Оцінка вмісту природних радіонуклідів в iндустріальних залишках підприємств Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

D4-15 a.qxd 04.03.2015 11:09 Page 21

ASSESSMENT OF THE CONTENT OF NATURAL RADIONUCLIDES IN THE INDUSTRIAL RESIDUES OF THE ENTERPRISES

Pavlenko T.O., Aksenov N.V., Shabunina N.D., Fryziuk M.A., Tarasiuk O.Y., Kovtoniuk N.L., Semeniuk N.D., Fedorenko O.V., Mykhailenko O.V.

ОЦІНКА ВМІСТУ ПРИРОДНИХ РАДІОНУКЛІДІВ В ШДУСТРІАЛЬНИХ ЗАЛИШКАХ ПІДПРИЄМСТВ

ПАВЛЕНКО Т.О., АКСЬОНОВ М.В., ШАБУНІНА Н.Д., ФРИЗЮК М.А., ТАРАСЮК О.Є., КОВТОНЮК Н.Л., СЕМЕНЮК Н.Д., ФЕДОРЕНКО О.В., МИХАЙЛЕНКО О.В. ДУ "Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзєєва НАМН України", м. Київ УДК

614.8.086.52;613.648.4;628.4.

047;546.296;614.876 Ключові слова: радіаційна безпека, природні радіонукліди, техногенно підсилені джерела природного походження, залишки.

а новітньою системою радіаційного захисту Міжнародне агентство з атомної енергії (МАГАТЕ) у ситуаціях існуючого опромінення для промислових підприємств та певних технологічних процесів встановлює рівні звільнення від контролю матеріалу за питомою активністю радіонуклідів у ньому [1,2].

Ці значення питомої активності також застосовуються для звільнення від контролю індустріальних залишків, що утворюються в результаті практичної діяльності. Це означає, якщо активність природних радіонуклідів (ПРН) уранового і торієвого рядів у залишках перевищує 1 Бкт -1 або активність ка-лію-40 перевищує Бкт -1, то введення регулюючого контролю на підприємствах є обов'язковим [2].

Окремо виділяється проблема щодо поводження з відходами нафтогазової промисловості, які містять техногенно підсилені джерела природного походження.

У результаті діяльності підприємств нафтогазової промисловості утворюються переважно тверді та рідкі відходи, що можуть містити штучні або природ-

ні радіонукліди з широким діапазоном періоду напіврозпаду.

Під час видобутку, переробцки та транспортування нафти і газу у навколишнє середовище у тому чи іншому вигляді надходять ПРН сімейств 238U, 232Th, а також 40K. Ці ПРН осідають на внутрішніх поверхнях нафтогазопромислово-го обладнання (насосно-компресорних труб, резервуарів тощо), території підприємств, концентруючись до дуже високих рівнів (часом питома активність може сягати 1,5Ч07Бкт -1) [3].

Крім того, у результаті діяльності підприємств даної галузі утворюються нафтошлами, які становлять велику небезпеку для довкілля і підлягають захо-роненню або переробці через значний вміст у них ПРН. Нафто-шлами можуть утворюватися у результаті природних контрольованих процесів (наприклад, очищення нафти від домішок і води) та через аварії (розливи). В останньому випадку при пізньому виявленні або масштабній аварії довкіллю може бути завдано величезної шкоди.

Залежно від способу утворення і, відповідно, фізико-хімічно-

ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В ИНДУСТРИАЛЬНЫХ ОСТАТКАХ ПРЕДПРИЯТИИ Павленко Т.А., Аксенов Н.В., Шабунина Н.Д., Фризюк М.А., Тарасюк О.Е., Ковтонюк Н.Л., Семенюк Н.Д., Федоренко Е.В., Михайленко А.В. Проблема обращения с отходами нефтегазовой промышленности, содержащих высокие уровни активности естественных радионуклидов (ЕРН), является одной из важнейших во всем мире. Остатки деятельности, нефтешламы и использованное технологическое оборудование могут создавать значительную дозовую нагрузку на работников предприятий отрасли за счет попадания радиоактивных материалов на промплощадку и в окружающую среду.

Цель статьи — проведение исследований уровней удельной активности ЕРН в индустриальных остатках некоторых предприятий нефтегазовой отрасли Украины для установления целесообразности введения регулирующего контроля на этих предприятиях. Методы: гамма-спектрометрический, математические, статистические.

Результаты. Проведено исследование удельной

активности ряда ЕРН (226Ra, 232Th, 210Pb, 238U, 235U, 223Ra, 227Th, 40K) в остатках деятельности нескольких предприятий нефтегазовой отрасли Украины. Выполнен расчет первичных статистических показателей уровней удельной активности ЕРН в остатках по каждому предприятию.

