيا، وأحدث ذلك تغييرا جذريا في الكائنات اللافقارية. يمكن لدرجات الحرارة المناسبة لأسماك المياه العذبة أن تنخفض إلى 50 درجة فهرنهايت، والمياه المالحة إلى 75 درجة فهرنهايت، والمدارية إلى 80 درجة فهرنهايت.
آثار كيميائية:
سرعة التفاعل الكيميائي أو البيوكيماوي تتضاعف كل عشر درجات مئوية.
آثار طبيعية:
تؤثر على كثافة المياه والشد السطحي وذوبان الغازات في الماء واللزوجة وغيرها .
مصادر التلوث الحراري :
يُعد التلوث الحراري معضلة صناعية على الرغم من أن الفضلات المدنية تسبب، هي الأخرى، تغييرًا محدودًا في درجات حرارة المياه المستقبلة لهذه الفضلات. وأهم مصادر التلوث الحراري هي صناعات الطاقة الكهربائية بنوعيها النووي والحراري، أما الصناعات الأخرى كصناعة الحديد والصلب - صناعة الورق - مصافي تكرير النفط وغيرها فهي جميعًا تعد مصدرًا ثانويًا للتلوث الحراري.
1. مصادر توليد الطاقة الكهربائية :
تنشأ هذه المحطات على مقربة من الموارد المائية وذلك لعظم كميات المياه التي تحتاجها هذه المحطات للتبريد. ويتم استخدام مياه البحر بجميع المبادلات الحرارية لغرض تكثيف البخار بالمحطات البخارية ولأغراض التبريد بالمحطات البخارية والغازية وتكتسب هذه المياه الداخلة في عملية التبريد درجة حرارة عالية عند خروجها وتصرف إلى البحر وهذا يسبب ظاهرة التلوث الحراري لمياه البحر حيث يبلغ معدل المياه المستعملة في عمليات التبريد لجميع المحطات (محطات التوليد بالجماهيرية) حوالي 4,800,000 متر مكعب/يوم.
غالبًا ما تكون الكفاءة الحرارية لمحطات الطاقة النووية أقل من تلك التي تستخدم الوقود الاحفوري وعليه فإن الحرارة المتبددة في مياه التبريد من هذه المحطات ستكون كبيرة ويرجع انخفاض كفاءة المحطات النووية إلى سببين رئيسيين: الكفاءة في التوليد والأمر الآخر يتعلق بمحطات الوقود الاحفوري حيث يتم طرح جزء من هذه الحرارة إلى الجو عن طريق المداخن في حين يتعذر ذلك في المحطات النووية لاعتبارات بيئية وحذرًا من التسرب الاشعاعي وبسبب هذين العاملين فإن محطة توليد الطاقة الكهربائية النووية تطرح 50% من الطاقة الحرارية إلى الموارد المائية أكثر من نظيرتها التي تستخدم الوقود الاحفوري.
2. الصناعات النفطية والمصافي
تستخدم المصافي النفطية كميات كبيرة من المياه في التبريد والعمليات الصناعية المختلفة وتطرح هذه المياه خلال دائرة مفتوحة وعلى الأخص بالنسبة للمصافي الواقعة على شواطئ البحر مثل مصفاة والتي تبلغ 10-30 مرة من كمية النفط الخام المعالج حيث تؤدى هذه المياه إلى خفض كميات الأكسجين الذائب مما يسبب خللا في الأحياء المائية الدقيقة إضافة إلى ذلك أن المياه الراجعة إلى المصدر المائي تحتوي على زيوت وشحوم وهذا بدوره يؤدي إلى تلوث شواطئ البحر بالزيت.
