224
К.А.КУТЕРБЕКОВ, В.Н.ГЛУШЕНКО, А.Н.ПОЛЕШКО, А.К.НУРМУХАНБЕТОВА, Ш.К.МАКЕНБАЕВА, В.С.МОРЕНКО, Т.В.СУЗДАЛЬЦЕВА
МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ НЕГАТИВНЫХ ФАКТОРОВ ХВОСТОХРАНИЛИЩА КОШКАР-АТА, ВЛИЯЮЩИХ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
(Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева)
В работе представлены методы и результаты исследования основных негативных факторов хвостохранилища КОШКАР-АТА влияющих на окружающею среду. Предварительные результаты оценки эффективности применяемого способа рекультивации путем отсыпки глинисто-песчаным грунтом свидетельствуют о значительном улучшении радиационных характеристик исследуемого участка.
Уровень гамма-фона в результате выполненных работ снижен до фоновых значений, характерных для окрестностей г. Актау.
Введение
Развитие ядерной энергетики, горнометаллургической и уранодобывающей промышленности, и не соблюдение экологических норм в советское время, привело к обострению радиоэкологической ситуации на территории Республики Казахстан. Суммарное количество радиоактивных отходов, накопленных на территории Республики, вследствие деятельности этих предприятий оценивается в 240 млн.м3.
Девяносто пять процентов отходов ураноперерабатывающего производства складируется в виде: рудных отвалов горных пород с промышленным содержанием рудного компонента, отвалы забалансовых руд, хвосты заводской переработки (хвостохранилища), отвалы пустых пород.
Источниками загрязнения выше перечисленных отходов являются радионуклиды из цепочки распада урана-238, урана-235 и тория-232. Общая активность обусловлена семейством урана-238, из которого наиболее активными являются торий-230, радий-226 ирадон-222. По предварительным оценкам мощность дозы гамма-излучения на поверхности отвалов территории страны достигает 3000 мкР/ч.
Наиболее сложная экологическая обстановка сложилась вокруг хвостохранилища КОШКАР- АТА, расположенного в 8 км восточнее побережья Каспийского моря вблизи г. Актау, в 5 км к северу от промзоны и занимающего всю площадь природной впадины «Кошкар-Ата». С 1965 бессточная впадина КОШКАР-АТА г. использовалась в качестве хранилища хвостовых отходов обогащения, складирования и хранения, неиспользуемых пока твердых отходов химико- гидрометаллургического производства (ХГМЗ); для приема и последующего испарения (транспортирующей твердые отходы) морской воды, сбросных вод серно - кислотного завода (СКЗ).
По данным Мангистауского областного управления экологии (г. Актау) фактическая масса радиоактивных отходов (РАО), размещенных в хвостохранилище, составляет около 360 млн. тонн с суммарной активностью 11000 Ки[1,3].
В целях проведения реабилитационных работ на хвостохранилище Кошкар-Ата была поставлена задача: оценить экологическую обстановку данного объекта. Работы проводились совместно с научными сотрудникам лаборатории инженерной экологии Института ядерной физики Национального Ядерного Центра Республики Казахстан
Методики исследования.
Для оценки экологической обстановки хвостохранилища Кошкар-Ата и определения его основных негативных факторов вначале были проведены полевые работы, включающую в себя детальную радиометрическую съемку обмелевщей зоны и ее береговой линий хвостохранилища Кошкар-Ата. Вокруг всего хвостохранилища были взяты точки координат с помощью спутниковой системой GPS и внесены в программу GIS. После обработки данных выяснилось, что площадь водной фазы составила 42,5 кв. км, а площадь обнажившейся поверхности составляет 34,5 кв.км. В 2004 г. площадь водной фазы сократилась до 38,6 кв. км, а площадь обнажившейся поверхности увеличилась до 38,4 кв. км. Рис. 1.
Рис. Водная фаза 2003 г. Рис. Водная фаза 2004 г. Рис. Водная фаза 2005 . Рис.1. Изменение водной фазы хвостохранилища Кошкар-Ата с 2003-2005гг.
