Раздел 3. Экологические аспекты ПСО

3.1 Виды экологических аспектов ПСО

Интенсивность экологических аспектов, масштаб воздействий на окружающую среду промышленных систем охлаждения различны для каждого из типов и конструкций, описанных в главе 2. В целях сравнения ПСО различных типов и идентификации НДТ охлаждения в данном справочнике НДТ рассматриваются следующие виды экологических аспектов и воздействий на окружающую среду ПСО:

1) косвенное влияние ПСО на потребление энергии и ресурсов охлаждаемым технологическим оборудованием и показатели его экологической безопасности;

2) прямое потребление энергии оборудованием ПСО;

3) безвозвратное потребление водных ресурсов;

4) влияние на тепловое состояние водных объектов;

5) ущерб водным организмам на водозаборах;

6) сброс загрязняющих веществ с охлаждающей водой в поверхностные водоемы;

7) выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

8) образование парового факела;

9) шум;

10) риски утечек загрязняющих веществ в окружающую среду;

11) риски микробиологического загрязнения окружающей среды;

12) образование отходов.

В каждом случае экологическую значимость этих аспектов и проблем нужно рассматривать в свете полной экологической результативности всего производственного объекта, включая аспекты охлаждаемого производственного процесса. Не все аспекты одинаково значимы для каждой из систем, например, потребление водных ресурсов и образование парового факела несущественны для воздушных систем охлаждения. Экологические аспекты и проблемы, которые потенциально являются значимыми и должны быть приняты во внимание при идентификации НДТ ПСО, приведены в таблице 3.1. Интенсивность и значимость каждого экологического аспекта может быть снижена применением специальных мер, однако в таблице 3.1 указаны аспекты, которые являются потенциально значимыми без учета влияния этих специальных мер. Характер и уровень воздействия на окружающую среду ПСО определяется не только типом и конструкцией ПСО, но и, в не меньшей степени, зависят от методов ее эксплуатации и технического обслуживания.

Таблица 3.14 - Оценка значимости экологических аспектов ПСО

Система охлаждения

Косвенное влияние на охлаждаемое оборудование

Прямое потребление энергии

Безвозвратное потребление (изъятие) воды из водных объектов

Потенциальн. ущерб водным ресурсам

Сбросы ЗВ в водные объекты

Риски превышения допустимых температур в водных объектах

Выбросы ЗВ в атмосферу

Паровой факел

Шум

Риски утечек

Риски микробиол. загрязнения окружающей среды

Отходы

Прямоточные водные ПСО

Оборотные ПСО с водоемам и охладителями

Оборотные ПСО брызгальными бассейнами

Оборотные ПСО с атмосферными градирнями

Оборотные ПСО с испарит, башенными градирнями

Оборотные ПСО с испарит, вентиляторными градирнями

Оборотные ПСО с эжекционными градирнями

ПСО с радиаторными градирнями с естественной тягой

ПСО с радиаторными градирнями с принудительной тягой

-- - проблемы нет, аспект незначим;

- - низкая значимость проблемы, ниже среднего уровня;

+ - проблема имеется;

++ - значимость проблемы высокая, требуется принятие специальных мер

3.2 Потребление энергии

Потребление энергии промышленными системами охлаждения можно разделить на прямое и косвенное. Прямое энергопотребление ПСО - потребление электроэнергии оборудованием ПСО, в основном, насосами и вентиляторами. Прямое потребление ПСО электроэнергии зависит от:

- расхода охлаждающей среды (воды и/или воздуха);

- аэродинамического сопротивления воздушного тракта и гидравлического сопротивления водного тракта ПСО и необходимой высоты подъема воды;

- КПД насосов и вентиляторов;

- энергоэффективности приводов насосов и вентиляторов.

Эти параметры могут определяться как конструкцией ПСО, так и качеством их технического обслуживания и методами эксплуатации и управления.

Если ПСО, в силу конструктивных особенностей или применяемых методов эксплуатации, не может обеспечить потребности технологического оборудования в отведении избыточного тепла, это, как правило, ведет к нарушению работы технологического оборудования, повышению потребления производственным процессом энергии или сырья. Потребление энергии охлаждаемым производственным процессом, зависящее от эффективности работы ПСО, называется косвенным потреблением энергии. Для его оценки необходим анализ полного энергетического баланса системы охлаждения и охлаждаемого производственного оборудования.

3.2.1 Прямое потребление электроэнергии

Потребление электроэнергии ПСО характеризуется удельным потреблением электроэнергии в на единицу отведенного тепла в или кВт(эл)/МВт(тепл). Удельное потребление электроэнергии может изменяться в широком диапазоне и зависит от типа системы охлаждения, ее конструкции и методов технического обслуживания и эксплуатации. Существенное значение имеют также местные климатические условия: система охлаждения в более теплом климате обычно потребляет больше энергии, чем в более прохладных климатических областях. Основные потребители электроэнергии в системах охлаждения:

- насосы (используемые во всех водных системах) для подпитки и поддержания циркуляции охлаждающей воды. Их энергопотребление определяется объемом перекачиваемой воды и создаваемым давлением. Непрямые системы имеют два контура и поэтому нуждаются в большем количестве насосов. В случае использования градирен необходимое давление воды больше, что требует большего количества энергии по сравнению с прямоточной системой;

- вентиляторы используются во всех градирнях и конденсаторах с принудительной тягой. Их энергопотребление определяется количеством, размером и типом вентиляторов, объемом и создаваемым давлением воздуха. Сухие системы, как правило, нуждаются в большем количестве воздуха при той же производительности охлаждения, чем водные системы, хотя это не обязательно приводит к более высокому потреблению энергии.

Методы, применяемые для повышения энергоэффективности работы насосов, вентиляторов и их приводов, описаны в справочнике НДТ "Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности".

3.2.2 Косвенное влияние на энергопотребление охлаждаемого оборудования

Потребление энергии охлаждаемым производственным оборудованием считается косвенным потреблением энергии, связанным с процессом охлаждения. При неэффективном охлаждении оборудования потребление им энергии увеличивается. Ухудшенная теплопередача (например, из-за загрязнения) повысит температуру технологического оборудования и приведет к росту потребления энергии. Недостаточная эффективность охлаждения приводит к потерям продукции и снижает эффективность технологического процесса. На ТЭС из-за ухудшения охлаждения конденсатора выработка энергии может снизиться на 0,25%, что эквивалентно снижению эффективности приблизительно на 0,4% на градус. По результатам опроса российских ТЭС получены сведения о среднем значении пережога топлива при повышении температуры охлаждающей воды на 1°С 0,84 г условного топлива. Если применяется открытая испарительная градирня, а не прямоточная система, конечная температура охлаждения повысится на 5°С, что приведет к снижению выработки максимально на 2%. Если учесть также разницу в объеме энергии, потребляемой оборудованием ПСО, которая составляет 6 - 8 кВт на 1 МВт отводимого тепла, это дает еще один процент потерь эффективности.

Таблица 3.15 - Влияние температуры оборотной воды на работу технологического оборудования ([21])

Характер изменения температуры воды	Влияние на показатели работы оборудования
Снижение температуры воды, подаваемой на конденсаторы турбин КЭС, на 1°С	Уменьшение на 1,2 - 2 г расхода условного топлива на выработку 1 электроэнергии
Повышение температуры воды, подаваемой на конденсаторы ТЭС, на 1°С	Снижение вакуума в конденсаторах на 0,5%, что равноценно снижению мощности турбины на 0,4% или перерасходу пара на 0,5%
Снижение температуры воды, подаваемой на конденсаторы компрессорных холодильных станций, на 1 °С	Уменьшение на 2% - 4% расхода электроэнергии на привод компрессоров
Снижение температуры воды, подаваемой на конденсаторы пароэжекционных холодильных станций, на 7°С (с 27°С до 20°С)	Уменьшение расхода пара с 3,4 до 2,1 т на 4 ГДж вырабатываемого холода
Снижение температуры воды при расчетах размеров теплообменной аппаратуры предприятий нефтехимии на 5°С (с 30°С до 25°С)	Уменьшение на 23% площади поверхности охлаждения теплообменников и на 20% расхода металла на их изготовление
Снижение температуры воды на установке пиролиза нефти мощностью 340 тыс. т/год на 2,3 °С	Увеличение выработки топливно-энергетических ресурсов в год на 518 тыс. долларов США
Недоохлаждение воды в летний период относительно ее расчетной температуры на предприятиях по выработке химической продукции	Уменьшение среднегодовой выработки кальцинированной соды примерно на 3,4%, аммиака - на 10%, метанола - на 8%, сернистого натрия - на 4,5%, уксусной кислоты - на 11%.

Данные в таблице 3.2 получены, как правило, из сравнения различных систем охлаждения с одинаковой производительностью. Эти данные неточны и являются оценкой уровня влияния эффективности охлаждения на полный энергетический баланс производственного объекта. Цель оценки - показать важность учета не только прямого, но и косвенного потребления энергии при оценке и сравнении ПСО.

В соответствии с указаниями ([47]) из всех параметров, определяющих в условиях эксплуатации экономичность паротурбинной установки, наибольшее влияние оказывает давление отработавшего пара, которое зависит от внешних условий - температуры охлаждающей воды, режима работы конденсационной установки (паровой нагрузки, кратности охлаждения) и в значительной степени от чистоты поверхности охлаждения конденсатора. Ухудшение вакуума, связанное с загрязнением поверхности охлаждения конденсаторов, достигает на электростанциях 1,2%, а в некоторых случаях, при особенно плохом качестве воды - 3,4%. Снижение мощности различно для различных типов турбин и зависит от многих причин - главным образом от типа и конструкции последней ступени, длины и формы рабочей лопатки.

В определенном диапазоне изменения давления отработавшего пара зависимость изменения мощности от давления в конденсаторе при заданном расходе пара имеет прямолинейный характер; изменение мощности при изменении давления в конденсаторе в этом диапазоне является для данного типа турбины величиной постоянной.

Для турбин ТЭС с начальным давлением пара 13 - 24 МПа (130 - 240 ) и перегревом пара изменение мощности при изменении давления в конденсаторе на 1 кПа (0,01 ) составляет примерно 0,8% - 0,9% номинальной мощности. Для турбин АЭС, работающих на насыщенном паре с давлением 4,4 - 6,5 МПа с располагаемым теплопадением примерно вдвое меньшим, чем для турбин с перегретым паром, изменение давления в конденсаторе более существенно сказывается на изменении мощности турбины. Так, для турбин АЭС с частотой вращения 3000 об/мин мощность турбины при изменении давления в конденсаторе на 1 кПа изменяется примерно на 1,8%. Но для турбин с частотой вращения 1500 об/мин в силу особенностей аэродинамической характеристики рабочей лопатки последней ступени (большая длина, значительная веерность) изменение мощности значительно меньше и приблизительно уравнивается со значением для турбин ТЭС на органическом топливе.

В таблице 3.3 приведены данные по изменению мощности турбоагрегата при изменении давления в конденсаторе на 1 кПа в пределах прямолинейных участков поправочных кривых на давление в конденсаторе, там же приведено изменение удельного расхода теплоты при номинальной нагрузке конденсационных турбин.

Таблица 3.16 - Изменение мощности турбоагрегатов при изменении давления в конденсаторе на 1 кПа ([47])

Турбина	Изменение мощности, кВт ()	Изменение удельного расхода теплоты, % ()	Тип электростанции
К-50-90 ЛМЗ	450	0,90	КЭС
K-100-90 ЛМЗ	900	0,90
K-100-90 ХТЗ	1000	1,00
K-160-130 ХТЗ	1170	0,73
K-200-130 ЛМЗ	1900	0,95	КЭС
К-300-240 ХТЗ	3340	1,11
К-300-240 ЛМЗ	2760	0,92
К-500-240 ХТЗ	3880	0,78
К-500-240 ЛМЗ	3680	0,74
К-800-240 ЛМЗ	4940	0,62
T-50-130 ПО ТМЗ	400	0,80*	ТЭЦ
ПТ-60-130 ЛМЗ	450	0,90*
ПТ-80/100-130/13 ЛМЗ	450	0,56*
T-100-130 ПО ТМЗ	725	0,73*
Т-250-240 ПО ТМЗ	1830	0,70*
К-220-44 ХТЗ (3000 об/мин)	3980	1,81	С влажно-паровыми турбинами
К-500-65/3000 ХТЗ	7960	1,59
К-750-65/3000 ХТЗ	8900	1,19
К-600-60/1500 ХТЗ	4250	0,85
К-1000-60/1500-1 ХТЗ (3 ЦНД)	10350	1,04
К-1000-60/1500-2
К-1000-60/1500-3 ХТЗ (2 ЦНД)	8300**	0,83

* При работе в конденсационном режиме.

** По расчету завода-изготовителя оборудования.

Таблица 3.17 - Пример сравнения среднегодового удельного прямого и косвенного потребления энергии различными системами охлаждения и выбросов СO2 на МВт(тепл) ([9])

Система охлаждения	Удельное прямое потребление энергии, кВт/МВт(тепл)			Увеличенная T, °С	Удельное косвенное потребление энергии, рассчитанное с учетом коэффициента 1.4 кВт/МВт (тепл) °С, кВт/МВт(тепл)	Полное потребление энергии (прямое + косвенное), кВт/МВт(тепл)	на	Выбросы , т/год/МВт (тепл)
Система охлаждения	Насосы	Вентиляторы	Итого	Увеличенная T, °С			на	Выбросы , т/год/МВт (тепл)
Прямоточная прямая	10 (9 - 12)	-	10	0		10	25	50
Прямоточная непрямая	15 (12 - 18)	-	15	57		22	55	110
Открытая мокрая градирня	15 (13 - 17)	5	20	57		27	68	136
Гибридное охлаждение	15 (13 - 17)	8	23	57		30	75	150
Закрытая оборотная градирня	> 15 (13 - 17)	8	> 23	8	11	> 34	> 85	> 170
Воздушное охлаждение	-	20	20	20	28	48	120	240

3.2.3 Применяемые методы снижения потребления энергии системами охлаждения

Комплексные меры в пределах производственного процесса по повторному использованию тепла могут снизить объем избыточного тепла. При этом снижается проектная производительность ПСО, что приводит к снижению прямого и косвенного потребления энергии. Более эффективное оборудование и правильная эксплуатация системы охлаждения, обеспечивающие минимально достижимые температуры охлаждаемого процесса, позволяют достигнуть дальнейшего снижения энергопотребления.

Объем потребления энергии в большой степени определяется выбором типа и конструкции системы охлаждения. Это очень сложный вопрос, требующий учета многих факторов, поэтому дать общее решение трудно.

На практике снжения# энергопотребления ПСО применяется следующие меры:

- при проектировании ПСО необходимо по возможности снижать гидравлическое и аэродинамическое сопротивление трактов воды и воздуха;

- в вентиляторных градирнях - выбор типа и расположения вентиляторов и обеспечение возможности регулирования расхода воздуха;

- выбор оросителя градирен, обеспечивающего максимальный теплообмен при любых режимах;

- выбор каплеуловителей с минимальным аэродинамическим сопротивлением;

- предотвращение образования механических, солевых и биологических отложений в теплообменниках.

Замена материалов и изменения в конструкции, видимо, не дает рентабельных вариантов для снижения потребления энергии в существующих системах охлаждения, особенно крупных. Замена элементов градирни (вентиляторов, оросителей и сепараторов уноса) является приемлемым способом в некоторых случаях. Для небольших систем, например, открытых и закрытых водных оборотных систем охлаждения, которые предлагаются рынком в заводском изготовлении и сборке, замена системы охлаждения технически намного проще.

По результатам опроса не было получено информации относительно методов снижения потребления энергии посредством применения вентиляторов с низким энергопотреблением или повышения гибкости эксплуатации. В информации поставщиков могут быть найдены данные о доступных типах вентиляторов и их мощности. Советуют применять вентиляторы, которые могут эксплуатироваться при переменных скоростях или системы с несколькими вентиляторами, которые предоставляют большие возможности по регулированию расхода воздуха.

Относительно влияния аэродинамического сопротивления водоуловителей на энергопотребление вентиляторов, считается, что разница между различными конструкциями сепараторов и их действительное влияние на производительность вентиляторов нуждается в осторожном рассмотрении, принимая во внимание местные условия. Это значит, что при оценке преимуществ различных оросителей должна быть выполнена комплексная оценка с учетом конструкции градирни и прохождения потока через вентиляторы и сепараторы уноса.

Практика свидетельствует о явном влиянии качества обслуживания ПСО на потребление ими энергии. Обычно для водных систем охлаждения это означает надлежащую обработку циркуляционной воды с целью снижения сопротивлений в системе из-за отложений, коррозии, загрязнений и т.д. Соответствующая обработка охлаждающей воды снижает прямое и косвенное потребление энергии.

3.3 Водопользование

3.3.1 Виды водопользования

Вода наиболее часто используется в ПСО в качестве промежуточного охлаждающего агента в связи с ее благоприятными экологическими и термодинамическими свойствами. Вода нетоксична и обладает относительно высокими значениями удельной теплоемкости и теплоты парообразования. В то же время использование воды различными типами систем охлаждения существенно различаются по способам и воздействию на состояние водных объектов. В связи с этим необходимо уточнить значения специальных терминов, обозначающих различные способы использования водных ресурсов.

В технической литературе, документах стандартизации и нормативных правовых документах используются различная терминология для обозначения способов использования водных ресурсов. В данном справочнике НДТ используется терминология, определенная нормативными правовыми актами Российской Федерации.

По способу использования водных объектов Водный кодекс подразделяет водопользование на:

1) водопользование с забором (изъятием) водных ресурсов из водных объектов при условии возврата воды в водные объекты (возвратное водопользование);

2) водопользование с забором (изъятием) водных ресурсов из водных объектов без возврата воды в водные объекты (безвозвратное водопользование);

3) водопользование без забора (изъятия) водных ресурсов из водных объектов.

Водопользование с забором воды при условии ее возврата в водный объект, называемое иногда возвратным водопользованием, не создает рисков истощения водных ресурсов. В то же время для комплексной оценки влияния данного способа водопользования на водные объекты необходимо учитывать качество возвратных вод, так как в процессе использования воды могут изменяться ее химический состав, физические свойства, например, температура, микробиологические свойства.

Водопользование с забором воды без ее возврата в водный объект не создает рисков загрязнения водного объекта, однако может приводить к истощению водных объектов, что может быть особенно существенно для регионов с недостатком водных ресурсов. Водопользование с забором воды без ее возврата в водный объект иногда называют безвозвратным водопользованием или безвозвратными потерями воды.

Водопользование без забора воды включает использование акватории водных объектов для:

- строительства различных сооружений, в том числе гидротехнических сооружений;

- размещения стационарных и (или) плавучих платформ, искусственных островов на землях, покрытых поверхностными водами; строительства гидротехнических сооружений, мостов, а также подводных и подземных переходов, трубопроводов, подводных линий связи, других линейных объектов;

- разведки и добычи полезных ископаемых;

- проведения дноуглубительных, взрывных, буровых и других работ, связанных с изменением дна и берегов водных объектов;

- сплава древесины;

- судоходства;

- осуществления аквакультуры (рыбоводства) и акклиматизации водных биологических ресурсов;

- рекреационных целей и т.п.

Как правило, эксплуатация ПСО не связана с водопользованием без забора воды. Поэтому в дальнейшем рассматриваются только два первых способа водопользования, предусмотренных Водным кодексом.

Для водных оборотных систем характерно как возвратное, так и безвозвратное водопользование. Часть воды, потребляемой такими системами, возвращается в водные объекты непосредственно или через централизованные системы канализации. Как правило - это продувочные воды оборотных систем, с которыми из системы выводятся избыточные соли. Безвозвратные потери в открытых испарительных системах с градирнями состоят из потерь с испарением, капельным уносом через башни и через воздуховходные окна.

Потери воды в градирнях на испарение Gи определяются по формуле:

Gи = k Gж, ,

где k - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый в зависимости от температуры наружного воздуха по сухому термометру от 0,001 до 0,0016.

Потери на капельный унос через башни:

- для градирен, оборудованных водоуловителем - равны или меньше 0,05%;

- для градирен без водоуловителя равны 0,5% - 0,8% циркуляционного расхода воды.

Потери воды на унос ветром через воздуховходные окна составляют 0,02% - 0,05% циркуляционного расхода воды (при средней скорости ветра до 3 м/с).

Для оборотных систем охлаждения с водоемами-охладителями безвозвратные потери состоят из:

- фильтрации через ложе и дамбы водоема-охладителя;

- естественное и дополнительное (за счет повышения температуры воды, вызванного теплом, отводимым от охлаждаемого оборудования) испарение с зеркала водохранилища.

Фильтрация воды из водохранилищ зависит от многих параметров, в значительной степени от фильтрующих свойств грунтов в его основании, которые изменяются в очень широких пределах.

Таблица 3.18 - Ориентировочное значение коэффициента фильтрации из водохранилища в зависимости от породы грунта

Порода	Значение коэффициента фильтрации, м/сут.
Тяжелый суглинок	0,05
Легкий суглинок	0,05 - 0,1
Супесь	0,1 - 0,5
Лесс	0,25 - 0,5
Песок пылеватый	0,5 - 1,0
Песок мелкозернистый	1,0 - 5,0
Песок среднезернистый	5,0 - 20,0
Песок крупнозернистый	20 - 50
Гравий	50 - 150
Галечник	100 - 500
Крупный галечник, лишенный песчаного заполнителя	500 - 1000

Водопользование прямоточных ПСО относится к возвратному водопользованию с забором водных ресурсов из водных объектов при условии их возврата в водные объекты.

Иногда при анализе водных балансов прямоточных систем учитывают так называемые "потери на дополнительное испарение" в водном объекте за счет сброса нагретой воды. Их величина зависит от многих параметров, но для оценки можно принимать значение 1% от расхода отводимой теплой воды. Необходимо подчеркнуть, что эти "потери" происходят с поверхности водного объекта, за пределами прямоточных ПСО.

3.3.2 Применяемые методы снижения безвозвратного потребления воды

В данном разделе рассматриваются меры по снижению безвозвратного потребления воды. Аналогично энергопотреблению водопотребление нельзя рассматривать в пределах водного баланса только ПСО. Снижение потребления воды непосредственно ПСО может сопровождаться ростом безвозвратного потребления воды производственным объектом в целом. Например, использование прямоточной системы охлаждения приводит к дополнительному испарению из водного объекта - приемника сбросного тепла около 1% от расхода циркуляционной воды. В то же время применение оборотной испарительной системы с башенной градирней сопровождается потреблением (безвозвратным изъятием из водного объекта) объемов воды порядка 1,5% - 2%.

При выборе методов снижения потребления воды необходимо учитывать влияние способов и объемов водопотребления на другие характеристики и экологические аспекты ПСО, в том числе:

- потребление энергии системами охлаждения и охлаждаемыми производственными процессами;

- сброс загрязняющих веществ в поверхностный водоем;

- необходимость подготовки и обработки циркуляционной воды;

- косвенные выбросы в атмосферу.

Объем потребления воды существенно зависит от типа применяемой ПСО. Несмотря на то, что наименьшие объемы воды потребляются воздушными радиаторными системами, их применение ограничено в связи с высокими значениями прямого и косвенного энергопотребления, а также высокими затратами. Применение сухих систем охлаждения обычно приводит к снижению эффективности охлаждаемого процесса. Сухие системы применимы только в случаях недоступности воды для применения водных прямоточных и оборотных испарительных ПСО.

При наличии достаточно крупного водного объекта наиболее рациональным способом снижения расходования его водных ресурсов является организация прямоточной или оборотной системы охлаждения с водоемом-охладителем.

Для водных оборотных систем с градирнями в качестве меры экономии воды широко применяют каплеуловители. При выборе конструкций каплеуловителя необходимо учитывать не только его эффективность улавливания капель, но и его аэродинамическое сопротивление, чтобы избежать роста энергопотребления.

Для водных систем охлаждения с бассейнами и водоемами важно применять меры по снижению потерь воды через ложа водоемов.

Значительное снижение объемов забора свежей воды для подпитки оборотной системы охлаждения может быть достигнуто за счет использования для подпитки слабоминерализованных сточных вод от других производственных систем без или после их предварительной очистки. На ТЭС к таким водам относятся дождевые и талые воды с территории предприятия, стоки от водной промывки котлов, взрыхляющие и промывочные воды фильтров водоподготовительных установок, продувочные воды котлов, вода после охлаждения подшипников вращающихся механизмов и другие нефтесодержащие стоки после их очистки от нефтепродуктов.

3.4 Ущерб водным организмам

3.4.1 Уровень ущерба

Водозабор из поверхностных водных объектов может быть элементом водных ПСО. Для крупных водозаборов, например, систем прямоточного охлаждения, ущерб для рыбы и других водных организмов может быть значимой проблемой. Некоторое количество водных организмов увлекается водным потоком на водозаборе и проходя через решетки на водозаборе, насосы и теплообменники травмируются или погибают. Количество погибающих водных организмов (гидробионтов) зависит от комплекса технических и гидробиологических факторов.

По результатам проведенного опроса две электростанции сообщили о величинах ущерба рыбным ресурсам от деятельности водозаборов. Это расчетные данные, определенные по результатам специальных исследований.

Электростанция с прямоточной системой охлаждения сообщила об ущербе рыбным ресурсам в размере 118 т в течение 2015 года. При этом водозабор ТЭС оснащен РЗУ механического типа, включающее вертикальные вращающиеся мусорозащитные сетки, рыбоподъемники, рыбоотводящий тракт и успокоительный бассейн. Об измеренной эффективности этого РЗУ не сообщается.

Другая электростанция с оборотной ПСО с русловым водохранилищем в качестве водоема-охладителя сообщила о среднегодовом ущербе в размере 1,9 т/год. Водозабор ТЭС не оснащен РЗУ.

Сравнение удельных показателей ущерба, приведенных к расходу охлаждающей воды через водозабор, показывает их различие на 2 порядка: 103 кг/млн. в первом случае при наличии РЗУ, и 3,5 кг/млн. во втором случае при отсутствии РЗУ. Это говорит о высокой зависимости уровня ущерба от характеристик экосистем водных объектов - источников водоснабжения.