3. صناعة الحديد والصلب
صناعة الحديد والصلب من أكثر الصناعات استهلاكاً للطاقة وبالتالي من أكثرها تلويثاً للبيئة ومن المعروف أنه لإنتاج طن واحد من الحديد والصلب نحتاج إلى صرف 460 مترًا مكعبًا من الغاز و59 جرامًا من الزيت واستهلاك 1400 ك.و.س من الكهرباء وهكذا ندرك ما يمكن أن يترتب على هذا من تلوث للهواء والماء والتربة. ونظرًا للاستخدام الضروري للمياه في صناعة الحديد والصلب ينتج تلوث للمياه وإحداث ضرر على البيئة ومن أهم استخدامات المياه الصناعية التبريد بشقيه المباشر وغير المباشر فينتج عن التبريد المباشر للمنتوجات إزالة القشور من على أسطحها وتختلط المياه بالقشور وكذلك بالزيوت والشحوم المستعملة للدرافيل، فيحدث تلوث لهذه المياه وتختلط بالشوائب وتظهر مؤشرات التلوث المتمثلة في الحرارة والزيوت كذلك بعض المعادن الثقيلة وعسر الماء وغيرها من مؤثرات التلوث. وتستخدم المياه أيضًا كعامل مساعد لكبت أنواع مختلفة من عناصر التلوث الناتجة عن طريق مناولة مكورات الحديد خلال عمليات الاختزال المباشر وكبت لغازات العادم الناتجة من عمليات الاحتراق بمصانع الاختزال المباشر.
4. نظم التبريد في محطات توليد الطاقة الكهربائية :
توجد عدة اعتبارات عند اتخاذ قرار بشأن نظم التبريد التي يمكن أن تعتمدها المحطة وهذه الاعتبارات مرتبطة بالعامل الاقتصادي وموقع المحطة وصرامة التشريعات البيئية وهذه النظم المألوفة هي:
• النظام المفتوح :
يستخدم الماء المسحوب من المصدر المائي لمرة واحدة للتبريد ثم يعاد إلى المصدر وقد يبرد الماء قليلا بواسطة بركة قبل إعادته إلى المصدر المائي.
• نظام التبريد التبخيري :
وغالبًا ما يكون هذا النظام مغلقاً حيث تعاد المياه المبردة بواسطة التبخير إلى المحطة ثانية ولا يسحب من المصدر المائي إلا القدر الكافي لتعويض ضائعات التبخير. ويجرى التبريد إما بواسطة برك التبريد التي تصمم وفق الظروف المناخية والمعطيات التصميمية للمحطة.
• النظم الجافة :
وتعتمد النظم الجافة على امرار تيار هوائي يتلامس مع الأنابيب الحاوية للمياه الساخنة فيبرده ونادرًا ما يستخدم هذا النظام بنجاح في محطات توليد الكهرباء لأسباب اقتصادية ولكنه قد يكون فعالاً في الأجواء الباردة جدًا.
تأثيرات التلوث الحراري على المصادر المائية :
1. التأثيرات الطبيعية :
الزيادة في درجة حرارة المصدر المائي بحد ذاتها يمكن أن تكون مفيدة أو مضرة بالمصدر وذلك حسب طبيعة استخدام ذلك الماء الذي تقل فائدته لأغراض التبريد الصناعية في حين يقلل من كمية الكيماويات المستخدمة لتصفية هذه المياه في محطات التحلية كما يؤثر ارتفاع درجة حرارة الماء على كل خصائصه الطبيعية كالكثافة والشد السطحي وذوبان الغازات في الماء واللزوجة وغيرها.
2. التأثيرات الكيماوية :
تعتمد سرعة التفاعل الكيميائي أو البيوكيماوي على عدة عوامل من أهمها درجة الحرارة وعلى العموم فإن سرعة التفاعل تتضاعف كل عشر درجات مئوية.
3. التأثيرات البيولوجية :
يؤثر طرح المياه الساخنة على المنظومات البيولوجية الموجودة في المصدر المائي عن طريق اتلاف التركيب البروتيني للكائنات الحية. لذا فإن تعرض الأحياء لحرارة عالية سوف يؤدي إلى تغيرات في معدلات التكاثر والتنفس والنمو وقد يؤدي إلى موت هذه الأحياء ويتناسب هذا التأثير مع مقدار الزيادة في درجة الحرارة وفترة التعرض لهذه الحرارة. فمن المتوقع أن تتأثر الأحياء بالحرارة بأحد الأشكال الآتية:
1. بعض الأحياء الصغيرة تتسرب إلى مصافي السحب وتدخل المحطة ويكون لها تماس مع الحرارة الشديدة للمكثفات قبل أن تطرح ثانية مع الماء الساخن إلى المصدر.
2. تتعرض الأحياء الموجودة عند مصب المياه الساخنة إلى تماس مع الدفق الساخن عند بداية انتشاره في المصدر وبذلك فهى تتعرض لفروق حرارية عالية نسبيًا وتستطيع بعض الأحياء المائية العليا كالأسماك أن تغادر مواقع المصبات الساخنة أما الأحياء الحساسة لارتفاع درجة الحرارة فسوف يقضى عليها قرب هذه المواقع.
