Značilnosti toplotnega onesnaževanja, posledice, primeri

The Toplotna kontaminacija se pojavi, ko kakšen faktor povzroči nezaželeno ali škodljivo spremembo temperature okolice. Srednja srednja, ki jo to onesnaževanje najbolj prizadene, je voda, vendar lahko vpliva tudi na zrak in zemljo.

Povprečno temperaturo okolja se lahko spremeni tako z naravnimi vzroki kot tudi s človeškimi dejanji (antropogena). Med naravnimi vzroki so neizvedeni gozdni požari in vulkanski izbruhi.

Zemeljska površinska temperatura. Vir: https: // commons.Wikimedia.org/wiki/datoteka: SurfaceTemperature.JPG

Med antropogenimi vzroki so proizvodnja električne energije, proizvodnja toplogrednih plinov in industrijskih procesov. Prav tako prispevajo zračni hladilni in kondicijski sistemi.

Najpomembnejši pojav toplotnega onesnaževanja je globalno segrevanje, kar pomeni povečanje planetarne povprečne temperature. To je posledica tako imenovanega toplogrednega učinka in neto prispevkov preostale toplote s strani človeka.

Aktivnost, ki ustvarja najbolj toplotno kontaminacijo, je proizvodnja električne energije iz kurjenja fosilnih goriv. Z kurjenjem premoga ali naftnih derivatov se toplota širi in se proizvaja CO2, glavni toplogredni plin.

Toplotno onesnaževanje povzroča fizične, kemične in biološke spremembe, ki negativno vplivajo na biotsko raznovrstnost. Najpomembnejša lastnost visokih temperatur je njegova katalitična moč in vključuje presnovne reakcije, ki se pojavljajo v živih organizmih.

Živa bitja potrebujejo pogoje amplitude določenih temperaturnih sprememb za preživetje. Zato lahko vsaka sprememba takšne amplitude pomeni zmanjšanje populacije, njihovo migracijo ali izumrtje.

Po drugi strani toplotno onesnaževanje neposredno vpliva na zdravje ljudi, ki povzroča izčrpanost toplote, toplotni šok in poslabša srčno -žilne bolezni. Poleg tega globalno segrevanje povzroči, da tropske bolezni razširijo svoj geografski razpon delovanja.

Preprečevanje toplotnega onesnaženja zahteva spreminjanje načinov gospodarskega razvoja in navad sodobne družbe. To posledično pomeni izvajanje tehnologij, ki zmanjšujejo toplotni vpliv na okolje.

Tu je nekaj primerov toplotne kontaminacije, kot je jedrska elektrarna Santa María de Garoña (Burgos, Španija), ki je delovala med letoma 1970 in 2012. Ta osrednja je vroče vode svojega hladilnega sistema vlila v reko Ebro, ki je naraščala do 10 ° C naravne temperature.

Drug značilen primer toplotnega onesnaževanja je zagotovljena z uporabo klimatskih naprav. Širjenje teh sistemov za znižanje temperature poveča temperaturo mesta, kot je Madrid, za do 2 ° C.

Končno je pozitiven primer podjetja za proizvodnjo margarine v Peruju, ki uporablja vodo za hlajenje nastalega sistema in vročo vodo, vrnjen v morje. Tako jim je uspelo prihraniti energijo, vodo in zmanjšati prispevke v vroči vodi v okolje.

[TOC]

Značilnosti

- Toplotno in toplotno onesnaževanje

Toplotno onesnaževanje izhaja iz preobrazbe drugih energij, saj vsa energija pri uvajanju ustvarja toploto. To je v pospeševanju gibanja srednjih delcev.

Zato je toplota prenos energije med dvema sistemima, ki sta pri različnih temperaturah.

Temperatura

Temperatura je velikost, ki meri kinetično energijo sistema, to je povprečno gibanje njegovih molekul. To gibanje je lahko prevod kot v plinu ali vibracijah kot v trdni snovi.

Meri se s termometrom, od katerih obstajajo različne vrste, ki so najpogostejša dilatacija in elektronska.

Dilatacijski termometer temelji na koeficientu dilatacije nekaterih snovi. Te snovi, ko so raztegnjene in njihov vzpon označuje diplomirano lestvico.