Полных представительных данных по объемам рыбы, поступающей с охлаждающей водой или погибающей в системах охлаждения, нет. В справочнике ([9]) приведены результаты некоторых исследований в странах Европейского Союза.

Так, были проанализированы результаты 24-часовых опытов по подсчету количества рыб, погибших на водозаборе электростанции мощностью 600 МВт(эл) в Нидерландах на реке Рейн при расходе охлаждающей воды 22 - 25 /с. Результаты показали, что количество погибшей рыбы изменяется в широких пределах как по годам, так и между сезонами одного года. Наибольшая интенсивность гибели рыбы происходила летом.

Исследования на электростанции мощностью 2000 МВт на реке Трент в Англии показывали, что подавляющее большинство случаев попадания рыбы в водозабор происходило вечером или ночью в летний период. Электростанция оснащена оборотной системой охлаждения, свидетельств существенного ущерба рыбным ресурсам найдено не было. Такая же ситуация сложилась на другой, аналогичной по мощности, электростанции на реке Темза. На обеих станциях установлены сетки с ячейкой шириной приблизительно 9 мм.

Исследование относительно захвата и гибели рыбы на девяти голландских электростанциях показало, что более чем 95% экземпляров захваченной рыбы имели возраст менее 1 года и имели длину менее 10 см. Это подтверждено результатами исследований на упомянутой электростанции на реке Трент, хотя там смертность составляла 100%, в то время как в Нидерландах была отмечена незначительная смертность рыбы по сравнению с наблюдаемой естественной смертностью.

Таблица 3.19 - Масса погибшей рыбы на водозаборах электростанций, приведенная к расходу охлаждающей воды ([9])

Водный объект	Электростанция	Установленная электрическая мощность, MВт	Масса погибшей рыбы, кг/млн.
Северное море	Sizewell A	480	73
	Kingsnorth	2000	4,4
	Dunkerque	600	19
	Gravelines	5400	48
Пролив Ламанш	Dungeness A	410	190
	Dungeness B	1200	40
	Paluel	5200	43
	Fawley	2000	19
Бристольский канал	Hinkley B	1300	24
Устье реки	Le blayais	3600	79
Река	Loire (St Laurent A)	1000	1,8

В отчете ([49]) приведен анализ ущерба водным биоресурсам, наносимым крупными водозаборами промышленного назначения в США. В отчете указывается, что гибель гидробионтов на водозаборах является наиболее явным наблюдаемым видом ущерба систем охлаждения. Объем прямого ущерба от гибели и повреждения в целом по США, включая косвенные влияния, оценивается ЕРА примерно в 1,9 млрд. особей в год и неравномерно распределен среди рыб, бентических беспозвоночных, фитопланктона, зоопланктона и других водных организмов. В этом объеме 0,47 млрд. особей представлены видами, имеющими промысловое значение, остальные организмы являются кормовой базой для различных водных организмов. Этот ущерб имеет непосредственные эффекты и прямое влияние на величину популяции и распределение по возрасту затронутых разновидностей, и может увеличиваться через пищевые сети. В общем случае уровень ущерба невысок и составляет по оценке 2,8% от объема вылова гидробионтов в результате частного и промышленного рыболовства.

Однако в некоторых случаях уровень ущерба может достигать значимых величин. Например, отмечается уровень ущерба, равный приблизительно 10% от среднего ежегодного прироста популяции зимней камбалы (Pseudopleuronectes americanus) в Южной Новой Англии, штат Массачусетс.

3.4.2 Применяемые методы снижения ущерба

Для водозаборов на реках, водохранилищах и других водоемах, которые имеют рыбохозяйственное значение и могут быть использованы в рыбохозяйственных целях, в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации необходимо предусматривать строительство рыбозащитных и других рыбоохранных устройств и сооружений, согласованных с органами рыбоохраны и предназначенных для сохранения условий естественного воспроизводства водных биоресурсов при гидротехническом строительстве. Цель рыбозащитных устройств - предупреждение попадания в водозаборы, травмирования и гибели личинок и молоди рыб и отведения их в жизнеспособном состоянии в безопасное место рыбохозяйственного водоема для естественного воспроизводства.

Как было показано ранее объемы ущерба водных биоресурсам при эксплуатации водозаборов могут различаться на несколько порядков в зависимости от многих факторов. Соответственно и оптимальные решения для конкретных водозаборов определяются множеством разнообразных местных биологических, экологических и технических условий и факторов. В связи с этим невозможно определить единый наилучший для всех случаев метод или набор методов предотвращения или снижения ущерба водным биоресурсам на водозаборах.

В [13] предложен подход к выбору рыбозащитных мер, который на основе накопленного опыта в области рыбозащиты, анализа существующих конструкций РЗУ и положений СНиП 2.06.07-87 ([11]) позволяет выбрать оптимальную конструкцию РЗУ.

При проектировании РЗУ производятся предварительные ихтиологические изыскания с целью определения следующих характеристик экосистемы водного объекта: видовой и размерный состав защищаемых рыб; период их ската и миграции; вертикальное и горизонтальное распределение рыб; места расположения нерестилищ и зимовальных ям; сносящая скорость течения для молоди защищаемых рыб. Водозаборы размещают с учетом экологического районирования водоема в зонах (биотопах) пониженной плотности рыб. Не допускается их расположение в районах нерестилищ, зимовальных ям, на участках интенсивной миграции и большой концентрации личинок и молоди рыб, в заповедных зонах. Рыбозащитные устройства должны обеспечивать защиту рыб всех видов и размеров. При этом их рыбозащитная эффективность для рыб размером от 12 мм и выше должна быть не менее 70%.

Рыбозащитное устройство, как правило, включает три основных функциональных элемента: входной потокоформирующий, рабочий с защитно-водоприемной поверхностью и выходной рыбоотводящий. Дополнительно в конструкцию РЗУ может быть включен комплекс вспомогательных элементов.

Потокоформирующий элемент предназначен для создания гидравлической структуры поступающего в РЗУ потока воды, которая обеспечивает вывод рыб в удаленную от защитно-водоприемной поверхности рабочего органа зону транзитного потока и обеспечивает оптимальные условия для их ската на транзите в рыбоотводящий элемент.

Рабочий орган (защитно-водоприемный элемент) предназначен для поддержания оптимальных гидравлических условий пассивного ската молоди рыб в транзитном потоке и для равномерного со скоростями, не превышающими сносящие скорости для наименьшего размера защищаемых рыб, отбора рабочего потока в водозабор через реальную или воображаемую защитно-водоприемную поверхность.

Рыбоотводящий элемент предназначен для отведения защищенной молоди из зоны действия рабочего органа в безопасное место рыбообитаемого водоема. В качестве рыбоотводящего элемента может быть использовано естественное течение водотока или искусственное организованное течение в водоеме или рыбоотводящем тракте.

Вспомогательный элемент предназначен для повышения эффективности защиты главным образом подросших, свободно перемещающихся в водоеме рыб. С помощью дополнительных свойств он позволяет более полно и с большей эффективностью использовать рыбозащитные качества основных функциональных элементов как в комплексе, так и в отдельности. При этом в конструкцию рыбозащитных сооружений могут быть включены как один, так и сразу несколько вспомогательных элементов. Как правило, вспомогательные элементы оказывают на рыб физиологическое влияние различного происхождения, обеспечивающее самостоятельное активное движение рыб от источника опасности на участки водоема с более комфортными условиями обитания.

Конструкция РЗУ для конкретного водозабора разрабатывается как комбинация различных вариантов из набора функциональных основных и вспомогательных элементов.

Потокоформирующие элементы РЗУ

Потокоформирующий элемент является основным элементом конструкции, не только организующим гидравлическую структуру потока в РЗУ, но и, главным образом, влияющим на характер перераспределения молоди внутри устройства в определенную его зону. Поэтому, поскольку он предназначен для организации такой гидравлической структуры поступающего в устройство потока, при которой молодь рыб перераспределяется в его транзитную зону, и рассматривать этот элемент целесообразно в зависимости от характера его воздействия на структуру течения транзитного потока.

Обеспечить перераспределение молоди рыб в потоке можно, сформировав следующие гидравлические структуры его течения: реоградиентную, с поперечной циркуляцией и вызывающую "реакцию избегания".

Реоградиентная структура потока характеризуется наличием зон с различными скоростями течения, обладающими различной транспортирующей молодь рыб способностью. В свою очередь, именно повышенная транспортирующая способность транзитного рыбоотводящего потока обеспечивает эффективное перемещение молоди рыб мимо водоприемной поверхности рабочего органа в оголовок рыбоотвода и далее из зоны влияния водозабора. Реоградиентную структуру потока можно сформировать либо установкой в водотоке стационарных потокоформирующих элементов (наклонных поверхностей, конфузоров и т.д.), создающих в определенной его зоне течение с повышенной скоростью, либо подачей в эту зону высокоскоростной струи из автономных или питающихся из напорной сети водопотребителя струегенераторов.

Поперечная циркуляция потока позволяет перераспределить скатывающуюся в водотоке молодь рыб в его определенную рыбоотводящую зону. Структуру течения потока с поперечной циркуляцией можно сформировать установкой в водотоке закручивающего потокоформирующего аппарата. При этом конструкция последнего может быть различной (завихрители с осевым и тангенциальным входом, струенаправляющие лопатки, излучина и т.д.).

Наличие различных возмущений в потоке, имеющих механическую, гидравлическую или иную природу, может вызвать у рыб "реакцию избегания", отпугивающую их от источника опасности, в данном случае водоприемной поверхности рабочего органа РЗУ. Структуру течения потока, вызывающую у рыб "реакцию избегания", можно сформировать, установив в водотоке устройство, оказывающее на него локальное или более объемлющее воздействие, заставляющее рыб самостоятельно выйти из зоны действия данного устройства, т.е. и из зоны действия водозабора. Примерами таких устройств могут быть стационарные или движущиеся турбулизаторы потока, водовоздушные завесы и т.д.

В настоящее время разработаны следующие типы потокоформирующих элементов: кумулятивные, вихревые, инерционные, струйные, поворотно-русловые, водовоздушные, воздушно-пузырьковые и турбулизирующие. Их исследования дали толчок к созданию целого направления в разработке РЗУ переформирующего типа. В результате на их основе было разработано целое семейство переформирующих рыбозащитных сепараторов.

Рабочие органы РЗУ

Рабочий орган РЗУ, являясь защитно-водоприемным элементом, в многокомпонентных переформирующих РЗУ выполняет главным образом водоприемно-распределительную функцию.

Переформирующий рабочий орган представляет собой устроенную за потокоформирующим элементом поверхность, служащую для плавного растекания рабочего потока в водоприемные окна с сохранением организованной на входе в устройство оптимальной гидравлической структуры транзитного течения. В большинстве случаев эта поверхность выполняется водонепроницаемой или вообще является стенками водовода, а водоприемные окна потребителя располагаются за ней фронтально к движущемуся в устройстве потоку, как, например, в рыбозащитном концентраторе с вертикальной сепарацией.

Заградительный рабочий орган представляет собой расположенную за потокоформирующим элементом мелко- или крупноперфорированную поверхность, служащую для равномерного отбора из транзитного потока рабочего потока через перфорацию к водопотребителю при одновременном недопущении попадания молоди рыб в водозабор. Здесь имеет место не фронтальный, а "щелевой" тип водозабора. При этом транзитная (рыбоотводящая) зона остается одинаковой для обоих типов рабочих органов, поэтому установка заградительного рабочего органа за потокоформирующим элементом (например, входной гранью порога) позволяет придать всему РЗУ новое качество: оно становится чисто отводящим переформирующим ночью, в наибольшей степени использующим естественные особенности пассивного ската молоди рыб, и отводящим рыбозаградителем днем, ориентирующим молодь на активный уход от преграды (защитно-водоприемного экрана).

Отгораживающий рабочий орган представляет собой установленный в зоне влияния водозабора водонепроницаемый экран, служащий для предотвращения прямого доступа молоди рыб к потребителю из рыбообитаемых горизонтов водоема и обеспечения забора воды из мало насыщенных молодью рыб горизонтов водоема. Для эффективной работы отгораживающего рабочего органа необходимо осуществлять мероприятия по переконцентрации молоди рыб в зону защиты (к защитному экрану) и обеспечению вдоль него естественно или искусственно организованного транзитного течения для выноса и транспортировки рыб, накапливающихся перед этим экраном, из зоны действия водозабора.

Рыбоотводящие элементы РЗУ

Рыбоотводящий элемент РЗУ (рыбоотвод) предназначен для отведения защищенной жизнеспособной молоди рыб из зоны действия рабочего органа РЗУ в безопасное место рыбообитаемого водоисточника для ее дальнейшего естественного воспроизводства.

Основными функциональными показателями работы рыбоотвода являются его транспортирующая способность, характеризующаяся скоростью течения потока, выносящего молодь рыб из зоны влияния водозабора, а также расход рыбоотвода по отношению к рабочему расходу воды, забираемой водопотребителем.

Рыбоотвод (систему отведения молоди из зоны влияния водозабора в безопасное место водоисточника) целесообразно рассматривать в зависимости от характера используемого для этого течения, а именно:

- как естественное течение водотока;

- как искусственно организованное течение водотока;

- как течение в отводящих трактах (трубопроводах, каналах и т.д.).

При этом естественное течение водотока может иметь место, как в речном русле, так и в искусственном канале. Искусственно организованное течение для отвода молоди рыб от водозабора можно организовать, создав искусственный стрежень или локальный гидравлический экран.

Искусственный стрежень организуется с помощью системы последовательно установленных в слабо проточном водоеме автономных струегенераторов в целях отведения защищенной в рыбозащитном сепараторе молоди в том случае, если организация рыбоотводящего тракта невозможна или экономически невыгодна. При этом система струегенераторов создает локальное течение (струю) от рабочего органа в безопасное место водоема, т.е. за пределы зоны влияния водозабора.

Гидравлический экран решает более локальную задачу, а именно отвод защищаемой молоди из зоны действия рабочего органа, например, жалюзийного экрана. В этом случае гидравлический экран выполняет функции не только рыбоотводящего, но и потокоформирующего и рабочего элементов.

Отведение защищенной молоди рыб из зоны действия водозабора в рыбоотводящих трактах - наиболее распространенный способ организации рыбоотвода практически на любых водозаборах, размещенных в слабопроточном водоеме. При этом транспортирование молоди может осуществляться по трубопроводу, в открытом или закрытом канале, в специально организованной в водоподводящем канале акватории.

Компактные трубопроводы целесообразно прокладывать от рыбозащитного сепаратора обратно в водоисточник по дну непротяженных водозаборных ковшей или каналов. При наличии более протяженных каналов на создание течения в трубопроводах приходится затрачивать значительные энергетические ресурсы, что не всегда бывает экономически приемлемым, поэтому в данном случае более целесообразным является устройство в водоподводящем канале специальной акватории, отгороженной от водозабора, например, продольной стенкой. При этом специального течения в акватории не создается, кроме как за счет поступающего в нее потока воды из оголовка рыбоотвода. В случае размещения рыбозащитного сепаратора на значительном удалении от водоисточника целесообразно применение закрытых или открытых каналов, выбор типа которых зависит от топографической характеристики местности. Кроме того, закрытый канал является сопрягающим звеном между оголовком рыбоотвода и открытым каналом. В зависимости от топографической характеристики местности (наличие больших уклонов поверхности земли, перепада между бьефами гидроузла и т.д.) течение в рыбоотводящих трактах может быть самотечным. При отсутствии таковых течение в рыбоотводящих трактах организуется специальными устройствами (эжекторами, водогонами и т.д.). В этом случае рыбоотвод включает следующие элементы: оголовок рыбоотвода, узел создания течения, рыбоотводящий тракт (трубопровод, канал и т.д.).

Вспомогательные элементы РЗУ

Вспомогательные элементы РЗУ предназначены для повышения эффективности защиты главным образом подросших, свободно перемещающихся в водоеме рыб путем проведения дополнительных рыбозащитных мероприятий, позволяющих более полно и с большей эффективностью использовать "рыбозащитные" качества основных функциональных элементов, как всех в комплексе, так и каждого в отдельности. При этом в конструкцию РЗУ могут быть включены как один, так и сразу несколько вспомогательных элементов. Как правило, вспомогательные элементы оказывают на рыбу физиологическое воздействие различного происхождения, обеспечивающее самостоятельное активное движение рыб в локальные зоны с более комфортными условиями обитания и одновременно удаленные от зоны влияния водозабора.

В зависимости от способа воздействия на защищаемых рыб вспомогательные элементы делятся на три основные группы:

- ориентирующие (направляющие);

- привлекающие;

- отпугивающие.

Ориентирующие вспомогательные элементы предназначены:

- для ограничения зоны безопасного ската рыб вдоль рабочего органа (воздушно-пузырьковая завеса, тактильный ориентир, электрорыбозаградитель, "световая дорожка"), что снижает вероятность контакта рыб с водоприемной поверхностью рабочего органа РЗУ, их травмирования и гибели. В результате рыбозащитная эффективность всего устройства повышается;

- для улучшения условий отвода рыб из зоны действия водозабора (тактильный ориентир, "световая дорожка").

В результате применения ориентирующего вспомогательного элемента в системе рыбоотведения РЗУ удается значительно сократить протяженность рыбоотводящих трактов и снизить энергозатраты на создание в них течения воды.

В большинстве случаев для создания водовоздушной завесы (ВВЗ) перфорированным оголовком воздуховода - эрлифтом доукомплектовывается потокоформирующий элемент РЗУ. При этом шлейф ВВЗ располагается по границе между транзитным течением, транспортирующим защищаемую рыбу в рыбоотвод, и зоной растекания потока по рабочему органу РЗУ. Являясь визуальной и акустической преградой для большинства активно перемещающихся в потоке рыб, ВВЗ предотвращает выход рыб из транзитной зоны потока в зону действия рабочего органа РЗУ. Это обеспечивает бесконтактную защиту не только покатной молоди рыб, устойчиво сносящейся в потоке, но и подросших рыб, способных к более самостоятельным перемещениям в водотоке.

Тактильный ориентир (продольные лотки, стенки и т.п.) устраивается в омываемой транзитным течением периферийной зоне действия рабочего органа РЗУ. Он предназначен для обеспечения возможности подросшим рыбам восстанавливать тактильную ориентацию и самостоятельно выходить из "высокоскоростной" зоны транзитного течения, не подходя при этом к водоприемной поверхности рабочего органа РЗУ для отдыха, дальнейшего ската в зонах с пониженными скоростями течения или устойчивой тактильной ориентации.

Электрорыбозаградитель - система электродов, создающих отпугивающее рыб электрическое поле, предназначенное для стимулирования ухода рыб от водоприемной зоны рабочего органа РЗУ в транзитную периферийную зону с последующим скатом в ней в оголовок рыбоотвода. Как правило, размещается электрорыбозаградитель параллельно или под углом к водоприемной поверхности рабочего органа РЗУ либо ею собственно и является.

"Световая дорожка" предназначена для восстановления ориентации рыб в потоке или стимулирования их движения в необходимом для целей рыбозащиты направлении. В зависимости от назначения "световая дорожка" может располагаться как в водоприемной, так и в транзитной зоне рабочего органа РЗУ. Она может быть движущейся - "бегущая волна", образованная поочередным включением рядов электрических ламп, и стационарной, выполненной из постоянно светящихся ламп или черно-белой разметки - "зебра".

Апеллентные вспомогательные элементы предназначены:

- для привлечения и удержания мигрирующих рыб в безопасных, удаленных от зоны влияния водозабора участках водоема (аэратор, места оптимального обитания, световой маяк и звуковой манок). Это позволяет замедлить на продолжительное время или вообще полностью прекратить скат рыб в зону действия водозабора. В связи с этим применение апеллентных вспомогательных элементов в ряде случаев можно рассматривать как самостоятельные рыбозащитные мероприятия и альтернативу оборудованию водозаборов рыбозащитными сооружениями;

- для привлечения и стимуляции движения рыб по РЗУ в оголовок рыбоотвода (световой маяк и звуковой манок);

- для сокращения протяженности рыбоотводящих трактов и энергозатрат на организацию в них течения воды (аэратор, места оптимального обитания, световой маяк и звуковой манок).

Аэратор целесообразно использовать в водоемах с пониженным содержанием кислорода в воде. В этом случае при размещении различного рода аэрационных установок (плавучих и стационарных аэраторов, перфорированных трубопроводов, подключенных к напорному воздуховоду и т.д.) в удаленных от водозабора участках заморного водоема, можно добиться самостоятельного перехода рыбного стада и кормовой базы водоема из зоны действия водозабора в зону действия аэратора. При этом целесообразно применять мобильные плавучие аэрационные установки, позволяющие более оперативно реагировать на изменение гидрологической, водовоздушной и гидрохимической ситуации в водоеме и концентрировать рыбу на оптимальных в данный момент участках водоема. Аэратор может быть размещен также в протяженных рыбоотводящих трактах РЗУ для улучшения кислородного режима, созданного в них течения, а также на входе в оголовок рыбоотвода для привлечения к нему защищаемых рыб.

Места оптимального обитания рыб - участки акватории с оптимальными для обитания рыб рельефом дна, гидрологическим, температурным, кислородным и кормовым режимами, предназначены для улучшения условий обитания и нагула рыб, а также для задержки и полного прекращения ската молоди рыб ранних возрастных групп вниз по течению в зону опасности, например, к водозаборным сооружениям.

Места оптимального обитания рыб подразделяются на:

- русловые, предназначенные для задержки ската ранней молоди рыб с нерестилищ. Они устраиваются в русле водотока, непосредственно ниже по течению нерестилищ или выше опасной зоны (водозабора). Локальными стационарными или передвижными русловыми местами оптимального обитания рыб могут быть дооборудованы выходные оголовки рыбоотводов в целях сокращения протяженности рыбоотводящих трактов РЗУ;

- береговые ловушки-рыбонакопители, размещаемые в естественных или искусственных заливах и предназначенные как для задержки ската ранней молоди с нерестилищ, так и, главным образом, для предупреждения попадания молоди рыб в водозаборные и водосбросные сооружения путем удержания рыб в комфортных условиях обитания. В них также могут быть направлены и рыбоотводящие тракты РЗУ.

Места оптимального обитания рыб можно рассматривать как самостоятельные рыбозащитные сооружения, особенно в тех случаях, когда необходимо задержать или полностью прекратить скат рыб в водосбросные сооружения крупных гидроузлов или водоприемники ГЭС. В связи с этим они включают весь комплекс основных функциональных элементов и оборудованы входным потоко- и рыбонаправляющим оголовком, рабочей рыбонакапливающей акваторией и системой (гидравлической, механической, рельефной и т.д.) удержания рыбы в акватории, т.е. противорыбоотводом. Входной оголовок мест оптимального обитания рыб целесообразно оборудовать вспомогательным рыбонаправляющим устройством.

Световой и звуковой манки целесообразно использовать в рыбоводных хозяйствах для перераспределения рыб из зон действия водозабора или водосброса в удаленные от них, желательно кормовые, зоны водоема. Манки могут быть различной конструкции при условии, чтобы их сигнал хорошо воспринимался рыбой и подавался во время ее кормления. Манки могут размещаться также в оголовке рыбоотвода для ориентации и привлечения в него защищаемых рыб и на безопасных участках водоема, расположенных за выходным оголовком, как правило, укороченного рыбоотвода для организации самостоятельного движения рыб по намеченной трассе рыбоотведения.

Репеллентные вспомогательные элементы предназначены для отпугивания рыб от водоприемной зоны рабочего органа РЗУ в целях предотвращения попадания их в водозабор.

В большинстве случаев в собственно РЗУ они конструктивно и функционально схожи с ориентирующими вспомогательными органами. Однако при определенных условиях (малая производительность водозабора, незначительный ущерб, наносимый им рыбному хозяйству, и т.д.) репеллентные вспомогательные элементы возможно использовать и как самостоятельные рыбозащитные сооружения.

Водовоздушная завеса (пневмобарьер) устраивается перед водозабором в индифферентной зоне его влияния, т.е. там, где скорости течения воды в водозабор не превышают пороговых скоростей плавания защищаемых рыб. Весьма желательно, чтобы вдоль ВВЗ существовало транзитное течение водотока. Конструктивно и функционально репеллентная ВВЗ схожа с ориентирующей ВВЗ. Принцип ее действия заключается в отпугивании рыб, соприкасающихся с визуально непроницаемой, движущейся "стенкой". Кроме того, поскольку репеллентная ВВЗ расположена в зоне пониженных скоростей течения воды, то ее факел поднимается практически вертикально вверх. При этом вдоль факела формируется восходящее водное течение, увлекающее за собой молодь рыб. Растекаясь по поверхности, оно способствует выносу рыб в поверхностном слое от водозабора обратно в водоем, что можно рассматривать как проявление рыбоотводящих функций. Однако наиболее целесообразной является совместная работа ВВЗ с защитно-водоприемной поверхностью рабочего органа иного типа, например, переформирующего, с направлением водовоздушного факела спутно транзитному течению в оголовок рыбоотвода, т.е. использование ВВЗ в качестве ориентирующего вспомогательного элемента РЗУ.

Электрорыбозаградитель также устраивается в индифферентной зоне влияния водозабора и конструктивно и функционально схож с ориентирующим электрорыбоза-градителем. Однако поскольку при его работе не формируются никакие рыбоотводящие течения, то его можно использовать только на водотоках или дооборудовать им транзитные участки рабочих органов РЗУ.

Световой и звуковой барьеры - системы пульсирующих ламп, гидрофонов, звуковых вибраторов и т.д., устанавливаемые в индифферентной зоне влияния водозабора, служащие для дооборудования рабочих органов РЗУ и предназначенные для оказания на рыб отпугивающе-ориентирующего воздействия, препятствующего их заходу в опасную зону.

Эффективность акустических барьеров, в первую очередь, для молоди рыб, не превышает 60% - 70%. По этой причине рекомендуется использование комбинированных (акустико-механических, акустико-пузырьковых, акустико-электрических и т.д.) РЗУ, обеспечивающих одновременное воздействие на несколько каналов восприятия информации у рыб об окружающей обстановке (слуховые, зрительные, тактильные и др. рецепторы). Сообщается, что эффективность акустико-пузырьковых РЗУ на крупных водозаборах составляет 90% - 95%.