225
Пешеходная гамма-съемка проводилось радиометром СРП-68 с измерением мощности эквивалентной дозы (МЭД) дозиметром ДРГ01Т гамма-излучения на высотах 1 м и 5 см от поверхности для определения характера горизонтального распределения радиоактивного загрязнения по поверхности обнаженной части хвостохранилища Кошкар-Ата. МЭД была измерена в 150 точках. Результаты измерения показывают, что МЭД варьируется в пределах 0,10- 0,50 мкЗв/ч, но есть отдельные точки, где МЭД достигает 700 мкЗв/ч (Рис.2.).
Рис. 2. Картограмма гамма - поля (h=5 см) в районе хвостохранилища КОШКАР-АТА
По данным Министерства энергетики и минеральных ресурсов в районе населенных пунктов Кызыл-Тюбе, Даулет, на территории, примыкающей к ТОО "МангистауЭнергоМунай", в районе 11-го км автотрассы Актау - Баянды и на территории, примыкающей к Адайской автобазе, были обнаружены пятна радиоактивного загрязнения.
Приповерхностное захоронение радиоактивных отходов и площадка временного хранения радиоактивного металлолома фирмы «Актал-Лтд», расположенное на территории хвостохранилища КОШКАР-АТА, представляют наибольшую радиационную опасность для населения г. Актау. Концентрации радионуклидов и зарегистрированные уровни мощности эквивалентной дозы (МЭД) гамма-излучения в районе размещения указанного объекта представляют серьезную опасность для населения.
В ходе выполнения работ для оценки основных негативных факторов хвостохранилища КОШКАР-АТА, влияющих на окружающую среду произведен отбор проб следующих объектов
окружающей среды:
- поверхностных (0-5 см) и глубинных (взятых с глубины 30 см и 50 см) проб почвы по периметру хвостохранилища;
- грунта из шурфов, заложенных на обмелевшей зоне хвостохранилища;
- воды из водной фазы хвостохранилища;
- донных отложений хвостохранилища.
Отбор проб почвы и грунта производили согласно стандартной методике. Масса отобранной пробы около 1 кг. Во время отбора из проб почвы удаляли крупные включения, такие как камни, стекла, корни, кости животных и т.д. Переувлажненные пробы почвы подсушивали в естественных условиях. Каждую пробу помещали в двойной полиэтиленовый пакет вместе с этикеткой. На этикетках указывали код пробы, место и дату отбора, массу пробы. Отбор каждой пробы сопровождали записью в полевом журнале, включающей место отбора, дату и географические координаты места отбора, код пробы, тип почвы, фамилию проводившего отбор проб. В точках отбора проб почвы проводили измерения МЭД гамма-излучения.
Поверхностные пробы почвы отбирали с глубины 0-5 см, послойные пробы грунта – с горизонтов 0-5, 5-10 и 10-30 см. Для отбора проб грунта с обмелевшей зоны было заложено 11 шурфов глубиной 1,1-1,3 м. Пробоотбор производили с шагом в 10 см.
Пробы воды отбирали в герметичные полиэтиленовые емкости объемом 1,5 л. Пробы фильтровали в полевых условиях от взвешенных частиц и грубых примесей и консервировали согласно принятой методике. Во всех точках отбора проб воды определяли географические координаты с использованием систем спутниковой навигации GPS. Каждую пробу снабжали этикеткой. На этикетках указывали код пробы, место и дату отбора. Отбор каждой пробы сопровождали записью в полевом журнале, включающей место отбора, дату и географические координаты места отбора, код пробы.
Пробы донных отложений отбирали по стандартной методике в специальные полиэтиленовые емкости с крышкой объемом 1л. Затем пробы упаковывали в полиэтиленовые пакеты и укладывали в контейнеры. Во всех точках пробоотбора определялись координаты с систем спутниковой навигации GPS. Каждую пробу снабжали этикеткой. На этикетках указывали код пробы, место и дату отбора. Отбор каждой пробы сопровождали записью в полевом журнале,
226
включающей место отбора, дату и географические координаты места отбора, код пробы донных отложений.
