К разработке стратегии предупреждения биопомех на оборудовании систем технического водоснабжения АЭС руководство Концерна «Росэнергоатом» подключило специалистов научно-технического центра ООО НТЦ «ТЕХНОЭКОТОН» и ведущих ученых Российской академии наук.
Сегодня Концерн решает новый класс задач – инженерно-экологических, связанных с предупреждением биопомех на АЭС. На восьми из десяти атомных станций проводятся комплексные инженерно-экологические исследования, направленные на создание научной базы, необходимой для разработки методов флотационной защиты системы технического водоснабжения АЭС. В 2015 году Концерн совместно ООО НТЦ «ТЕХНОЭКОТОН» и Санкт-Петербургским научным центром РАН запустил программу по ведению биолого-химического мониторинга систем циркуляционного и технического водоснабжения атомных станций. Основная цель – создание информационной основы для контроля численности популяций биологических видов – источников биопомех. В ходе мониторинга была собрана информация о состоянии экосистем водоемов-охладителей и закрытых частей систем технического водоснабжения, пространственного распределения, состояния и динамики популяций видов-источников возникновения биопомех в работе систем технического водоснабжения.
Сантиметровая угроза
Тема биопомех – сравнительно новая для атомной отрасли. Дело в том, что атомные станции проектировались и строились в расчете на состояние природной среды на период строительства. Но трансформация естественного термического режима водных объектов вследствие круглогодичного сброса в них значительных количеств теплых вод привела к появлению в водоемах-охладителях АЭС моллюска дрейссены, который стал серьезной помехой в работе АЭС. Размер личинки составляет десятки микрон, что позволяет моллюску беспрепятственно проникать в систему охлаждения через сетки фильтров. Комфортная среда обитания способствует быстрой колонизации поверхности. Размножаясь внутри систем охлаждения, дрейссена значительно сужает диаметры трубопроводов, вплоть до полного блокирования. По информации, размещенной на сайте www.usgs.gov, в США, например, наибольшая плотность дрейссены: 70 тыс. штук (на 1 м2) была зафиксирована в системе охлаждения электростанции в штате Мичиган. Диаметр трубопровода при этом был сокращен дрейссеной на 2/3 сечен
ия. Наибольшую опасность дрейссена представляет для конденсаторов пара. Если моллюски заблокируют канал охлаждения, то это может привести к локальному перегреву конденсатора. Таким образом, при определенных условиях источники биопомех могут привести к нарушениям технологических условий производства и впоследствии к экономическим потерям. Кандидат технических наук Дмитрий Минин в своей работе «Флотационная защита систем технического водоснабжения АЭС от биологических помех» подсчитал, что ориентировочный ущерб от биопомех на охлаждающих конденсаторных установках АЭС может достигать 10% от стоимости оборудования. Сегодня в США в среднем на защиту от биообрастаний одной АЭС ежегодно расходует 822 тыс. долларов.
Таким образом, неконтролируемое развитие численности дрейссены оказывает негативное воздействие на производительность и эффективность работы оборудования атомных станций, что может привести к снижению мощности энергоблоков.
В местах обитания
Речная дрейссена – головная боль специалистов, обслуживающих подводные гидротехнические сооружения на АЭС. Раковины моллюсков могут вызывать сбой в работе систем водоснабжения. Фрагменты раковин и оторвавшиеся моллюски поступают с током воды в систему водоснабжения, образуя так называемые влекомые наносы. Эти наносы забивают конусные и плоские сетки береговых насосных станций. Дрейссены скапливается в изгибах труб и перед фильтрами, чем значительно снижает подачу воды к потребителям. Ученые подсчитали, что в водозаборном канале АЭС шириной 50 м и скорости потока 0,8 м/с возможен перенос моллюсков до 56-71 кг/с (прим. ред. – исследование С.А. Афанасьева «Основные типы сообществ дрейссены в перифитон»). Лавиноподобное размножение этого водного организма и его распространение на новые водные объекты поставили перед учеными и энергетиками проблемы, для которых пока не разработаны технологичные, экономичные и экологически приемлемые решения. «Бывают годы относительного покоя – этот период называется латентным. В течение этого времени происходит дестабилизация экосистем и адаптация видов к новым условиям», – отмечает сотрудник Санкт-Петербургского научного центра РАН, кандидат биологических наук Марина Орлова на научно-технической конференции в феврале 2020 года. В ходе мониторинга выяснилось, что организмы начинают осваивать новые участки конструкций зданий и сооружений. К примеру, в 2019 году биопомехи впервые были зафиксированы на башенной испарительной градирне. Раньше считалось, что дрейссены не могут попадать в градирни, поскольку личинка не может пройти воздушно-капельную фазу, но эволюции оказались подвержены не только микроорганизмы, но и макроорганизмы.