При создании оптимальных конструкций РЗУ для конкретных объектов осуществляется выбор типа каждого из функциональных элементов - потокоформирующего, рабочего и рыбоотводящего, а также вспомогательных элементов - с учетом следующих основных факторов:

- существующая в водоеме в зоне действия водозабора ихтиологическая обстановка (размерно-видовой состав подлежащих защите рыб, характер их покатных, кормовых и других миграций и т.д.) влияет в основном на выбор потокоформирующего элемента и рабочего органа;

- топографический, гидрологический, климатический и другие факторы - на все три функциональных элемента РЗУ;

- капитальные и эксплуатационные затраты - на все три функциональных элемента и главным образом на рабочий орган и рыбоотвод;

- обеспечение требуемой рыбозащитной эффективности - на все три функциональных элемента РЗУ и главным образом на потокоформирующий элемент;

- обеспечение отвода защищенной молоди рыб в жизнеспособном состоянии в безопасное место рыбообитаемого водоисточника - на рыбоотвод.

3.5 Тепловое воздействие на окружающую среду

3.5.1 Влияние ПСО на температуру воды водных объектов

Объем тепла, отводимого от производственного объекта в окружающую среду, определяется общей эффективностью использования энергии объектом. Поэтому ПСО, обеспечивающие наивысшие значения энергоэффективности охлаждаемых технологических процессов и потребляющие наименьшее количество энергии, обеспечивают наименьший объем тепла, отводимого в окружающую среду.

Все тепло, отводимое ПСО от производственных объектов, независимо от их типа и конструкции в итоге оказывается в атмосфере. В то же время некоторые типы водных ПСО отводят все (прямоточные системы, оборотные системы с водоемами-охладителями) или часть тепла (водные оборотные системы с различными градирнями, брызгальными бассейнами) в поверхностные водные объекты, которые можно рассматривать как промежуточные приемники тепла. Изменение естественного температурного режима водных объектов может при некоторых условиях приводить к неблагоприятным изменениям в водных экосистемах, создавать препятствия для пользования водными объектами для других водопользователей. В связи с этим законодательством Российской Федерации установлены меры и механизмы регулирования теплового воздействия на водные объекты.

Необходимо отметить, что по характеру воздействия на водные объекты тепло, в силу своей природы, существенно отличается от воздействия загрязняющих веществ:

- тепло не способно накапливаться в водных объектах или гидробионтах (как, например, некоторые загрязняющие вещества) из-за постоянного теплообмена водного объекта и атмосферы и поверхности земли (дна, берегов водного объекта). В связи с этим тепловое воздействие на водные объекты всегда имеет ограниченный во времени характер, локализовано в пределах определенной зоны, размеры которой определяется соотношением интенсивности процессов поступления тепла в водоем и его рассеивания в окружающей среде. При прекращении сброса тепла в водный объект он достаточно быстро возвращается к своему естественному тепловому состоянию;

- тепло само по себе не оказывает неблагоприятного воздействия на экосистему водоема и водные организмы. Травмирующим фактором может стать повышение температуры воды выше определенных уровней, зависящих от видового состава экосистемы и жизненной фазы водных организмов. Чувствительность к температурному режиму воды различна для разных видов организмов и для разных фаз их развития. В связи с этим законодательные ограничения для техногенного теплового воздействия касаются именно температуры отводимого тепла и его влияния на температуру воды водного объекта, при этом общий объем тепла, сбрасываемого в водный объект, не ограничивается и не регулируется.

Температура воды оказывает прямое влияние на гидробионтов и их физиологию, а также косвенное воздействие через влияние на содержание в воде кислорода и других растворенных газов. Повышение температуры в водоемах может привести к увеличению объемов потребления кислорода и росту биомассы (эвтрофикация), сокращает величину насыщения воды кислородом, что приводит к снижению концентрации кислорода. Рост температуры воды также ускоряет микробное разложение органических веществ, вызывая увеличенное потребление кислорода. Известны случаи аномально высокого повышения температур воды в водных объектах, как правило, небольших. Эти инциденты связаны с аномально высокими температурами окружающей среды, не характерными для данной местности, или условиями маловодности, засухи, когда охлаждающая способность водного объекта резко снижается. Кроме того, если один поверхностный водоем используется несколькими промышленными объектами, требуется учитывать возможность влияния сбросов тепла на эксплуатацию производственных процессов, расположенных ниже по потоку.

Так как рыбы не имеют своей постоянной температуры тела и относятся к пойки-лотермным животным, то температура тела их только на десятые доли градуса отличается от температуры воды. Рыбы могут жить при различной температуре воды, некоторые виды рыб выдерживают значительные колебания ее температуры. Так, щука, окунь, карп, карась, лещ, сазан, линь живут в водоемах, в которых температура воды в течение года изменяется в широких пределах, а другие виды - треска, камбала, рыбы полярных и тропических широт - переносят лишь небольшие температурные колебания, не более 5°С - 7°C.

Исходя из оптимальных температурных условий жизни, все виды рыб условно подразделяются на холодноводных и тепловодных.

К тепловодным относятся семейства карповых, осетровых и др. Некоторые виды тепловодных рыб нерестятся при температуре 13°С - 20°С, а другие при температуре воды в пределах 17°С - 22°С. Питание и рост тепловодных рыб происходит наиболее интенсивно при температуре воды в пределах 18°С - 25°С и выше. При температуре 22°С - 28°С тепловодный карп значительно лучше принимает корм и усваивает пищу, чем при температуре 18°С.

К холодноводным относятся: лосось, семга, форель, белорыбица (семейство лососевых), сиг, рипус, ряпушка (сиговые) и др. Они нерестятся при температуре воды ниже 10°C и наиболее интенсивно питаются и растут при температуре в пределах 8°С - 16°C.

В зависимости от биологического состояния (икра, личинки, мальки, годовики и т.д.), рыбам необходимы определенные оптимальные температуры (табл. 3.4).

Таблица 3.20 - Оптимальные температуры воды для развития икры, личинок и рыбы некоторых видов, С°

Виды рыб	Икра	Личинки	Взрослая рыба
Карп	12,5 - 30	17 - 32	10 - 30
Лещ	-	8 - 23	8 - 28
Голавль	-	-	8 - 28
Линь	-	-	20 - 26
Плотва	-	5 - 20	8 - 25
Щука	7 - 16	8 - 23	9 - 25
Окунь	-	-	8 - 25
Судак	12 - 18	12 - 18	12 - 26
Ручьевая форель	4 - 6	12,4	10 - 17,6
Радужная форель	6 - 14,4	8 - 14	10 - 18
Голец	8,0	16,0	14 - 16
Кумжа	4 - 6	-	5 - 14
Хариус	8 - 14	-	12 - 18
Сиг	-	0 - 3	23

У холодноводных рыб при высоких температурах резко снижается активность и уменьшается интенсивность питания. Наоборот, у тепловодных рыб интенсивность обмена веществ в организме протекает при более высоких температурах, но не выше 30°С. Холодноводные рыбы - форель, сиг, лососевые хорошо развиваются в относительно холодной воде. Для радужной форели оптимальным является температура воды в пределах 16°C - 18°C.

Температура воды в водоеме имеет важное значение для размножения рыб. Так, холодноводные рыбы мечут икру поздно осенью (лососевые породы, сиги и др.), а тепловодные рыбы (карповые породы, сомы, осетровые и др.) приступают к размножению весной и в начале лета.

С изменением температуры воды в водоеме меняется процесс газообмена у рыб, а также изменяется концентрация в воде свободного кислорода. Так, для карпов при температуре воды в водоеме в пределах 1°С минимальная концентрация кислорода должна составлять 0,8 мг/л, а при температуре воды 30°С - 1,3 мг/л.

В связи с изменением температуры воды в водоеме происходит изменение токсического действия некоторых веществ на организм рыб. Например, при температуре воды в пределах 1°С летальная концентрация углекислоты для карпа составляет в количестве 120 мг/л, а при температуре воды 30°С - 55 - 60 мг/л.

Начиная со второй половины 20-го века, было проведено достаточно большое количество, в том числе многолетних и комплексных, исследований влияния теплых сбросных вод ТЭС и АЭС на экосистемы водных объектов ([22]) - ([42]).

В [42] приведены результаты многолетних наблюдений за воздействием Костромской ГРЭС на экосистему Горьковского водохранилища. По результатам исследований был сделан вывод о том, что отчетливо выраженное воздействие тепловых сбросов Костромской ГРЭС на мейобентос (мелкие водные донные организмы) проявлялось у некоторых животных только в смещении фаз жизненного цикла. В остальном различия между зонами с повышенной и нормальной температурами четко не прослеживались.

Влияние нагрева воды на бентос обычно завуалировано другими, более значимыми факторами, например, типом донных отложений. Видимо, по этой причине литературные данные о влиянии сбросов подогретых вод на мейобентос противоречивы. Мейобентос глубоководных участков Мошковичского залива Иваньковского водохранилища, принимающего в себя подогретые воды из системы охлаждения Конаковской ГРЭС, и других частей водоема сходен по видовому составу, в то время как количественные показатели сообщества наиболее высоки в заливе. Максимальные значения численности и биомассы отмечены в зоне умеренного подогрева. За вегетационный период численность и биомасса мейобентоса в подогреваемой части водного объекта в среднем были примерно вдвое выше, чем вне зоны влияния теплых вод.

В глубоководной зоне Новотроицкого водохранилища, служащего водоемом-охладителем Ставропольской ГРЭС, на участке влияния подогретых вод мейобентос значительно богаче, чем в естественных условиях.

По результатам исследований ([24]) влияния Назаровской ГРЭС на экосистему реки Чулым были сделаны следующие основные выводы.

1) Исследования гидрологического режима реки Чулым в районе действия Назаровской ГРЭС показали наличие изменений, возникающих под воздействием сточных вод ТЭС, выражающихся в увеличении температуры воды в районе впадения сбросного канала на 11°С в течении марта и октября, а также на 8°С в летние месяцы, в уменьшении прозрачности воды и отсутствии ледяного покрова на участке реки протяженностью около 60 км.

2) Установлено увеличение количества растворенного в воде кислорода на станциях, подверженных влиянию сбросных вод электростанции до 9,0 мг/л против 7,5 мг/л на фоновой станции.

3) На участках сброса теплых вод и их перемешивания с речным стоком отмечается повышенная биомасса фитопланктона (в 2,0 - 2,5 раза выше по сравнению фоновым участком реки) и увеличение его видового разнообразия (с 46 видов на фоновом участке до 69). Смены доминирующих видов на участке реки, подверженном влиянию Назаровской ГРЭС, по сравнению с фоновым не происходит.

4) В период с 1979 года по 2001 год на участке реки Чулым, подверженном влиянию сбросных вод теплоэлектростанции, произошло уменьшение количества видов фитопланктона с 93 в 1979 году до 70 в 2001 году. С 1991 года отмечаются новые виды водорослей, встречающиеся в летнее время повсеместно, но наиболее массовое развитие отмечено на участке реки, где происходит смешивание водных масс реки и Назаровской ГРЭС.

5) На участках реки Чулым, подверженных влиянию сточных вод ТЭС, происходит опережение развития зоопланктона в весенний период.

6) Величина продукции органического вещества, значения коэффициентов продуктивности фитопланктона и деструкции органического вещества имеют наибольшие значения в течение вегетационного сезона в постэкстримальный температурный период. Это свидетельствуют о стимулирующем действии температуры на указанные процессы. Кроме того, полученные данные позволяют сделать заключение о том, что температура воды в реке выше 25°С оказывает подавляющее действие на рассматриваемые процессы.

7) Анализ полученных результатов свидетельствует о стабильном состоянии экосистемы реки Чулым, и отсутствии в ней выраженных признаков теплового загрязнения.

В монографии ([25]) представлены результаты многолетних исследований техно-экосистемы АЭС. На примере Хмельницкой атомной электростанции рассмотрена концепция техно-экосистемы, особенности ее элементов, характер техногенных и биотических факторов. Приводятся данные по гидрохимическому режиму, гидродинамическим характеристикам водоема-охладителя, гидробиологии основных группировок - планктона, бентоса, перифитона, а также рыбному населению. Рассмотрены концептуальные положения различных подходов к оценкам техногенного воздействия на водные экосистемы.

В [43] приведены результаты многолетнего мониторинга гидрологических, гидрохимических и гидробиологических характеристик Беловского водохранилища. Анализ данных показывает, что динамика его экосистемы соответствует, установленным ранее для других малых водохранилищ умеренных широт, закономерностям. Постоянное поступление дополнительного тепла в результате использования водохранилища в качестве водоема-охладителя ГРЭС, определяет его тепловое эвтрофирование и создает повышенный потенциал самоочищения воды. Изменение качества воды вследствие использования водоема для выращивания рыбы, рекреации, в результате сельскохозяйственного производства и разработки угольных месторождений на водосборном бассейне имеет локальный характер и ограничено во времени. Адаптивный потенциал экосистемы водохранилища достаточен для самосохранения и самовосстановления ее состава, структуры и функционирования.

В результате информационного обмена не было получено сведений о случаях превышения НДС по температуре при эксплуатации ПСО. Превышение НДС по температуре возможно только для ПСО, предполагающих отведение нагретой воды в водные объекты:

- прямоточные системы;

- водные оборотные системы с водоемами-охладителями;

- водные оборотные системы с испарительными градирнями различного типа, брызгальными бассейнами, отводящие продувочные воды в природные водные объекты.

Прямоточные системы и оборотные водные системы с водоемами-охладителями характеризуются наибольшими объемами сброса тепла в водоемы, поскольку все отводимое ими тепло отводится в атмосферу через водные объекты. Температуры тепловой воды, отводимой этими ПСО в водные объекты или водоемы-охладители, как правило, превышают температуру воды на водозаборах на 7°С - 10°C.

Охлаждающая вода в оборотных системах с градирнями передает большую часть своего тепла через градирню непосредственно в атмосферу, а небольшая часть тепла поступает с продувочными водами в водные объекты и только затем - в атмосферу. Объем тепла, сбрасываемого с продувочными водами градирен, составляет приблизительно до 1,5% всего отводимого ими объема тепла.

Знание поведения потока теплой воды в поверхностном водоеме будет ценно не только для защиты принимающей среды, но также и для того, чтобы выбрать правильное место для водозабора и выпуска. Важно предотвратить циркуляцию потока к водозабору, что может оказать влияние на температуру забираемой воды и, следовательно, снижать эффективность системы охлаждения. Как пример, площадь влияния теплового сброса в пределах изотермы повышения естественной температуры на 1°С (например, в озере без сильных течений), составляет приблизительно 1 га на МВт(эл) для обычной электростанции, или приблизительно 45 для электростанции 5000 МВт(эл).

Распределение тепла в водном объекте происходит под воздействием различных физических явлений: турбулентная диффузия, конвекция в воде, перемещение потоков жидкости переменной плотности, испарение, радиация, конвекция в воздухе. В зависимости от температуры и объема сброса тепла и типа принимающей среды, некоторые явления являются преобладающими и определяют способ распределения тепла в принимающей среде.

Расчет распределения тепла в водном объекте достаточно сложен из-за множества механизмов его распространения и, соответственно, множества влияющих факторов. Нормативная методика расчета температур воды в водном объекте дана в [46]. Исходные условия и параметры для расчета НДС тепла должны содержать:

- данные об использовании водного объекта (экологическое состояние, виды использования, баланс водопотребления и водоотведения, схема расположения водозаборов и выпусков сточных вод);

- гидрологические характеристики водного объекта в год 95% обеспеченности: для водотоков - расход, скорость течения, глубина; для водоемов - нормативный подпорный уровень и уровень "мертвого" объема, средняя глубина и площадь водного зеркала;

- расходы забираемой воды из водного объекта на охлаждение оборудования;

- расходы и температуры нагретых вод;

- среднемноголетние метеорологические условия, к которым относятся: естественная температура воды в водном объекте, °C; температура, °C и влажность воздуха, Па; максимальная температура и соответствующая ей влажность воздуха за последние 10 лет, °C; скорость ветра на ближайшей береговой метеостанции, м/с; высота флюгера на ближайшей метеостанции, м; облачность общая и нижняя, баллы (доли единицы).

Охлаждение воды в водоемах-охладителях происходит с поверхности зеркала воды, участвующей в теплообмене, являющейся активной зоной водоема. Водоемы-охладители обеспечивают более низкие температуры охлажденной воды, чем градирни и брызгальные бассейны, при меньшем колебании температуры в течение суток благодаря их большой теплоаккумулирующей способности.

Различают ближнюю и дальнюю зоны сброса охлаждающей воды. Ближняя зона определяется как область, в которой перемешивание теплого водного потока с речной водой еще неполно. Температура воды в ближней зоне зависит от степени смешивания воды. Смешивание может быть интенсифицировано и ускорено за счет применения специальных устройств.

Дальняя зона - область теплой воды, которая полностью перемешана по глубине и является, таким образом, вторичным тепловым полем. Избыточная температура в дальней зоне постепенно снижается из-за смешивания с окружающими водами и теплообмена с атмосферой.

При сбросах в море, подверженное действию приливов, или в море с сильными течениями, поток теплой воды главным образом управляется течениями в принимающей среде. Они вызывают быстрое смешивание, предотвращая любую стратификацию, вызванную различием плотностей теплой и холодной воды. Температура теплой воды снижается преимущественно из-за перемешивания, а не из-за потерь тепла на поверхности воды. В [9] сообщают, что площадь теплой воды в море, подверженном действию приливов, для атомной электростанции мощностью 5000 МВт(эл) составляет от 2 до 10 .

Поведение потока теплой воды в море без течений определяется, прежде всего, явлением стратификации и конвекции. Температура очень быстро снижается в результате перемешивания. В бесприливном море или озере распространение охлаждающей воды находится под сильным влиянием ветровых течений. В среднем область температурного влияния ТЭС оценивается примерно в 1 га/МВт(эл).

При размещении выпуска в устьях рек необходимо учитывать возможности обратного движения воды в результате ветрового воздействия (нагонные явления) или приливных течений. Эти явления могут существенно изменить распространение потока теплой воды в устье.

3.5.2 Законодательные ограничения теплового воздействия на окружающую среду

Действующим российским законодательством установлены следующие требования к изменениям температуры водных объектов под воздействием тепла, отводимого со сточными водами:

- для водных объектов или их участков, используемых для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового водопользования, водоснабжения пищевых предприятий, для рекреационного водопользования, а также в черте населенных мест летняя температура воды в результате сброса сточных вод не должна повышаться более чем на 3°С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет;

- для водных объектов или их участков, которым присвоена какая-либо рыбохозяйственная категория водопользования (высшая, первая или вторая), температура воды не должна повышаться по сравнению с естественной температурой водного объекта более чем на 5°С, с общим повышением температуры не более чем до 20°С летом и 5°С зимой для водных объектов, где обитают холодолюбивые рыбы (лососевые и сиговые) и не более чем до 28°С летом и 8°С зимой в остальных случаях. В местах нерестилищ налима запрещается повышать температуру воды зимой более чем на 2°С.

На основании этих требований по определенной методике разрабатываются обязательные индивидуальные требования к температуре каждого выпуска сточных вод. Методика разработки индивидуальных нормативов допустимого сброса (НДС по температуре) дана в [46] и заключается в расчете максимальной температуры стоков, при которой в контрольном створе выполняются указанные выше требования. При этом учитываются индивидуальные особенности сточных вод (расход), конструкция и место выпуска, категория водопользования участка водного объекта, его гидрологические характеристики, климатические характеристики, естественные температуры воды водного объекта и т.п.

Водным кодексом предполагается переход от описанной методики установления индивидуальных нормативов допустимого сброса к методике нормирования на основе использования нормативов допустимого воздействия (НДВ) на водные объекты. Методика разработки НДВ предполагает установление целевых показателей качества воды для каждого водного объекта и нормативов воздействий (количество веществ и микроорганизмов, содержащихся в сбросах сточных вод и (или) дренажных вод в водные объекты) для водных объектов или их участков. Однако из-за неготовности нормативной базы сроки перехода на новую методику пока не определены.

3.5.3 Применяемые методы снижения влияния ПСО на температурный режим водных объектов

Применяемые методы снижения влияния ПСО на температурный режим водных объектов направлены на:

- снижение объемов сброса тепла в водные объекты;

- выбор водного объекта с достаточной охлаждающей способностью;

- выбор мест и конструкции выпуска теплых вод с учетом местных условий и нормативных требований к температуре воды водных объектов;

- снижение температуры сбросной воды, поступающей в водный объект, интенсификация снижения температуры воды водного объекта в зоне смешения или в активной зоне водоема-охладителя.

Очевидно, что воздушные системы охлаждения, оборотные испарительные системы с различными типами градирен практически не создают рисков превышения допустимых температур водных объектов. Однако, при решении вопроса об общем снижении теплового воздействия на окружающую среду важно понимать, что в конечном счете все тепло попадет в атмосферу и что поверхностный водоем - только промежуточное звено процесса теплопередачи от технологического оборудования к атмосфере. Объем отводимого тепла полностью определяется общей энергоэффективностью технологического процесса, включающего и систему охлаждения. При этом прямоточные ПСО и оборотные водные системы с водоемами-охладителями обеспечивают максимальную эффективность использования первичной энергии и, соответственно, минимальные объемы сбросного тепла. В связи с этим замена прямоточных систем и оборотных систем с водоемами-охладителями на прочие типы ПСО может рассматриваться лишь в том случае, если вблизи производственной площадки отсутствуют водные объекты с достаточной охлаждающей способностью и такой водоем не может быть создан.

При строительстве оборотных систем с водоемами-охладителями необходимо рассматривать возможность создания на них гидроэлектростанций небольшой мощности. Ряд ТЭС применяют этот метод дополнительной выработки электроэнергии. При решении вопроса о целесообразности строительства ГЭС необходимо учитывать его техническую возможность и экономическую целесообразность.

Снижение объемов отведения тепла в водные объекты может достигаться снижением общих объемов избыточного тепла от технологического процесса за счет повышения его экологической эффективности и полезного использования избыточного тепла.

Основным методом, который применяется при проектировании производственных объектов и позволяет предотвращать превышение допустимых норм температурного состояния водных объектов, является выбор водного объекта, охлаждающая способность которого соответствует максимальной возможной тепловой нагрузке.

Предварительные инженерно-экологические изыскания и моделирование процессов теплопередачи на физических и математических моделях позволяют спроектировать водозаборные и сбросные сооружения, наилучшим образом приспособленные для того, чтобы избегать недопустимого повышения температуры в водном объекте, рециркуляции тепла от выпуска к водозабору и способствовать максимально быстрому перемешиванию тепловых сбросов с водой водного объекта. Если возможно математическое моделирование, то оно должно быть основано на конкретных гидрологических данных. Использование моделирования гарантирует соответствие нормативным ограничениям максимальных температур воды в контрольных створах.

Для максимального использования поверхности водоемов-охладителей должно обеспечиваться оптимальное распределение сбрасываемой для охлаждения воды. В оборотных ПСО с водоемами-охладителями коэффициент эффективности водохранилища может быть в пределах 0,5 - 0,85. в зависимости от формы и схемы расположения водосбросных, струераспределительных, струенаправляющих и водозаборных сооружений. Кроме того, в процессе эксплуатации водоемов-охладителей для предотвращения снижения площади активной зоны необходимо не допускать в зоне транзитного потока водохранилищ разрастание высшей водной растительности, расположение сооружений садкового рыбного хозяйства, а также других сооружений, уменьшающих площадь активной зоны. Одной из характеристик водоема-охладителя, позволяющих оценить эффективность охлаждения, является кривая падения температуры воды в поверхностном слое. Более эффективное охлаждение обеспечивает выпуск в верхний слой водоема-охладителя широким фронтом с небольшой скоростью, а наиболее выгодной термической структурой водоема-охладителя является двухслойная вертикальная температурная стратификация.

При выпуске подогретой циркуляционной воды в водоем-охладитель открытым каналом могут установиться два различных гидротермических режима.

Первый режим характеризуется тем, что в канал внедряется охлажденная вода нижнего слоя, приобретая форму клина. Благодаря образованию поверхности раздела между слоями, гасящей турбулентные возмущения, удается существенно уменьшить перемешивание подогретой воды с водой нижнего слоя.

При втором режиме внедрение холодной воды в канал не происходит. Сбрасываемая подогретая вода интенсивно перемешивается с окружающей водой на участке акватории водоема-охладителя у водовыпуска.

Наиболее эффективное охлаждение циркуляционной воды в водоемах-охладителях обеспечивается при создании первого из указанных гидротермических режимов (с наименьшим перемешиванием). Если параметры отводящего канала не позволяют получить на водовыпуске гидротермический режим с минимальным перемешиванием, могут быть применены специальные водовыпускные сооружения. Как правило, сброс охлаждающих вод в водный объект производится открытым сбросным каналом трапециевидной формы.

В прямоточных системах и оборотных системах с водоемами-охладителями для гарантированного выполнения НДС по температуре в условиях аномально высоких температур воздуха применяют разбрызгивающие устройства, которые могут устанавливаться на акватории отводящих каналов, водовыпусков или зоны смешения. Этот метод применяется как резервный. Для его применения необходимо строительство дополнительной насосной и его применение связано с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами. В [9] сообщается о применении предварительного охлаждения сбросной воды прямоточной системы охлаждения больших электростанций посредством градирни. Этот дорогостоящий метод применяется там, где циркуляция теплой воды в поверхностном водоеме может влиять на температуру воды на водозаборе. Дополнительные затраты на градирню должны быть сравнимы с затратами, связанными со снижением эффективности из-за более высокой температуры входной воды.

3.6 Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты от ПСО

Сбросы загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты оцениваются как одна из наиболее значимых экологических проблем ПСО. Выделяют три возможных пути попадания загрязняющих веществ в поверхностные водоемы из водных систем охлаждения:

- охлаждаемые химические вещества в результате их утечек при нарушении герметичности теплообменников;

- продукты коррозии оборудования систем охлаждения;

- химические вещества, используемые для обработки подпиточной, циркуляционной и продувочной воды.