Подготовка проб к измерению проводиться в лабораторных условиях. Все образцы почвы и донных отложений высушивались при температуре 36- 50С, затем образцы измельчались в агатовой ступке и просевались от 100 до 900 meshen/cm2. Пробы почвы, донных отложений и все пробы шурфов плотно запечатывались в кюветах и перед проведением спектрометрических измерений выдерживались в течение 2-3 недель для установления подвижного равновесия между изотопами 226Ra, 224Ra и продуктами их распада (222Ra, 220Ra и другими).
Проба подготовка воды к измерению проводилось по внутренней методике лабораторией.
Общий метод подготовки добавления в образец фосфат кальция CaHPO4. CaHPO4 эффективен в со осаждение всех актинидов от основного компонента. Образец затем подкисливается путем добавления HNO3и добавляются трайсеры, образец перемешивают и переливают в стеклянную посуду. Затем образец нагревают для увеличения рН 8-9. Затем растворенные образцы отдаются для аналитического разделения.
Для определения радионуклидного состава был использован гамма спектрометрический метод, основанный на измерении гамма излучения исследуемых образцов. Измерения проводились на двух, различных по параметрам, полупроводниковых детекторах: коаксиальный GEM-2018 “ORTEC”, широкодиапазонный GX-1520 “CANBERRA”.
Широкодиапазонный детектор обладает тонким входным окном, выполненным из слабопоглощающего мягкое гамма излучение материала-бериллий. Эта особенность позволяет эффективно определять радионуклиды по их относительно мягким гамма линиям - например, 210Pb по линии 46.5 кэВ и 234Th по линии 63.3 кэВ [2,4].
В Таблице 1 представлены значения энергий и квантовые выходы γ-излучений определяемых дочерних радионуклидов ряда 238U. Как видно из таблицы, некоторые из нуклидов имеют более одной достаточно интенсивных гамма линий. В этих случаях при расчетах использовалось средневзвешенное значение активности.
Таблица 1 γ-кванты радионуклидов естественного ряда урана
Радионуклид Энергия γ-квантов, кэВ Квантовый выход, %
234Th 63.3 4.8
226Ra 186.2 3.59
214Pb 295.2 и 351.9 19.3 и 37.6
214Bi 609.3 46.1
210Pb 46.5 4.25
Результаты.
Было отобрано и измерено более 250 проб почвы, 200 проб донных отложений и около 200 проб шурфов. Таблице 2 представлены лишь среднее значения 137Cs и естественных радионуклидов 210Pb, 235U, 226Ra, 40K, 234Th, 214Pb, 214Bi, 228Ac, 212Pb, 212Bi, 208Tl и 227Th в отобранных образцах.
Таблица 2 Среднее значение цезия-137 и естественных радионуклидов в поверхностных и глубинных пробах почвы,
донных отложений и шурфов обмелевшей зоны хвостохранилища Кошкар-Ата
Элемент Поверхностные
пробы почвы
Глубинные пробы почвы
Донные
отложения Шурфы
Cs-137, Бк/кг 7.4 ± 0.5 9.0 ± 0.5 2.3 ± 0.5 < 0.5
K-40, Бк/кг 208 ± 9 425 ± 14 377 ± 18 136 ± 11
Th-234, Бк/кг 23.3 ± 3.8 21.6 ± 3.7 20.6 ± 3.8 97.3 ± 6.9
Ra-226, Бк/кг 444.0±4.5 27.0 ± 1.0 54.9 ± 1.4 305.2 ± 3.2
Pb-214, Бк/кг 441.5 ± 3.6 623.8 ± 4.1 396.5 ± 3.2 304.3 ± 2.5 Bi-214, Бк/кг 446.5 ± 5.4 619.8 ± 6.5 404.6 ± 4.9 306.0 ± 3.7
Pb-210, Бк/кг 64.0 ± 6.4 91.9 ± 7.1 730 ± 16 179.4 ± 9.4
Ac-228, Бк/кг 11.3 ± 1.1 15.3 ± 1.2 21.1 ± 1.5 29.5 ± 1.7
Pb-212, Бк/к 10.2 ± 0.6 17.0 ± 0.7 18.4 ± 0.9 28.8 ± 0.9
Bi-212, Бк/кг 12.1 ± 3.7 17.6 ± 4.0 16.0 ± 5.5 29.1 ± 4.9
Tl-208, Бк/кг 3.2 ± 0.4 6.1 ± 0.5 7.3 ± 0.7 10.5 ± 0.6
U-235, Бк/кг 4.2 ± 1.2 2.5 ± 1.2 24.9 ± 1.4 3.9 ± 0.8
Th-227, Бк/кг 2.5 ± 1.0 2.4 ± 1.1 19.9 ± 2.3 7.9 ± 1.5
227
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что концентрация 137Cs в почве поверхностного и глубинного слоя, колеблется от 0,3 до 19 Бк/кг в отдельных пробах, причем несколько повышенное его содержание не характерно для данного объекта и может свидетельствовать о присутствии необнаруженного источника загрязнения цезием в непосредственной близости от хвостохранилища. Содержание 234Th и соответственно 238U, колеблется от 10 до 650 Бк/кг. Содержание 226Ra в проанализированных образцах лежит в пределах от 10 до 1340 Бк/кг. Среднее отношение 226Ra к 234Th равно ~1.5, т.е. содержание 234Th в 1,5 раза ниже содержания 226Ra. Соотношение 226Ra к 210Pb в среднем равно 0,9, что показывает на отсутствие их перераспределения в почвенном покрове.
