Hűtővíz és termálvíz bevezetések

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.)

Frissvízhűtésű erőművek Hatások: Hősokk - a hirtelen felmelegített,és visszavezetett hűtővíz ökológiailag nem megfelelő körülmények között a vízi életközösség populációinál károsodást, vagy pusztulás is okozhat. A hőmérséklet növekedés kedvezőtlenül befolyásolja az oxigén viszonyokat. Érintett víztípusok Nagy és nagyon nagy dombvidéki és síkvidéki folyók, amelyek esetében felmerülhet a hőenergia termelést szolgáló frissvíz-kivétel lehetősége (vagyis a folyó vízhozama kellően nagy a szükséges mennyiségű hűtővíz kivételéhez).

A normális élettevékenységük megváltozása,zavarok, 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.

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),

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).

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.    

Szabályozási gyakorlat 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

Szabályozás (OVGT) A hűtővíz kivétel nem haladhatja meg a folyó kisvízi hozamának felét. Δtmax Hőmérséklet különbség a hidegvízi és a melegvízi oldal között az erőműben (hőlépcső) 4 C alatti hidegvíz esetében 10-12 ºC lehet a lassabb és a gyorsabb folyású folyók esetében. 4 ºC feletti hidegvíz esetében ugyanezek az értékek 5-8 ºC-ra módosul mindkét típusú folyón. ΔT Hőmérséklet különbség az elkeveredés után, max 3 ºC Tmax A kifolyó melegvíz hőmérséklete Nem haladhatja meg a 31 ºC-t a síkvidéki lassú folyású folyók esetében (pl. Tisza), és a 30 ºC-t a dombvidéki, és a síkvidéki gyorsabb folyású folyók esetében (pl. Duna).

Áramkép: a 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”).

Paks – sebességtér a bevezetésnél © Kardoss Máté Krisztián

A számított és mért hőmérséklettér (2006. szeptember) számított (piros) és mért (fekete) eloszlások A számított és mért hőmérséklettér (2006. szeptember) A keresztirányú diszperziós tényező értéke: Dy = 1 m2/s

Középvizi hőcsóva © Kardoss Máté Krisztián

A melegvíz elkeveredése: hőmérséklet eloszlások és hőfokcsökkenés

Tisza: hőmérséklet eloszlás a melegvíz csóvában © Koncsos László

CORMIX modell Mérés BAL PART JOBB PART

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. A befogadó sebességeloszlásától függően két elkeveredési altípus különböztethető 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.

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.

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). 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).

HASZNÁLT HÉVIZEK FELSZÍNI BEFOGADÓBA TÖRTÉNŐ BEVEZETHETŐSÉGE, HATÁSOK A VIZEK KÉMIAI ÉS ÖKOLÓGIAI ÁLLAPOTÁRA Termálvizek vízminősége Terhelhetőségi kritériumok meghatározása Következmények: vízminőségi és ökológiai hatások Műszaki megoldások

A termálvíz kutak vízminőségi adataiból számított átlagkoncentrációk és a vízfolyásokra számított átlagkoncentrációk összehasonlítása (arány: kút / folyó) Elsődleges probléma: hő és sótartalom (sóösszetétel) További problémák lehetnek: a termálvíz fenol, PAH, TPH tartalma

Termálvíz – befogadó párokra számított hígulási arányok eloszlása (több kút esetén az összegzett terhelésre számítva)

Vtó – az állóvíz befogadó víztérfogata [m3], A termálvizek felszíni vízbe vezetése esetén a sótartalomra vonatkozó terhelhetőségi kritérium megadása Folyóvízre: Qtermálvíz – befogadóba érkező összes termálvíz hozama [m3/s], κtermálvíz – a termálvíz kutakra jellemző fajlagos vezetőképesség vízhozammal súlyozott átlaga [μS/cm], Qbefogadó – felszíni vízfolyás vízhozama [m3/s], κ – a befogadó fajlagos vezetőképessége és a jó/közepes osztályhatárhoz tartozó fajlagos vezetőképesség közötti különbség [μS/cm] Állóvízre: Vtó – az állóvíz befogadó víztérfogata [m3], Τ – víz tartózkodási ideje az állóvízben

Befogadók vizsgálata a terhelhetőség alapján előírt hígulási arány teljesülése szempontjából (a víztípusok alatt a Víz Keretirányelv szerint kijelölt vízfolyás tipológia értendő)

A Kurca vízrendszere és a Szentes környéki termálvíz kutak

Következmények: Szubtrópusi fajok elterjedése, Sótartalom tartós megemelkedése „kettős” állapot a vízforgalomtól függően

Következtetések A felszíni vizekbe történő termálvíz elhelyezés megfelelő feltételek között lehetséges a befogadó jelentős károsodása nélkül. Egyedileg vizsgálni kell a bevezetés feltételeit. Az olyan víztípusok esetében, ahol a szükséges hígítási arány biztosan és tartósan fennáll, nem szükséges elővizsgálat. A terhelhetőség számításához figyelembe kell venni A termálvíz kémiai összetételét és a visszavezetéskor jellemző hőmérsékletét A befogadó (hígító víz) hozamát, az elkeveredés feltételeit A meglévő terheléseket (háttér) A kedvezőtlen hatás csökkenthető a termálvíz betározásával és a leeresztés befogadó vízjárásához (kettős működésű csatornáknál a vízkormányzáshoz) igazított ütemezésével Nem megfelelő hígulási viszonyok esetén a szakaszos leeresztés ökológiai hatása kevésbé káros a befogadóra