Для управления этими воздействиями на окружающую среду применяются различные методы. Меры по снижению рисков утечек рассматриваются в разделе 3.10. Этот раздел посвящен мерам по снижению объемов и уровню токсичности сбросов загрязняющих веществ в водные объекты, связанных с применением различных химических добавок к охлаждающей воде, а также продуктов коррозии оборудования систем охлаждения. Основные меры направлены на:

- сокращение необходимости применения химических методов обработки воды;

- выбор реагентов, наименее токсичных для окружающей среды;

- выбор наиболее эффективных методов применения реагентов.

При рассмотрении данных мер необходимо учитывать, что наиболее важным аспектом ПСО является их косвенное влияние на энергопотребление охлаждаемого производственного процесса. Поэтому экологическая результативность методов снижения сбросов загрязняющих веществ должна оцениваться в первую очередь с точки зрения их влияния на общее энергопотребление производственным процессом. Кроме того, применение методов снижения сбросов не должны приводить к перемещению загрязнений в другие природные среды, например, к образованию опасных отходов.

3.6.1 Обработка охлаждающей воды

Используемые для охлаждения природные воды содержат растворенные коллоидные и грубодисперсные вещества, а также растительные и животные организмы. Попадая в систему технического водоснабжения, эти вещества могут негативно влиять на работу ПСО. В водных ПСО могут происходить следующие негативные процессы и явления:

- коррозия оборудования и сооружений ПСО. Коррозия может быть определена как процесс разрушения металла за счет химических или электрохимических реакций с окружающей средой. В результате образуются оксиды или соли металла, имеющие менее прочную структуру, что вызывает разрушение материала. В системах охлаждения коррозия вызывает две основных проблемы. Первая и наиболее очевидная проблема - это разрушение оборудования, что влечет за собой затраты на его замену, сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду и простои предприятия. Вторая проблема - снижение эффективности работы оборудования, связанное с ухудшением теплообмена, вызванное накоплением в теплообменнике продуктов коррозии. Коррозия вызывается или интенсифицируется в присутствии кислорода, солей, отложений и низким уровнем рН. Коррозия также может вызываться биозагрязнителями, так называемая микробиологическая коррозия: кислота, выделяемая бактериями, может вызывать коррозию;

- выпадение взвесей и образование механических отложений, нарушающих процессы теплообмена и повышающих энергопотребление ПСО. Механические отложения могут ускорять процессы коррозии. Загрязнение происходит, когда нерастворимые минеральные и органические твердые частицы оседают на поверхностях прямоточных и открытых оборотных систем охлаждения, и образовывают при этом отложения. Природа частиц, их размеры и низкая скорость потока воды являются факторами, влияющими на интенсивность загрязнения. Загрязнителями могут быть песок, ил, оксиды железа и другие продукты коррозии, и они также могут реагировать с некоторыми химическими веществами, применяемыми для обработки воды. Загрязнители попадают в систему из воздуха, с подпиточной водой или с утечками из охлаждаемого технологического процесса;

- выпадение на теплообменных поверхностях солевых отложений, нарушающих процессы теплообмена, преимущественно углекислого кальция, сульфатов и фосфатов цинка и магния. Если концентрация соли в водяной пленке вблизи теплообменной поверхности превышает ее растворимость в состоянии насыщения, происходит осаждение соли, что приводит к образованию на теплообменной поверхности солевого слоя или накипи. Основные виды отложений - карбонат и фосфат кальция, но возможны также отложения и сульфата кальция, силикатов цинка и магния, в зависимости от солевого состава циркуляционной воды. Отложения снижают эффективность теплообменника, так как теплопроводность карбоната кальция приблизительно в 25 раз ниже, чем теплопроводность стали. Интенсивность отложений зависит от трех основных факторов: минерализация (щелочность) воды, повышенные температура и рН циркуляционной воды, и вторичных факторов: присутствие сложных органических веществ и материал поверхностей теплообменника. Кроме того, образованию отложений могут способствовать определенные конструктивные особенности теплообменника. Волнистость, наклонные каналы и недостаточные скорости воды способствуют образованию отложений. В оборотных системах высокие коэффициенты концентрации могут привести к отложениям. Отложения могут вызвать проблемы в градирнях, поскольку пленочный ороситель может быть восприимчивым к различным типам осадков. Из-за испарения (1,8% циркулирующего потока на 10°С охлаждения) в градирне растворенные соли и органические вещества могут сконцентрироваться в оборотной воде до такого уровня, что может произойти их осаждение. В частности, отложения солей происходит: при нагреве воды до 30°С при прямоточном охлаждении и 45°С в градирне; из-за испарения воды, что приводит к росту концентрации растворенных солей; из-за потерь свободного углекислого газа во время прохода воды через градирни, вызывающих повышение рН, который варьируется в зависимости от расхода воды и типа оросителя. В деревянных градирнях рН 7,5 - 7,8, но в градирнях с пластмассовым оросителем рН увеличивается до 8,2 - 8,4;

- биологические обрастания и отложения, образование биопленок, препятствующих теплообмену, повышающих гидравлическое сопротивление тракта ПСО и, соответственно, энергопотребления. Биозагрязнения также могут ускорять процессы коррозии.

Биозагрязнение обычно разделяют на два типа: макрозагрязнение (например, мидиями, дрейссеной) и микрозагрязнение (бактериями, грибками, водорослями).

Макрозагрязнение более характерно для прямоточных систем с пресной водой. Макрозагрязнение может приводить к засорению системы трубопроводов и водоводов и может вызывать процессы эрозии и коррозии. Интенсивность и видовое разнообразие макрозагрязнителей существенно зависит от местных условий.

Микрозагрязнение характерно и для прямоточных и для открытых оборотных систем охлаждения. Рост микроорганизмов на мокрых поверхностях приводит к образованию биопленок. Результат нерегулируемого роста микроорганизмов - образование шлама. Биопленки состоят из живых клеток и продуктов их метаболизма. Микрозагрязнение всегда предшествует макрозагрязнениям.

Преобладающее влияние биозагрязнений - снижение интенсивности теплопередачи в теплообменниках и рост затрат энергии из-за увеличения сопротивления гидравлического тракта ПСО. Если биозагрязнение развивается на металлической поверхности, возможна ее коррозия. Кроме того, некоторые микроорганизмы, распространяясь через градирни, могут угрожать человеческому здоровью.

Доступны многие методы борьбы с биозагрязнениями. Их области применения, типы охлаждающей воды и связанные проблемы приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.21 - Обзор загрязняющих и засоряющих организмов, степени загрязнения для морской, жесткой и пресной воды. В последнем столбце приведены методы борьбы (обозначение интенсивности загрязнения: + низкая; ++ средняя; +++ высокая) ([9])

Страна	Тип охлаждающей воды, характерное загрязнение, засорение и отложения			Основные методы борьбы с загрязнениями
Страна	Морская вода	Жесткая вода	Пресная вода	Основные методы борьбы с загрязнениями
Бельгия		Гидроидные + Биопленка ++	Биопленка ++ Зебровая мидия + Азиатские моллюски + Мшанки ++ Брюхоногие моллюски ++ В градирнях: отложения ++	Пресная вода: Фильтрация воды, мусоросборные фильтры, решетки. Шариковая очистка конденсаторов. Периодическая обработка гипохлоритом.
Дания	Мидии + Биопленка +	Морская вода	Не используется	Морская вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов. Нетоксичные покрытия.
Франция	Мидии +++ Усоногие раки ++ Засорение: Морской крыжовник (медуза) +++ Морские водоросли +++	Загрязнение: никаких проблем Засорение: дрейфующие макрофиты +	Зебровая мидия ++ Мшанки ++ Водоросли ++ Брюхоногие моллюски ++ Азиатские моллюски + В градирнях: отложения ++	Морская вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов (несколько предприятий). Постоянное хлорирование низкими концентрациями (0.5 - 1.0 мг/л), электрохлораторы Пресная вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов. Шоковое хлорирование один или два раза в год.
Германия			Зебровая мидия + Биопленка ++ В градирнях: отложения ++	Пресная вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов. Прерывистое хлорирование гипохлоритом, перекисью водорода, озоном
Ирландия	Мидии + Биопленка + Засорение: Рыба +++	Морская вода	Зебровая мидия	Морская вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов. Постоянное хлорирование гипохлоритом
Италия	Мидии +++ Гидроидные ++ Трубчатые черви ++ Усоногий рак ++ Биопленка ++ Засорение: морские водоросли + Posidonia +	(только одна станция) Засорение: морские водоросли + мусор +	Зебровая мидия Биопленка ++ Засорение: дрейфующие растения, листва +	Морская вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов (несколько предприятий). Постоянное или импульсное хлорирование гипохлоритом или электрохлораторами Пресная вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов. Импульсное хлорирование (очень мало случаев)
Нидерланды	Мидии +++ Биопленка ++ Засорение: медузы +++ рыба ++	Мидии ++ Биопленка + Засорение: рыба +	Зебровая мидия + Биопленка ++ Засорение: рыба ++	Морская и пресная вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов. Тепловая обработка. Непрерывное или прерывистое хлорирование гипохлоритом
Норвегия			ГЭС: проблемы только с миграциями рыбы
Португалия	Мидии ++ Биопленка +		Азиатские моллюски +	Морская вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов (несколько предприятий). Постоянное хлорирование низкими концентрациями (0.5 - 1.0 мг/л), электрохлораторы Пресная вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов.
Испания	Биопленка + Трубчатые черви + Мидии ++ Устрицы +		Биопленка ++ В градирнях: отложения ++	Морская и пресная вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов. Непрерывное хлорирование, низкими и шоковыми дозами, гипохлоритом и электрохлораторами.
Великобритания	Усоногие раки + Мидии ++ Биопленка ++ Засорение: Рыба +++ Водоросли ++ Медузы +	Морская вода	Биопленка ++ В градирнях: отложения ++	Морская и пресная вода: Фильтрация воды, фильтры для мусора. Шариковая очистка конденсаторов. Непрерывное хлорирование (импульсное - зимой) гипохлоритом и электрохлораторами

Для борьбы с указанными негативными явлениями применяются различные методы, наиболее распространенными из которых является обработка охлаждающей воды химическими веществами. Применение таких веществ имеет важное значение для окружающей среды: рано или поздно они покидают систему охлаждения и поступают в окружающую среду, в поверхностные водоемы или, в намного меньшей степени, в атмосферный воздух.

Объем применяемых веществ существенно различается в разных типах ПСО.

По результатам опроса определено, что российскими предприятиями в прямоточных системах какие-либо методы химической обработки охлаждающей воды не применяются. Это связано, прежде всего, с большими объемами охлаждающей воды, а также с жесткими ограничениями на сброс загрязняющих веществ в природные водные объекты. Тем не менее, в прямоточных системах могут происходить те же негативные явления, что и в других водных ПСО. Для борьбы с ними применяются иные методы, не связанные с химической обработкой воды:

- применение в системах охлаждения материалов, наименее подверженных коррозии в среде охлаждающей воды;

- конструктивные меры, предотвращающие образование механических отложений;

- очистка охлаждающей воды от плавающего мусора;

- предотвращение попадания в систему охлаждения взвешенных веществ и водных организмов;

- механические методы очистки теплообменных поверхностей, которые могут применяться на действующем или остановленном оборудовании.

В странах Европейского Союза в [9] сообщают о редких случаях применения в прямоточных системах биоцидов с целью борьбы с развитием в теплообменниках некоторых водных организмов.

В сухих радиаторных ПСО, а также в промежуточных контурах других типов систем охлаждения постоянная обработка воды не применяется. Однако эти системы, как правило, заполняются обессоленной водой, при подготовке которой применяются химические вещества. Процессы водоподготовки сопровождаются образованием сточных вод и отходов.

Наибольшие объемы химических веществ применяются для обработки циркуляционной воды в оборотных водных ПСО.

Выбор методов обработки охлаждающей воды является сложной и специфически местной проблемой, требующей учет следующих факторов:

- конструкция и материал теплообменника;

- температура и химический состав охлаждающей воды;

- организмы, обитающие в поверхностном водоеме;

- чувствительность водной экосистемы к поступлению в водный объект химических веществ и продуктам их трансформации.

Для надлежащей эффективности любой из обработок обычно требуется регулирование рН охлаждающей воды и щелочности в пределах определенного диапазона. Хорошее регулирование рН и щелочности более важно там, где используются программы обработки, чувствительные к рН или если в открытых оборотных градирнях применяются более высокие коэффициенты концентрации, чтобы минимизировать продувку и сократить потребность в подпиточной воде. Обычной практикой в промышленности является разработка регламентов технического обслуживания ПСО и выполнение их силами сторонней организацией, но ответственность за эксплуатацию систем при этом остается на владельце системы охлаждения.

Ингибиторы коррозии

Наибольшее значение для обеспечения высокого уровня эффективности, надежности и экологической безопасности ПСО имеет подавление процессов коррозии теплообменных поверхностей. Для таких поверхностей применяются материалы с высокой теплопроводностью. В конденсаторах поставки отечественных турбостроительных заводов установлены, как правило, трубки из медных сплавов: медно-цинковых (латуней), легированных для увеличения их стойкости против коррозии оловом, а в случаях возможности эрозионно-коррозионных повреждений алюминием и содержащих также небольшое количество мышьяка для снижения их склонности к обесцинкованию (латуни ЛО-70-1, ЛА-77-2, ЛОМш 70-1-0,05 и ЛАМш 77-2-0,05), и медно-никелевых, легированных железом и марганцем (сплавы МНЖ-5-1, МНЖ-Мц-5-1-0,8 или МНЖМц-30-1-1).

В латунных трубках коррозионные повреждения проявляются в форме общего обесцинкования, пробочного обесцинкования, коррозионного растрескивания, ударной коррозии и коррозионной усталости. Форма и скорость развития коррозионного процесса зависят от агрессивности охлаждающей воды, ее скорости в трубках, чистоты трубок и состояния металла.

При благоприятных условиях (пресные, слабоминерализованные, не загрязненные стоками воды, хорошо отожженные мягкие трубки) наблюдается лишь медленный процесс общего обесцинкования латунных трубок (образования с водяной стороны трубки постепенно углубляющегося слоя красной губчатой меди), приводящий к необходимости замены трубок вследствие утонения и уменьшения механической прочности их стенок по истечении 15 - 20 лет и более. Однако повышенная агрессивность охлаждающих вод, загрязнение трубок содержащимися в воде примесями, а также дефекты изготовления трубок приводят к их местному (пробочному) обесцинкованию или коррозионному растрескиванию, что существенно сокращает срок службы трубок.

При местном обесцинковании на внутренней поверхности латунных трубок образуются небольшие (диаметром до 3 - 5 мм) язвины и пробки губчатой меди, быстро проникающие вглубь стенки и образующие в результате выпадения пробок, сквозные свищи-отверстия. Растрескивание трубок происходит при наличии в них растягивающих напряжений, большей частью остаточных напряжений, не снятых из-за неудовлетворительного их отжига после изготовления (латунные трубки должны быть "мягкими"). При пробочном обесцинковании и коррозионном растрескивании выход трубок из строя может начаться уже через 3 - 5 лет после их установки, а необходимость замены трубного пучка конденсатора из-за большого числа заглушенных трубок и ускорившегося выхода их из строя может возникнуть по истечении 8 - 10 лет, а иногда и быстрее.

При высокоминерализованных водах, главным образом морских, входные концы латунных трубок могут подвергаться ударной коррозии или эрозионно-коррозионному разрушению, связанному с повреждением защитной пленки на поверхности металла под действием ударов, вызываемых кавитацией, и содержащихся в воде абразивных примесей (песка, золы). Легирование латуни алюминием повышает ее стойкость против эрозии, вследствие чего трубки из алюминиевой латуни нашли применение в основном на приморских электростанциях, где срок их службы составляет в среднем около 10 лет. Но при загрязненных стоками морских водах и содержании в воде сульфидов стойкость их недостаточна.

Для защиты входных концов латунных трубок от ударной коррозии в них вставляются втулки из пластмассы длиной 150 - 250 мм или на участок той же длины наносится покрытие из эпоксидной смолы или другого синтетического материала. Втулка или покрытие должны иметь плавное очертание на входе и сходящую на нет толщину по их длине, так как наличие уступа при переходе к металлу приводит к образованию очага коррозии последнего. При морских водах целесообразно также применение электрохимической (протекторной или катодной) защиты.

В последнее время в конденсаторах мощных паровых турбин электростанций применяются в основном трубки из медно-никелевого сплава МНЖ-Мц 5-1-0,8 (мягкие), при высокоминерализованных и загрязненных морских водах - из сплава МНЖ-Мц 30-1-1.

Трубки из сплава МНЖ-Мц 5-1-0,8 применяются взамен латунных при пресных и чистых морских водах, не содержащих сульфидов и аммиака. Сплав с 30% Ni хорошо противостоит действию аммиака, и трубки из этого сплава могут применяться в выходной зоне трубного пучка (воздухоохладительной секции), если при трубках из других медных сплавов в этой зоне наблюдается их аммиачная коррозия. Но этот сплав непригоден при кислых водах.

Трубки из медно-никелевых сплавов подвержены язвенной коррозии под отложениями, и даже сравнительно редкие локальные отложения могут приводить к образованию в них течей. При кислых водах или содержания в воде сульфидов они могут подвергаться пробочному обезникелеванию.

Для предотвращения или замедления коррозии конденсаторных трубок из медных сплавов с водяной стороны наряду с выбором их материала, учитывающим свойства охлаждающей воды, и выполнением требований, предъявляемых к их изготовлению, транспортировке и хранению, весьма важным является поддержание в условиях эксплуатации достаточной чистоты внутренней поверхности трубок и осуществление в случае необходимости мероприятий, способствующих образованию на этой поверхности прочной и плотной защитной пленки.

Ингибиторы коррозии удаляют продукты коррозии, пассивируют, осаждают или адсорбируют их. Пассивирующие (анодные) ингибиторы формируют защитную оксидную пленку на поверхности металла. Осаждающие (катодные) ингибиторы являются простыми химическими веществами, которые образуют нерастворимые осадки, образующие на поверхности защитный слой. Адсорбционные ингибиторы имеют полярные свойства, что позволяет им адсорбироваться на поверхность металла. Ранее в качестве антикоррозионных добавок использовались, главным образом, соединения металлов, в настоящее время наблюдается тенденция перехода к азолам, фосфонатам, полифосфатам и полимерам. Токсичность для окружающей среды этих веществ ниже, в то же время антикоррозийные свойства выше. Разработаны биоразлагаемые полимеры, эффективные для борьбы с коррозией.

В различных системах охлаждения применяют различные ингибиторы коррозии. За рубежом в прямоточных системах используют полифосфаты и цинк и, ограниченно - силикаты и молибдаты. В некоторых странах почти не применяют ингибиторы коррозии в прямоточных системах, за исключением ингибиторов для желтых металлов (например, сульфаты железа), применяемых для теплообменников или конденсаторов из медных сплавов. По результатам опроса в Российской Федерации ни одна из компаний не сообщила о применении ингибиторов коррозии в прямоточных системах.

Образованию на поверхности медных сплавов оксидной пленки, обладающей повышенными защитными свойствами, способствует содержание в воде гидратиро-ванных окислов железа. При этом на поверхности естественной оксидной пленки - слоя, состоящего в основном из окислов меди, образуется сцепленный с ним второй оксидный слой, представляющий собой гомогенный слой окиси железа. Поскольку окислов железа, попадающих в охлаждающую воду в результате коррозии стальных элементов водозаборных сооружений, обычно недостаточно, рекомендуется особенно при соленых (морских) и солоноватых водах дозирование в охлаждающую воду сульфата железа () или других соединений железа или же установка в передней водяной камере конденсатора железных анодов. Этот метод упрочнения защитной пленки пригоден как для новых, так и для проработавших уже трубок.

Образованию стабильной защитной пленки на поверхности трубок при дозировании сульфата железа может препятствовать значительное содержание в воде абразивных примесей (песка, золы).

Наиболее широко ингибиторы коррозии применяются в открытых оборотных системах. Многие годы в качестве ингибитора коррозии применялись хроматы, но в настоящее время из-за их токсичности использование хроматов значительно сократилось. В настоящее время наиболее часто антикоррозионные программы обработки базируются на добавках фосфатов и цинка. Часто в системе создают щелочные условия (pH 8 - 9), но введение биоцидов и диспергаторов может повлиять на кислотность среды. Вода по своей природе является слабокоррозионной средой. Щелочная среда в комбинации с применением органических фосфонатов эффективна против коррозии и отложений.

По результатам опроса среди российских предприятий получены сведения о применении некоторыми из них ингибиторов коррозии со среднегодовым расходом 0,7 т/год.

Теоретически, закрытые водные системы не требуют введения ингибиторов коррозии. Кислород, попадающий в систему с подпиточной водой, должен быстро израсходоваться на окисление металлов, после чего коррозия должна бы прекратиться. Однако, реальные закрытые системы теряют достаточно много воды и в них достаточно воздуха, чтобы защита от коррозии была необходима. Для закрытых систем наиболее подходят ингибиторы коррозии на основе хроматов, молибдатов и нитритов. Как правило, обработка хроматами и молибдатами дает наилучшие результаты. Токсичность хроматов ограничивает их применение, в частности, если система должна периодически опорожняться. В этих случаях доступны нехроматные препараты, но в некоторых государствах ЕС они все еще разрешены. Обработка молибдатами обеспечивает эффективную защиту от коррозии и более приемлема для окружающей среды.

Самые эффективные ингибиторы коррозии для меди - ароматические азолы. Их концентрации в испарительных оборотных системах охлаждения обычно колеблются от 2 до 20 мг/л в пересчете на активное соединение. Для сравнения, для некоторых анодных ингибиторов (таких как хроматы, молибдаты и нитриты) концентрации, используемые в прошлом, составляли 500 - 1000 мг/л в замкнутых системах.

Ингибиторы солевых отложений

Главным образом, это полифосфаты, фосфонаты и некоторые полимеры. Последние усовершенствования в этой области связаны с разработкой биоразлагаемых соединений.

Образование солевых отложений может происходить в прямоточных и открытых оборотных системах охлаждения. В закрытых оборотных системах это не является значительной проблемой. В закрытых системах отложения могут быть в случаях, когда значительные утечки требуют частых добавок подпиточной воды.

Увеличение концентрации солей в охлаждающей воде в открытых оборотных системах охлаждения вызывается испарением в градирне и контролируется величиной продувки. Отношение концентрации солей в оборотной воде к их концентрации в подпиточной воде называют коэффициентом концентрации. Коэффициент концентрации составляет 2 - 3 для больших электростанций и до 8 - 9 для некоторых оборотных промышленных систем охлаждающей воды. Типичные коэффициенты концентрации в промышленности (не на электростанциях) составляют от 3 до 5.

На практике интенсивность отложений контролируется регулированием значения рН и применением ингибиторов солевых отложений. Опыты на больших системах охлаждения электростанций, снабженных градирнями, показывают, что обработка кислотой (серной или соляной) не приводит к изменению pH, среда остается щелочной. В то же время кислоты нейтрализуют щелочность, что позволяет избежать осаждения СаСО3.

Однако, в процессах декарбонизации регулирование рН воды может выполняться добавлением кислот. Декарбонизация путем осаждения карбоната кальция зависит от трех основных факторов: минерализации (щелочности), температуры и рН циркуляционной воды. Вторичные факторы - присутствие органических комплексов в воде и материал теплообменника.

Сообщают о трех альтернативных методах обработки охлаждающей воды, предотвращающих образование отложений в теплообменниках и испарительных градирнях в крупных водных системах охлаждения:

- декарбонизация подпиточной воды (при этом образуется осадок);

- дозирование кислоты;

- дозирование ингибиторов солевых отложений.

Наиболее распространенные ингибиторы отложений - полифосфаты, фосфонаты, полиакрилаты, сополимеры и терполимеры. Их типичные концентрации в воде составляют от 2 до 20 мг/л в пересчете на активное вещество. Стабилизаторы жесткости воды предотвращают образование кристаллов и используются в оборотных системах, но редко или никогда - в прямоточных системах. Первичные контуры закрытых оборотных систем не подвержены образованию отложений, кроме тех случаев, когда используется жесткая подпиточная вода. В закрытых системах используют умягченную воду или конденсат в качестве подпиточной воды, чтобы предотвратить образование отложений.

Химические диспергаторы

Главным образом в качестве диспергаторов используются сополимеры, часто в комбинации с поверхностно-активными веществами. Основное экологическое влияние этих веществ связано с их недостаточной способностью к биоразложению. Диспергаторы - это полимеры, используемые для предотвращения осаждения загрязнений, они удаляют частицы (в т.ч. органические, например, микрозагрязнение и биопленку) с поверхности теплообменника, увеличивая их электрический заряд, при этом частицы отталкиваются друг друга и, в результате, остаются взвешенными в толще воды и выводятся из ПСО, например, с продувочной водой. Могут также использоваться поверхностно-активные вещества, часто называемые биодиспергаторами, облегчающие проникновение биоцидов в слой биозагрязнений. Диспергаторы помогают сохранить поверхности теплообменников чистыми, что повышает интенсивность теплообмена, снижает риск коррозии. Обычной практикой является дозирование биоцидов в комбинации с диспергаторами в концентрациях 1 - 10 мг/л в пересчете на активное вещество. Наиболее эффективные и широко используемые диспергаторы - низкомолекулярные анионные полимеры, в том числе: органические сульфонаты и сульфонаты металлов, феноляты металлов, диалкил дифиофосфаты металлов, диалкил натрий сульфосуккинаты, полиэтиленалкильные и алициклические амины, моноэтаноламинфосфат, полиакрилаты, полиметакрилаты и основанные на акрилатах полимеры.