3. يؤدي ارتفاع درجة حرارة الماء فوق (32) درجة مئوية إلى نقصان عدد الأحياء القاعية ومن الملاحظ أن الأحياء كاملة النمو أكثر تحملاً للفروق الحرارية من بعض صغار تلك الأحياء أو يرقاتها.
الحلول المقترحة :
- هناك حلول عديدة اقترحت لمشكلة التلوث الحراري للمياه ولازال الكثير منها قيد الدراسة والتجريب
- ونأمل أن تستغل المياه الساخنة في بعض الأغراض التجارية ويظل الآن البحث عن الطرقة العملية لاستخدام ذلك فدرجة سخونة الماء غير كافية لتدفئة المنازل على سبيل المثال وحتى إذا كانت درجات دفء المياه كافية لتحسين انتاج بعض المحاصيل ستكون التكاليف باهظة إذا فكرنا بنقلها لتستخدم في الزراعة
- ومن الممكن أن تستخدم هذه الحرارة الضائعة في محطات تحلية المياه وذلك لمساعدة عمليات التبخير ولكن لم تخرج هذه الفكرة بعد لحين التنفيذ
- كما أن هناك محاولات لتحسين أعمال الصرف بالحرارة الضائعة من محطات توليد الطاقة وربما تعطي زراعة البحر أفضل الآمال لتوفير منفذ للمياه الساخنة يساعد على نمو بعض الأسماك ولكن لم يظهر حتى الآن تخطيط اقتصادي مثمر في هذا المجال
- بناء المفاعلات النووية على جزر اصطناعية تقام في المحيطات المختلفة فالمحيطات بما تحويه من كميات المياه لا تتأثر كثيراً بكميات الحرارة التي تنتجها المفاعلات النووية لكن عيوب هذا الأسلوب تظهر بسرعة إذا ماعلمنا أن معظم مدن العالم الكبرى تقع بعيداً عن المحيطات مما يعني ضياع جزء لا بأس من الطاقة الكهربائية عند تحميلها خلال الأسلاك الموصلة
- ويستمر الباحثون في دراساتهم من التخلص من المياه الساخنة وانعكاساتها على البيئة المائية وتشير الدلائل أن تصريف الحرارة المتبددة من محطات القوى الكهربائية عموماً والنووية منها خصوصاً والاندماجية المقترحة على وجه اخص سوف يستثمر بكونه مشكلة بيئية لسنوات عديدة .
التخفيف من التلوث الحراري باستخدام البدائل لمصادر الطاقة الحالية:
- إن المفاعلات النووية ذات النوع الإندماجي تمثل أمل البشرية في استمرار حضارتها التكنولوجية الحالية فلق تبين لعلماء الطاقة النووية أن عملية الإندماج النووي كمصدر للطاقة تتميز عن عملية النشاط النووي من عدة نواحي :
1- عملية الإندماج النووي لا تستهلك أي جزء من الأكسجين المحيط بنا كما لا تستهلك المواد الأحفورية أو المواد الناضبة مثل اليورانيوم بنظائره المختلفة
2- إن المفاعلات النووية الإندماجية ستكون من أنظف الوسائل للحصول على الطاقة إذ أن نتيجة هذه التفاعلات ستكون الهيدروجين والهليوم على عكس المفاعلات الإنشطارية والتي ينتج منها بعض المواد المشعة والإشعاعات الخطيرة أو محطات القوى التي تستخدم النفط أو الفحم وقوداً وينتج عنها غازات ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وغيرها
3- وأخيراً فإن الكميات القليلة من الوقود المستخدم في هذه المفاعلات بجانب الظروف غير العادية من الحرارة تجعل من مشكلة تحول المفاعل إلى قنبلة نووية غبر واردة على الإطلاق فبمجرد تغيير بسيط في درجة الحرارة تتوقف العمليات النووية الأندماجية
- ولعل من أهم سلبيات استخدام المفاعلات الاندماجية أن كمية الحرارة ستكون كبيرة ويصعب استخدامها بكفاءة عالية بالطرق التقليدية لتوليد الكهرباء وينتج عن ذلك أن الجزء غير المستهلك من الطاقة الناتجة يجب التخلص منه إما في مياه النهار أو البحيرات أو المحيطات أو في الهواء وبالطبع فإن ذلك يؤدي إلى زيادة التلوث الحراري
