CC BY
37
УДК 691:620.19:502.55
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭМАНИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ВОДУ И ВОЗДУХ
Р.А. Назиров1, А.А. Романова2
Сибирский федеральный университет, Институт градостроительства, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Представлены результаты исследований по определению эманирования в воздух и воду из материалов с низким содержанием 2 6R. Измерения проводили на приборах AlphaGUARD и «Прогресс-Гамма». Описаны экспериментальные данные и выполнено сравнение коэффициентов эманирования в воду и в воздух. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что эманирование является сложным физическим процессом и изменяется в широких пределах, поэтому при использовании материалов необходимо выполнение работ по оценке рисков и организации контроля с целью обеспечения радиационной безопасности населения. Ил. 3. Табл. 2. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: радон; эманирование радона; концентрация радона; радон в воде.
EXPERIMENTAL ASSESSMENT AND A COMPARATIVE ANALYSIS OF MATERIAL EMANATIONS INTO WATER AND AIR
R. A. Nazirov, A.A. Romanova
The Institute of Town-Planning, Management and Regional Economy of the Siberian Federal University, 82 Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041
The article presents the investigation results to determine the emanation into the air and water from the materials with low content of 226R. Measurements were performed by the devices AlphaGUARD and «Progress-Gamma». The authors describe the experimental data and compare the emanation coefficients into the water and air. The analysis of the obtained results suggests that the emanation is a complex physical process and varies widely, therefore when using the materials it is necessary to fulfill works on risk assessment and control organization to ensure population radiation safety. 3 figures. 2 tables. 3 sources.
Key words: radon; radon emanation; radon concentration; radon in water.
Еще в 1899 г. английский ученый Э. Резерфорд отметил, что препараты радия испускают некую эманацию (лат. етапайо — истечение, распространение), которая обладает радиоактивными свойствами и ведет себя как инертный газ. В зависимости от того, какой изотоп радона выделяется из твердого вещества, различают эманирование по радону (22^п), торону (22(^п) или актинону (219^п).
Хотя в отечественной литературе отсутствуют четкие определения эманирующей способности по радону (ЭСР) и коэффициента эманирования по радону (КЭР), удобно понимать под ЭСР 22^п - количество свободного радона, выделяемого единицей массы вещества в естественных условиях, а КЭР - отношение эманирующей способности вещества к количеству эманации, равновесному с изотопом радия (22^а), содержащимся в веществе [1].
Необходимость исследований, направленных на изучение эманирования, была обусловлена развитием способов и методов поисков урановых месторождений еще в 30-х годах прошлого столетия. Наличие глубинных геологических разломов пород, содержащих урановые руды, развитие трещинной тектоники в подзем-
ном строении являются благоприятными условиями для формирования подземных радиоактивных вод, способных перемещаться на большие расстояния.
Основоположником радиогеологии в нашей стране считают В.И. Вернадского, большой вклад внесли А.Е. Ферсман, В.Г. Хлопин, А.П. Виноградов, А.П. Кириков и многие другие. Были изучены основные факторы, влияющие на процесс эманирования радиоактивных руд и минералов в различные среды: воздух, воду, вазелиновое масло и др.
В настоящее время установлено, что основным источником облучения населения является радиоактивный газ радон, который выделяется не только из радиоактивных руд, но и из материалов с низким содержанием 22^а, которые используются в процессе жизнедеятельности, например, в строительстве или в водоочистных сооружениях при первой ступени водоочистки. В условиях ограниченного воздухообмена в жилых и общественных помещениях концентрация радона может иметь уровень, значительно превышающий требования норм радиационной безопасности [2]. Оценка параметров эманирования КЭР, ЭСР не радиоактивных, но широко используемых материа-
1Назиров Рашит Анварович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой АГиПЗ, тел.: 83912424593. e-mail: NazirovR@rambler.ru
Nazirov Rashit Anvarovich, Doctor of technical sciences, professor, Head of the chair of Architecture of Civil and Industrial Buildings, tel.: (3912) 424593, e-mail: NazirovR@rambler.ru
2Романова Анастасия Анатольевна, ассистент кафедры АГиПЗ, тел.: 89831552927,e-mail: rom-an55@mail.ru Romanova Anastasia Anatolievna, assistant of the chair of Architecture of Civil and Industrial Buildings, tel.: 89831552927, e-mail: rom-an55@mail.ru
лов является актуальной задачей. В отечественных и зарубежных исследованиях встречается много работ, посвященных эманированию радона в воздух. Зачастую эти работы были проведены в полевых условиях, например исследование эманирования почв или горных пород [3]. К сожалению, информация об эманиро-вании материалов в воду и воздух с низким содержанием 226Ra крайне ограничена (практически отсутствует).