Elektronski termometer temelji na pretvorbi toplotne energije v elektriko, prevedeno v numerično lestvico.

Najpogostejša uporabljena lestvica je tista, ki jo predlaga Anders Celzija (ºC, stopinje Celzija ali Celzija). V njem 0 ° C ustreza ledišču vode in 100 ° C do vrelišča.

- Termodinamika in toplotno onesnaževanje

Termodinamika je veja fizike, ki preučuje toplotne interakcije z drugimi oblikami energije. Termodinamika razmišlja o štirih temeljnih načelih:

- Dva predmeta z različnimi temperaturami bosta izmenjala toploto, dokler ne dosežeta ravnotežja.

- Energija ni ustvarjena ali uničena, samo preobražena.

- Oblike energije ni mogoče popolnoma spremeniti v drugo brez izgube toplote. In toplotni tok bo vsaj vroč, vsaj vroč, nikoli nasprotno.

- Ni mogoče doseči temperature, ki je enaka absolutni ničli.

Ta načela, uporabljena za toplotno onesnaževanje. Poleg tega se lahko pojavi zaradi povečanja ali znižanja temperature medija.

Šteje se, da povečanje ali znižanje temperature onesnažuje, ko izhaja iz vitalnih parametrov.

- Vitalna temperatura

Temperatura je eden temeljnih vidikov za pojav življenja, kot jo poznamo. Amplituda temperaturnih sprememb, ki omogoča večino aktivne življenjske dobe od -18 ° C do 50 ° C.

V temperaturi od -200 ° C in 110 ° C so lahko živi organizmi v latentnem stanju, vendar so redki primeri.

Termofilne bakterije

Nekatere bakterije, imenovane termofili, lahko obstajajo pri temperaturah do 100 ° C, če obstaja tekoča voda. To stanje se pojavlja pri visokih pritiskih na morju na območjih hidrotermalnih dimnikov.

Lahko vam služi: pomanjkanje vode: vzroki, posledice, rešitve in primeri

To kaže, da je opredelitev toplotnega onesnaženja v mediju relativna in je odvisna od naravnih značilnosti okolja. Povezana je tudi z zahtevami organizmov, ki naseljujejo določeno območje.

Človeško bitje

Pri ljudeh normalna telesna temperatura sega od 36,5 ° C do 37,2 ° C, homeostatska zmogljivost (kompenzira zunanje variacije) pa je omejena. Temperature pod 0 ° C za podaljšane čase in brez umetne zaščite povzročajo smrt.

Prav tako je temperature, večje od 50 ° C, dolgoročno zelo težko nadomestiti.

- Toplotno onesnaževanje in medij

V vodi toplotno onesnaževanje povzroča bolj neposreden učinek, saj se toplota počasneje razprši. V zraku in na tleh ima toplotno onesnaževanje manj presenetljive učinke, ker se toplota z večjo hitrostjo razprši.

Po drugi strani je na majhnih območjih sposobnost okolja, da razprši velike količine toplote, zelo omejena.

Katalitični učinek toplote

Toplota ima katalitični učinek na kemijske reakcije, to je, da take reakcije pospešuje. Ta učinek je glavni dejavnik, s katerim ima lahko toplotno onesnaževanje negativne posledice za okolje.

Tako lahko nekaj stopinj razlike razlike sproži reakcije, ki bi se sicer pojavile.

Vzroki

- Globalno segrevanje

Zemlja je skozi svojo geološko zgodovino doživela cikle z visokim in nizkim povprečjem. V teh primerih so bili viri zvišanja temperature planeta naravne narave, kot sta sonce in geotermalna energija.

Trenutno je proces globalnega segrevanja povezan z dejavnostmi, ki jih izvaja človek. V tem primeru je glavna težava znižanje hitrosti disipacije omenjene toplote proti stratosferi.

To se zgodi predvsem zaradi emisije toplogrednih plinov s človeško aktivnostjo. Med njimi vključujejo industrijo, promet v vozilu in kurjenje fosilnih goriv.

Globalno segrevanje danes predstavlja največji in nevaren proces toplotne kontaminacije, ki obstaja. Poleg tega toplotna emisije zaradi globalne uporabe fosilnih goriv vključuje dodatno toploto v sistem.

