Задачи на накопление солей в водоёме-охладителе
В процессе длительной эксплуатации водоёмов – охладителей (иногда их называют пруды – охладители) крупных технических объектов, например, атомных электростанций, химический состав их вод претерпевает существенные изменения, что вполне объяснимо, поскольку на фоне повышенной испаряемости, ведётся постоянная подпитка водоёма свежей водой. В процессе функционирования пруда-охладителя постоянно повышается минерализация воды, её жесткость, концентрации гидрокарбонатных ионов возрастают незначительно, однако, заметно возрастают концентрации хорошо растворимых солей, сульфатов и в первую очередь, хлоридов. Важно, что концентрация ионов кальция возрастает значительно медленнее, чем концентрация ионов магния. Происходит нечто вроде метаморофизации воды; по соотношению химических компонентов вода водоёма-охладителя начинает всё более и более соответствовать морской воде. Однако важно то, что практически всегда часть воды пруда-охладителя фильтруется через оградительную дамбу в соседний питающий водоём, что, в конце концов, может повлиять на его геохимическую обстановку, и как следствие, на изменения в биосфере. Отсюда нам видится важным освоить, хотя бы ориентировочные приёмы оценки количества выносимых солей из водоёма-охладителя в прилегающий водоём посредством фильтрации через оградительную дамбу, а также дать прогнозы на будущее.
Задача 232 Определить (ориентировочно) ежесуточную массу растворимых веществ, выносимых из водоёма-охладителя АЭС посредством фильтрации через тело оградительной дамбы в прилежащий водоём (водохранилище, озеро, море; для Балаковской АЭС – в Саратовское водохранилище). Пусть известно, что: 1. Объём водоёма-охладителя (пруда-охладителя; VПО) = 100 млн. м3. 2. Время эксплуатации водоёма-охладителя (TПО) до настоящего времени (ТПО) = 30 лет. 3. За всё время эксплуатации, т.е. за 30 лет, объём подпитки водоёма-охладителя (WПО) составил 1 млрд. м3) или 1 км3. 4. Среднегодовая величина осадков за 30 лет (h) составляет 400 мм., т.е 400 мм/год. 5. Средняя минерализация воды атмосферных осадков (за последние 30 лет) Мос составляет 0, 0 г/л, т.е. с неба льётся вода практически дистиллированная. 6. Известно, что в настоящий момент (на сегодняшний день) средняя минерализация воды в водоёме-охладителе (МПО) составляет 2, 0 г/л. 6. Средняя величина минерализации воды водоёма, из которого осуществляется подпитка водоёма-охладителя АЭС равна 0, 5/л (г/дм3). 7. Площадь поверхности (SПО) водоёма-охладителя АЭС равна 30 км2. 8. В момент пуска в эксплуатацию водоёма-охладителя АЭС, минерализация воды в нём была такая же, как и в подпиточном водоёме, т.е. 0, 5/л. Решение: 1). Определим, какой объём атмосферных осадков (с минерализацией почти 0, 0 г/л) за прошедшие 30 лет попало в водоём-охладитель АЭС? а). h = 400 мм/год ∙ 30 лет = 12 000 мм/30 лет = 12 м атмосферных осадков попало в водоём-охладитель АЭС за 30 лет его эксплуатации. б). 12 м/30 лет ∙ 30 км2 (30 км2 - площадь водоёма-охладителя АЭС) = 12 м/30 лет ∙ 30 ∙ 106 м2 = 3, 6 ∙ 108 м3. Примерно столько пресной, почти дистиллированной воды атмосферных осадков поступило в водоём-охладитель АЭС за время его эксплуатации, т.е за 30 лет. Запомним, что в водоём-охладитель АЭС за всё время его эксплуатации попало атмосферной воды примерно 3, 6 ∙ 108 м3 2). Известно, что за 30 лет эксплуатации АЭС, в водоём-охладитель было закачено примерно 1 ∙ 109 м3 или 1 км3 так называемой, подпиточной воды. Таким образом, всего за 30 лет в водоём охладитель попало 1 ∙ 109 м3 + 3, 6 ∙ 108 м3 = 1, 36 ∙ 109 м3 воды. Запомним, что в водоём-охладитель АЭС за всё время его эксплуатации попало (с учётом объёма подпитки и объёма атмосферных осадков) всего: 1, 36 ∙ 109 м3 3). Имеем ввиду, во сколько раз подпиточная вода (вода из соседнего водоёма) разбавляется практически дистиллированной (атмосферной) водой, во столько раз уменьшается минерализация подпиточной воды. Суммарный объём воды, попавший в водоём-охладитель 1, 36 ∙ 109м3 т.