V jaderné elektrárně to žije

Jaderná elektrárna není jen mrtvá konstrukce ze železa a betonu určená k výrobě elektrické energie, ale velmi živý celek. Kromě lidí zde vegetuje spousta živých organizmů, které jsou někdy vítanými spolupracovníky, jindy působí potíže. Jejich přirozeným prostředím je především voda. Slovy klasika - voda je materiál, bez kterého není života. V elektrárně ji najdeme všude.

Bakterie ve všech okruzích

V primárním okruhu vládne sterilní prostředí, teplota 300 °C, silná radiace a tedy žádné velké hemžení se tu nekoná. Život však nacházíme tam, kde je v systémech primárního okruhu nízká teplota a kde se vyskytne krmivo pro bakterie. Jsou známy případy, kdy bakterie, či houby tvoří na organickém substrátu (různé nevhodné nátěry, ionexové hmoty, organické nečistoty apod.) slizovité povlaky, někdy úctyhodných rozměrů. Velmi zajímavou kategorií jsou bakterie, které se živí ocelí, za příznivých podmínek i nerezovou. Jsou to anaerobní bakterie, které si berou energii z chemické reakce – proto jim říkáme chemotrofní. Oxidují kovy kyslíkem obsaženým v anorganických kyslíkatých solích (sírany, dusičnany). I v nerezovém materiálu mohou vytvářet velmi uzavřené a hluboké kaverny a tím způsobit i destrukci zařízení. O bakterie, které umějí rozkládat ionexové hmoty (polystyren) na elektrárně sice příliš nestojíme, nicméně zde jsou a mohou být užitečné při likvidaci použitých ionexových hmot. Působení bakterií v systémech primárního okruhu vypadá hrozivě, v principu se však jedná spíše o vzácné kuriozity, než o vážný problém.

Podobná situace panuje v parovodním sekundárním okruhu. Čím dále jdeme od reaktoru k nižším teplotám (sterilizujícím faktorem je v zde daleko více teplota než radiace), tím pestřejší život objevujeme. Nejvíce života pak nalézáme v chladicích okruzích. Ať se jedná o okruh s chladicími věžemi, nebo o systémy tak zvané technické vody.

Jaderka funguje jako čistička vody i vzduchu

Podíváme-li se na systém chladicího okruhu kondenzátorů turbín s chladicími věžemi z pohledu „vodaře“, pak konstatujeme téměř absolutní shodu principu konstrukce tohoto okruhu s principem konstrukce čistírny odpadních vod na bázi biofiltrace. Pouze rozměry a některé technologické parametry jsou odlišné. Dalo by se říci, že věžový chladicí okruh elektrárny je biologická čistírna odpadních vod s použitím biofiltrů o velkém hydraulickém a malém látkovém zatížení.

Je-li to pravda, pak to tak musí i fungovat. A skutečně funguje. Například v Jaderné elektrárně Temelín probíhá odbourávání organický látek z vltavské vody na chladicích věžích s účinností 75 %! Kvantitativně vyjádřeno, elektrárna denně načerpá z Vltavy 160 kg organických látek a vypustí do řeky zpět pouze 40 kg za den. V tzv. biobláně chladicích věží, pokrývající obrovskou plochu deskové výplně spodních částí věží, dochází i k biologické nitrifikaci. Najdeme zde velmi podobnou biocenózu (kulturu bakterií, prvoků, láčkovců a červů), jako v čistírenském zařízení. Dobrou potravou pro tyto organizmy je také organická hmota, která se dostává do vody chladicího kruhu ze vzduchu. Chladicí věže zde působí jako obrovská pračka vzduchu a veškerá prašnost z jejich okolí zůstane v ochlazované vodě. Potravou bio společenstva žijícího ve věžích se stávají - zejména v období květu řepky a lesních porostů (smrků) - kvanta pylových zrn. Chladicí věže elektráren jsou tedy nejen čistícími stanicemi vody ale i vzduchu.

Ach ty řasy!

Vztah jaderných elektráren s jejich biologickým okolím můžeme demonstrovat i na příkladu pronikání řas do provozu. Po změně materiálu kondenzátorů turbín z mosazi na titan vznikl v Jaderné elektrárně Dukovany problém s ucpáváním sít a kondenzátorů masou vláknitých řas. Tento jev vyvolala špatná kvalita vody v řece Jihlavě, která díky dlouholeté intenzivní zemědělské činnosti v povodí řeky obsahuje velké množství hnojivého fosforu a dusíku. Vznikla tak ideální živná půda pro zelené řasy. Do doby, než se vyměnil materiál kondenzátorů, byl růst řas v chladicím okruhu elektrárny tlumen přítomností mosazi (měď je tzv. algicidní = ničící řasy) v systému. Jakmile se tato bariéra odblokovala použitím titanu místo mosazi, nastalo bujení zelených řas a technologické problémy. V temelínské elektrárně problém s řasami nemají, protože vltavská voda je daleko méně tzv. „úživná“ než voda v řece Jihlavě.

Poměrně velké problémy s nevítaným pobytem živých organizmů mají elektrárny, které ke chlazení kondenzátorů turbín používají mořskou vodou. Není výjimkou, když dojde k ucpávání technologie škeblemi a různými plži. Velký pozor si dávají na vniknutí ryb do chladicího systému na britské elektrárně Sizewell B. V případě, že by se jim v době tahu ryb okolo elektrárny dostaly ryby do chladicího systému, pak by elektrárna podléhala zákonům o rybolovu. A na to nemá licenci.

Jak jsme pohnojili i tzv. technickou vodu

Vztah kvality vodního prostředí v elektrárně a životem v ní žijících organizmů je významný i z hlediska činnosti systémů tzv. technické vody v Jaderné elektrárně Temelín – (chlazení oteplené vody se řeší rozstřikem oběhové vody na hladinu bazénu a odparem do atmosféry).

Obr. 1

Ihned po zahájení provozu elektrárny jsme začali upravovat technickou vodu dávkováním prostředků proti tvorbě bioblán, proti tvorbě usazenin na teplosměnných plochách a proti korozi oceli. Používaný inhibitor koroze byl však na bázi fosforu a tak jsme si bohužel nevědomky vodu v těchto systémech pěkně pohnojili. Provozní zkušenosti navíc ukázaly, že program ošetřování systému neřeší zvýšený výskyt zelených řas. Vysoká produkce zelené organické hmoty způsobovala vznik substrátu pro následné bakteriální oživení, zvýšilo se riziko ucpávání technologie, zhoršil přestup tepla na chladičích a vlastnosti vody se stávaly nepřijatelnými.

Obr. 2

„Naše“ řasa nadchla botaniky
V tu dobu jsme také intenzivně pátrali po možném úniku oleje do vody - voda silně páchla po ropných látkách a úsady měly mazlavý charakter. Bezúspěšně. Zajeli jsme proto do Botanického ústavu Akademie věd v Třeboni za RNDr. Jaromírem Lukavským. K našemu překvapení byli botanici, na rozdíl od nás, nálezem nadšeni. To co objevili v naší technické vodě nebyla obyčejná jednobuněčná řasa rodu Chlorela, ale unikátní organizmus Trachydiscus minutus, kterou objevil a popsal P. Bourrely v rybníčku pařížské Botanické zahrady.

Obr. 3

Jde o jednobuněčnou zelenou „řasu“ držící se u hladiny na světle pomocí kapičky oleje, který pro tento účel sama produkuje. Údajně existuje teorie, podle které za vznikem některých ropných ložisek stojí právě tyto organizmy. Při úmrtí či poškození buňky dochází k uvolnění oleje z organizmu do vody. Okamžitě nás napadla otázka, zda je to problém, který škodí, nebo zda by naopak mohl snižovat korozi technického zařízení. Nejdříve jsme na likvidaci řasy aplikovali s poměrně velkou účinností algicidní chemikálii. Bylo nám však jasné, že je třeba odstranit příčinu problému, nikoliv svádět věčný boj proti důsledkům. Proto jsme začali souběžně ve třech systémech technické vody testovat dvě různé varianty chemického složení. Variantu s inhibitorem koroze na bázi zinku bez fosforu a variantu s pouhou úpravou vody vápnem, bez používání jakýchkoliv cizorodých chemikálií. Nejlepší výsledky vykazovala úprava vody pouze vápnem. Oproti druhé variantě byla čirost vody fantastická.

Obr. 4

Tento rozdíl jsme nedovedli vysvětlit, protože obsah biogenních prvků byl ve všech třech systémech stejný. Proč tedy tam, kde se biocidy přidávají, je voda více oživena než tam, kde se nepřidávají? Odpověď nám pomohli nalézt opět biologové z Třeboně. Věc se má tak, že za prvé, biocid na bakterie nemusí být algicidní, to znamená řasohubný, ale může spolu s dalšími dávkovanými chemikáliemi působit na jiné mikroorganizmy. Za druhé, dávkováním chemických prostředků jsme si pravděpodobně vytvořili v technické vodě nepříznivé prostředí pro život predátorů zelených řas jako jsou perloočky a buchanky. Vždyť každá perloočka přefiltruje denně asi 2 litry vody. To znamená, že v našich podmínkách jsme v systému bez dávkování měli vnitřní biologický filtr, který přefiltroval veškerou vodu v systému několikrát za den. Tento filtr jsme potlačili tam kde jsme dávkovali chemikálie. Pro další optimalizaci chemického režimu budou rozhodující výsledky dlouhodobých korozních testů.

„Nech houbu žít“
Na závěr ještě jednu zajímavost. Jednoho dne jsme opět pozorovali počátek „zelené exploze“. Za několik set tisíc korun jsme byli připraveni nakoupit speciální algicid a chtěli jsme zahájit dávkování. Před tím se však „na náš problém“ podíval pan doktor Lukavský. Hledě do mikroskopu prohlásil: „Vidíte tady ty výpučky na povrchu řasové buňky? To bude asi parazitní houba. Já bych s dávkováním počkal ještě týden a ono to ty řasy zlikviduje samo.“ A stalo se. Díky biologům jsme ušetřili peníze i životní prostředí. Opět se ukázalo, že využívat v provozu jaderné elektrárny poznatků z biologie a vědy zvané ekologie je nejen nezbytné a přínosné, ale i nesmírně zajímavé a poučné.