- Termoelektrične rastline

Termoelektrična obrat je industrijski kompleks za proizvodnjo električne energije iz goriva. Omenjeno gorivo je lahko fosil (premog, nafta ali derivati) ali radioaktivni material (na primer uran).

Endesa kot Pontes Thermoelectric Central (Španija). Vir: Slika Provid by ☣ Banjo [CC by-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Ta sistem zahteva hlajenje turbin ali reaktorjev in za to vodo se uporablja. V hladilnem zaporedju se iz priročnega in hladnega vira (reka ali morja) izvleče velika količina vode.

Nato ga črpalke prisilijo skozi cevi, ki jih obdaja toplo vodna para. Toplota prehaja iz pare v hladilno vodo in ogrevana voda se vrne v vir, ki prenaša odvečno toploto v naravno okolje.

- gozdni požari

Gozdni požari so danes pogost pojav, saj jih človek v mnogih primerih neposredno ali posredno povzroča. Izgorevanje velikih gozdnih mas prenaša ogromne količine toplote predvsem v zraku in tleh.

- Klimatska naprava in hladilni sistemi

Naprave za klimatsko napravo ne samo spreminjajo temperaturo notranjega območja, ampak povzročajo neravnovesja na zunanjem območju. Na primer, klimatske naprave razpršijo 30% več kot toplota, ki jo izvlečejo iz notranjosti.

Po podatkih Mednarodne agencije za energijo jih je približno 1.600 milijonov klimatskih naprav na svetu. Prav tako hladilniki, hladilniki, kavas in katera koli oprema, namenjena znižanju temperature na zaprtem območju.

- Industrijski procesi

Pravzaprav vsi procesi industrijske transformacije vključujejo prenos toplote v okolje. Nekatere panoge to počnejo po posebno visokih stopnjah, kot so tiste, namenjene plinu, metalurgiji in proizvodnji stekla, utekočinjeno.

Plin utekočinjen

Industrija regifikacije in utekočinjanja različnih industrijskih in medicinskih plinov zahteva hladilne postopke. Ti procesi so endotermalni, to je, da absorbirajo toplotno hlajenje okoliškega okolja.

Za to se uporablja voda, ki se vrača v okolje pri nižji temperaturi kot začetnica.

Metalurški

Visoke livarske peči oddajajo toploto okolju, saj dosežejo temperature nad 1.500 ° C. Po drugi strani hladilni procesi materialov uporabljajo vodo, ki se z večjo temperaturo vstavi v okolje.

Proizvodnja stekla

V procesih staljenega in oblikovanja materiala so dosežene temperature do 1.600 ° C. V tem smislu je toplotno onesnaževanje, ki ga ustvarja ta panoga.

- Sistemi osvetlitve

Žarnice ali žarnice ali žarnice in fluorescentne svetilke razpršijo energijo v obliki toplote do okolja. Zaradi visoke koncentracije svetlobnih virov v mestnih območjih postane pomemben poudarek toplotne kontaminacije.

- Motorji za notranje zgorevanje

Motorji za notranje zgorevanje, kot so avtomobili, lahko ustvarijo okoli 2.500 ° C. Ta toplota se razprši v okolje prek hladilnega sistema, zlasti skozi radiator.

Ob upoštevanju, da na stotine tisoč vozil kroži vsak dan, je mogoče sklepati na količino prenesene toplote.

- Urbana središča

V praksi je mesto v središču toplotne kontaminacije zaradi obstoja mnogih že navedenih dejavnikov. Vendar je mesto sistem, katerega toplotni učinek postane vročinski otok v okviru svoje okolice.

Vam lahko služi: Kateri so naravni elementi?Vročinski otoki v Španiji. Vir: galjundi7 [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Albedo učinek

Albedo se nanaša na sposobnost predmeta, da odraža sončno sevanje. Poleg kaloričnega prispevka, ki ga lahko prispeva vsak sedanji element (avtomobili, domovi, industrije), urbana struktura izvaja pomembno sinergijo.