Установлено, что на двух предприятиях в сухом осадке по всем указанным ЕРН уровень освобождения МАГАТЭ по удельной активности ЕРН в материалах 1 Бк-г1 (1000 Бк-кг1) не превышен. Принимая во внимание недостаточное количество исследованного материала, рекомендуется провести дополнительные измерения остатков производственной деятельности с этих предприятий. На двух предприятиях по четырем радионуклидам (210Pb, 226Ra, 232Th, 238U) в отходах переработки нефтепродуктов и сухом осадке превышается уровень освобождения МАГАТЭ.

На этих предприятиях рекомендуется ввести регулирующий контроль.

Ключевые слова: радиационная безопасность, естественные радионуклиды, техногенно усиленные источники природного происхождения, остатки.

© Павленко Т.О., Аксьонов М.В., Шабуніна Н.Д., Фризюк М.А., Тарасюк О.Є., КовтонюкН.Л., СеменюкН.Д., Федоренко О.В., Михайленко О.В. СТАТТЯ, 2015.

21 Environment & Health № 1 2015

D4-15 a.qxd 04.03.2015 11:09 Page 22

го складу нафтові шлами розподіляються на кілька груп (видів), серед яких резервуарні — відходи, які утворюються під час зберігання і транспортування нафти у найрізноманітніших резервуарах, а також ґрунтові, які є продуктом сполучення ґрунту і нафти, що пролилася на нього (у результаті технологічного процесу чи аварії). Останній вид нафто-шламів (забруднених ґрунтів) належить до відходів тільки після розміщення у накопичува-чах відходів або на полігонах для переробки відходів [4].

Нафтошлами та використане технологічне обладнання можуть створювати значне дозо-ве навантаження на працівників підприємств галузі за рахунок потрапляння радіоактивних матеріалів на проммайдан-чик та у довкілля. Така ситуація потребує застосування заходів протирадіаційного захисту, у тому числі й організації радіаційного контролю.

Для встановлення доцільності введення регулюючого контролю на підприємствах нафтогазової галузі необхідно провести дослідження існуючих рівнів вмісту ПРН у залишках виробничої діяльності. Тому дана робота є вельми актуальною.

Метою роботи є проведення досліджень рівнів питомої активності ПРН у залишках виробничої діяльності деяких підприємств нафтогазової галузі України.

Матеріали та методи дослідження. Відбір проб здійснювався представником під-приємства-власника залишків (відходів), який документально оформлювався у вигляді акта, де зазначалися дата, час відбору проби, назва проби, назва підприємства, його адреса.

Для визначення питомої активності ПРН у залишках (відходах) виробничої діяльності застосовувався гамма-спектро-метричний метод з використанням спектрометра енергій гамма-випромінювання VARRO (SI-LENA, Італія) з напівпровідниковим детектором PRGC 3020.

Для вимірювань кожна проба розміщувалась у контейнері типу Марінеллі об'ємом 1 дм3, герметизувалась та витримувалась протягом 14 діб, а потім зважувалась. Контейнер встановлювався на детектор гамма-спектрометра, розміщений у свинцевому захисті. Накопичення спектра гамма-випромі-нювань відбувалося за трива-

лий інтервал часу, достатній, щоб статистичні показники (інтенсивність, похибка підрахунку відліків) відповідали прийнятній похибці вимірювання.

Розрахунок питомої активності ПРН у досліджуваному зразку (пробі) здійснювався за формулою:

де ^р — кількість відліків за час вимірювання зразка, імп.; Тзр — час вимірювання зразка, с; Nф — кількість відліків за час вимірювання фону, імп.; Tф — час вимірювання фону, с; п — квантовий вихід для певної лінії певного радіонукліда, квант-розпад-1; є — ефективність піка повного поглинання певного радіонукліда, імп-с-1 Бк-1; тзр — маса зразка, кг

Система гарантій якості забезпечувалася калібруванням

гамма-спектрометра за ефективністю за допомогою робочого еталону (стандартного зразка) з відомим набором гамма-ліній та точно визначеною абсолютною активністю радіонуклідів (фірма AMER-SHAM, Німеччина), а також щоденним енергетичним градуюванням.

Математична обробка передбачала розрахунок первинних статистичних показників (дескриптивна статистика). Основна частина математичної обробки виконувалася з застосуванням стандартного статистичного пакета "STATI-STICA 10.0".