В данной работе определен коэффициент эмани-рования радона для ряда материалов в воздух и воду, приведено их сравнение. Эксперименты выполнены в лаборатории радиационного контроля Сибирского федерального университета на оборудовании фирмы Genitron Instruments и Атомтех.
Удельную активность 226Ra в пробе определяли на гамма-спектрометре «Прогресс-Гамма» в соответствии с прилагаемой методикой. Измерения проводили не ранее чем через две недели после герметизации образца в сосуде Маринелли.
Определение коэффициента эманирования в воздух выполняли в герметичном контейнере объемом 0,05 м3. В контейнер устанавливали включённый радон-монитор AlphaGUARD. Измерение концентрации радона, а также температуры, давления и влажности проводилось в автоматическом режиме каждые 10 минут в течение 5 - 7 суток. Измерения проводились на образцах естественной влажности.
Полученная информация при помощи прикладной программы считывалась с радон-монитора и для дальнейшей обработки в интегрированной системе программирования MathCAD преобразовывалась в текстовый файл. На рис. 1 представлен график накопления радона в герметичной емкости из пробы глины массой 5 кг естественной влажности.
Накопление радона хорошо аппроксимируется из-
1000
вестной формулой
С) = СД1 - ^ t) + C
-к t
(1)
где С0 и С1 - соответственно начальная и равновесная концентрации радона, Бк/м3; А - постоянный коэффициент, ч-1.
В табл. 1 представлены значения величин в формуле (1), рассчитанные методом наименьших квадратов, и их статистическая оценка.
Значение коэффициента А находится в пределе от 0,0071 до 0,0092, а средняя величина 0,0081±0,00054 отличается от величины постоянной распада радона, равной 0,00755 ч-1, всего на 7,3 %. Очевидно, что ошибка в определении констант, входящих в формулу (1), с увеличением времени экспозиции будет уменьшаться.
Эманирующую способность рассчитывали по формуле
П
C(t)V
(t)
m ■ (1 - exp
t)
(2)
где т - масса пробы, кг; V - свободный объем герметичного контейнера, м3; - текущая концентрация радона, Бк/кг.
На рис. 2 хорошо видно, что равновесие между рождающимися в процессе радиоактивного распада радия атомами радона и выделяющимися в окружающую среду практически наступает уже через 50 часов испытаний.
Для определения коэффициента эманирования в воду в герметичную емкость объемом 1,5 л засыпалась навеска материала массой 1,3 кг, заливалась водой. Образец в воде выдерживался в течение месяца, за это время в емкости также наступало радиоактивное равновесие между радоном и радием. После чего производилось определение концентрации радона на установке ЛдиаК1Т.
о ч
(С
ср
Время кампании, ч Рис. 1. Накопление радона в герметической ёмкости
Статистическая оценка параметров С и К
Таблица 1
Параметр оценки Стандартная ошибка Границы значений пределов (95%)
Обозначение Значение Нижний Верхний
C1, Бк/м3 882,28 30,53 822,38 942,19
C0, Бк/м3 28,67 7,00 14,94 42,40
А, ч-1 0,0081 0,00054 0,0071 0,0092
В табл. 2 приведены данные по коэффициентам эманирования в воду, воздух и удельная активность материалов по радию 226Ра, а на рис. 3 представлены графики сравнения коэффициентов эманирования в воду и воздух.
. 226,
количества рождающихся в результате радиоактивного распада поступает в воздух и не более 4 % - в воду.
2. Коэффициент эманирования практически всех природных материалов естественной влажности в
Таблица 2
№ п/п Материал каг, %, в воздух kwater, в воду Удельная активность 226Ра, Бк/кг
1 Глина 34,59 19,70 23,97
2 Гравий 1, с1=0...5 мм 16,76 8,05 21,00
3 Гравий 2, С=10...20 мм 14,30 6,56 23,53
4 Песок 11,03 9,37 5,11
5 Гранит 2,31 1,53 101,70
6 Доломит 1,47 1,24 19,23
7 Саянский мрамор 4,47 3,41 16,66
8 Керамзит 1 0,74 2,16 32,79
9 Керамзит 2 0,97 3,61 37,75
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:
1. Наибольший коэффициент эманирования наблюдается у пробы глины. Почти 35 % атомов радона поступает в воздух и 20 % - в воду. Наименьший КЭР у проб керамзита. Только 1 % атомов радона от всего
воздух в 1,2...2,2 раза больше, чем в воду. Чем больше величина эманирования в воздух, тем больше радона поступает и в жидкую фазу при отсутствии корреляционной связи между КЭР и содержанием радия в исследуемых пробах.