Биоциды

Биоциды вводятся в охлаждающую воду промышленных открытых водных систем охлаждения для борьбы с биозагрязнением. Было выполнено большое количество исследований, посвященных способам использования биоцидов и их влиянию, существует большое количество публикаций по этим вопросам. Биоциды - вещества, которые замедляют рост микроорганизмов в охлаждающей воде, уменьшают общее количество клеток в воде и снижают стабильность биопленки, и таким образом уменьшают органическое загрязнение систем охлаждения. Биозагрязнение включает развитие микроорганизмов, бактерий, морских водорослей и грибов, и также развитие макроорганизмов, таких как устрицы, моллюски.

Обычно биоциды делятся на биоциды-окислители и биоциды-неокислители. Биоциды-окислители обладают неспецифическим широким спектром биоцидного действия, которое ограничивает степень приспособляемости организмов к этим биоцидам. Биоциды-неокислители обладают более направленным и сложным действием и поэтому нуждаются в более длительном времени реакции, чем биоциды-окислители.

Экологическая проблема применения биоцидов заключается в их токсичности. Некоторые антибактериальные препараты, используемые в системах охлаждения, являются соединениями, быстро распадающимися в воде, таким образом, снижая потенциальные экологические риски. Такой химический распад сопровождается снижением токсичности соединения. Соединение может быть добавлено в систему циркуляционного водоснабжения, выполнить свою задачу по устранению микробов и затем разложиться на менее токсичные химические вещества.

Потребление биоцидов определяется типом системы охлаждения, качеством воды (пресная или соленая), сезоном, утечками органических материалов из охлаждаемого процесса и временем распада биоцида. По данным ([9]) в странах ЕС в прямоточных системах обычно применяются биоциды-окислители, такие как гипохлорит или гипобромит.

В открытых оборотных системах охлаждения биоциды-окислители используются самостоятельно или в комбинации с биоцидами-неокислителями. Почти весь объем биоцидов-неокислителей и других средств кондиционирования циркуляционной воды потребляется оборотными системами водоснабжения.

Биоциды-окислители: главным образом, используются хлор (или комбинация хлора и брома) и монохлорамин. Хлор и бром являются сильными окислителями (остротоксичными), что означает, что срок их распада невысок, но при этом могут образовываться токсичные побочные продукты - галоидированные органические соединения. Другие биоциды-окислители - озон, ультрафиолетовое излучение (УФ), перекись водорода и надуксусная кислота. Использование озона и УФ требуют предварительной подготовки подпиточной воды и применения специальных материалов. Считается, что их экологические влияния менее вредны, чем у галоидированных пестицидов, но их применение нуждается в специальных методах, дорого и применимо не во всех ситуациях.

Биоциды-неокислители: изотриазолоны, DBNPA, глютаральдегид и четвертичные аммониевые основания и т.д. Эти соединения, как правило, остро токсичны и часто практически небиоразлагаемы, хотя есть некоторые соединения, которые гидролизуются или разлагаются по другим механизмам. Потенциальные экологические воздействия этих веществ значительны.

Таблица 3.22 - Химические вещества, используемые для обработки охлаждающей воды в открытых и оборотных водных системах охлаждения в ЕС ([9])

Химические вещества	Проблемы качества воды
	Коррозия		Отложения		Биозагрязнение
	Прямоточные системы	Оборотные системы	Прямоточные системы	Оборотные системы	Прямоточные системы	Оборотные системы
Цинк		X
Молибдаты		X
Силикаты		X
Фосфонаты		X		X
Полифосфаты		X		X
Сложные эфиры высокомолекулярных спиртов				X
Природная органика				X
Полимеры	X	X	X	X	X	X
Биоциды-неокислители						X
Биоциды-окислители					X	X
Примечание - Хром в ЕС не применяется из-за его высокой экологической опасности.

Биоциды-окислители

Обычно используемые в промышленных системах охлаждения биоциды-окислители - хлор и бром, в жидком и газообразном виде, органические соединения галогенов, двуокись хлора, озон, монохлорамин и перекись водорода. В условиях морской воды наблюдается рост объемов применения двуокиси хлора из-за ее эффективности и пониженного образования бромированных углеводородов (в частности бромоформа, хлородибромметана, бромдихлорметана и дибромацетонитрила) и тригалометанов (ТНМ) по сравнению с гипохлоритом. Также в некоторых местах используется газообразный хлор () из-за компактности и дешевизны, но при его применении возникают риски аварийных утечек хлора.

Натрия хлорат (хлорноватокислый натрий)- окислительный биоцид, обычно используемый в больших прямоточных системах. Он может производиться путем электролиза из морской воды. Этот процесс, называемый электрохлоринацией, позволяет избежать транспортировки и хранения опасного газообразного или сжиженного хлора. Потребление хлорноватокислого натрия обычно ниже в системах с морской водой, чем с пресной, из-за высокого содержания растворенных и взвешенных органических веществ в пресной воде. Из-за этого в морской воде ниже образование хлорорганических соединений.

Таблица 3.23 - Оценочные уровни потребления некоторых биоцидов-окислителей в нескольких европейских странах (кг/год) ([9])

Группа	Биоциды-окислители	Великобритания (1993)(2)	Нидерланды (1995)(3)	Франция (1998)
Хлорсодержащие	Гипохлорит натрия	731 000(1), (5)	1 800 000(4)	817 000(6)
	Дихлоризоцианурат натрия	19 300
	Диоксид хлора	13 000
Бромсодержащие	Бромид натрия	356 000	22 500
Бромсодержащие	1-бром-3-хлор-5,5-диметилгидрохлорид (BCDMH)	286 000	1000
Другие	Перекись водорода	910
Другие	Надуксусная кислота	975
(1) Оценка дана в пересчете на активное вещество (потребление в виде готовой продукции намного выше. (2) Во всех водных системах охлаждения. (3) Только в оборотных системах. (4) В пересчете на . (5) Это заниженная оценка, т. к. в Великобритании на многих прибрежных электростанциях используются электрохлоринаторы. (6) На , произведенный электрохлоринаторами ТЭС.

Это также справедливо для систем охлаждения, использующих воду из сильно загрязненных гаваней. Часто предпочитается непрерывное хлорирование с низкими концентрациями, хотя все более часто практикуется прерывистое или полунепрерывное хлорирование. Однако это требует более интенсивного мониторинга системы охлаждения и охлаждающей воды. При применении газообразного хлора и раствора гипохлорита натрия наиболее активным химическим веществом является недиссоциированная гипохлорная кислота. Это очень активный окислительный агент и реагирует с большинством видов органики в воде с образованием тригалометана (THM), хлороформа (3% - 5%) и других хлорорганических соединений. Свободный хлор может также реагировать с аммиаком с образованием хлораминов или с разнообразными растворенными органическими соединениями, образовывая различные типы галогенорганических соединений (например, ТНМ, хлорфенолы). Это происходит непосредственно в системе охлаждения одновременно с его основной биоцидной работой.

Использование окислительного биоцида - гипобромовой кислоты (НОBr) может быть альтернативой гипохлориту. Гипобромовая кислота не диссоциирует при более высоких значениях pH, чем гипохлорная кислота. Из этого следует, что при рН 8 и выше НОВr - более эффективный биоцид, чем диссоциированный ион . Как следствие, в щелочной пресной воде эффективная дозировка гипобромита может быть намного ниже, чем гипохлорита. Хотя бромированная органика в 2 - 3 раза более токсична, чем хлорированные эквиваленты, они более быстро разлагаются и это может обеспечить экологическое преимущество. Однако, в морской воде, окисление ионов бромида гипохлоритом приводит к быстрому образованию гипобромита, и хлорирование морской воды почти эквивалентно бромированию, и экологическая выгода гипобромита по сравнению с гипохлоритом небольшая.

Бромид и гипохлорит натрия, хлорамин и перекись используются в оборотных системах в комбинациях, которые, как ожидают, приводят к образованию менее экологически опасных веществ. Недостаток такой обработки в том, что при высоких концентрациях свободного окислителя (FO) может происходить образование канцерогенного бромата. Другим возможным источником этого вещества может быть окисление ионов бромида при озонировании природных вод.

Содержание бромата зависит от концентрации бромида в пластовой воде, используемой для производства гипохлорита натрия. Теоретическая максимальная концентрация бромата () в растворе гипохлорита натрия, произведенного электролизом морской воды, около 100 мг/л или 3 мг на грамм хлора. Широкий диапазон концентраций бромата найден в коммерческих растворах гипохлорита. Если для производства хлора используются концентрированные морские воды, оно изменяется от 0.15 до 4.0 мг на грамм хлора.

Биоциды-неокислители

Биоциды-неокислители - сравнительно медленно реагирующие вещества, которые воздействуют на специфические клеточные компоненты или пути миграции веществ. Обычно используются, по сообщениям, следующие биоциды-неокислители: 2,2-дибром-3-нитрилопропионамид (DBNPA), глютаровый альдегид, четвертичные аммониевые соединения (QAC), изотриазолоны, галоидированные бисфенолы и тиокар-баматы, но на рынке есть многие другие биоциды и в пределах Европы объем и частота использования отдельных биоцидов значительно изменяется. В таблице 3.8 дана оценка потребления некоторых биоцидов-неоксидантов.

Применение биоцидов-неокислителей вместо биоцидов-окислителей рекомендуется только в тех случаях, когда биоциды-окислители не в состоянии обеспечить достаточную защиту, например, в системах с высокими нагрузками органики, или в оборотных водных системах охлаждения, где не практикуется ежедневное регулирование. В больших оборотных водных системах охлаждения, где главным образом используется гипохлорит натрия, иногда применяется постоянный мониторинг, обеспечивающий необходимый уровень свободных окислителей в контуре. Однако, для многих более мелких оборотных водных систем охлаждения, а также систем в компаниях сферы обслуживания, у которых нет возможности держать специальный персонал, применение биоцидов-неокислителей, которые менее зависимы от качества воды, предпочтительно. Биоциды-неокислители, главным образом, применяются в открытых испаряющих оборотных системах охлаждения. Обычно, они применяются в системах охлаждения в концентрациях активного компонента приблизительно от 0,5 до 50 ppm (иногда 100 ppm).

Биоциды-неокислители проявляют свое влияние на микроорганизмы реакцией со специфическими компонентами клеток или клеточными реакциями. Первая реакция включает повреждение мембраны клетки, во второй реакции повреждаются биохимические механизмы производства клеточной энергии или использования энергии в клетках. Четвертичные аммониевые соединения - катионактивные поверхностно-активные молекулы. Они повреждают клеточные мембраны бактерий, грибов и морских водорослей, таким образом увеличивая проходимость стенки клеток, приводящей к денатурации протеинов и к смерти клеток. Изотриазолоны являются неспецифическими, и они воздействуют на АТФ-синтез в клетках. Из других биоцидов широко используется против бактерий и грибов метилен(бис)тиоцанат (MBT), этот биоцид, как полагают, необратимо связывает биомолекулы, предотвращая их сокращение и реакции окисления. Глютаральдегид используется и против аэробных и анаэробных бактерий и его биоцидная деятельность основана на образовании поперечных связей в белках.

Таблица 3.24 - Оценка объемов потребления наиболее широко применяемых биоцидов-неокислителей в некоторых европейских государствах, кг/год ([9])

Группа	Биоциды-неокислители	Великобритания (1993)(2)	Нидерланды (1995)(3)	Франция (1998)
QAC	Диметил кокобензил аммоний хлорид	23400(1)
	Бензил-алкодиум аммонийные соединения	21400
	Всего QAC	71152
Изотриазолины	5-хлоро-2-метил-4-изотриазоин-3-он	13200
	Всего изотриазолины	18000	1500
	Галогенизированные бисфенолы (дихлорофен + фентихлор)	12150
	Тиокарбаматы	56800
Другие	Глютаральдегид	56400	750
	Тетраалкил фосфониум хлорид	9500
	2,2-дибром-3-нитрил-пропионамид	17200	800
	Метилен(бис)тиосианат (MВТ)	2270	1450
	1-бромо-1-нитростирен (BNS)	231	1950
	Фаттиамины			20000(4)
	Другие	4412
	Оценка всего	234963	6450
(1) Оценка дана в пересчете на активное вещество (потребление в виде готовой продукции намного выше. (2) В любых водных системах охлаждения. (3) Только в оборотных системах. (4) Используется в приморских ТЭС.

Факторы, влияющие на использование биоцидов ([9])

Следующие факторы являются основными при использовании биоцидов, но могут быть учтены также и при использовании других добавок.

Очевидно, что биоцид должен быть эффективным в определенной ситуации, в которой он используется. Однако важно понять, что биоцид, или программа обработки охлаждающей воды, который эффективен в одной системе, возможно, не будет также эффективен в другой системе, даже если эти системы совершенно идентичны. Одна из причин этого может быть в развитии у микроорганизмов стойкости к данному биоциду. Для биоцидов-окислителей это встречается реже, чем для биоцидов-неокислителей.

Тип системы определяет период нахождения охлаждающей воды в системе охлаждения, и, соответственно, время контакта биоцида с охлаждающей водой. В прямоточных водных системах охлаждения это время невелико, поэтому используются быстро реагирующие биоциды-окислители. Медленнее реагирующие биоциды-неокислители в настоящее время используются только в оборотных водных системах охлаждения. В большинстве систем (> 90%) используются Na°Cl, , или Na°CI/NaBr.

Тип охлаждаемого процесса - важный фактор при выборе биоцида, особенно если жидкости процесса могут реагировать с биоцидами. Некоторые процессы, например, прямое охлаждение металла в металлургической промышленности создают специальные условия в охлаждающей воде. Жидкости, просачивающиеся в охлаждающую воду, могут выполнять роль питательных веществ для биологического роста.

Химическое и биологическое качество воды влияет на выбор программы обработки охлаждающей воды, и, таким образом, на выбор биоцида. Местонахождение организмов-макрозагрязнителей сильно связано с качеством воды. Вообще говоря, повышенная биомасса в поверхностном водном объекте может привести к повышенному содержанию макрозагрязнителей в водных системах охлаждения.

Для микроорганизмов рН воды не играет основной роли. В теории значение рН около 7 оптимально для микробного роста. Кислотные среды способствуют росту грибов, а при рН выше 8 подавляется рост морских водорослей. Однако, на практике оказывается, что микроорганизмы очень приспосабливаемы и могут колонизировать разнообразные системы. В качестве иллюстрации можно привести пример: обычно считается, что грибы предпочитают кислотную нейтральной среде, а в щелочной среде вытесняются бактериями. Теоретически это правильно, но, если система охлаждения обработана бактерицидом, не подавляющим грибковую деятельность, часто наблюдается загрязнение системы грибковыми спорами даже при значении рН = 9. В прямоточных системах значение рН определяется входящей водой, хотя дозирование гипохлорита натрия может немного увеличить значение рН, но обычно это увеличение невозможно измерить. В открытых испаряющих оборотных системах значение рН часто поддерживается от 7 до 9 за счет дозирования кислот (обычно серной) или оснований (обычно гидроокиси натрия).

Известно, что при применении в качестве биоцидов гипохлорита и гипобромида натрия значение рН сильно влияет на равновесие между гипогалогенными кислотами и гипогалит-ионом. Гипогалогенные кислоты приблизительно в сто раз более токсичны, чем их анионы. Поэтому, по теории, значение рН влияет на токсичность, например, гипохлорита.

На практике значение рН не может влиять на прямоточные системы. Пресноводные прямоточные системы обычно используют охлаждающую воду, имеющую рН 7 - 8; системы охлаждения с морской воды работают при значении рН около 8.

Водные оборотные системы обычно эксплуатируются при рН в пределах 7 - 9. Опыт в химической промышленности показал, что оборотная система, работающая при рН = 9 использует меньше гипохлорита, чем система, работающая при более низком значении рН, без потерь эффективности обработки. Судьба гипохлорита в оборотных системах изучена в достаточной степени. Один из результатов исследований: при рН = 8,5 в градирне теряется 5% - 10% дозируемого гипохлорита, при рН<7 - 30% - 40%.

Объяснение этого состоит в том, что анионы гипохлорита не могут быть выведены из градирни, в отличие от гипогалогенной кислоты. Поэтому делается заключение, что дозировка гипохлорита при рН = 9 одинаково эффективна, несмотря на то, что только 1% - 5% хлора присутствует в кислотном виде, так как потребляемая кислота немедленно пополняется из избыточного количества анионов. Общее заключение - эксплуатация оборотных систем при высоком значении рН уменьшает объем гипохлорита, необходимого для эффективного регулирования микрозагрязнений.

Температура поверхности влияет на интенсивность роста морских организмов и поэтому может использоваться в качестве фактора при выборе программы обработки для прямоточных систем охлаждения. В Нидерландах, в течение зимних месяцев, макрозагрязнители прямоточных систем растут медленно. Поэтому при температурах воды ниже 12°C нет необходимости в дозировании биоцидов. В прямоточных системах на Средиземноморском побережье рост макрозагрязнителей имеет место весь год, поэтому биоциды-окислители также дозируются весь год. Как правило, температура воды очень влияет на изменчивость разновидностей, темп роста и потребление биоцидов. В прямоточных системах величина нагрева воды = 8°C - 12°C ограничена предельной температурой выпуска. Оборотные системы имеют такое же ограничение в точке сброса, хотя иногда допускаются более высокие температуры выпуска. Температуры оборотной воды могут составлять 20°С - 30°С и выше. Большинство разновидностей макрозагрязнителей в Нидерландах не выдерживает долгосрочное воздействие температур 30°C, но некоторые разновидности, например, жестководная мидия, при этой температуре очень быстро растет.

Для оборотных систем с высокими коэффициентами концентрации жесткость подпиточной воды и содержание в ней органических веществ имеют чрезвычайно важное значение, так как это влияет на объем отложений и необходимых антикоррозийных добавок. И для прямоточных и для оборотных систем важно содержание органических веществ (растворенных и взвешенных) в охлаждающей воде, так как это влияет на потребление биоцидов. Степень, в которой это влияет на биоциды, различна (например, гипохлорит будет реагировать с аммиаком, диоксид хлора - не будет). Как правило, желательно уменьшать до минимума все вещества, которые приводят к увеличению потребления биоцидов.

3.6.2 Загрязняющие вещества, сбрасываемые ПСО в окружающую среду

В настоящее время перечень нормируемых показателей качества сточных вод, отводимых в окружающую среду, устанавливается на основании п. 19 ([46]): перечень нормируемых веществ формируется на основе исходной информации об использовании веществ на конкретном предприятии и анализе данных о качестве исходной и сточных, в том числе дренажных вод. При этом в [46] и других нормативных или нормативно-методических документах отсутствуют какие-либо указания о методах проведения такого анализа. Таким образом, действующее законодательство не содержит положений, позволяющих однозначно определить перечень нормируемых показателей качества сточных вод, отводимых в окружающую среду, для каждого конкретного предприятия. В этих условиях ответственность за формирование таких перечней фактически переложена на территориальные органы государственных надзорных органов, согласующие и утверждающие нормативы допустимого сброса (Росводресурсы, Росприроднадзор, Росгидромет, Росрыболовство, Роспотребнадзор). Любой из этих государственных органов имеет возможность влияния на содержание перечня нормируемых веществ для конкретного предприятия.

Сведения о фактических сбросах загрязняющих веществ от ПСО, полученные в результате опроса российских предприятий, противоречивы и не отражают уровня фактического воздействия ПСО различных типов на окружающую среду, не позволяют сделать выводы о массах загрязняющих веществ, отводимых ими со сточными водами, характерных значениях показателей качества сточных вод.

Так, по результатам опроса предприятий Российской Федерации были получены сведения о среднегодовых массах загрязняющих веществ, сброшенных в окружающую среду от ПСО различных типов (таблица 3.9).

Таблица 3.25 - Среднегодовая масса сбросов в окружающую среду за 2013 - 2015 годы от ПСО различных типов (по результатам опроса)

Наименование загрязняющего вещества	прямоточная	воздушная с вентиляторными градирнями	оборотная водная с водоемом-охладителем	оборотная водная с баш. градирнями	оборотная водная с брызг. бассейнами	оборотная водная с вент. градирнями
БПК	39,65	-	1,67	2,44	-	-
Взвешенные вещества	104,84	-	9,56	7,15	32,05	-
Нефтепродукты (нефть)	0,45	-	0,03	0,13	0,84	-
СПАВ	-	-	-	0,06	-	-
Фенол, гидроксибензол	-	-	-	0,001	-	-
ХПК	692,53	-	-	1,09	-	-
Анионы
Кремний (силикаты)	-	-	-	2,28	-	-
Нитрат-анион	26,28	-	0,26	0,89	-	-
Нитрит-анион	1,22	-	-	0,001	-	-
Сульфат-анион (сульфаты)	1867,10	-	77,83	73,44	365,93	-
Фосфаты (по фосфору)	0,70	-	-	1,37	-	-
Фторид-анион	0,35	-	8,04	-	2,10	-
Хлорид-анион (хлориды)	124,93	-	109,46	60,90	317,01	324,78
Катионы
Аммоний-ион	0,63	-	0,16	0,07	-	-
Алюминий	-	-	-	0,04	-	-
Ванадий	0,07	-	0,35	-	-	-
Железо	17,90	-	0,13	0,17	0,32	-
Калий	-	-	-	18,70	-	-
Кальций	-	-	34,54	41,52	-	-
Магний	-	-	21,03	21,97	-	-
Марганец	0,01	-	-	0,01	-	-
Медь	0,11	-	0,01	0,02	0,03	-
Мышьяк и его соединения	-	-	0,21	-	-	-
Натрий	-	-	-	70,64	-	-
Стронций	0,93	-	-	-	-	-
Хром	-	-	-	0,0016	-	-
Цинк	0,01	-	0,01	0,0002	-	-

В соответствии с этими данными наибольшие массы загрязняющих веществ сбрасываются прямоточными системами охлаждения, в том числе сотни тонн в год взвешенных и органических веществ, сульфатов, хлоридов, десятки тонн железа, даже стронций. В то же время, по результатам этого же опроса ни для одной прямоточной системы охлаждения не используется обработка циркуляционной воды какими-либо химическими веществами. Т.е. в циркуляционную воду прямоточных систем химические вещества не добавляются. На этом основании можно сделать вывод, что сведения о массах сбросов от прямоточных ПСО содержат сведения о веществах, которые присутствовали в исходной охлаждающей воде.

Этот вывод косвенно подтверждается анализом перечней показателей качества сточных вод, нормируемых для прямоточных систем ТЭС. По результатам опроса были получены сведения о показателях качества вод, отводимых в поверхностные водные объекты прямоточными ПСО ТЭС, приведенные в таблице 3.10.

Таблица 3.26 - Показатели качества сточных вод для прямоточных ПСО ТЭС

Показатель качества сточных вод	Количество случаев нормирования показателя	В % от общего количества прямоточных ПСО
Взвешенные вещества	8	89%
Нефтепродукты (нефть)	8	89%
Солесодержание	7	78%
БПК	6	67%
Сульфат-анион (сульфаты)	6	67%
Хлорид-анион (хлориды)	6	67%
Железо	4	44%
Аммоний-ион	3	33%
ХПК	3	33%
Медь	3	33%
Алюминий	2	22%
Ванадий	2	22%
Кальций	2	22%
Кислород	1	11%
рН	1	11%
Температура	1	11%
Нитрат-анион	1	11%
Нитрит-анион	1	11%
Фосфаты (по фосфору)	1	11%
Фторид-анион	1	11%
Марганец	1	11%
Стронций	1	11%
Цинк	1	11%

Из анализа данных таблицы 3.10 очевидно, что у государственных надзорных органов отсутствует единое мнение о показателях качества сточных вод, на которые могут повлиять прямоточные ПСО и которые необходимо нормировать.

Основное количество нормируемых показателей (17 из 23 или 74%) встречается менее чем в половине случаев. В том числе такой важнейший показатель для прямоточных систем, как температура вод, отводимых в водные объекты, нормировался только в 11% случаев, наравне с такими экзотическими показателями, как содержание стронция, цинка, марганца, нитратов, нитритов.

Достаточно часто нормировались показатели солесодержания, содержания хлоридов и сульфатов, хотя очевидно, что прямоточные ПСО не могут повлиять на эти показатели исходной воды.

Надзорные органы практически единодушны в необходимости нормирования массы сбросов взвешенных веществ и нефтепродуктов.

Для оборотных водных ПСО данные еще более противоречивы. Каждый из нормируемых показателей встречается в составе НДС ТЭС с оборотными системами не более чем в 17% случаев (таблица 3.11).

Таблица 3.27 - Нормируемые показатели качества сточных вод для водных оборотных ПСО ТЭС

	Количество случаев нормирования показателя	В % от общего количества водных оборотных ПСО
Взвешенные вещества	6	17%
Нефтепродукты (нефть)	6	17%
Железо	6	17%
Солесодержание	5	14%
Сульфат-анион (сульфаты)	5	14%
Хлорид-анион (хлориды)	5	14%
Медь	5	14%
БПК	4	11%
Алюминий	4	11%
Кальций	3	8%
Фосфаты (по фосфору)	3	8%
Фенол, гидроксибензол	3	8%
Магний	3	8%
Натрий	3	8%
ХПК	2	6%
Нитрат-анион	2	6%
Марганец	2	6%
Аммоний-ион	1	3%
Ванадий	1	3%
Нитрит-анион	1	3%
Цинк	1	3%
СПАВ	1	3%
Кремний (силикаты)	1	3%
Хром	1	3%

По данным опроса для обработки циркуляционной воды в оборотные системы в среднем вводится 134 т/год различных химических веществ: серной и соляной кислот, ингибиторов, биоцидов, диспергаторов. При этом в составе нормируемых показателей практически отсутствуют показатели содержания химических веществ, используемых в оборотных водных ПСО для обработки циркуляционной воды. Исключение составляют показатели содержания сульфатов и хлоридов при использовании серной и соляной кислот.

Таким образом, по результатам анализа фактических данных о нормируемых показателях качества сточных вод ПСО и массах сбрасываемых веществ системами охлаждения, можно сделать вывод о невозможности применения этих данных для формирования перечня загрязняющих веществ, отводимых ПСО различных типов со сточными водами.

Данный перечень возможно сформировать исходя из анализа методов эксплуатации ПСО различных типов.

Для прямоточных систем и водных оборотных систем с водоемами-охладителями сброс загрязняющих веществ со сточными водами не характерен в связи с тем, что эксплуатация этих типов ПСО не требует применения каких-либо химических веществ, добавляемых к циркуляционной воде.