Отдельного внимания исследователей и эксплуатационников заслуживают биодеструкторы материалов – это бактерии, грибы, мхи, лишайники, которые также обитают внутри конструктивных материалов, вызывая их разрушение. К числу организмов биодеструкторов относятся и обрастатели. Они способны формировать поселения в водоемах-охладителях и водоемах подпитки, внешних гидротехнических сооружений и внутренних участках системы технического водоснабжения. Практически все поверхности, соприкасающиеся с водой, проходящей через оборудование станции пригодны для их развития. Объектами биоповреждений в данном случае являются такие материалы, как кирпич, бетон, древесина, металл. Благодаря внедрению в практику исследований и мониторинга молекулярно-генетических методов выявлено, что некоторые виды организмов могут питаться и пластиком.
Не только биодеструкторы могут обитать в воздушно капельной фазе, в градирнях можно встретить также и бактериально-водорослевую пленку толщиной более 5 мм. Потенциальные источники биопомех – кольчатый червь и двустворчатый моллюск – недавно были обнаружены в Копорской губе.
«Создав многоступенчатую систему технического водоснабжения, человек фактически занимается непреднамеренной селекцией организмов, которые могут жить на разных участках этих систем. Мы переориентировали биолого-химический мониторинг с природоохранного акцента на акцент создания информационной поддержки планирования мер смягчения последствий развития биопомех, – рассказывает Марина Орлова. – Наша задача – обеспечить эксплуатационников оперативной информацией по разработке стратегии».
Амуры против дрейссены
Для нормальной работы АЭС необходимо обеспечить приемлемое качество вод, поступающих в систему ее технического водоснабжения. Однако большая жизнестойкость и высокая плодовитость дрейссен сильно затрудняют борьбу с ее обрастаниями. Приходится применять не только механические, но и различные химические, электрические и биологические способы борьбы с биопомехами. Борются с дрейссенами хлорированием воды и окраской сооружений ядовитыми для личинок красками; применяют катодную защиту гидротехнических сооружений и разрабатывают возможности применения ультразвука для борьбы с личинками. В частности, на Курской АЭС в ходе исследования выяснилось, что ультразвуковое устройство отсекает значительную часть личинок дрейссен. Калининская АЭС стала одной из первых станций, которая опробовала щадящий для окружающей среды способ борьбы с плодовитыми моллюсками – гипохлорирование. Специальный раствор поражает дрейссену, не загрязняя воду. В новых проектах АЭС специалисты отсекли пути вторжения дрейссен, предусмотрев закрытую систему охлаждения: турбинное оборудование не будет контактировать с речной водой, в которой содержатся личинки дрейссены.
Еще один эффективный способ борьбы с биопомехами – целенаправленное воздействие на водоемы-охладители проводится в виде научно-обоснованной биомелиорации, под которой подразумевается улучшение состояния водоема, основанное на использовании биологических процессов. Для биологической борьбы с дрейссеной ученые-биологи неоднократно предлагали использовать черного амура. Это вид рыб, как и прочие представители китайского равнинного комплекса, относится к теплолюбивым. Высокий темп роста у него наблюдается при температуре воды выше 20°С, уже при 16°С и ниже активность питания резко снижается. При 10°С черный амур практически полностью прекращает питаться. В связи с этим использование этого вида рыб в большинстве регионов России невозможно. Однако в водоемах-охладителях, где температура на значительной части акватории выше естественного уровня, акклиматизация черного амура перспективна.
Пополнение ихтиофауны водоемов, расположенных вблизи АЭС, проводится за счет средств АЭС каждую осень под контролем представителей Федерального агентства по рыболовству (Росрыболовство) и специалистов служб гидротехнических сооружений АЭС. В ходе мероприятий проверятся заявленный объем выпускаемой рыбы, видовое соответствие, ветеринарное заключение о состоянии рыбы. Программа зарыбления позволяет повысить рыбопродуктивность озер-охладителей и их биоразнообразие, а также помогает регулировать численность моллюска дрейссены,
Объединить усилия
Концерн «Росэнергоатом» совместно с учеными продолжает изучение экологических условий образования колоний моллюска дрейссены в водном тракте систем технического водоснабжения атомных станций. Необходимость такой работы обусловлена стремлением повысить надежность, упростить конструкции и снизить затраты на эксплуатацию гидравлических систем АЭС и сооружений водоснабжения. Одним из пилотных проектов сотрудник Санкт-Петербургского научного центра РАН Марина Орлова называет проведение сравнительных исследований эффективности физических методов обработки водных потоков и элементов оборудования против развития обрастателей и биодеструкторов. В планах – разработка отраслевых программ по расширению перечня рекомендуемых методов защиты оборудования от развития биопомех.
Алексей Комольцев для журнала РЭА
