H ŐSZENNYEZÉS

1. HŐSZENNYEZÉS

2. Alapfogalmak Hőterhelés: az emberi tevékenység eredményeképpen a vízbe irányuló egyszerű hőleadás történik. Fizikai folyamat (hőátadás). Hőszennyezés akkor lép fel, ha a hőterhelés olyan mértéket ér el, amely a vízi élővilág életében, működésében zavart és/vagy károkat okoz, illetve korlátozza a víz ember általi használatát. • A vizekben fellépő természetes hőingadozás nem hőterhelés és nem hőszennyezés, ehhez a vizek élővilága hozzászokik: • rövid életciklusú élőlények: társulás váltás, • hosszabb életciklusú élőlények: az életfolyamatok megváltozásával alkalmazkodnak • (pl. a folyó élővilága a hegyvidéktől a torkolatig a növekvő hőmérséklet miatt természetes módon átalakul.)

3. Hősokk: stresszhatás, a hőmérséklet hirtelen megnövekedése váltja ki az élő szervezetekben. A hősokk - mértékétől és időtartamától függően - okozhat reverzibilis, vagy irreverzibilis változásokat: • A normális élettevékenységük megváltozása,zavarok, • A hőmérséklet növekedés hatását "kivédése„ érdekében különböző anyagok termelése. • Aktivitás átmeneti csökkenés. • Sokkszerű hatást nemcsak a hőmérséklet hirtelen növekedése, hanem csökkenése is okozhat.

4. Hőtűrés: a hőmérséklet növekedés hatását az élőlények bizonyos mértékig tolerálni tudják. Minden faj populációjára megadható olyan hőmérséklet tartomány, amelyen belül hosszabb időn át létezni tud. Vannak alacsonyabb és magasabb hőtűrésű fajok. Szubletális hőmérsékletnek azt a legnagyobb hőmérsékletet nevezzük, amelyen 96 óráig tartva a teszt élőlényeket, nem tapasztalunk pusztulást a kontrol csoporthoz képest.

5. A hőszennyezés megállapításához használatos jellemzők LT50: a hatórás inkubációs időhöz tartozó 50 %-os pusztulást okozó hőmérséklet (gyakran a hőszennyezés mérőszámaként használják). LT100:letális hőmérséklet az a hőfok, melyen az inkubációs idő alatt a teszt élőlények 100 %-os pusztulása következik be. Tmax: maximális vízhőmérséklet a melegvíz visszavezetés alatt. Hőlépcső: a vízkivétel és a visszavezetés közti hőmérséklet különbség. A hőszennyezés fontos jellemzője. Ez az érték télen nagyobb lehet, mint nyáron. Kitettségi idő: A hőterhelés időtartama, ezt befolyásolja: ·   A tartózkodási idő a hűtőrendszerben; ·   A visszavezetett hűtővíz elkeveredés; ·   A hűtővíz és a teljes vízhozam aránya; ·A természetes hűlési folyamat intenzitása.

6. Vízminőségi hatások • Sűrűség csökkenése (lebegő élőlények!). • Oxigén háztartás (csökkenő telítési koncentráció, növekvő oxigénigény). • Sokszor nehéz kimutatni a hatásokat. Planktonok (bakterio-, fito-, zoo-) • Mechanikai irritáció • Pusztulás 35 C (baktériumok 40-60 C) felett • hősokk jellegű hatás csak időleges károsodását okoz Élőbevonat • Bevonat-képződési problémák az erőmű hűtőrendszerében (pl. vándorkagyló, mohaállat stb). Emiatt a hűtővizet klórozzák. • Kisebb Tmax engedhető meg (25 oC),

7. Fenéklakó makroszkópikus gerinctelenek • LT50 és LT100 értéke általában 30 oC alatti, így ezekre csak 28 oC -os Tmax engedhető meg. • A dunai hőcsóvában az erőmű működése óta csökkent az üledék fauna fajszáma. • Halállomány • Kevés mérés, főleg a a hidegkedvelő fajok hőmérsékleti határaira vonatkozóan (pisztrángok elvándorolnak 24oC feletti hőmérsékletnél). • A hődugón nem képesek áthaladni. • A hőterhelés hatása nagymértékben függ az akklimatizált hőmérséklettől, amely a hőterhelés előtti viszonyokat jellemzi (a letális hőmérséklet alkalmasint sokkal kevesebb is lehet annál, mint ami hazai vizeinkben előfordul akár természetes úton, akár pedig hőszennyezés révén).