Таблица 3.28 - Рекомендуемые для нормирования показатели качества сточных вод прямоточных ПСО и оборотных водных ПСО с водоемами-охладителями

Показатель	Примечания: причины включения в перечень, особенности нормирования и контроля
Температура возвратных вод	Данный показатель является основным для прямоточных ПСО. Он должен нормироваться и постоянно (непрерывно) контролироваться.
Разность содержания охлаждаемых веществ в воде на выходе и входе ПСО в случае их опасности для окружающей среды	Этот показатель предназначен для контроля отсутствия утечек экологически опасных охлаждаемых веществ. Контроль может быть инструментальным непрерывным или периодическим.

Таблица 3.29 - Рекомендуемые для нормирования показатели качества сточных вод оборотных водных ПСО с градирнями и брызгальными бассейнами

Показатель	Примечания: причины включения в перечень, особенности нормирования и контроля
Показатель концентрации водородных ионов pH продувочных сточных вод	В оборотных системах значение pH может регулироваться и существенно отличаться от pH воды в водных объектах - приемниках сточных вод. Контроль может быть инструментальным непрерывным или периодическим.
Разность ХПК в воде на выходе и входе ПСО	В оборотных системах могут развиваться микро- и макроорганизмы. Данный показатель позволяет контролировать интенсивность данных процессов. Контроль - инструментальный периодический.
Токсичность продувочных сточных вод для гидробионтов	Данный показатель позволяет контролировать сброс биоцидов из ПСО. В связи с разнообразием применяемых биоцидов контроль каждого из них затруднителен и может быть дорогостоящим. Данный показатель позволяет заменить анализ воды на содержание специфических биоцидов и является обобщающей характеристикой стоков с точки зрения их токсичности для водных организмов. Контроль - инструментальный периодический.
Разность содержания взвешенных веществ в воде на выходе и входе ПСО	Этот показатель предназначен для контроля возможного сброса продуктов коррозии оборудования ПСО. Значение НДС для этого показателя должно определяться с учетом точности методики применяемой измерения исходя из формулы: Свых - < Свх + , где Свх, Свых - концентрация нормируемого вещества в воде водного объекта в месте водозабора и в сточных теплообменных водах соответственно; , - абсолютная погрешность измерения величин Свх и Свых соответственно. Контроль - инструментальный периодический.
Разность содержания охлаждаемых веществ в воде на выходе и входе ПСО в случае их опасности для окружающей среды. При наличии возможности контроль содержания охлаждаемых веществ может быть заменен контролем косвенных физико-химических показателей, которые могут служить индикаторами наличия утечек, например, проводимости, рН, температуры воды.	Этот показатель предназначен для контроля отсутствия утечек экологически опасных охлаждаемых веществ. Контроль может быть инструментальным непрерывным или периодическим.

При использовании для подпитки оборотных водных систем сточных вод в перечень нормируемых веществ могут быть включены специфические загрязняющие вещества, характерные для таких сточных вод, например, содержание нефтепродуктов или ионов аммония. При использовании для обработки циркуляционной воды специфических реагентов возможно дополнение перечня показателями, характеризующими содержание данных реагентов в продувочной воде, например, при введении азолов и других азотсодержащих веществ - содержание азота, при введении фосфорсодержащих веществ - содержание фосфора, при введении веществ, содержащих металлы - суммарная концентрация соответствующих металлов. Эти же показатели должны контролироваться и в подпиточной воде с целью определения массы загрязняющих веществ, отводимых ПСО в окружающую среду.

Показатели солесодержания (общее солесодержание, сухой остаток, сульфаты, хлориды, кальций, магний и т.д.) продувочной воды в оборотных системах всегда выше, чем в подпиточной воде, так как в процессе эксплуатации оборотных испарительных систем происходит их концентрирование. Тем не менее, данные показатели не включены в перечень нормируемых веществ, так как в общем случае они поступают в ПСО с подпиточной водой и затем сбрасываются в том же количестве с продувочной водой. В связи с этим ограничение и контроль сброса, фактически - возврата, этих веществ в водные объекты нецелесообразно.

В то же время для обработки циркуляционной воды в оборотных системах могут применяться известь, серная и соляная кислоты, других веществ, которые влияют на общее солесодержание циркуляционных и продувочных вод. Однако разделить массы солей, поступающих в ПСО с подпиткой и с реагентами, на основе результатов химического анализа сточных вод затруднительно. В этих случаях целесообразно устанавливать предельное количество этих веществ, вводимых в ПСО.

3.6.3 Снижение сбросов в поверхностные водные объекты

Применяемые методы снижения сбросов загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты от ПСО могут быть направлены на:

- снижение коррозии оборудования систем охлаждения;

- снижение утечек охлаждаемых веществ;

- применения методов обработки охлаждающей воды, не связанные с применением реагентов;

- выбор менее экологически опасных реагентов;

- оптимизация методов применения реагентов.

Далее дано описание специального подхода для выбора биоцидов для новых и действующих ПСО ([9]). Этот подход обеспечивает учет всех важных факторов, влияющих на снижение совокупного использования биоцидов.

При проектировании системы охлаждения должно быть принято решение о типе системы охлаждения. Если будет использоваться охлаждающая вода, необходимо предусмотреть технические решения для контроля биозагрязнений. При проектировании важно предусмотреть достаточно высокие скорости потока во всех частях системы и отсутствие избыточных сопротивлений в гидравлическом тракте. Это снизит возможность оседания организмов. Применение нетоксичных покрытий поможет далее сократить возможности для прикрепления и развития организмов. Структура водозабора должна быть разработана таким образом, чтобы минимизировать захват мусора и водных организмов. Фильтровальные устройства и сороудерживающие решетки могут далее сократить объем захватываемых макрозагрязнителей. Входные и распределительные камеры теплообменников могут быть сделаны из армированных стекловолокном пластмасс. Этот материал может также применяться для трубопроводов и соединений в системе. Кроме того, при проектировании могут быть предусмотрены относительно простые методы, такие как устройства для химического и биологического мониторинга, или дозировки (например, специальные стойки дозирования и точки ввода реагентов) или более сложные для механической очистки, такие как, мидийные решетки или система шариковой очистки. В некоторых случаях может использоваться термообработка и тогда нет необходимости в биоцидной обработке. Для применения термообработки должен быть разработан специальный контур в водной системе охлаждения. Дальнейшие возможности для оптимизации подобны тем, которые применяются в существующих системах.

В существующей водной системе охлаждения важно определить виды биозагрязнителей и величину риска биозагрязнения. Предпосылка для этого - адекватный биологический мониторинг. Причина проблемы биообрастания должна быть проанализирована. Качество охлаждающей воды может быть улучшено предварительной подготовкой воды (например, микро- и макрофильтрацией). Это может частично снизить риск биообрастания, сокращая объем поступающих организмов и питательных веществ. Если основная причина увеличенного биологического роста - утечки охлаждаемых веществ, они должны быть устранены, например, применением материалов, устойчивых против коррозии или установкой резервных теплообменников, которые позволяют более частую механическую чистку и техническое обслуживание.

В прямоточных системах борьба с макрозагрязнениями иногда ведется применением термической обработки, без использования пестицидов. Наиболее часто применяемый пестицид - гипохлорит натрия (хлорноватистокислый натрий). Дозирование осуществляется ударно или непрерывно. Стратегия дозирования для регулирования макрозагрязнений должна быть профилактической, не допуская необходимости шокового дозирования при высоком уровне макрозагрязнений, что требует очень высоких доз в течение длительных периодов времени. Рекомендуется рассмотреть возможность применения способа целенаправленной дозировки в местах с высоким риском загрязнения, таким как вход и выход из теплообменника. Так как концентрация биоцида-окислителя в водной системе охлаждения постепенно уменьшается, необходимы химические измерения, чтобы регистрировать эффективный остаточный уровень пестицида в критических точках системы охлаждения. Измерение концентраций пестицида, основанные на измерении токсичности, также полезно для оптимизации. Контроль макрозагрязнений дают информацию относительно отстаивания и роста организмов и об эффективности программы контроля биообрастаний. Эта информация является существенной для программ оптимизации пестицида в прямоточных системах, у которых есть проблемы с макрозагрязнениями.

В открытых оборотных системах микрозагрязнение намного более важно, чем макрозагрязнение. Измерения микрозагрязнений дают важную информацию относительно развития и состояния микробного населения в водной системе охлаждения. Чтобы предотвратить внос организмов и питательных веществ с охлаждающей водой, входная вода может быть предварительно очищена (например, микрофильтрацией или отстаиванием). Вынесенная система фильтрации (непрерывная фильтрация части циркулирующего объема воды) помогает еще более сократить объем органического материала в охлаждающей воде. Объем пестицида, требуемого для успешной обработки, может быть таким образом сокращен.

В системах оборотного охлаждения используются биоциды-окислители и биоциды-неокислители. В Нидерландах приблизительно 90% оборотных систем обрабатываются гипохлоритом натрия. Биоциды-неокислители используются, только когда биоциды-окислители не могут обеспечить достаточную защиту. Для окислительных и неокислительных биоцидов рекомендуется прерывистое или ударное дозирование для того, чтобы минимизировать их использование, хотя в некоторых случаях при непрерывном дозировании с низким уровнем концентраций может расходоваться меньше химикатов, чем при ударном дозировании. Это также снижает риск развития привыкания водных организмов. Для биоцидов-неоксидантов необходимы точные аналитические методы, чтобы оптимизировать их использование. Биологические методы для измерения концентраций биоцида в охлаждающей воде могут также быть полезными в оборотных системах.

Если возможно, рекомендуется закрыть или сократить продувку во время шокового дозирования биоцидов-оксидантов и неоксидантов, чтобы сократить сбросы активного биоцида. Это особенно эффективно при их высокой реакционной способности или способности к разложению. Далее рекомендуется поддерживать в оборотной водной системе охлаждения, обработанной гипохлоритом, значение рН равным 8 - 9 для минимизирования потерь испарения хлора в градирне. Опыт показал, что это не обязательно приводит к снижению эффективности биоцида.

Комбинированное использование гипохлорита и бромида может применяться в пресноводной водной системе охлаждения и в прямоточной водной системе охлаждения, так как некоторые их побочные продукты - бромированные амины - имеют более сильный биоцидный эффект, чем их хлорированные гомологи и они быстрее разрушаются.

В оборотных системах с высоким качеством воды может применяться озонирование. Здесь важно обратить внимание на риск коррозии. Несколько опытов применения озона в Европе были успешны. Наконец, УФ-облучение может также применяться в оборотных системах как дополнительный метод. Однако только УФ-облучение не может уничтожить биозагрязнение, которое уже имеется на поверхностях водной системы охлаждения. Для эффективности этому методу необходима относительно прозрачная охлаждающая вода, так как свет должен быть в состоянии проникать через слой воды.

В результате данный подход к оптимизации применения биоцидов может быть суммирован следующим образом:

- когда выбор типа системы охлаждения выполнен, должна быть реализована сложная схема исследований с целью выбора из следующих вариантов, которые далее повлияют на необходимость обработки охлаждающей воды:

- выбор материалов и покрытий теплообменников и трубопроводов:

- исключение в конструкции системы охлаждения избыточных сопротивлений, источников возмущения потока воды, мест, удобных для роста макрозагрязнителей, обеспечение необходимой скорости воды;

- изучение возможностей улучшения качества охлаждающей воды предварительной подготовкой подпиточной воды;

- рассмотрены возможности механической очистки системы охлаждения;

- альтернативные физические и механические методы обработки ПСО, например, тепловая очистка, УФ-облучение, вынесенная фильтрация циркуляционной воды.

В зависимости от результата этого исследования водная система охлаждения может все еще нуждаться в определенной защите от отложений, коррозии или биозагрязнений. Это зависит от химического состава охлаждающей воды, от способа, которым система эксплуатируется, например, значений коэффициентов концентрации, и выбранной конфигурации охлаждения. Ясно, что для закрытого воздушного охлаждения или воздушных конденсаторов такая обработка не нужна. Химические вещества могут использоваться для очистки оребренных труб, но обычно она применяется на остановленном оборудовании.

Как только необходимость в обработке охлаждающей воды определена, необходим выбор конкретной программы обработки охлаждающей воды, соответствующей законодательным требованиям. Эти требования могут включать:

- запрещение использования определенных веществ для обработки охлаждающей воды, например, хрома, соединений ртути, металлоорганических соединений, нитритов, меркаптобензтиазолов;

- ограничение применения определенных веществ или групп веществ (например, цинка, фосфора, хлора, АОХ) в сточных водах, определяя нормативы сброса;

- ограничение токсичности сточных вод.

Выбор добавок для обработки охлаждающей воды для новых и существующих систем в соответствии со следующим подходом приведет к снижению сбросов:

- устанавливают необходимость в обработке охлаждающей воды после того, как другие физические методы очистки были рассмотрены;

- выбирают тип добавок;

- оценивают экологический риск веществ, которые будут применены;

- если возможно, применяют вещества, у которых более низкий потенциал воздействия на окружающую среду.

3.6.4 Снижение сбросов путем выбора материалов и конструкции ПСО

Для снижения объемов применения добавок в новых системах охлаждения применяют определенные материалы и конструкции. Для оборудования систем охлаждения используются много различных материалов. Поставщики оборудования обычно предлагают оборудование, изготовленное из некоторого диапазона различных металлов и сплавов, чтобы дать возможность выбрать материал, пригодный для химического состава охлаждающей воды и условий процесса. Важно учитывать, что характеристики материалов могут быть противоречивыми, что усложняет выбор материала и влияет на программу обработки охлаждающей воды. Например, материал с пониженной коррозионностью может иметь одновременно более высокую чувствительность к биозагрязнению.

Надлежащее расположение и конструкция системы охлаждения могут влиять на необходимость в добавках к охлаждающей воде. Во время монтажа необходимо избегать ненужных выступов, а также резких изменений в направлении потоков воды. Это вызывает турбулизацию потока, которая усиливает коррозионные процессы, осаждение, например, мидий. Эксплуатация системы с адекватной минимальной скоростью потока воды не только поддерживает необходимую производительность системы охлаждения, но также и сокращает накопление макрозагрязнений и коррозию материалов.

Применяемые покрытия и краски препятствуют фиксации организмов, снижают трение воды и облегчают чистку систем. Эти предохраняющие от обрастания краски не должны содержать токсичные вещества. Водостойкость и цена варьируются и зависят от размера системы охлаждения и условий. Например, органические покрытия наносятся в относительно небольших установках охлаждения посредством теплового отверждения на поверхности. Это порошковые покрытия, которые могут использоваться во влажной среде, не содержат токсичных веществ, не используют растворителей, коррозионностойкие, в итоге существенно продлевают жизнь оборудования.

3.6.5 Применение дополнительных и альтернативных методов обработки охлаждающей воды

По результатам опроса были получены сведения о методах обработки систем охлаждения, которые приводят к снижению потребности в ее химической обработке и применении реагентов, применяемых российскими предприятиями (таблица 3.14).

Таблица 3.30 - Методы обработки ПСО, снижающие потребность в реагентной обработке циркуляционной воды

Наименование метода обработки	прямоточная	оборотная водная	воздушная
Механическая очистка на остановленном оборудовании	5	4	-
Повышение температуры охлаждающей воды	-	1	-
Кислотная промывка на остановленном оборудовании	-	2	-
Очистка теплообменников водой высокого давления	2	1	-
Шариковая очистка	4	7	-
Термическая чистка на остановленном оборудовании (термосушка)	2	2	-
Промывка радиаторов водой или мыльным (моющим) раствором (в зависимости от степени загрязнения) с использованием специальной установки	-	-	2

Кроме того, в справочнике ([9]) сообщается о применении европейскими предприятиями следующих методов:

- очистка и подготовка подпиточной воды;

- механическая очистка работающего оборудования ПСО;

- механическая очистка остановленного оборудования;

- термическая очистка;

- применение специальных покрытий для оборудования;

- ультрафиолетовое (УФ) облучение, озонирование воды с целью ее обеззараживания;

- ультразвуковые технологии.

Цель всех перечисленных методов состоит в том, чтобы улучшить биологическое качество охлаждающей воды и сохранить поверхности элементов систем охлаждения (трубопроводов и теплообменников) чистыми насколько это возможно, создавая в системе внутреннюю среду, которая будет препятствовать загрязнениям. Некоторые из этих методов не имеют общего применения или все еще исследуются. Экологические выгоды от их применения должны быть сбалансированы со снижением объемов применения химических веществ. Например, УФ-облучение нуждается в относительно прозрачный воде, озонирование и ультразвуковая технология нуждаются в дополнительном подводе энергии.

В соответствии с ([48]) способ термической очистки теплообменников заключается в том, что при повышении температуры стенок трубок до 50°С - 55°С органические и илистые отложения высыхают, растрескиваются и отслаиваются от стенок трубок. Для ускорения процесса сушки и удаления отслоившихся отложений через трубки теплообменника с помощью вентилятора продувается воздух, обычно предварительно подогретый в калорифере.

На ТЭС термическая очистка производится при поочередном отключении половин конденсатора по воде при одновременном снижении электрической нагрузки таким образом, чтобы температура в выхлопном патрубке не превышала 55°С. В очищаемую половину конденсатора прекращается подача воды. Вскрываются люки со стороны входа и выхода воды, очищаются от мусора (щепы, рыбы, ракушек и т.п.) трубные доски, закрываются задвижки на линии отсоса воздуха. На площадке перед конденсатором устанавливается вентилятор, напорный патрубок которого соединяется с одним или двумя люками крышки конденсатора со стороны подвода воды. Включается вентилятор и калорифер и через трубки конденсатора продувается подогретый воздух. Сушка трубок конденсаторов продолжается 4 - 8 ч, а при необходимости и более. Продолжительность сушки определяется толщиной и характером отложений и температурой воздуха, поступающего в конденсатор. После окончания сушки закрываются люки крышки конденсатора и он включается в работу. Отложения, вынесенные воздухом в водяные камеры, удаляются с водой при включении половины конденсатора в работу.

Разновидностью термической сушки является вакуумная сушка. Сущность метода заключается в том, что в водяном пространстве конденсатора создается вакуум на 40 - 150 мм вод. ст более глубокий, чем в паровом пространстве. В процессе сушки слой осадка уплотняется, разрывается на мелкие чешуйки и отслаивается. Процесс сушки происходит при параметрах, соответствующих кипению, отложения высыхают до влажности 3% - 5%. При включении конденсатора в работу чешуйки смываются циркуляционной водой. Длительность вакуумной сушки одной половины конденсатора составляет 1 - 2 ч.

Механическая очистка теплообменников производится щетинистыми ершами, укрепленными на длинных шомполах и приводимых в действие вручную или с помощью механических, электрических, гидравлических или пневматических устройств различного типа; резиновыми цилиндриками или поршеньками, проталкиваемыми через трубку шомполами; водой или воздухом под давлением с помощью пистолетов различной конструкции или других устройств; струей воды под большим давлением и в отдельных случаях с примесью песка, золы, воздуха и т.д. Очистка высоконапорной установкой ведется с давлением рабочей воды 400 - 500 , поэтому она проводится специально обученным персоналом, как правило, специализированных организаций.

Химический способ очистки теплообменников в остановленном состоянии применяется при неэффективности или невозможности применения механических методов. При химическом способе очистки большое внимание уделяется равномерному растворению отложений, достигаемому отсутствием пенообразования, и минимальной потере металла теплообменных поверхностей.

В настоящее время для очистки теплообменников применяются следующие моющие вещества:

- водный конденсат низкомолекулярных органических кислот (ВК НМК), представляющий собой 25 - 35%-ную смесь муравьиной, уксусной, пропиновой, валериановой, масляной и капроновой кислот, а также концентрат низкомолекулярных кислот (К НМК), т.е. 75%-ная смесь этих кислот. ВК НМК и К НМК являются отходом производства синтетических жирных кислот. Очистка производится 5 - 7%-ным раствором с ингибиторами коррозии: И-2-В или И-1-Е в количестве 0,2% - 0,5% в промывочном растворе; смесь 0,1% КИ-1 с 0,05% тиурама или 0,1% 0П7 (ОП10, КИ-1) с 0,02% каптакса;

- техническая соляная кислота, ингибированная В-2 или БП-5, 2-5%-ная с добавкой для пеногашения водного конденсата из расчета 0,35 кг (100%-ного) на 1 кг накипи или синтетических жирных кислот (СЖК) фракции С5 - С6 в количестве 0,15% - 0,25% по объему. В качестве дополнительных ингибиторов могут быть использованы: тиосульфат натрия в количестве 4 - 5 г на 1 г-ион железа и меди; 0,3 - 0,5%-ный И-2-В или И-1-Е; тиомочевина с гидроксиламином по 2 г на 1 г-ион железа и меди; смесь катапина и тиурама в количествах соответственно 0,1 и 0,05% в промывочном растворе; роданистый аммоний в количестве 0,1% в промывочном растворе; смесь роданистого аммония с тиомочевиной по 0,05% каждого компонента в промывочном растворе; смесь 0,1% - 0,2% КИ-1 с 0,02% каптакса.

Количество реагентов, необходимое для химической очистки, рассчитывается по количеству имеющейся в нем накипи.

Финансовые затраты могут варьироваться в зависимости от размера системы и количества одновременно применяемых методов.

Фильтрация подпиточной воды оборотных систем и циркуляционной воды прямоточных систем с целью задержки мусора применяется повсеместно при заборе воды из поверхностных водных объектов. Для этого используются неподвижные решетки и вращающихся сеток для мусора, мусорозадерживающие фильтры с ячейками различного размера.

Очистка конденсаторов эластичными шариками из губчатой резины является одним из наиболее широко применяемым методом поддержания в чистоте поверхности охлаждения трубчатых теплообменников и конденсаторов в энергетике. Шарики диаметром на 1,0 - 1,5 мм больше диаметра очищаемых трубок при прохождении по ним за счет плотного прилегания к стенкам препятствуют накопления биологических, механических и солевых отложений.

Система шариковой очистки (СШО) состоит из фильтра предварительной очистки, очищающего воду от крупного мусора, насоса отмывки фильтра, шарикоулавливающего устройства, предназначенного для сбора и возвращения шариков в цикл, насоса для циркуляции шариков, загрузочной камеры для введения шариков в контур циркуляции, а также для сбора и удаления отработавших шариков, транспортных трубопроводов циркуляции шариков с электрифицированной арматурой и средств автоматизации системы.

Принципиальная схема СШО показана на рисунке ___________.

Рисунок 3.1 - Принципиальная схема системы шариковой очистки конденсатора:

1 - конденсатор; 2 и 3 - напорный и сливной циркуляционные водоводы; 4 - фильтр предварительной очистки; 5 - шарикоулавливающее устройство; 6 - загрузочная камера; 7 - насос промывки фильтра предварительной очистки; 8 - насос циркуляции шариков; I и II - подвод и слив циркуляционной воды; III - подача воды на отмывку фильтра предварительной очистки; IV - сброс загрязненной воды из фильтра; V - контур циркуляции шариков; VI - опорожнение загрузочной камеры.

В Европе, кроме того, для предотвращения обрастания промышленных систем достаточно часто используются следующие методы:

- поддержание достаточно высоких скоростей воды, чтобы избежать фиксации органических организмов (> 2 м/с), эта рекомендация в настоящее время применяется очень широко;

- нетоксичные покрытия и краски, которые усложняют фиксацию организмов, улучшают влияние скорости потока и облегчают очистку; однако, эти покрытия дороги и должны восстанавливаться каждые 4 - 5 лет.

Иногда используется установка специальных противомидийных фильтров.

Физические методы могут применяться и для морской и для пресной воды.

Имеется несколько случаев применения облучения воды ультрафиолетовым светом (УФ-облучение).

В технической литературе имеется информация об успешном применении на не скольких химических и нефтехимических российских предприятиях (Казаньоргсинтез, Лукойл-Пермнефтеоргсинтез, Акрон, Московский НПЗ, ЛУКОЙЛ-Пермнефтегазпереработка и др.), а также десятках зарубежных промышленных предприятиях различных отраслей, технологии каталитического обеззараживания циркуляционной воды водных оборотных систем охлаждения.

Суть технологии заключается в следующем. В поток охлаждающей воды помещается ячейка с металлическим (наноструктурированный Cr-Ni-Fe сплав) нерасходуемым катализатором, сюда же дозируется реагент, основа которого - стабилизированный 30%-й раствор перекиси водорода . При взаимодействии с катализатором молекулы перекиси водорода за счет перехода электронов активируются, а сама поверхность катализатора приобретает положительный заряд. Имеющие слабый отрицательный заряд клетки микроорганизмов в течение секунды притягиваются к поверхности катализатора, где под воздействием активных высокореакционноспособных молекул перекиси водорода клеточные мембраны микроорганизмов разрушаются, вследствие чего клетки микроорганизмов полностью деструктурируются и окисляются.

В результате этих реакций в воде образуются поверхностно-активные вещества биологического происхождения (биоПАВ), которые, в отличие от синтетических ПАВ (СПАВ), нетоксичны, проявляют свою активность на поверхности раздела фаз жидкость/твердое тело и малоактивны на разделе фаз жидкость/газ, т.е. не образуют пены и по своей структуре очень схожи с мембранами клеток микроорганизмов, поскольку являются продуктами их распада. Продвигаясь с потоком воды, биоПАВ отщепляют соединенные с металлическими и другими поверхностями слои биоотложений (биопленок), что вызывает гибель внутренней анаэробной части биослоя. Таким образом, постепенно происходит полная очистка поверхности оборудования и трубопроводов от биоотложений. Сообщают, что в результате применения каталитического обеззараживания происходит очистка не только градирен, но и всех элементов охлаждающей системы (оросителей, трубопроводов, теплообменников и т.д.) и препятствуют образованию новых слоев биообрастаний, а также предотвращается образование новых слоев биообрастаний (биопленок).