е. в 1, 36 раза больше, чем первоначальный объём 30-и летней подпитки насосами (1 ∙ 109м3). Следовательно, при условии разбавления атмосферными осадками, можно считать, что минерализация «подпиточной» воды снизится во столько же раз, т.е. с 0, 5 г/л до примерно 0, 37 г/л. 0, 5 / 1, 36 = 0, 37 г/л 4). Вопрос: какая бы масса солей накопилась в водоёме-охладителе АЭС за 30 лет, если бы полностью отсутствовала фильтрация воды через оградительную дамбу из водоёма-охладителя в смежный или прилежащий водоём? а). Переведём существующий объём водоёма-охладителя из м3 в л (дм3). 100 млн.м3 = 100 ∙ 106м3 = 1 ∙ 108 м3 = 1 ∙ 1011л. б). Концентрация т.н. «подпиточной» воды 0, 37 г/л, следовательно, за 30 лет в изучаемый водоём поступило: 1, 36 ∙ 1012 л ∙ 0, 37г/л = 5, 0 ∙ 1011 г, или если за объём «подпиточной» воды взять 1 ∙ 109м3 и минерализацию 0, 5 г/л, то получается, естественно, тот же результат: 1 ∙ 1012 л ∙ 0, 5 г/л = 5, 0 ∙ 1011 г. 5). Вопрос: какая масса солей была во всём водоёме-охладителе в самом начале эксплуатации АЭС, т.е. тогда, когда в неё поступила «первая партия» воды из «подпиточного» водоёма, т.е. 30 лет назад? а). Минерализация воды, как воды прилежащего или, что то же самое, воды «подпиточного» водоёма равна 0, 5 г/л. Объём водоёма-охладителя, как и в настоящее время, примерно 100 млн.м3. Следовательно, к началу эксплуатации, в водоёме-охладителе содержалось: б). Объём водоёма-охладителя равен 100 млн. м3 = 1 ∙ 108 м3 = 1 ∙ 1011 л. в). Начальная минерализация 0, 5 г/л. г). 1 ∙ 1011 л ∙ 0, 5 г/л = 5, 0 ∙ 1010 г. До начала эксплуатации водоёма-охладителя в нём содержалось всего примерно 5, 0 ∙ 1010 г солей. 6). Всего к концу 30 лет после начала эксплуатации водоёма-охладителя в нём должно было бы накопиться: 5, 0 ∙ 1010 г (было в водоёме-охладителе до начала его эксплуатации) + 5, 0 ∙ 1011 г (поступило в водоём-охладитель из «подпиточного» водоёма. Всего за 30 лет эксплуатации водоёма-охладителя в нём должно было бы скопиться (в случае отсутствия какого-либо стока): 5, 0 ∙ 1011 г + 5, 0 ∙ 1010 г = 5, 5 ∙ 1011 г. 7). Сколько же солей на самом деле в настоящее время находятся в водоёме охладителе данной АЭС? а). Минерализация воды к сегодняшнему дню возросла до 2, 0 г/л. б). Объём водоёма, как и был, 100 млн. м3 или 1 ∙ 1011 л. в). Масса солей в водоёме-охладителе к настоящему дню: 1 ∙ 1011 л ∙ 2, 0 г/л = 2, 0 ∙ 1011 г 8). Разность между двумя последними числами показывает, какая масса солей покинула (посредством фильтрации через оградительную дамбу) водоём-охладитель АЭС. 5, 5 ∙ 1011 г – 2, 0 ∙ 1011 г = 3, 5 ∙ 1011 г. 9). Это за 30 лет. В среднем, за 1 год: 3, 5 ∙ 1011 г / 30 лет = 1, 167 ∙ 1010 г/год. За 1 сутки (учитывая, что в среднем году 365, 25 суток) 1, 167 ∙ 1010 г/год / 365, 25 сут. = 31941590 г/сут., или 31941, 6 кг/сут., или 31, 94 т./сут. Ответ: ежедневный вынос солей из водоёма-охладителя (пруда-охладителя, ПО) в смежный водоём составляет (в первом приближении) около 32 тонн в сутки. Варианты задачи 232
Выводы: 1). На количество выносимых солей заметно влияет минерализация подпиточной воды. Чем она выше, при прочих равных условиях, тем больше солей выносится из водоёма. Сравнить строчки 15 и 16. 2). Чем больше объём подпитки, тем больше солей выносится. Сравнить строчки 13 и 14. 3). Чем больше время эксплуатации ПО, тем меньше выносится солей в единицу времени. Сравнить строки 4 и 5. 4). Величина осадков не влияет на количество выносимых солей. 5). Площадь водоёма не влияет на количество выносимых солей. 6). Минерализация в ПО к настоящему времени существенно влияет на количество выносимых солей. Чем она выше, тем меньше солей фильтруется через оградительную дамбу. Сравните строки 18 и 19. 7). Объём ПО существенно влияет на количество выносимых солей. Чем он больше, тем меньше солей выносится. Сравните строки 3 и 4.
|