Содержание радионуклидов ториевого ряда (232Th) находятся на уровне, характерном для данного типа почв, и лежат в пределах от 3 до 40 Бк/кг.
По полученным результатам ориентировочный вклад урана-235 в суммарную активность составляет около 5% от активности урана-238.
В пробах донных отложений наблюдаются повышенные содержания таких радионуклидов, как торий-234, радий-226, свинец-214, висмут-214, свинец-210, уран-235, торий-227.
Анализ шурфов отобранных на обмелевшей зоне хвостохранилища свидетельствуют о накоплении естественных радионуклидов в глубинных слоях, что, по-видимому, связано с неоднородностью поступления отходов на хвостохранилище по радионуклидному составу в течение длительного промежутка времени. Существует некоторое увеличение содержания 226Ra,
214Pb, 214Bi, 210Pb, 227Th, 235U.
Также вода была исследована на содержания естественных радионуклидов и цезия- 137.Результаты представлены в таблице 3.
Согласно ст. 185 "Санитарно-гигиенических требований по обеспечению радиационной безопасности" (СГТОРБ) от 31 января 2003 года N 5.01.030.03 к жидким радиоактивным отходам относятся не подлежащие дальнейшему использованию органические и неорганические жидкости, пульпы и шламы, в которых удельная активность радионуклидов более чем в десять раз превышает значения уровней вмешательства при поступлении с водой, приведенные в Приложении П-2 норм радиационной безопасности НРБ-99.
В соответствии с разделом 5.3.5 НРБ-99 при совместном присутствии в воде нескольких радионуклидов должно выполняться условие:
Сумма (Аi /УВi ) <= 1, (1)
где: Аi - удельная активность i-го радионуклида в воде, УВi - соответствующий уровень вмешательства.
Данные таблице 3свидетельствуют о том, что по всем радионуклидам вода хвостохранилища не относится к радиоактивной. Исключение составляют такие нуклиды, как 210Pb, причем практически во всех точках отбора превышение по данному нуклиду – в 1,5-4,0 крат по сравнению с Уровнем Вмешательства (УВ), несколько повышенное содержание 40K, кроме проб 034, 035, 039.
Таблица 3 Определение естественных радионуклидов и цезия-137 в воде хвостохранилища Кошкар-Ата,
Бк/л
№ пробы 228Ra 224Ra 234Th 226Ra 210Pb
033 < 0.12 0.09 ± 0.02 < 0.30 0.22 ± 0.04 0.62 ± 0.23 034 < 0.11 0.05 ± 0.02 0.33 ± 0.18 0.30 ± 0.04 0.77 ± 0.23 035 0.14 ± 0.06 0.05 ± 0.02 < 0.26 0.18± 0.03 < 0.31 036 < 0.07 0.04 ± 0.02 < 0.17 0.20 ± 0.03 < 0.20 037 < 0.18 0.14 ± 0.04 < 0.45 0.51 ± 0.06 < 0.58 038 < 0.12 0.08 ± 0.02 < 0.30 0.17 ± 0.04 0.40 ± 0.23 039 0.11 ± 0.06 0.07 ± 0.02 0.34 ± 0.16 0.16 ± 0.03 < 0.31 040 < 0.11 0.10 ± 0.02 < 0.28 0.21 ± 0.04 0.50 ± 0.23 041 < 0.14 0.06 ± 0.02 < 0.38 0.20 ± 0.05 0.68 ± 0.30 042 < 0.08 0.06 ± 0.01 0.33 ± 0.12 0.26 ± 0.03 0.37± 0.20
УВ 0,2 2,1 41 0,5 0,2
228
Таблица 3 (продолжение)
№ пробы 227Th, 223Ra 40K 137Cs 033 < 0.11 < 0.11 24 ± 1 0.08±0.02 034 < 0.11 < 0.11 21 ± 1 0.09±0.02 035 < 0.10 < 0.09 20 ± 1 0.07±0.02 036 < 0.07 < 0.07 6.9± 0.6 0.06±0.01 037 < 0.17 < 0.16 35 ± 2 0.09±0.02 038 < 0.11 < 0.09 27 ± 1 0.15±0.02 039 < 0.09 < 0.09 18 ± 1 0.07±0.02 040 < 0.10 < 0.10 20 ± 1 0.09±0.02 041 < 0.15 < 0.14 24 ± 1 0.07±0.02 042 < 0.07 < 0.07 26 ± 1 0.10±0.02
УВ 16 1,4 22 11
На основе полученных фактических данных была построена база данных с элементами и ГИС
"КОШКАР-АТА", позволяющая получить объективную информацию о величинах концентраций основных дозообразующих радионуклидов в объектах окружающей среды.
В Итоге главными радионуклидами, характеризующими уровень радиоактивного загрязнения, являются 210Pb, 226Ra и 228Th. В почвах хвостохранилища зафиксированы в среднем уровни радиоактивности в несколько раз более высокие, чем в почвах фонового участка. На прилегающей территории, по периметру хвостохранилища, также отмечаются повышенные концентрации указанных изотопов.
На основе полученных результатов было принято решение с соответствующими органами Республики Казахстан проводить рекультивационные работы на хвостохранилище Кошкар-Ата.
Для проведения рекультивации выбран метод отсыпки грунтом. Сравнительный анализ имеющихся в наличии материалов, указал на преимущество применения песчано-глинистого грунта. Это связано, в первую очередь, с доступностью и относительной дешевизной используемого материала. Глина, входящая в состав грунта, препятствует пылению и является дополнительным барьером на пути эманаций радона. Кроме того, укрытие песчано-глинистым грунтом будет благоприятствовать развитию растительного покрова, который послужит дополнительной защитой от ветровой эрозии [5].
На основание вышеизложенного получено разрешение от Мангистауского областного управления охраны окружающей среды на применение почво- грунтов и песчано-глинистой смеси для проведения рекультивационных работ на обмелевшей зоне хвостохранилища.
По результатам комплексных экологических исследований была произведена закладка одного контрольного участка на обнажившейся поверхности хвостохранилища размерами (100х90) м2. Перед началом реабилитационных мероприятий выполнены исследования физико-химических параметров грунтов на территории участка. Для чего отобраны поверхностные и послойные пробы грунта. С целью получения исходной информации о распределении гамма-активности произведена детальная радиометрическая съемка по сети (5 х 5) м2. В пределах участка была выполнена зачистка поверхности на глубину 10 см, в пределах которой выполнены измерения гамма-поля с целью исследования изменения гамма-активности с глубиной. Контрольный участок для проведения реабилитационных мероприятий выбран в южной части хвостохранилища КОШКАР-АТА (рис. 5). Рекультивация участка произведена способом засыпки поверхности участка радиационно-чистым песчано-глинистым материалом мощностью 25 см.
229
Рис.3. Расположение контрольного участка
Проведен анализ результатов проведенных работ, который показал, что гамма-поле в пределах участка до проведения рекультивационных работ имел мозаичный характер и характеризовался повышенными значениями мощности экспозиционной дозы (МЭД), превышающими фоновые значения в 2 – 3 раза. Наибольшие значения МЭД приурочены к понижениям в рельефе поверхности. Из результатов исследования микроплощадки следует, что интенсивность гамма-поля возрастает при переходе к нижележащим слоям грунта, при этом на глубине 10 см величина МЭД возросла вдвое и достигла 0,45 мкЗв/ч.
Результаты повторной гамма-съемки после засыпки территории участка песчано-глинистым материалом показывают, что гамма-поле практически однородно и характеризуется значениями МЭД, соответствующими фоновым значениям, характерным для данного региона.
Предварительные результаты оценки эффективности применяемого способа рекультивации путем отсыпки глинисто-песчаным грунтом свидетельствуют о значительном улучшении радиационных характеристик исследуемого участка. Уровень гамма-фона в результате выполненных работ снижен до фоновых значений, характерных для окрестностей г. Актау.
Продолжаются мониторинговые исследования состояния верхнего слоя грунта после проведения реабилитационных мероприятий на данном участке для оценки их эффективности, никаких аномалий не обнаружено.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kadyrzhanov K.K., Kuterbekov K.A., Akhmetov E.Z., Lukashenko S.N., Dzhazairov- Kakhramanov V. // 1st Int. Eurasia Conf. on Nuclear Science and its Application, Turkey.2000. P.
665 – 673.
2. Л. Де Мартино,В. Новиков. Окружающая среда и безопасность. Центральная Азия восточного прибережья Каспийского моря. // ISBN: 978-82-7701-052-6 Жeнeвcкий университет,2008.
3. R. Lennartz, B. Heuel-Fabiane., Jahresbericht 2006 des Geschäftsbereiches Sicherheit und Strahlenschutz// Sicherheit und Strahlenschutz GbS-Bericht Nr. 816,FZJ-2007.
4. Kadyrzhanov K.K., Kuterbekov K.A., Lukashenko S.N., Melentiev M.I., Stromov V.M., Shaitarov V.N. // Int. Conf. on Radiation Legacy of the 20-th Century: Environmental Restoration. Proceedings of an Inter. Conference (Radleg-2000). IAEA-TECDOC-1280. IAEA, Vienna, April 2002. P. 273 – 277.
5. Kadyrzhanov K.K., Kuterbekov K.A., Lukashenko S.N., et. al. // Int. Conf. on Radiation Safety Problems in the Caspian Region. M.K. Zaidi and I.Mustafaev (eds.). NATO Science Series, Kluwer Academic Publishers. IAEA, Vienna 2004. Р.69-78.
ҚОШҚАР-АТА қалдықтар қоймасының қоршаған ортаға әсер ететін, негізгі жағымсыз факторларын зерттеудің әдістері және нәтижелері
Кутербеков К.А., Глушенко В.Н., Полешко А.Н., Нурмуханбетова А.К., Макенбаева Ш.К., Моренко В.С., Суздальцева Т.В.
Еңбекте қоршаған ортаға әсер ететін, ҚОШҚАР-АТА қалдықтар қоймасының негізгі негативтік факторларын зерттеудің әдістері және нәтижелері келтірілген. Сазды-құмды грунтпен жабу жолымен рекультивациялаудың қолданылып отырған тәсілінің сапалылығының бағасының алдын-ала нәтижелері, зерттеліп отырған телімнің радиациялық сипаттамаларының едәуір жақсарғанын білдіреді. Орындалған жұмыстар нәтижесінде, гамма-ая деңгейі Ақтау қ.тӛңірегіне тән, аялық мәндерге дейін тӛмендеген
Methods and results of investigation the main negative factors tailing Koshkar-ATA influencing on the environment
Kuterbekov K.A., Glushchenko V.N., Poleshko A.N., Nurmukhanbetova A.K., Makenbaeva Sh.K., Morenko V.N., Suzdalzeva T.V.
The paper presents the methods and results of the study the main negative factors tailing Koshkar-ATA impact on the environment. Preliminary results of the evaluation of the effectiveness of the applied method of reclamation by dumping clay and sandy soil showed a significant improvement of radiation characteristics of the investigated area. The level of gamma- background as a result of works was reduced to background values, characteristic for the vicinity of Aktau.