Разработчики технологии отмечают следующие преимущества каталитического обеззараживания, подтвержденные опытом его применения, по сравнению с другими применяемыми методами:

- уничтожение биозагрязнителей не только в объеме воды, но и труднодоступной для других методов биопленки;

- в ПСО не вносятся соли и галогенпроизводные вещества;

- независимость эффективности обеззараживания от рН и концентрации нефтепродуктов в охлаждающей воде;

- за счет применения нерасходуемого катализатора (реальный срок сохранения активности катализатора составляет не менее 10 лет) существенно снижается масса применяемого реагента (в 15 - 20 раз);

- за счет уничтожения биопленки существенно снижается интенсивность коррозионных процессов, увеличивается срок службы оборудования, улучшается теплообмен.

Технология совместима со всеми применяемыми ингибиторами коррозии и отложения солей. По сведениям разработчика технологии экономические показатели ее внедрения и применения сравнимы с показателями альтернативных технологий обеззараживания охлаждающей воды.

3.6.6 Оптимизация методов обработки циркуляционной воды

Оптимизация методов использования добавок к охлаждающей воде означает выбор адекватного режима дозировки и мониторинга влияния программы обработки воды на сбросы в поверхностный водный объект и на эффективность работы системы охлаждения (эффективность теплопередачи и надежность системы).

Выбор режима дозировки должен стремиться к достижению необходимой концентрации в нужное время без снижения эффективности системы охлаждения. Сниженная дозировка может вызвать коррозию или отложения и снижение эффективности системы охлаждения, что, в свою очередь, приводит к косвенным экологическим влияниям, передозировка химического вещества может привести к загрязнению поверхностей теплообмена, более высоким уровням сбросов в окружающую среду и более высоким затратам на обработку.

Целенаправленная дозировка, основанная на анализе качества охлаждающей воды, стремится поддерживать минимальный необходимый уровень концентрации, обеспечивающий постоянную защиту от загрязнений. Избегают чрезмерно высоких уровней концентрации, снижая таким образом сбросы в окружающую среду и затраты на приобретение реагентов. Поэтому правильно разработанные режимы дозировки сокращают необходимые объемы добавок и могут быть экономически эффективными.

Для поддержания эффективности применяемого обработки циркуляционной воды важно организовать производственный контроль состояния ПСО. Его объем определяется конструкцией ПСО и применяемыми методами обработки воды.

3.7 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Для целей идентификации НДТ систем охлаждения важно учитывать прямые и косвенные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, связанные с эксплуатацией ПСО. Прямые выбросы ПСО связаны с возможным поступлением в атмосферу экологически опасных веществ, содержащихся в циркуляционной воде и поступающих в атмосферу через градирни. Косвенные выбросы - это дополнительные выбросы от производственного процесса, связанные с недостаточной эффективностью работы системы охлаждения. Они возникают вследствие того, что недостаток охлаждения может приводить к увеличению потребления сырья или энергетических ресурсов и, в результате, к увеличению объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

3.7.1 Объемы выбросов в атмосферу

В сравнении с выбросами загрязняющих веществ в атмосферу охлаждаемыми технологическими установками выбросы ПСО, как правило, относительно невелики. Кроме того, загрязняющие вещества от ПСО поступают атмосферу в основном с капельной влагой, выбрасываемой водными градирнями, которая достаточно быстро оседает на почву или испаряется. Поэтому область влияния капельных выбросов от градирен невелика. Зона выпадения капельной влаги на поверхности земли имеет форму эллипса с большой осью, проходящей через центр градирни в направлении ветра. Наибольшая интенсивность выпадения капель на поверхность земли в этой зоне находится на большой оси эллипса на расстоянии примерно двух высот градирни. На расстоянии 5 - 6 высот башни интенсивность выпадения влаги снижается примерно в 10 раз. Размер зоны выпадения капельной влаги зависит от высоты градирни, скорости ветра, степени турбулентности воздуха в приземном слое, концентрации и крупности капель, а также от температуры и влажности атмосферного воздуха.

В процессе сбора данных по применяемым в Российской Федерации системам охлаждения сведений о прямых выбросах загрязняющих веществ от ПСО не поступило, что свидетельствует о низкой значимости этого экологического аспекта ПСО. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от ПСО не нормируются и не контролируются.

Косвенные выбросы от охлаждаемых производственных процессов, связанных с недостаточной эффективностью ПСО, могут быть существенно выше прямых выбросов от градирен. Их интенсивность и состав существенно зависят специфики охлаждаемого процесса.

3.7.2 Методы снижения выбросов

Применяемые методы снижения косвенных и прямых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу направлены на:

- обеспечение соответствия производительности ПСО требованиям охлаждаемого производственного оборудования;

- снижение массы и экологической опасности веществ, используемых в ПСО для обработки подпиточной или циркуляционной воды;

- снижение возможностей поступления в атмосферу загрязняющих веществ, используемых в ПСО.

В качестве методов снижения косвенных выбросов могут применяться все методы, направленные на повышение эффективности охлаждения технологического оборудования, а также энергетической эффективности работы ПСО.

Масса прямых выбросов в атмосферу от градирен зависит от массы и уровня экологической опасности веществ, используемых для обработки охлаждающей воды, их концентрации в циркуляционной воде. В связи с этим меры, направленные на снижение объемов применения химических веществ, применяемых для стабилизационной обработки и обеззараживания циркуляционной воды, а также на применение менее токсичных веществ, способствуют снижению негативного воздействия ПСО на атмосферный воздух.

Замена химических методов обработки охлаждающей воды на механические и физические также способствуют снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

При внесении изменений в эксплуатационные режимы работы градирен необходимо оценивать влияние изменений на выбросы в атмосферу.

Учитывая, что основным путем поступления загрязняющих веществ в атмосферу от ПСО являются их выброс с капельным уносом мокрых градирен (башенных, вентиляторных, атмосферных), методом снижения выбросов является применение достаточно эффективных каплеуловителей (сепараторов капельного уноса). Стандартные капельные сепараторы, используемые в настоящее время в мокрых градирнях, позволяют ограничить потери воды с уносом до 0,01% от полного расхода циркуляционной воды. Меры по оборудованию градирен достаточно эффективными каплеуловителями доступны как для новых проектируемых, так и для действующих градирен.

В качестве эксплуатационного метода, косвенно способствующего снижению прямых выбросов от градирен, может рассматриваться организация производственного контроля состава циркуляционной воды, ее химического и бактериологического состава. Такой контроль позволяет предотвратить чрезмерное накопление в воде и выброс загрязняющих веществ в атмосферу. В программу контроля могут включаться вещества, применяемые для стабилизационной обработки и дезинфекции воды, взвешенные вещества, количество общих и термотолерантных колиформных бактерий, колифагов, БПК, ХПК, интенсивность запаха и окраски. Инструментальный контроль объема выбросов от градирен, эффективности каплеуловителей достаточно сложен, поэтому в производственном контроле он не применяется. В качестве эксплуатационных мер для поддержания эффективности работы каплеуловителей применяются их периодические осмотры, механические чистки и ремонты.

3.8 Паровые факелы градирен

3.8.1 Условия образования парового факела

Образование парового факела может происходить только в водных оборотных системах охлаждения в условиях, когда воздух с высоким содержанием влаги покидает градирню или иной охладитель, смешивается с атмосферным воздухом и начинает остывать. Если при остывании относительная влажность воздуха достигает 100%, то некоторая доля водяного пара конденсируется в капли, что и приводит к образованию видимого парового факела. Учитывая, что при испарении воды растворенные в ней вещества не переходят в пар, паровой факел состоит из чистых водяных капель. Форма и плотность парового факела зависят от температуры и относительной влажности атмосферного воздуха, силы ветра. Чем более холодным и влажным является атмосферный воздух, тем более устойчивым и протяженным будет паровой факел. Поэтому эта проблема актуальна в большей степени для областей с более холодным климатом и, главным образом, в холодные сезоны года. Паровые факелы от крупных ПСО могут снижаться до уровня земли, что может приводить к оледенению дорог, зданий и сооружений.

По результатам опроса ни одно из опрашиваемых предприятий, эксплуатирующих испарительные градирни различного типа, не сообщило о существенной значимости проблем, связанных с образованием парового факела. В то же время, в процессе обсуждения проекта настоящего справочника НДТ поступала информация о наличии таких проблем, в особенности для невысоких вентиляторных испарительных градирен. В справочнике ([9]) также отмечается возможное воздействие испарительных градирен на условия безопасности эксплуатации автомобильных дорог, взлетно-посадочных полос аэропортов, других сооружений.

3.8.2 Методы предотвращения и уменьшения парового факела

Уменьшение парового факела - комплексная технологическая мера, требующая изменения конструкции ПСО. В некоторых случаях образование парового факела может быть предотвращено сушкой влажного отходящего воздуха перед их выбросом в атмосферу, его смешиванием с некоторым количеством теплого сухого воздуха. Однако эти меры связаны с дополнительным расходованием энергии и поэтому неэффективны в смысле комплексного воздействия на окружающую среду и потребления энергии производственным объектом в целом. Полное предотвращение парового факела возможно только при эксплуатации сухих радиаторных и гибридных систем.

В результате опроса российских предприятий не было получено сообщений о мерах, применяемых для снижения интенсивности или предотвращения образования парового факела.

3.9 Шум

3.9.1 Источники и уровни шума ПСО

ПСО создают относительно невысокий уровень шума, он может создавать проблемы только при расположении ПСО недалеко от границ санитарно-защитных и жилых зон.

По результатам опроса были получены немногочисленные сведения об уровнях шума от оборудования ПСО. В связи с различными условиями измерения (расстояния, наличие других источников шума) данные от различных компаний несопоставимы между собой и на их основе невозможно сформировать данные о характерных уровнях шума от оборудования ПСО.

Шум насосного оборудования, всегда присутствующего в водных ПСО, может быть значительным. Однако насосы всегда располагаются внутри зданий, поэтому их шум не создает проблем для нормируемых реципиентов. Обычно в ПСО выделяют два основных первичных источника шума:

- вентиляторное оборудование (вентилятор, передаточные механизмы, двигатель) - во всех градирнях с принудительной тягой или наддувом. Шум вентиляторной установки с приводом создается преимущественно на низких и средних частотах 63 - 500 Гц;

- капли, падающие в водосборные бассейны в испарительных градирнях. Шум от падения капель (шум дождя) происходит на частотах 500 - 8000 Гц.

Дополнительные шумы могут возникать также при колебаниях и вибрациях отдельных элементов градирни (оболочки, диффузора и т.п.). Однако эти шумы связаны с некачественным монтажом или недостаточным техническим обслуживанием ПСО. В качественно смонтированных и обслуживаемых ПСО влияние дополнительных шумов на общий шум несущественно.

Уровни шума, создаваемого градирней, оцениваются по шумовой характеристике. Шумовой характеристикой принято считать уровень звукового давления на среднегеометрических частотах октавных полос в диапазоне 63 - 8000 Гц на расстоянии 1 м от звукоактивных поверхностей.

Звукоактивная поверхность - часть поверхности градирни с наибольшим излучением шума (входные окна, корпус вентилятора, выход из диффузора).

Уровень звукового давления L, дБ - величина, вычисляемая по формуле:

L = 20 lg(P/P0),

где P0 = 2 х 10-5 Па.

Для ориентировочной оценки шума допускается за характеристику постоянного шума принимать уровень звука, дБА, измеряемый по шкале А шумомера и определяемый по формуле:

L = 20 lg(Pa/P0),

где Ра - среднеквадратичная величина звукового давления с учетом коррекции А шумомера, Па.

На уровень шума, создаваемого вентилятором градирни, влияют окружная скорость колеса, профиль лопаток, их число, конструкция подшипников, работа электродвигателя и тип привода. В малых вентиляторных градирнях (площадь секции не более 16 ) преобладающим источником шума является вентиляторная установка. При больших размерах секции значительную долю в общий шум, создаваемый градирней, может вносить и шум дождя, особенно на высоких частотах. Разница в шуме градирни с различными типами капельных и пленочных оросителей несущественна и колеблется в пределах 3 дБ.

В справочнике ([9]) предложены следующие формулы для оценки уровня шума от различных градирен.

Уровень звукового давления от вентилятора может быть приблизительно вычислен следующим образом:

где V0 = 1 воздуха/ч; = 1 гПа.

Это общее уравнение может использоваться и для дутьевых и для вытяжных вентиляторов. В градирнях с наддувом вклад вентиляторов в уровень мощности звука на выходе воздуха средних и больших градирен обычно меньше, чем вклад вентилятора градирни с принудительной тягой с вентиляторами наверху. Это различие может составлять до 5 дБА.

Следующее уравнение показывает, как мощность шума осевых вентиляторов связана с окружной скоростью лопаток:

где C - постоянная, характеризующая профиль вентилятора, Utip - окружная скорость лопаток вентилятора, Q - расход воздуха, P - давление, D - диаметр вентилятора.

Для градирен с естественной тягой расход воды и высота градирни - наиболее важные факторы, влияющие на уровень шума. Важно, чтобы высота падения капель составляла менее 5 м.

Уровень мощности звука градирни с естественной тягой в месте забора воздуха может быть вычислен в соответствии с уравнением:

L (дБА) = 68 + 10lg (M/М0) 2,

где М0 = 1 т/ч, М - массовый расход воды.

Мощность звука в месте выхода воздуха из градирни с естественной тягой может быть приблизительно вычислена по формуле:

L (дБА) = 71 + 10lg (M/М0) - 0.15 * (H/Н0) 5,

где М0 = 1 т/ч, М - массовый расход воды, Н0 = 1 м, Н - высота градирни.

Вклад шума воды в полный уровень мощности звука вентиляторной градирни может быть приблизительно вычислен по формуле:

L (дБА) = 72 + 10lg (M/М0) 3,

где М0 = 1 т/ч, М - массовый расход воды.

Шум имеет определенный частотный спектр и имеются различия в спектрах мокрых градирен с естественной тягой и вентиляторных градирен. Шум падающей воды в градирнях с естественной тягой имеет более широкий спектр частот, тогда как спектр шума вентиляторов состоит из низких частот. Это, кроме прочих факторов, объясняет, почему шум воды обычно преобладает вблизи установки, а шум вентиляторов становится преобладающим с увеличением расстоянием от градирни. Частотные характеристики шума необходимо учитывать при выборе мер шумоподавления.

Таблица 3.31 - Значения уровня шума от оборудования систем охлаждения большого нефтеперерабатывающего завода без учета влияния мер по шумоподалению ([9])

Оборудование	Мощность, производительность(1)	Уровень шума L, дВ(А)
Компрессоры	490/2000 кВт	108/119
Насосы	25/100/1300 кВт	94/98/108
Паровые турбины	1000/2000 кВт	106/108
АВО	7/20/60 кВт	89/93/98
АВО/воздушный конденсатор	170 кВт	102
АВО/воздушный конденсатор	2.7 МВт (тепл)	97
АВО	14.7 МВт (тепл)/18.8 кВт	105
АВО	1.5 МВт (тепл)/7.5 кВт (тепл)	90
Градирня	300 МВт (тепл)	106
Градирня	2000	105
(1) Указание мощности вращающихся машин, двигателей и т.д. не является производительностью системы охлаждения.

Таблица 3.32 - Сравнение уровней шума на входе и выходе воздуха для различных типов конструкций испарительных градирен ([9])

Конструкция водной системы охлаждения	Вход воздуха, дБ(А)	Выход воздуха (при открытом диффузоре), дБ(А)
Башенная градирня с естественной тягой	84 3	69 3
Атмосферная градирня	86 3	80 3
Вентиляторная градирня с нагнетанием воздуха	88 3	85 3
Вентиляторная градирня с принудительной тягой	85 3	88 3

Таблица 3.33 - Уровень шума от различных типов ПСО без мер по шумоподавлению ([9])

Система охлаждения	Уровень шума, дБ(А)
Башенная градирня	90 - 100
Вентиляторная градирня	80 - 120
Гибридная градирня	80 - 120
Радиаторная градирня	90 - 130

3.9.2 Применяемые методы шумоподавления

Уровень шума от вентиляторных градирен, как правило, не превышает допустимый уровень по санитарным нормам для территорий промышленных предприятий уже на расстоянии 10 м, поэтому их можно размещать в любом месте промышленного предприятия без проведения каких-либо мероприятий по защите от шума. Однако в случаях, если поблизости находятся жилые или другие здания, уровень шума для которых ограничен санитарными нормами, может возникнуть необходимость в проведении мероприятий для снижения уровня шума в расчетных точках до величин, допустимых санитарными нормами.

Эти мероприятия необходимо предусматривать на стадии проектирования и привязки градирни к местности, что обходится обычно в 2 - 3 раза дешевле, чем обеспечение защиты от шума после пуска градирен в эксплуатацию.

Борьбу с шумом градирен следует осуществлять по следующим основным направлениям:

- уменьшение или предотвращение образования шума в его источнике (первичные меры) - конструктивные и административные методы (применение малошумного источника, регламентация времени его работы и мест расположения на территории);

- снижение шума на пути его распространения (вторичные меры).

В качестве первичных мер используются:

- увеличение количества лопаток в вентиляторах до 6 - 8 вместо 4 может привести к снижению шума (при этом также снижается потребление энергии);

- использование низкошумных вентиляторов с более широкими лопатками и более низкими окружными скоростями (< 40 м/с) при сохранении расхода и давления воздуха;

- применение низкошумных электродвигателей и механизмов передачи (с небольшими коэффициентами передачи или многополюсных электродвигателей), геликоидальных механизмов вместо ременных приводов и, если возможно, прямых приводов;

- использование ременных приводов с V-образными или плоскими ремнями. Если возможно, ремни должны быть закрыты кожухами;

- применение низкошумных двигателей;

- применение центробежных вентиляторов вместо осевых;

- обеспечение наибольшего возможного расстояния между лопатками вентилятора и другими конструкциями;

- использование упругой опоры механизмов и двигателей вентилятора, установка вентилятора на "плавающем" основании, "мягкое" соединение вентилятора с корпусом градирни;

- снижение скорости вращения вентиляторов за счет изменения конструкции или применения двухскоростных двигателей;

- устройство удлиненных диффузоров с непрерывным течением потока при покрытии внутренней поверхности диффузора звукопоглощающим материалом с пластмассовой пленкой для защиты от воды;

- усовершенствование аэродинамических характеристик лопастей проточной части вентиляторов;

- снижение высоты падения капель воды;

- предотвращение падения капель на поверхность водосборного бассейна устройствами, улавливающими капли и дренирующими их в бассейн (дефлекторов). Эффект снижения шума составляет максимум 7 дБ;

- уменьшение площади поверхности воды за счет более быстрого дренирования бассейна, при этом стенки бассейна используются как звуковые барьеры;

- применение сеток или тканых материалов с небольшими ячейками, дрейфующих на водной поверхности и уменьшающих шум падающих капель. Количественная оценка эффективности метода неизвестна;

- шумовые экраны на воздухозаборных окнах могут обеспечивать максимальное снижение шума на 20 дБ. Недостатком является дополнительный перепад давления, который может составлять до 10 Па, что может потребовать увеличения производительности вентилятора на 20%;

- в тех случаях, где это возможно, целесообразно предусматривать режим работы градирни с остановкой в ночное время или в период более низких нагрузок вентиляторы можно эксплуатировать при более низких скоростях вращения, 50%-ое снижение скорости приводит к снижению шума приблизительно на 6 - 10 дБ(А);

- размещение градирен с ориентацией наиболее шумных устройств, мест выхода звуковой энергии из градирни в сторону, противоположную зданиям или другим реципиентам шума.

В качестве вторичных мер применяются:

- удаление градирен от жилых домов на достаточное расстояние, определяемое расчетами на стадии проектирования;

- устройство между градирней и рассматриваемым объектом экранов в виде насыпей, ограждений, стенок, полос зеленых насаждений. Шумоподавляющие экраны могут обеспечивать снижение шума на 20 дБ. Их эффективность зависит от конструкции и расстояния от основания градирни;

- размещение вентиляторных градирен с использованием в качестве экранов существующих сооружений зданий, рельефа местности. Снижение уровня звука вблизи градирни ограждением может составлять до 20 дБ.

При выборе методов шумоподавления необходимо учитывать, что их применение может приводить к дополнительному энергопотреблению на преодоление дополнительного аэродинамического сопротивления. Поэтому вторичные меры могут быть более предпочтительными. Необходимо сравнивать выгоды снижения шума на 10 - 25 дБА и дополнительный перепад давления на 20 - 70 Па, что потребует дополнительного энергопотребления или установки более мощных (и более шумных) вентиляторов. Выбор малошумных радиальных вентиляторов часто приводит к более высокому уровню потребления энергии и более высоким результирующим эксплуатационным расходам, чем для осевых вентиляторов.

Комплексное применение различных мер позволяет достигать уровней шумоподавления от 20 до 30 дБА. Для таких уровней шумоподавления необходимо одновременно применять низкошумное оборудование и вторичные меры шумоподавления, например, акустические экраны.

3.10 Риск утечек опасных веществ

3.10.1 Причины и потенциальные последствия утечек охлаждаемых веществ

Риски утечек охлаждаемых веществ характерны только для поверхностных рекуперативных теплообменников, в которых охлаждаемая и охлаждающая среды (вода или воздух) разделены теплообменной поверхностью. В смешивающих теплообменниках смешение охлаждаемой и охлаждающей сред является нормальным процессом. В регенеративных теплообменниках некоторая доля смешивания сред также является нормальной. Теплообменная поверхность рекуперативных теплообменников может подвергаться коррозии, эрозии и другим видам износа и повреждениям, в результате которых герметичность теплообменников нарушается и происходит смешение охлаждаемой и охлаждающей сред. В зависимости от соотношения давлений сред результатом разгерметизации теплообменной поверхности может быть загрязнение охлаждаемого или охлаждающего веществ. Очевидно, что опасность для окружающей среды представляют собой только те случаи, когда охлаждаемое вещество представляет опасность для окружающей среды и оно может попасть в охлаждающую среду. Таким образом, условиями наличия для ПСО рисков утечек, которые рассматриваются в данном справочнике НДТ, являются:

- применение поверхностных рекуперативных теплообменников;

- охлаждаемая среда является экологически опасным веществом;

- в случае разгерметизации теплообменника охлаждаемое вещество может попасть в окружающую среду.

Данным критериям могут удовлетворять все типы ПСО, описанные в разделе 2. Поэтому можно говорить только об относительной величине рисков утечек, характерных для разных типов ПСО.

Утечки охлаждаемых веществ могут происходить в водных и воздушных системах охлаждения. В прямоточных системах загрязнение немедленно поступает в водные объекты через охлаждающую воду. В оборотных водных и гибридных системах в случае протечки загрязнений в циркуляционную воду, их попадание в окружающую среду произойдет спустя некоторое время, с влажным охлаждающим воздухом и продувочными водами.

В воздушных системах охлаждения аварийная утечка охлаждаемого вещества или хладагента промежуточного контура может привести к загрязнению охлаждающего воздуха. Эта проблема может быть значимой и актуальной для воздушных систем охлаждения, применяемых на газо- и нефтеперерабатывающих, химических предприятиях, где могут охлаждаться в том числе токсичные, взрыво- и пожароопасные вещества.

Системы охлаждения любых типов, применяемые на электростанциях, не несут высоких рисков утечек опасных веществ. Причиной этого является то, что на электростанциях основной объем тепла отводится от конденсаторов, в которых происходит процесс конденсации водяного пара. Очевидно, что водяной пар не является экологически опасным веществом. Кроме того, в паровом пространстве конденсатора поддерживается низкое давление, существенно ниже давления охлаждающей воды. В связи с этим при нарушении герметичности трубок конденсатора происходит попадание охлаждающей воды в паровое пространство, что способствует повышению в нем давления и ведет к снижению эффективности процесса производства энергии или даже к аварийному останову турбины. Однако при этом не происходит попадания каких-либо загрязняющих веществ в окружающую среду.

В то же время на ТЭС в охлаждении нуждаются и экологически опасные вещества - масла, которые применяются для смазки и охлаждения разнообразных вращающихся механизмов, включая паровые и газовые турбины, насосы, тягодутьевые механизмы. Кроме того, отдельные системы охлаждения иногда применяются для охлаждения изоляционного масла в маслонаполненном электрооборудовании. Если системы охлаждения этого оборудования объединяется с системами охлаждения конденсаторов, то риски утечек появляются для всей системы охлаждения.

На интенсивность процессов износа теплообменников влияют такие факторы, как тип и материал теплообменника, скорости жидкостей, химический состав охлаждаемого и охлаждающего веществ, температуры материалов и уровни давления.

Нарушение целостности теплообменной поверхности не всегда происходит в виде явного видимого разрыва трубок в теплообменнике, иногда утечка происходит из-за наличия небольших трещин или дефектов теплообменных поверхностей. Самые распространенные причины возникновения дефектов в теплообменниках:

- коррозия в результате химического воздействия (язвенная коррозия);

- коррозия, связанная с биологическими загрязнениями, действием бактерий;

- механическая эрозия;

- вибрация, вызванная движением среды или работой насосов;

- заводские дефекты материалов;

- дефекты крепления труб;

- смещенные стыки труб;

- напряжения в материалах в результате непроектных эксплуатационных давлений и/или температур;

- слишком высокий температурный перепад в теплообменнике, перепад около 50°С может вызвать проблемы.

3.10.2 Методы снижения рисков утечек

Теплообменники должны проектироваться с учетом необходимости обеспечения их надежности и предотвращения утечек. Применяются следующие общие меры по снижению рисков возникновения утечек:

- выбор материалов для оборудования водных систем охлаждения с учетом агрессивности охлаждаемой и охлаждающей сред, в том числе охлаждающей воды;

- эксплуатация систем в проектных режимах;

- обработка охлаждающей воды для предотвращения отложений, коррозии, биозагрязнений, если это необходимо;

- предотвращение загрязнения теплообменников;

- поддержание небольших значений разности давлений между охлаждаемой и охлаждающей средами или создание избыточного давления охлаждающей среды;

- применение непрямых ПСО с промежуточным контуром.

Очевидно, что применение непрямой системы с промежуточным контуром снижает риски утечек практически до нуля. Однако необходимо учитывать, что непрямая конструкция системы охлаждения увеличит недоохлаждение и повысит минимальную конечную температуру процесса на 3°С - 5°С. Если для охлаждаемого процесса это допустимо, а токсичность охлаждаемых веществ высока, применение непрямой конструкции может быть оправдано.