Na primer, materiali v mestnih središčih (predvsem beton in asfalt) imajo nizko albedo. Zaradi tega jim je vroče, tisto, kar je treba toplotno oddajati zaradi dejavnosti v mestu, poveča toplotno kontaminacijo.

Neto prispevki mestne toplote

Različne raziskave so pokazale, da je nastajanje toplote s človeškimi dejavnostmi za topel dan v mestu lahko zelo visok.

Na primer, v Tokiu je neto toplotni prispevek 140 w/m2, kar ustreza zvišanju temperature približno 3 ° C. V Stockholmu je neto prispevek ocenjen na 70 w/m2, kar ustreza povečanju 1,5 ° C pri temperaturi.

Posledice

- Spremembe fizičnih vodnih lastnosti

Povišanje temperaturnega proizvoda vode zaradi toplotnega onesnaženja povzroča fizične spremembe v tem. Na primer, zmanjšajte raztopljeni kisik in povečajte soli z vplivom na vodne ekosisteme.

V vodnih telesih, ki so podvržene sezonskim spremembam (zimsko zamrzovanje), dodajte vročo vodo spreminjajo naravno stopnjo zamrzovanja. To pa vpliva na živa bitja, ki so se prilagodila tej sezonskosti.

- Vpliv na biotsko raznovrstnost

Vodno življenje

V hladilnih sistemih s termoelektričnimi rastlinami izpostavljenost visokim temperaturam povzroča fiziološki šok za nekatere organizme. V tem primeru so prizadeti fitoplankton, zooplankton, jajca in ličinke Planktona, ribe in nevretenčarje.

Številni vodni organizmi, zlasti ribe, so zelo občutljivi na temperaturo vode. Pri istih vrstah se idealno temperaturno območje razlikuje glede na temperaturo aklimatizacije vsake posebne populacije.

Zaradi tega temperaturne spremembe povzročajo izginotje ali migracijo celotnih populacij. Tako lahko izpustna voda termoelektrične rastline zviša temperaturo za 7,5-11 ° C (sladka voda) in 12-16 ° C (slana voda).

Ta toplotni šok lahko privede do hitre smrti ali povzroči stranske učinke, ki vplivajo na preživetje populacije. Med drugimi učinki segrevanje vode zmanjša raztopljeni kisik v vodi, kar povzroča težave s hipoksijo.

Evtrofikacija

Ta pojav resno vpliva na vodne ekosisteme, ki celo povzročijo izginotje življenja v njih. Začne se s širjenjem alg, bakterij in vodnih rastlin produkt umetnih prispevkov za vodo k vodi.

S povečanjem populacije teh organizmov porabijo raztopljeni kisik v vodi, kar povzroča smrt rib in drugih vrst. Povišanje temperature vode prispeva k evtrofikaciji z zmanjšanjem raztopljenega kisika in koncentrirajočih soli, kar daje prednost rasti alg in bakterij.

Kopensko življenje

V primeru zraka temperaturne spremembe vplivajo na fiziološke procese in vedenje vrst. Številne žuželke zmanjšujejo plodnost glede na temperature nad določenimi nivoji.

Prav tako so rastline za cvetenje občutljive na temperaturo. Globalno segrevanje povzroča, da nekatere vrste širijo njegovo geografsko razširitev, druge pa vidijo.

- Zdravje ljudi

Toplotni udar

Nenavadno visoke temperature vplivajo na zdravje ljudi, tako imenovani toplotni šok ali toplotna kap lahko. To je sestavljeno iz akutne dehidracije, ki lahko povzroči paralizo različnih vitalnih organov in celo povzroči smrt.

Toplotni valovi povzročajo na stotine in celo tisoče ljudi kot v Chicagu (ZDA), kjer je leta 1995 umrlo približno 700 ljudi. Toplotni valovi v Evropi med letoma 2003 in 2010 so povzročili smrt na tisoče ljudi.

Srčno -žilne bolezni

Po drugi strani visoke temperature negativno vplivajo na zdravstveno sliko ljudi s srčno -žilnimi boleznimi. Ta položaj je še posebej resen v primerih hipertenzije.

Nenadne temperaturne spremembe

Nenadne temperaturne spremembe lahko oslabijo imunski sistem in telo naredijo bolj dovzetno za bolezni dihal.