8. Szabályozás • A maximális hőmérséklet: • Fajonként különböző, általánosan elfogadott: 30oC. • Hazai szabályozás: egyedi (Paks, Tmax hőmérsékletet a csatorna torkolatától 500m-re kell mérni) • A hőlépcső megengedhető értéke: • Hol mérjük? (bemenő oldalon, kimenő oldalon, elkeveredés után vagy előtt) • Mikor mérjük? (nyári, téli) • Paksi tapasztalatok: 11oC-os hőingadozás még elviselhető a dunai élőlények számára, Tisza esetében: elkeveredés előtt: 7-9oC, elkeveredés után: 3oC

9. Kitettségi idő: • A hidrobiológiai hatások megítélésénél jelentős szerepe van. • A legnagyobb hőfok különbség (Pakson mintegy 40 oC) a kondenzátorok falánál alakul ki. Ez a hatás csak néhány másodpercig tart. Ezután az erőművi melegvíz rendszerben és a melegvíz csatornában a hőmérséklet némileg csökken. A dunai hőcsóvában a víz néhány óra alatt jelentősen veszít a hőmérsékletéből az intenzív hígulás miatt. • A tiszai hőerőmű esetében ez a kitettségi idő viszonylag nagy, mert kicsi a hígulási arány, lassú a levonulás de ugyanakkor ezzel egyensúlyt tart a gyors elkeveredés.    

10. Áramkép (bevezetés módja, a folyó- és a hűtővíz aránya, a sebesség-, sűrűség- és impulzus viszonyok függvénye). A melegvíz LH távolságban veszi fel a folyó mozgás-állapotát („near field”). LHI távolságban a hőmér-sékletek kiegyenlítődnek a turbulens elkeveredés eredményeképpen a kereszt-szelvényben, végül LHJ távolságban bekövetkezik a visszahűlés („far field”).

11. Hőcsóva elkeveredésének számítása Rétegzett áramlás esetén: 0,8 Richardson szám 0,08 Ri = gQbf/(Bv3) ahol:  - a hidegvíz sűrűsége,  - a hideg- és melegvíz sűrűség különbsége, Qbf - a befogadó vízhozama, B - a befogadó folyó víztükörszélessége, v - a befolyó víz középsebessége és g - a nehézségi gyorsulás.

12. Hazai tapasztalatok: A VEIKI által kifejlesztett modell két, alapvetően a befogadó sebességeloszlásától függő elkeveredési altípust különböztet meg: • (a) Ha a befogadó sebessége 0.6 m/s-nál nagyobb (jellemzően a Duna), akkor a part mellett maradó, a bevezetés után vertikálisan gyorsan átkeveredő melegvíz-csóva alakul ki; • (b) Ha a sebesség 0.6 m/s –nál kisebb a csóva felúszik a víz tetejére és ott szétterül. A további viselkedés elsősorban a lokális hidraulikai hatásoktól függ.

13. A vízhőfok értékét és eloszlását befolyásolja: - a bevezetett melegvíz és a befogadó hidegebb víz keveredése; - a határfelületen történő hőleadás. A hőcsóva távolabbi tartományát a felmelegedett (és teljesen átkeveredett víztest) fokozatos lehűlése jellemzi. A felszíni hőcsere modellezésénél figyelembe veendő: - a hosszú-hullámú fénysugár hőbevitele; - rövid hullámú fénysugár hőbevitele; - felületi reflexió; - a víz hosszúhullámú hőleadása; - a párolgás hőelvonása, és a - a szélsebesség hatása.

14. Linearizált módszer: dT/dt = H/(cpH) ahol T a víz hőfoka, H a hőmennyiség megváltozása,  a víz sűrűsége, cp a víz fajhője és H a vízmélység. A hőmennyiség megváltozása linearizált összefüggéssel írható le: H = K(Te-T), ahol K a víz és levegő közötti hőcsere tényezője, és Te az un. egyensúlyi vízhőfok (a bevezetés feletti hőmérséklettel közelíthető).

15. Folyók esetében a fenti egyenletből, a kontinuitási egyenlettel (a hosszmenti hődiffuzió elhanyagolásával) az alábbi egyenlet nyerhető: v dT/dx = - K/(cpH) (T-Te), ahol v az áramlási sebesség a folyó valamely szakaszán. Az egyenlet szakaszonkénti (ahol a medergeometria, illetve az áramlási sebesség állandónak feltételezett) analitikus megoldása: T(x)= Te + (T0-Te) exp(-kx), ahol T0 a vízhőfok a folyószakasz felső szelvényében, és k= K/(cpHv).

16. Tisza hőterhelése

17. A hőmérséklet mélység menti kiegyenlítődése (az AES Tisza II üzemvízcsatorna betorkollásától mérve) x = 250m x = 800m x = 1300m x = 5000m

18. A hőcsóva (vízfelszíntől mért) függőleges kiterjedésének változása az áramlási irányban, a Tisza vízhozama függvényében

19. Melegvízcsóva elkeveredése mérés számítás

20. Korlátozás: • vízhozam, • vízhőmérséklet

21. Üzemeltetés: A kihasználtság változása a teljes elkeveredés utáni hőmérséklet különbségre vonatkozó előírás (T) függvényében

22. Hidraulikai ”rövidzár” kialakulása