Некоторые компании используют системы охлаждения, в которой часть оборудования, в котором утечки недопустимы, охлаждается непрямой системой, а другая часть оборудования охлаждается иным типом системы охлаждения. Такие системы охлаждения характерны для АЭС. При охлаждении экологически опасных веществ прямые прямоточные системы, как правило, не должны использоваться, особенно при наличии доступных альтернатив.

По результатам опроса российских предприятий были получены сведения о применении непрямых систем охлаждения с промежуточным контуром в прямоточных, водных оборотных и воздушных ПСО.

Для крупных существующих систем охлаждения внедрение промежуточного контура обычно не является технически реализуемым и экономически эффективным. Применение предупредительных мер борьбы с обрастаниями и отложениями, снижения вибрации, методов технического диагностирования и профилактического обслуживания может снизить риски утечек до приемлемых уровней. Сообщают о применении индикаторов утечек, которые позволяют сократить время между началом утечки и ее обнаружением.

Необходимые меры по предотвращению таких аварийных выбросов регламентируются правилами безопасности ([15]) и ([16]). Правилами предусмотрены следующие основные требования к системам охлаждения:

- организация теплообмена, выбор теплоносителя (хладагента) и его параметров осуществляются с учетом физико-химических свойств охлаждаемого материала в целях обеспечения необходимой теплопередачи, исключения возможности перегрева и разложения продукта;

- в теплообменном процессе не допускается применение теплоносителей, образующих при химическом взаимодействии с технологической средой взрывоопасные продукты;

- при разработке процессов с передачей тепла через стенку предусматриваются методы и средства контроля и сигнализации о взаимном проникновении теплоносителя и технологического продукта в случае, если это может привести к образованию взрывоопасной среды.

В поверхностных теплообменниках давление негорючих теплоносителей (хладагентов) должно, как правило, превышать давление охлаждаемых горючих веществ. В случаях невозможности выполнения этого требования необходимо предусматривать контроль за содержанием горючих веществ в негорючем теплоносителе.

В теплообменных процессах, в том числе и реакционных, в которых при отклонениях технологических параметров от регламентированных возможно развитие неуправляемых, самоускоряющихся экзотермических реакций, предусматриваются средства, предотвращающие их развитие.

При организации теплообменных процессов с применением высокотемпературных органических теплоносителей предусматриваются системы удаления летучих продуктов, образующихся в результате их частичного разложения.

3.10.3 Техническая диагностика и профилактическое техническое обслуживание

Снижению рисков утечек в теплообменниках способствует применение различных методов технической диагностики состояния теплообменников и их профилактическое техническое обслуживание по результатам диагностики. Примерный порядок проведения технического диагностирования теплообменников включает следующие процедуры.

На первом этапе проводится анализ технической и эксплуатационной документации, который включает:

- проверку соответствия фактических режимов эксплуатации проектным по температуре, давлению, числу остановов, качеству воды;

- анализ сертификатных данных для выявления случаев отклонения в исходных механических свойствах металла или его химического состава;

- анализ данных о повреждениях, ремонтах, заменах, реконструкциях, осмотрах, очистках, промывках основных элементов теплообменника, результатах технических освидетельствований и гидравлических испытаний;

- выявление длительности эксплуатации оборудования в аномальных условиях, анализ обстоятельств и причин аварийных остановов и определение зон основных элементов, которые могли подвергаться негативному воздействию; получение информации о наличии дефектов, интенсивности их развития, а также о возможных изменениях механических характеристик и структуры металла элементов в процессе эксплуатации.

Результаты анализа технической и эксплуатационной документации используют для составления индивидуальной программы технического диагностирования теплообменника. В программе указываются:

- основные элементы теплообменников, работающие в режимах, под воздействием которых могут возникать и развиваться процессы усталости, эрозии, коррозии, а также процессы, вызывающие изменение геометрических размеров, структуры и механических свойств металла;

- наиболее напряженные зоны (участки) основных элементов теплообменников, которые в результате особенностей конструктивного исполнения или условий эксплуатации наиболее предрасположены к образованию различных дефектов;

- объемы и методы контроля или исследования механических свойств и микроструктуры металла основных элементов.

Программой могут предусматриваться различные методы контроля:

- наружный осмотр;

- визуальный и измерительный контроль;

- капиллярная дефектоскопия;

- магнитопорошковая дефектоскопия;

- метод магнитной памяти металла;

- ультразвуковая толщинометрия стенки;

- ультразвуковой контроль сварных соединений и основного металла;

- измерение твердости переносными приборами;

- определение механических свойств;

- анализ микроструктуры металла элементов по репликам (в случае необходимости);

- испытания на прочность и плотность.

В индивидуальной программе должны быть определены основные элементы, зоны, подлежащие контролю, а также объемы, методы неразрушающего контроля; обоснованы необходимость и объемы лабораторных исследований структуры и свойств металла конкретного диагностируемого теплообменника.

При осмотре теплообменников особое внимание обращается на изменение формы и геометрических размеров основных элементов теплообменников, произошедших в процессе эксплуатации (вмятины, выпучины и отклонения образующих элементов теплообменника от прямолинейности, следы механического и коррозионного износа).

Визуальный и измерительный контроль проводят для выявления и измерения обнаруженных дефектов (поверхностных трещин всех видов и направлений, коррозионных повреждений, эрозионного износа, расслоений, вмятин, выпучин, механических повреждений), образовавшихся в процессе эксплуатации или на стадии монтажа или ремонта, развитие которых может привести к разрушению поврежденных элементов теплообменника. Визуальному и измерительному контролю подлежат основной металл, сварные соединения с наружной и внутренней стороны элементов.

Контроль наружной и внутренней поверхностей основных элементов методами капиллярной и магнитопорошковой дефектоскопии осуществляется с целью выявления и определения размеров и конфигурации поверхностных и подповерхностных трещин, а также дефектов коррозионного происхождения.

Метод магнитной памяти металла применяется с целью обнаружения и локализации внутренних дефектов сварных соединений и основного металла элементов утилизационного теплообменника, подвергнутых воздействию максимальных нагрузок по конструктивным и эксплуатационным параметрам.

Ультразвуковой контроль толщины стенки проводят для определения толщины стенки элементов утилизационного теплообменника. По результатам ультразвукового контроля толщины стенки определяют скорость их коррозии и устанавливают сроки замены изношенных элементов или уровни снижения рабочих параметров, а также сроки проведения восстановительного ремонта. Ультразвуковой контроль толщины стенки труб поверхностей нагрева проводят в наиболее теплонапряженных местах и местах наибольшего коррозионного или эрозионного износа.

Ультразвуковой контроль следует проводить с целью выявления внутренних дефектов в сварных соединениях (трещин, непроваров, пор, шлаковых включений и др.) в основном металле и в металле гибов.

Исследования механических свойств и микроструктуры металла элементов утилизационных теплообменников следует выполнять для установления их соответствия требованиям действующих нормативных документов и выявления изменений, возникших в результате нарушения нормальных условий работы или в связи с длительной эксплуатацией. Исследования механических свойств и структуры металла следует проводить неразрушающими методами контроля.

Испытания теплообменников на прочность и плотность проводятся в виде гидравлических испытаний. Гидравлическое испытание является завершающей операцией технического диагностирования теплообменника, осуществляемой с целью проверки плотности и прочности всех его элементов, работающих под давлением. Гидравлическое испытание следует проводить при положительных результатах технического диагностирования и после устранения обнаруженных дефектов при пробном давлении 1,25 рабочего давления и времени выдержки под пробным давлением не менее 10 мин. Результаты гидравлического испытания утилизационного теплообменника признаются удовлетворительными, если не обнаружено:

- трещин или признаков разрыва (поверхностные трещины, надрывы и др.);

- течи, капель и влаги на поверхности основного металла, сварных соединений;

- видимых остаточных деформаций.

Сообщается о положительном опыте технической диагностики состояния труб теплообменников посредством вихревых токов. Вихретоковый метод контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте контроля этим полем. В качестве источника электромагнитного поля чаще всего используется индуктивная катушка (одна или несколько), называемая вихретоковым преобразователем (ВТП).

Синусоидальный (или импульсный) ток, создаваемый в катушках ВТП, создает электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электромагнитном объекте. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушки преобразователя, наводя в них ЭДС или изменяя их полное электрическое сопротивление. Регистрируя напряжение на катушках или их сопротивление, получают информацию о свойствах объекта и о положении преобразователя относительно его. Особенность вихретокового контроля в том, что его можно проводить без контакта преобразователя и объекта. Их взаимодействие происходит на расстояниях, достаточных для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметров до нескольких миллиметров). Поэтому этими методами можно получать хорошие результаты контроля даже при высоких скоростях движения объектов.

В [9] сообщается, что в результате применения этого метода на химическом заводе количество аварийных остановок процесса из-за течей труб было сокращено на 90% за 10 лет. Это также привело к снижению ежегодных затрат: средняя ежегодная экономия из-за уменьшения количества заменяемых труб приблизительно в 5 раз больше, чем инспекционные затраты.

3.10.4 Обращение с химическими реагентами

Хранение и обращение с химическими реагентами - потенциальная экологическая проблема водных систем охлаждения. Дозировка добавок в систему охлаждения может быть непрерывной или периодической, химическое вещество может подаваться в растворенном или в чистом виде. Объемы применяемых химикатов и их характеристики существенно различаются и зависят от многих факторов (например, химического состава воды и материала теплообменников), соответственно, риски, связанные с их хранением также различаются.

Например, для регулирования рН циркуляционной воды может применяться серная кислота, которая обычно хранится в резервуарах из малоуглеродистой стали. Для обеспечения безопасности таких хранилищ необходимо принимать специальные меры.

Иногда добавки производятся на месте. Например, гипохлорит может производиться электролизом морской воды. Этот процесс может быть опасным с точки зрения образования хлора. Утечки озона при его производстве могут представлять опасность как для персонала, так и для окружающей среды.

Добавки могут вводиться вручную или посредством автоматизированной системы управления. При ручном вводе есть более высокий риск проливов. Автоматизированные системы снижают риски, но требуют регулярного обслуживания и контроля.

НДТ для хранения опасных веществ описаны в справочнике НДТ "Сокращение выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ при хранении и складировании товаров (грузов)".

3.11 Риски микробиологического загрязнения

3.11.1 Условия развития микроорганизмов в ПСО

В отечественной и зарубежной литературе сообщают о наличии рисков развития и размножения различных болезнетворных микроорганизмов в оборотных водных системах охлаждения. Это может происходить в охлаждающей воде или на конструктивных элементах ПСО, которые находятся в контакте с охлаждающей водой. Эти риски не существуют для воздушных радиаторных систем охлаждения с естественной или принудительной тягой.

Санитарно-эпидемиологические правила ([45]) относят водные системы охлаждения промышленных предприятий (градирни и испарительные конденсаторы) к потенциально опасным объектам в отношении распространения легионеллезной инфекции и требующим периодического исследования на наличие возбудителя легионеллеза. Наличие в данных системах больших количеств циркулирующей теплой воды в сочетании с образованием водного аэрозоля, способного распространяться в радиусе до нескольких километров позволяет отнести данные объекты к числу потенциально опасных в отношении возникновения легионеллезной инфекции. Учитывая, что опасность представляют только системы с высокими источниками водных аэрозолей, микробиологические риски значимы только для водных оборотных систем с испарительными башенными градирнями. Остальные водные системы либо не создают водных аэрозолей (прямоточные, оборотные с водоемами-охладителями), либо имеют незначительную высоту (водные оборотные с атмосферными, вентиляторными и эжекционными градирнями, брызгальными бассейнами).

По информации справочника ([9]) основные теплолюбивые болезнетворные микроорганизмы, которых находят в водных системах охлаждения, использующих речные воды - это бактерии Legionella pneumophila (Lp) и амебы Naegleria fowleri (Nf).

В естественной природной среде упомянутые разновидности микроорганизмов обычно существуют в низких и безопасных концентрациях. Возбудитель легионеллеза является широко распространенным водным микроорганизмом, присутствующим в большинстве пресных водоемов в некультивируемом состоянии. Концентрации легионелл в природных водоемах не превышают 103 КОЕ на литр и не представляют опасности для человека. В связи с этим природные водоемы не являются объектами профилактического исследования воды на наличие возбудителя легионеллеза. Из-за повышенной температуры и благоприятных условий в системах охлаждения может произойти ускорение развития этих бактерий, что создает потенциальный риск для человеческого здоровья. Развитие Lp ускоряется в условиях наличия загрязнений, присутствия амеб, водорослей. После нескольких вспышек легионеллеза места и характеристики развития Lp были широко исследованы с медицинской и биологической точек зрения. Но остается еще много недостаточно исследованных вопросов, касающихся связи развития патогенных микроорганизмов с химическим составом воды и технологическими особенностями ПСО.

Основной механизм передачи легионеллеза - аэрозольный, путь - воздушно-капельный. Факторами передачи инфекции являются мелкодисперсионный водный аэрозоль и вода, содержащие легионеллы. Практически все крупные эпидемические вспышки и многие спорадические случаи легионеллеза связаны с распространением мелкодисперсного аэрозоля, содержащего легионеллы и генерируемого бытовыми, медицинскими или промышленными водными системами. Потребление зараженной водопроводной воды без образования аэрозоля считается альтернативным путем передачи инфекции. В последнее время он приобретает все большую актуальность.

В системах водоснабжения, кондиционирования и увлажнения воздуха, других системах связанных с циркуляцией теплой воды в диапазоне от 20°C до 50°C концентрация возбудителя резко возрастает за счет образования биопленок на поверхности оборудования, что является ключевым фактором накопления потенциально опасных концентраций легионелл. Кроме того, в [9] сообщается, что дополнительными условиями, способствующими развитию Lp в ПСО являются недостаточный уровень обслуживания оборудования ПСО и рН циркуляционной воды между 6 и 8.

3.11.2 Методы снижения микробиологических рисков

В санитарно-эпидемиологических правилах ([45]) указано, что необходимым условием эффективной профилактики легионеллеза является периодический количественный мониторинг потенциально опасных водных объектов и систем. Микробиологическое исследование на наличие возбудителя легионеллеза данных систем в рамках государственного санитарного контроля необходимо осуществлять ежеквартально. При выявлении возбудителя в концентрации, превышающей допустимые значения необходимо проведение дополнительных профилактических мероприятий.

В методических указаниях ([44]) приведены рекомендации для организаций, эксплуатирующих системы технического водоснабжения промышленных предприятий, в том числе ПСО, и направленные на повышение гигиенической безопасности систем технического водоснабжения. Рекомендованные в [44] гигиенические критерии - допустимые уровни гигиенических показателей воды, используемой в системах охлаждения, основываются на принципе соответствия качества используемой воды условиям ее дальнейшего применения и вероятностью контакта человека с восстановленной водой: в закрытых или открытых системах. В закрытых системах технического водоснабжения непосредственный контакт работающих с восстановленной водой, как правило, отсутствует.

Для закрытых систем лимитирующим показателем опасности воды является ее микробиологический состав. Необходимая степень обеззараживания достигается при соответствии качества очищенных сточных и природных вод требованиям, представленным в таблице 3.19.

Таблица 3.34 - Рекомендуемые допустимые уровни показателей качества воды закрытых систем технического водоснабжения промышленных предприятий

Показатели	Единицы измерения	Допустимые уровни
Взвешенные вещества	мг/л	10,0
	мг	10,0
ХПК	мг О/л	70,0
Общие колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	500
Термотолерантные колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	100
Колифаги	Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл	100

При использовании очищенных сточных вод в открытых системах технического водоснабжения эпидемическая безопасность является важнейшим критерием ее качества и, следовательно, степени ее очистки. Вместе с тем вода должна иметь благоприятные органолептические свойства и быть безопасной по химическому составу. При любом сочетании методов очистки, доочистки и обеззараживания главным требованием является соответствие качества воды гигиеническим критериям, приведенным в таблице 3.20.

Таблица 3.35 - Рекомендуемые допустимые уровни показателей качества воды открытых систем технического водоснабжения промышленных предприятий

Показатели	Единицы измерения	Допустимые уровни
Запах	баллы	2
Окраска в столбике воды	см	10
	мг	3,0
ХПК	мг О/л	30,0
Общие колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	20
Термотолерантные колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	10
Колифаги	Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл	10

В открытых системах рекомендуется использование воды природных источников и восстановленной воды, полученной из поверхностного стока с территории предприятий, при соответствии этих категорий вод требованиям, представленным в таблице 3.21.

Таблица 3.36 - Рекомендуемые допустимые уровни показателей качества воды природных источников и поверхностного стока с территории предприятий, применяемых в открытых систем технического водоснабжения промышленных предприятий

Показатели	Единицы измерения	Допустимые уровни
Общие колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	500
Термотолерантные колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	100
Колифаги	Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл	10

В таблице 3.22 приведены сведения по санитарным показателям воды ПСО, полученные по результатам опроса предприятий.

Таблица 3.37 - Средние значения санитарных показателей качества циркуляционной воды, полученные по результатам опроса

Показатели	оборотные водные ПСО	прямоточные ПСО
Колифаги, БОЕ/100 мл	13	1
Общие колиформные бактерии, КОЕ/100 мл	551	166
Термотолерантные колиформные бактерии, КОЕ/100 мл	473	121
Возбудители инфекционных заболеваний, ед./л	0	0

Количество полученных данных (от семи предприятий) не позволяет сделать обоснованные выводы о характерных значениях показателей. Тем не менее, можно обратить внимание существенно более высокие значения показателей для оборотных систем по сравнению с прямоточными.

В соответствии с ([9]) меры по предотвращению легионеллеза могут быть направлены на предотвращение развития и размножения бактерий в системах охлаждения. В США и Великобритании были разработаны соответствующие рекомендации. Регулярный анализ потенциально опасных бассейнов (например, в водосборных бассейнов в градирнях), дополнительное техническое обслуживание, поддержание определенных уровней pH и температур, адекватных остаточных уровней биоцидов и регулирование качества добавочной воды может предотвратить создание условий, благоприятных для развития Lp.

В качестве мер по предотвращению развития Lp и других бактерий в градирнях, в [9] рекомендуется применять следующие мероприятия:

- очистка и дезинфекционная обработка подпиточной воды, если это возможно;

- меры по предотвращению утечек охлаждаемых веществ в систему охлаждения;

- предотвращение образования в водном тракте застойных зон;

- снижение освещенности внутреннего объема градирни, что замедляет рост водорослей;

- обеспечение свободного доступа к элементам ПСО для их регулярной очистки;

- использование конструкций каплеуловителей и оросителей, которые могут легко очищаться;

- температура охлаждающей воды должна быть низкой настолько, насколько возможно (небольшие недоохлаждения);

- предотвращение образования отложений и коррозии;

- оптимизация конструкции для увеличения скоростей потока воды и воздуха;

- снижение интенсивности капельного уноса с целью ограничения возможности распространения бактерий в окружающей среде;

- особое внимание должно уделяться случаям остановок и пусков систем охлаждения, в особенности при остановке циркуляции воды более чем на 4 дн;

- персонал, обслуживающий градирни, должен применять средства защиты органов дыхания;

- при обнаружении Lp механическая очистка систем охлаждения и обеззараживание путем шоковой дозировки биоцида.

Для предотвращения развития Lp нужно в максимально возможной степени поддерживать высокий уровень обслуживания ПСО. Как правило, для уничтожения Lp в воде применяют биоциды-окислители. Для уничтожения бактерий в биопленках необходимы более медленно действующие неокисляющие биоциды.

При применении хлора безопасность возникновения эпидемий обеспечивается следующим режимом хлорирования:

- при содержании в циркуляционной воде взвешенных веществ до 3 мг/л, биологического потребления кислорода () до 6 мг/л и химического потребления кислорода (ХПК) до 45 мг/л - длительность контакта воды с хлором не менее 30 мин, концентрация остаточного хлора не менее 1 мг/л;

- при содержании взвешенных веществ 3 - 10 мг/л, до 6 мг/л и ХПК до 45 мг/л - длительность контакта воды с хлором не менее 1 ч, концентрация остаточного хлора не менее 1 мг/л.

Для обеспечения безопасности возникновения эпидемий в районе размещения градирен допускается обработка оборотной воды гипохлоритом натрия, озоном, комбинацией озона с хлора.

Для обеззараживания промышленных водных резервуаров, градирен, прудов-отстойников, систем оборотного водоснабжения в [45] рекомендуется следующая схема дезинфекции:

- проведение постоянного хлорирования при концентрации 2 - 3 мг/л свободного хлора в течение 24 - 48 ч;

- хлорирование меньшими дозами 0,7 - 1,0 мг/л по 1 ч в сутки.

Для небольших ПСО возможно использование термического метода дезинфекции - прогрев воды при температуре не менее 80°С в течение суток.

3.12 Образование отходов

Информации о видах и массе специфических отходов, связанных с эксплуатацией ПСО, было получено немного. Можно выделить следующие группы отходов, образующихся в течение всего жизненного цикла ПСО:

- для прямоточных и оборотных систем с водоемами-охладителями, частью которых являются крупные водозаборы из поверхностных водных объектов, характерно образование мусора, собираемого с мусоросборных решеток, неподвижных и вращающихся сеток, мусоросборных фильтров, боновых заграждений;

- иловые осадки, накапливающиеся в водосборных бассейнах градирен, брызгальных бассейнов, аванкамерах насосных станций;

- отходы, образующиеся при предварительной подготовке подпиточной воды, обработке циркуляционной воды или очистке продувочных вод водных оборотных систем, если эти методы обработки воды применяются;

- отходы, образующиеся при ремонте, реконструкции или выводе ПСО из эксплуатации.

Объемы образования иловых осадков зависят от качества циркуляционной воды, а также интенсивности развития в ПСО водной растительности. В результате опроса были получены сведения об объемах образования иловых осадков 4-го и 5-го классов опасности, собираемых в водных оборотных ПСО, от 26 до 344 т/год. В справочнике ([9]) сообщается, что иловые осадки, оседающие в водных бассейнах градирен, могут содержать цисты или устойчивые формы патогенных бактерий и простейших: патогенных амеб и Legionella pneumophila (Lp). Для решения вопроса о методах обращения с иловыми осадками оборотных водных систем необходимо их микробиологическое исследование. Может потребоваться их специальная обработка в целях обеззараживания.

Мусор, собираемый с мусоросборных решеток, состоит из отмерших остатков водных организмов, высшей водной и наземной растительности, бытового мусора, попавшего в водный объект с водосборной территории. ПСО не являются источниками образования этого мусора и какие-либо меры по снижению его образования невозможны. В то же время важно не допускать его попадания в ПСО, так как он может оказывать существенное негативное влияние на работу ПСО. Объемы его образования зависят от плотности биомассы в водном объекте, видового состава экосистемы, степени благоустроенности водосборного бассейна, загрязненности акватории и других факторов. В результате опроса были получены сведения об объемах образования отходов, собранного с мусоросборных решеток, от 0,1 до 3,8 т/год. Однако эти данные немногочисленны и не являются представительными.

Обычный проектный срок эксплуатации ПСО достаточно длительный - от 20 лет и более. Однако необходимо учитывать воздействие на окружающую среду материалов, из которых состоит ПСО и которые будут образовываться и удаляться при выводе из эксплуатации или замене частей системы охлаждения. В результате опроса были получены единичные сведения за период 2013 - 2015 годов об образовании таких отходов при реконструкции испарительной градирни, классифицированный как мусор от сноса и разборки зданий несортированный 4-го класса опасности для окружающей среды.

В то же время о видах отходов, образующихся при реконструкции и выводе ПСО из эксплуатации можно судить на основании данных о материалах, применяемых при строительстве ПСО. В связи с широким разнообразием применяемых материалов и конструкций ПСО невозможно определить характерные величины масс образующихся отходов, однако можно утверждать, что наибольшие массы таких отходов образуются при реконструкции и выводе из эксплуатации водных оборотных систем с башенными градирнями.

Отходы бетона от демонтажа башен, построенных из литого или сборного железобетона, после их некоторой обработки могут утилизироваться в строительстве, в том числе дорожном, для ликвидации горных выработок, рекультивации нарушенных земель.

Лом черных и цветных (в основном алюминий) металлов в виде отслуживших срок деталей насосов, вентиляторов, трубопроводов, металлоконструкций градирен и радиаторов являются наиболее массовыми отходами при демонтаже ПСО. Отходы металлов могут возвращаться в хозяйственный оборот практически полностью и, как правило, с их утилизацией проблем не возникает.

Отходы деревянных деталей ПСО (детали обшивки башен градирен, оросителей, каплеуловителей) могут представлять определенную экологическую опасность. Для предотвращения гниения дерева во влажной среде деревянные детали, как правило, обрабатываются специальными веществами, которые могут быть опасны для окружающей среды. В Федеральном классификационном каталоге отходов данный вид отходов пока отсутствует, поэтому перед выбором метода обращения с такими отходами необходимо их исследование.

В конструкции градирен (обшивка, водораспределительная система, ороситель, каплеуловитель) применяются различные виды пластмасс, такие как поливинилхлорид, полипропилен, полиэтилен и пластмассы, армированные стекловолокном. Использование пластмасс в качестве материала для различных частей ПСО способствует снижению массы образующихся отходов, если есть возможность рециклинга пластмассовых элементов после их замены или демонтажа. В этом случае необходимо организовать раздельный сбор отходов пластмасс по их видам. Учитывая данные о возможном накоплении на поверхности каплеуловителей и оросителей болезнетворных микроорганизмов, эти детали целесообразно подвергнуть перед демонтажом очистке от отложений и дезинфекции.

В целом проблемы образования отходов при эксплуатации ПСО можно оценить как малозначимые в связи с относительно небольшим объемом их образования и низким уровнем их опасности для окружающей среды.

<< Раздел 2. Применяемые системы охлаждения		Раздел 4. >> Определение НДТ ПСО
	Содержание Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 20-2016 "Промышленные системы охлаждения"...

Раздел 3. Экологические аспекты ПСО

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас