Suplement LXVII

Kosmos: Biologia, 1980, T. 29, s. 411-416

 

IRENA MILCZAREK, ANTONI MURKOWSKI

PRZYCZYNY WYSTĘPOWANIA CHOROBY GAZOWEJ U RYB
HODOWANYCH W ZBIORNIKACH WODY PODGRZEWANEJ

W Polsce, podobnie jak w innych przemysłowych krajach, szybko rośnie produkcja energii elektrycznej podwajając się co 8 lat. Warunki naturalne oraz zasoby surowcowe sprawiają, że ok. 98% energii elektrycznej wytwarza się w elektrowniach cieplnych opalanych głównie węglem kamiennym i brunatnym. W przyszłych latach wzrastać będzie udział elektrowni jądrowych, które w 2000 r. mają wytworzyć ok. 25 — 30% zaplanowanej energii elektrycznej. Względy ekonomiczne preferują budowę bloków energetycznych bardzo dużych, o mocach 200 — 700 megawatów oraz łączenie ich w kilkugigawatowe jednostki. W projektowanych elektrowniach nuklearnych przewidziane są bloki 500 — 1000 MW, bowiem przy tak wielkich mocach koszt wytworzonej energii elektrycznej staje się konkurencyjny z kosztem energii wytwarzanej przez elektrownie konwencjonalne. Wszystkie elektrownie cieplne, zarówno konwencjonalne, jak i nuklearne wymagają dużych ilości wody jako czynnika chłodzącego. W energetyce stosuje się system chłodzenia w obiegu zamkniętym, zbiornikowym, otwartym oraz mieszanym.

Najtańszy i zapewniający najwyższą sprawność przetwarzania energii cieplnej na elektryczną jest system otwarty, w którym chłodzenia wykorzystuje się jednorazowo wodę pobieraną z rzeki. Elektrownie z takim układem chłodzenia są budowane głównie nad Wisłą i Odrą, np. Żerań, Skawina, Kozienice, Dolna Odra i inne. Niewiele mniejszą efektywnością charakteryzują się układy zbiornikowe, w których do chłodzenia wykorzystuje się wodę z dużych jezior. Przykładem mogą tu służyć wielkie elektrownie Konin i Pątnów chłodzone wodą z jezior konińskich oraz w budowie pierwsza polska elektrownia jądrowa, którą chłodzić będą wody Jeziora Żarnowieckiego.

Zrzuty dużej ilości ciepłej wody do jeziora lub rzeki mogą mieć pozytywne skutki dla żeglugi i gospodarki wodnej, bowiem ograniczone zostaje albo nawet całkowicie zlikwidowane zimowe zlodzenie. Podwyższenie średniej temperatury wody w zbiornikach naturalnych oraz na długich odcinkach rzek budzi także zrozumiałe zainteresowanie biologów, ekologów i rybaków.

Badania jezior konińskich dowiodły istotnego wpływu wód zrzutowych na okresowe zwiększenie produkcji pierwotnej [11]. Nastąpiła także zmiana składu fauny dennej i zooplanktonu [6]. Podwyższenie średniej temperatury jezior od 2 — 7°C miało pośrednio wpływ na zwiększenie w nich zawartości soli biogennych stymulujących rozwój fitoplanktonu [5]. W wyniku wieloletnich badań naturalnych i sztucznych zbiorników wody podgrzanej stwierdzono, że maksymalne temperatury 22 — 23°C nie wpływają ujemnie na hodowane w nich ryby [4].

Temperatury wód jezior konińskich osiągają w miesiącach letnich wartość 24 — 30°C, co powoduje niekorzystne zmiany chemizmu wód, ich własności fizycznych, a także obserwuje się naruszenie równowagi pomiędzy produkcją pierwotną i wtórną. Jak z powyższych badań wynika niepokojący problem „skażenia cieplnego” będzie szybko narastał w miarę przybywania nowych wielkich elektrowni cieplnych.

WPŁYW TEMPERATURY NA ROZPUSZCZALNOŚĆ GAZÓW W WODZIE

W wodzie, podobnie jak i w innych cieczach, znajduje się w równowadze dynamicznej, wielofazowej pewna ilość cząsteczek gazów. Rozpuszczalność (absorpcja) gazów w cieczach maleje z wzrostem temperatury, a w temperaturze ustalonej zależy od ciśnienia — prawo Henry’ego — Daltona [9]

c = k – p

c — ilość gazu rozpuszczonego w 1 dm³ cieczy,
p — ciśnienie cząstkowe gazu nad roztworem,
k — współczynnik proporcjonalności wyrażający rozpuszczalność gazu pod ciśnieniem cząstkowym 98,1 kPa.

Ilość rozpuszczonego tlenu, jak również azotu w mg/dm³ nie określa stopnia nasycenia wody tymi gazami przy danych warunkach. W związku z tym zawartość tlenu i azotu w wodzie podaje się jako nasycenie względne. Względne nasycenie (jest to stosunek zawartości gazu rozpuszczonego w badanej wodzie do maksymalnej zawartości tegoż gazu w wodzie destylowanej w danej temperaturze przy ciśnieniu 101,3 kPa) jest jednym z podstawowych parametrów wód powierzchniowych.

W płytkich stojących wodach powierzchniowych przy silnym nasłonecznieniu zachodzi nieraz zjawisko przesycenia wody tlenem na skutek intensywnej fotosyntezy roślin wodnych (wodorostów i fitoplanktonu). Procesy biogenne przebiegają tym intensywniej, im bardziej jest nasłoneczniona woda i im mniej energii promienistej absorbuje warstwa zanieczyszczeń [8]. W związku z tym obserwuje się w zbiornikach wodnych sezonowe lub dobowe wahania zawartości tlenu rozpuszczonego w wodzie.

Stosunek procentu nasycenia azotu do tlenu może wzrastać w wyniku zużywania tlenu w procesach (biochemicznych (utlenianie związków organicznych oraz oddychanie organizmów wodnych) i wzrostu temperatury. Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu jest tym większe im większy jest stopień zanieczyszczenia wody substancjami organicznymi.

POMIARY WZGLĘDNEGO NASYCENIA WODY GAZAMI

Naruszenie równowagi rozpuszczonych w wodzie gazów (a szczególnie przesycenie azotem) i ma istotne znaczenie w zbiornikach i basenach, w których prowadzona jest hodowla ryb.

Przesycenie wody azotem może nastąpić wówczas, kiedy hodowla prowadzona jest w ciepłych wodach elektrowni, źródłach geotermicznych i w wodzie podgrzewanej (w pomieszczeniach inkubacyjnych).

Ciągła kontrola stopnia nasycenia wody tlenem i azotem oraz likwidowanie zanikającej równowagi rozpuszczonych w wodzie gazów zapobiega występowaniu gazowej embolii u ryb.

Do określenia całkowitego procentu nasycenia wody gazami może służyć gazowy saturometr Weissa, rejestrujący różnicę między sumarycznym ciśnieniem cząstkowym (Σp1) gazów rozpuszczonych w wodzie i lokalnym ciśnieniem atmosferycznym (∆p = Σp1 – patm).

Sumaryczne względne nasycenie:

.                ∆p + patm
ΣWo = ———————  • 100%
.                     patm

Alby wyznaczyć % nasycenia N2 + Ar należy oznaczyć rozpuszczony w wodzie tlen (np. metodą Winklera) oraz temperaturę wody z dokładnością dokładnością do 0,1° C.

OBJAWY I OKOLICZNOŚCI WYSTĘPOWANIA CHOROBY GAZOWEJ
U RYB HODOWANYCH W ZBIORNIKACH WODY PODGRZEWANEJ

Ogromne ilości ciepłej wody wypływającej z urządzeń chłodniczych wielkich elektrowni cieplnych inspirowały  hodowców do zakładania ferm rybnych w kanałach zrzutowych i podgrzewanych zbiornikach wodnych. Taka lokalizacja pozwala na całoroczną, intensywną hodowlę ryb oraz produkcję narybku. Niestety, w niektórych gospodarstwach rybnych korzystających z ciepłych wód zrzutowych obserwuje się niejednokrotnie wypadki masowego śniecią ryb spowodowanego chorobą gazową. Zjawisko to pojawia się najczęściej w miesiącach zimowych, gdy temperatura doprowadzanej wody chłodzącej jest ok. 0°C.

Choroba gazowa ryb, zwana także pęcherzykową, polega na zaczopowaniu naczyń krwionośnych ryb pęcherzykami gazu (gazowa  embolia). Zasadniczą przyczyną powstawania choroby gazowej jest przesycenie wody azotem [3]. Badania wykazały, że choroby gazowej nie wywołuje CO2, którego w wodzie jest mało, a przy tym charakteryzuje się bardzo dobrą rozpuszczalnością [2]. Także i tlen rzadko staje się przyczyną choroby gazowej, ponieważ jest efektywnie przyswajany przez organizm ryby, a krytyczna jego zawartość w wodzie (250 — 300%) zdarza się bardzo rzadko [1, 3]. Przesycenie azotem następuje podczas szybkiego podgrzania nasyconej powietrzem wody. Wzrost temperatury o 10 — 15°C zwiększa przesycenie wody o 30 — 40% [3].

Dodatkowym czynnikiem sprzyjającym przesyceniu może stać się zasysanie powietrza do rur ssących wodę chłodniczą. Zjawisko przesycenia występuje także w wodach źródlanych oraz w zbiornikach pod wodospadami [3]. Krytyczna zawartość azotu powodująca chorobę zależy od gatunku ryb, ich wieku, stadium rozwoju oraz od czasu przebywania w przesyconej wodzie. Najwrażliwsze są młode pstrągi tęczowe, które giną przy zawartości większej niż 111% azotu [3]. Również wrażliwe są młode łososie, które giną przy zawartości 118 — 128% azotu w wodzie [7]. Chorobę gazową obserwowano u młodych węgorzy, młodych i kilkuletnich pstrągów, łososi oraz karpi. Zazwyczaj większość ryb ginęła. Objawy choroby są różne u poszczególnych gatunków i zależą od wieku. U młodych węgorzy, łososi, karpi i pstrągów charakterystyczny jest wzrost objętości pęcherza pławnego i obecność pęcherzyków gazu w woreczku żółciowym, jelitach oraz pod skórą. Młode ryby nie mogą prawidłowo pływać, odżywiać się, a w końcowej fazie choroby unoszą się na powierzchni brzuchami do góry. U ryb starszych, jedno- i dwurocznych, obserwuje się powstawanie podskórnych pęcherzy oraz licznych pęcherzyków na skrzelach, w jamie gębowej, ściankach jamy brzusznej, w mięśniach oraz na narządach wewnętrznych. Charakterystycznym objawem są pęcherze w samej gałce i za gałką oczną powodujące wypływanie oczu, a w lżejszych przypadkach utratę wzroku częściową lub całkowitą. Chromatograficzna analiza gazu z pęcherzyków wykazała zawartość 90% azotu oraz 10% tlenu [3].

Hodowla ryby towarowej w podgrzanych zrzutowych wodach elektrowni cieplnych ma istotne znaczenie ekonomiczne ze względu na wciąż rosnącą ilość wód zrzutowych i związaną z tym możliwość prowadzenia intensywnej hodowli ryb w ciągu całego roku. By zakładane fermy rybne uchronić przed możliwością wystąpienia choroby gazowej należy poczynić pewne dodatkowe inwestycje zapewniające szybką likwidację gazowego przesycenia w podgrzanych wodach. W tym celu można stosować przepływ wody poprzez kaskadę  stopni lub rozpylanie jej na powierzchni zbiornika. W przypadku gdy gospodarstwa rybne są zakładane przy kanałach zrzutowych należy w miarę możliwości lokalizować je w takiej odległości od elektrowni gdzie przesycenie podgrzanej wody obniża się do wartości niższej niż 105%, nawet przy najbardziej niekorzystnych warunkach klimatycznych.

LITERATURA

[1] Beyer, D. L, D’Aoust B. G., Smith L. S. — Decompression — induced bubble formation in salmonids, comparison to gas bubble disease. Undersea Biomed. Res., 4, 321—338, 1976.

[2] Deufel, J., 1976, Über die Wirkung freier Kohlensäure auf Fische und die Ursache der Gasblasenkrankheit. Fisch und Umwelt (The effect of free carbondioxide on fish and the cause of gas bubble disease) 2: 145 — 151.

[3] Gołowin P. P. — Gazopuzyrkowaja bolezń ryb w chazjajstwach industrialnogo typa. Rybnoje chazjajstwo, 5, 33 — 36, 1977.

[4] Grygierek E. — Ocena przydatności środowiska stawów z wodą podgrzaną do wychowu ryb. Rocz. Nauk Rol., ser. H, 1, 97 — 119, 1978.

[5] Korycka A., Zdanowski B. — Wpływ zrzutu wód podgrzanych na chemizm wody jezior konińskich. Rocz. Nauk Rol., ser. H, 3, 89 — 107, 1976.

[6] Leszczyński L. — Wpływ zrzutu wód podgrzanych na faunę denną jezior okolic Konina. I. Rocz. Nauk Rol., ser. H, 3, 7 — 27, 1976.

[7] Rucker R. R, Kangas P. M. — Effect of nitrogen super saturated water on Coho and Chinook salmon. Progr. Fish-Cult., 3, 152 — 156, 1974.

[8] Simonow A. I. — Chimiczeskoje procesy w moriach i okieanach. Moskwa, 1960.

[9] Strebeyko P. — Wymiana gazowa u roślin. PWRiL, Warszawa, 1970.

[10] Weiss R. F. — The solubility of nitrogen, oxygen and argon in water and seawater. Deep Sea Research, 17, 721—735, 1970.

[11] Zdanowski B. — Wieloletnie zmiany w produkcji pierwotnej pelagialu jezior podgrzanych. Rocz. Nauk Rol., ser. H, 3, 123 — 139, 1976.

Linki:

http://www.staff.amu.edu.pl/~ZTUW/ftp/D3%20Badanie%20wplywu%20temperatury%20na%20rozpuszczalnosc%20tlenu%20w%20wodzie.pdf

Sidebar