Higieno in delovno okolje

Toplotno onesnaževanje je dejavnik zdravstvenega dela v nekaterih panogah, na primer metalurško in steklo. Tu so delavci podvrženi sevalni vročini, ki lahko povzroči resne zdravstvene težave.

Čeprav so varnostni ukrepi očitno sprejeti, je toplotno onesnaževanje pomembno. Med pogoji so toplotna izčrpanost, toplotni šok, ekstremne sevalne opekline in težave s plodnostjo.

Tropske bolezni

Povišanje globalne temperature povzroča doslej bolezni, ki so omejene na določena tropska območja, da razširijo svoj polmer delovanja.

Aprila 2019 je v Amsterdamu potekal 29. evropski kongres za klinično mikrobiologijo in nalezljive bolezni. Ta dogodek je poudaril, da se lahko bolezni, kot so Chikungunya, denga ali leishmaniza, razširijo na Evropo.

Prav tako lahko na isto pojav vpliva na translaziran encefalitis.

Kako ga preprečiti

Gre za zmanjšanje neto toplotnih prispevkov v okolje in preprečevanje, da bi se toplota ujemala v ozračje.

- Uporaba učinkovitejše energije in tehnologij za proizvodnjo električne energije

Viri energije

Termoelektrične rastline povzročajo največji prispevek toplotne kontaminacije v smislu neto prenosa toplote v ozračje. V tem smislu je za zmanjšanje toplotnega onesnaženja bistvenega pomena za zamenjavo fosilnih energij s čisto energijo.

Vam lahko služi: kulturna ekologija: značilnosti, teorije, pomen

Procesi sončne, vetra (vetra) in hidroelektrarne (voda) proizvodnja (voda) dajejo zelo nizke preostale prispevke. Enako se zgodi z drugimi alternativami, kot sta Olamotriz Energy (valovi) in geotermalna (zemeljska vročina),

Tehnologije

Termoelektrične rastline in panoge, katerih procesi potrebujejo hladilne sisteme, lahko uporabljajo sisteme zaprtega vezja. Vključimo se lahko tudi mehanski sistemi za difuzijo toplote, ki prispevajo k znižanju temperature vode.

- Kogeneracija

Kogeneracija je sestavljena iz hkratnega proizvodnje električne energije in uporabne toplotne energije, kot sta vodna para ali vroča voda. Za to so bile razvite tehnologije, ki omogočajo okrevanje in izkoriščanje preostale toplote, ustvarjene v industrijskih procesih.

Na primer, projekt Indus3es, ki ga financira Evropska komisija, razvija sistem, ki temelji na "toplotnem transformatorju". Ta sistem lahko absorbira preostalo toploto nizke temperature (70 do 110 ° C) in ga vrne na višjo temperaturo (120-150 ° C).

Druge dimenzije proizvodnje energije

Bolj zapleteni sistemi lahko vključujejo druge dimenzije proizvodnje energije ali preobrazbe.

Med njimi imamo trigeneracijo, ki je sestavljena iz vključevanja hladilnih procesov poleg proizvodnje električne energije in toplote. Poleg tega, če nastane dodatna mehanska energija, razpravljamo o tetrageneraciji.

Nekateri sistemi so pasti CO2, poleg proizvodnje električne energije, toplotne in mehanske energije, v tem primeru pa se govori o kvadrigeneraciji. Vsi ti sistemi dodatno prispevajo k zmanjšanju emisij CO2.

- Zmanjšajte emisije toplogrednih plinov

Ker je globalno segrevanje pojav toplotnega onesnaženja večjega vpliva na planet, je potrebno njegovo ublažitev. Da bi to dosegli, je glavna stvar zmanjšati emisije toplogrednih plinov, vključno s CO2.

Zmanjšanje emisij zahteva spremembo vzorca gospodarskega razvoja, ki nadomešča vire fosilne energije s čisto energijo. Pravzaprav to zmanjšuje emisije toplogrednih plinov in preostale proizvodnje toplote.

- Hladilno hladilno obdobje

Alternativa, ki jo uporabljajo nekatere termoelektrične rastline, je konstrukcija hladilnih vrzeli. Njegova funkcija je počivati ​​in ohladiti vode, pridobljene iz hladilnega sistema, preden jih vrnejo v svoj naravni vir.

Primeri toplotne kontaminacije

Braytonova termoelektrična centralna (ZDA). Vir: Wikimaster97Commons [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Jedrska elektrarna Santa María de Garoña

Jedrske elektrarne proizvajajo elektriko iz razpada radioaktivnega materiala. To ustvarja zelo toploto, hladilni sistem je potreben.

Jedrska elektrarna Santa María de Garoña (Španija) je bila elektroenergetska elektrarna BWR (reaktor vrele vode ali reaktor vrele vode), ki je bila ustanovljena leta 1970. Njen hladilni sistem je uporabljal 24 kubičnih metrov vode na sekundo reke Ebro.

Po prvotnem projektu se odpadne vode vrne v reko ne bi presegalo 3 ° C glede na temperaturo reke. Leta 2011 je poročilo GreenPeace, ki ga potrjuje neodvisno okoljsko podjetje, določilo veliko večje povišanje temperature.

Voda na območju izpusta je dosegla 24 ° C (od 6,6 do 7 ° C naravne vode reke). Nato je pri štirih kilometrih stoli pod območjem odlagališča, presegel 21 ° C. Central je prenehal s poslovanjem 16. decembra 2012.

Klimatske naprave v Madridu (Španija)

V mestih je vse več klimatskih sistemov za znižanje temperature okolice v topli postaji. Te naprave delujejo tako, da izvlečejo vročega zraka iz notranjosti in ga širijo zunaj.

Običajno niso visoka učinkovitost, zato se širijo še več toplote, kot jih izvlečejo iz notranjosti. Ti sistemi so torej ustrezen vir toplotne kontaminacije.

V Madridu nabor klimatskih naprav, ki so prisotni v mestu, dvigujejo temperaturo okolice do 1,5 ali 2 ° C.

Pozitiven primer: obrat za proizvodnjo margarina v Peruju

Margarina je nadomestek za maslo, pridobljeno s hidrogenacijo rastlinskih olj. Hidrogenacija zahteva vodik z visokimi temperaturami in tlaki z vodikom.

Ta postopek zahteva hladilni sistem, ki temelji na vodi, za zajem preostale toplote. Voda absorbira toploto in dvigne temperaturo, nato pa se vrne v okolje.

V perujskem podjetju, ki je proizvajalo Margarino, je tok vroče vode (35 ° C) povzročil toplotno onesnaževanje v morju. Da bi preprečil ta učinek, je podjetje uvedlo sistem kogeneracije na podlagi zaprtega hladilnega vezja.

Skozi ta sistem je bilo mogoče ponovno uporabiti vročo vodo, da se predgreje voda vstopa v kotel. Na ta način se je varčevala z energijo in tok vroče vode v morje zmanjša.

Reference

1. Burkart K, Schneider A, Breitner S, Khan MH, Krämer A in Endlich W (2011). Vpliv atmosferskih tematskih pogojev in mestno toplotno onesnaževanje na vse vzročno in srčno-žilno umrljivost v Bangladešu. Onesnaževanje okolja 159: 2035–2043.
2. Cutant CC in Brook AJ (1970). Biološki vidiki toplotnega onesnaženja i. Učinki vnosa in praznjenja ∗. C R C Kritični pregledi okoljskega nadzora 1: 341-381.
3. Davidson B in Bradshaw RW (1967). Toplotno onesnaževanje vodnih sistemov. Okoljska znanost in tehnologija 1: 618-630.
4. Dingman SL, tedni WF in Yen YC (1968). Učinki toplotnega onesnaženja na rečne ledene razmere. Raziskave vodnih virov 4: 349-362.
5. Galindo RJG (1988). Kontaminacija v obalnih ekosistemih, ekološki pristop. Avtonomna univerza v Sinaloi, Mehika. 58 str.
6. Projekt Indus3es. (Vidimo 12. avgusta 2019). Indus3es.EU
7. Nordell B (2003). Toplotno onesnaževanje povzroča globalno segrevanje. Globalna in planetarna sprememba 38: 305-12.