3. Эманирование двух проб керамзита в воздух,
Рис. 3. Коэффициенты эманирования в воду и воздух
напротив, почти в 3 раза меньше, чем в воду. В процессе производства керамзита материал подвергается высокотемпературному обжигу с образованием жидкой фазы. В результате изменяется минералогический состав и положение атомов радия в измененной кристаллической структуре материала. Этим, по всей видимости, и можно объяснить минимальное по сравнению с природными материалами значение КЭР у керамзита.
Библиографический список
Эманирование является сложным физическим процессом и изменяется в широких пределах, поэтому при использовании природных и искусственных материалов в процессе жизнедеятельности необходимо выполнение работ по оценке рисков и организации контроля с целью обеспечения радиационной безопасности населения.
1. Назиров Р.А. Развитие научных основ и методов получения строительных материалов с заданными радиационно-экологическими свойствами: дис. ... докт. техн. наук. Красноярск, 2003. 500 с.
2. СП 2.6.1.2523 - 2009. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) / Минздрав России. М., 2009.
3. An experimental method for measuring the radon-222 emanation factor in rocks / C. Ferry, P. Richon, A. Beneito, J. Cabrera, J.-C. Sabroux // Pergamon, Radiation Measurements 35, 2002. P. 579 - 583.
УДК 541.183
ПРИРОДНЫЕ И МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЦЕОЛИТЫ КАК АДСОРБЕНТЫ НЕФТЕПРОДУКТОВ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
М.В. Обуздина1
Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского,15.
Изучены физико-химические и адсорбционные свойства природных и модифицированных цеолитов месторождений Восточного Забайкалья. Установлены изменения характеристик цеолитов при контакте с модификаторами -гексаметилдисилазаном [(CH3)3Si-]2NH, тетраэтоксисиланом (C2H5O)4Si, а также в процессах термической обработки расходных материалов. Сопоставлена эффективность изученных цеолитов в процессах адсорбции нефтепродуктов из водных сред. Полученные результаты позволили рекомендовать изученные цеолиты для использования в качестве адсорбентов в процессах доочистки нефтесодержащих сточных вод предприятий железнодорожного транспорта. Ил. 6. Табл. 4. Библиогр. 12 назв.
Ключевые слова: сточные воды; адсорбенты; доочистка; модификация; сорбционная активность.
NATURAL AND MODIFIED ZEOLITES AS PETROLEUM PRODUCT ADSORBENTS FROM INDUSTRIAL
WASTEWATER
M.V. Obuzdina
SEI HPE Irkutsk State University of Railway Engineering, 15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.
The authors study physico-chemical and adsorption properties of natural and modified zeolites from Eastern Transbaikalia deposits. They specify zeolite characteristic changes when in contact with modifiers - hexamethyldisilazan [(CH3) 3Si-] 2NH, tetraethoxysilan (S2H5O) 4Si, as well as in the process of heat treatment of consumables. The efficiency of the studied zeolites in the adsorption processes of petroleum products from aqueous media is compared. The obtained results allowed to recommend the studied zeolites to use as adsorbents in the posttreatment processes of oily wastewater from the enterprises of railway transport. 6 figures. 4 tables. 12 sources.
Key words:wastewater; adsorbents; posttreatment; modification; sorption activity.
Железнодорожный транспорт занимает в России лидирующее положение по объему пассажирских и грузовых перевозок в результате деятельности компании ОАО «Российские железные дороги». Стратегией развития железнодорожного транспорта до 2015 года предусмотрена программа реализации комплекса природоохранных мероприятий, направленных на снижение техногенной нагрузки на объекты окружающей среды и уменьшение экологических рисков про-
изводственной деятельности предприятий отрасли на основе разработки технологий обезвреживания образующихся жидких нефтесодержащих отходов и сточных вод [1].
В локомотивных и вагонных депо, где производится ремонт и обслуживание локомотивов, вагонов и мотор-вагонных составов (электропоездов), вода используется для наружной обмывки подвижного состава; при промывке перед ремонтом колесных пар, те-
1Обуздина Марина Владимировна, аспирант, тел.: 89140050058, e-mail: angelika86@bk.ru Obuzdina Marina Vladimirovna, postgraduate student, tel.: 89140050058, e-mail: angelika86@bk.ru