- إلى أن يتمكن علماء الطاقة من إيجاد حل مناسب لمشكلة التلوث الحراري الناتج عن المفاعلات النووية الاندماجية تستمر الأبحاث والدراسات لإيجاد بدائل أخرى للنفط وتستهدف الأبحاث ناحيتين هامتين :
1- إطالة عمر النفط الخام بالتحويل إلى هذه البدائل كلما أمكن حيث أن الأستخدام غير الرشيد للنفط أدى إلى هدر كميات منه تكونت خلال ملايين السنين في فترة تقل عن نصف قرن فحسب أكثر الدراسات تفاؤلاً ودقة سيصبح النفط تاريخاً خلال النصف الأول من القرن القادم
2- الحفاظ على هذه المادة الثمينة للصناعات التي لا غنى عنها فالكثير من الصناعات البلاستيكية وصناعات الأدوية والمبيدات والمنظفات وغيرها يدخل النفط فيها كمادة أولية غير قابلة للإستبدال في الوقت الحاضر وبانتهاء هذه المادة نكون قد قضينا على هذه الصناعات دون وجود بديل حقيقي ولهذا فإن حرق النفط واستخدامه مصدراً للطاقة يعتبر جنوناً مطبقاً
- من هذه المنطلقات أصبح البحث عن مصادر بديلة أمراً حتمياً وتنقسم البدائل إلى قسمين رئيسين : بدائل ناضبة وأخرى متجددة.
1- البدائل الناضبة :
تشمل الفحم والأسلوب الأنشطاري للطاقة النووية وطاقة الأرض الجوفية فكميات الفحم في العالم تستطيع أن تفي بحاجات البشرية للطاقة الأجيال القادمة إلا أن استخدام الفحم بالطرق التقليدية المعروفة سيؤدي إلى تلوث الهواء بغازات CO2 و SO2 لدرجة أعلى من إستخدام النفط وعلاوة على ذلك فإن حفر مناجم الفحم يتم عن طريق حفر الأرض إلى أعماق بعيدة وتشويه مناطق من العالم بأكملها بل وقد تؤدي الأتربة الناتجة عن حفر مناجم الفحم وحملها بواسطة الهواء إلى زيادة معدل التصحر عالمياً
أما طاقة الأرض الجوفية فمصدرها أن درجة حرارة باطن الأرض أعلى بمراحل من درجة حرارة السطح وبإمرار الماء البارد من خلال الأنابيب حيث داخل الأرض يمكننا تحويل هذا الماء إلى بخار تدار به عنفات مولدات الكهرباء
2- البدائل المتجددة
- هي الطاقة الكامنة في أمواج البحر وطاقة الشلالات المائية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية وتستخدم حالياً طاقة الأمواج والشلالات والرياح لإدارة عنفات محطات القوى مباشرة في حدود ضيقة لاسيما أن المناطق التي تستطيع استغلال هذه الظواهر الطبيعية محدودة
أما الطاقة الشمسية فهي بحق الطاقة المثلى والتي لو توصلنا لاستخدامها على مقياس واسع لحصلنا على طاقة متجددة باقية مابقيت هذه الأرض إضافة إلى أنها طاقة نظيفة كلية ويتم إستخدام الطاقة الشمسية بطريقة مباشرة وغير مباشرة فالطريقة المباشرة تعتمد على تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية مباشرة وتسمى فوتوفولتيك أما الطريقة غير المباشرة فتعتمد على استخدام الطاقة الشمسية لتبخير المياه التي تقوم بدورها بإدارة عنفات محطات القوى .
إعداد الطالبة : إيناس محمد صالح الطلحي
انجليزي (نظامي)
» استخدام طريقة العروض العملية في تدريس العلوم
» Ten ways to improve Education
» مقتطفات من تصميم وحدة الإحصاء في الرياضيات
» تدريس مقرر تقنية المعلومات والاتصالات
» تدريس مقرر تقنية المعلومات والاتصالات
» الواجبات خلال الترم 5
» الواجبات خلال الترم4
» الواجبات خلال الترم3