Результати та обговорення. У межах роботи було досліджено загалом 10 проб з чотирьох підприємств нафтогазової галузі. У наданих зразках було виявлено такі ПРН: сви-нець-210 (210Pb), радій-226 (226Ra), торій-232 (232Th), уран-

Рисунок 1

Питома активність 210Pb, 226Ra, 232Th, 238U у відходах підприємства № 1

□ Свинець-210 □ Радій-226 а Торій-232 □ Уран-238

Рисунок 2

Усереднена питома активність 210Pb, 226Ra, 232Th, 238U у відходах підприємства № 1

11000

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

п Середнє

О ± Стандартна похибка

~Т~ і Стандартне відхилення

210pb 226Ra 232Th 238U

N3P ^

A = Тзр-

t

зр

П-£-тзр

№ 1 2015 Environment & Health 22

D4-15 a.qxd 04.03.2015 11:09 Page 23

ASSESSMENT OF THE CONTENT OF NATURAL RADIONUCLIDES IN THE INDUSTRIAL RESIDUES OF THE ENTERPRISES

Pavlenko T.O., Aksenov N.V., Shabunina N.D., Fryziuk M.A., Tarasiuk ОТУ., Kovtoniuk N.L., SemeniukN.D., Fedorenko O.V., Mykhailenko O.V.

Handling with the waste in oil-and-gas industry with a high level of the activity of natural radioactive materials (NORM) is one of the major problems over the world. Activity residues, oil slimes and used technological facilities can generate a considerable radiation exposure to industry workers due to radioactivity materials' entry in the industrial zone and environment.

Objective. We investigated the NORM activfy concentration in the industrial residues of some oil-and-gas enterprises of Ukraine to establish appropriateness of the regulatory control over these enterprises. Materials and Methods. Gamma-ray spectrometry, mathematical and statistical methods were used. Results. The measurements of the activity concentration of some natural radionuclides (226Ra, 232Th,

210Pb, 238U, 235U, 223Ra, 227Th, 40K) were made in manufacturing residues of some Ukrainian oil-and-gas enterprises. We calculated the initial statistical indicators of the NORM activity concentration levels in residues for each enterprise. We determined that a release level by the NORM specific activity in the materials of 1 Bq g-1 (1000 Bq kg-1) was not exceeded by all mentioned NORMS in solid residue at two enterprises. Taking into account an insufficient number of the investigated material we recommend to perform the additional measurements of the residues of the manufacturing activity of these enterprises.

The IAEA release level was exceeded by four radionuclides (210Pb, 226Ra, 232Th, 238U) in the processing waste of oil products and solid residue at two enterprises. Implementation of regulatory control at these enterprises is recommended. Keywords: radiation protection, natural radionuclides, natural origin, naturally occurring radioactive materials (NORM), residues.

238 (238U), торій-227 (227Th), ра-дій-223 (223Ra), уран-235 (235U), а також калій-40 (40K).

З підприємства № 1 досліджено 7 зразків відходів переробки нафтопродуктів. Результати вимірювань вмісту 210Pb, 226Ra, 232Th та 238U у зазначених відходах цього підприємства показано на рисунку 1.

Як видно з рисунка 1, по всіх зазначених ПРН найбільші значення питомої активності зафіксовано у пробі № 3: за 210Pb — 11000 Бк-г-1, 226Ra —

8870 Бк-г-1, 232Th — 2860 Бк-г-1, 238U — 7640 Бк-г-1.

Графічне відображення результатів дескриптивної статистики щодо величин вмісту цих ПРН надано на рисунку 2, з якого видно, що значення усередненої питомої активності 210Pb, 226Ra, 232Th, 238U у відходах переробки нафтопродуктів перевищують рівень звільнення МАГАТЕ (рівень звільнення від контролю матеріалу за питомою активністю кожного радіонукліда ланцюгів радіоактивного розпаду урану та торію) 1 Бк-г-1 (1000 Бк-г-1) [2].

Встановлено, що величини середніх значень питомої активності склали за 210Pb — 6737 Бк-г-1 (діапазон 3200-11000 Бк-г-1) за стандартного відхилення 3051 Бк-г-1; 226Ra — 5444 Бк-г-1 (діапазон 2640-8870 Бк-г-1) за стандартного відхилення 2639 Бк-г-1; 232Th — 1742 Бк-г-1 (діапазон 834-2860 Бк-г-1) за стандартного відхилення 825 Бк-г-1; 238U — 4620 Бк-г-1 (діапазон 180-7640 Бк-г-1) за стандартного відхилення 2472 Бк-г-1.

Результати вимірювань вмісту 227Th та 223Ra, а також 40K у відходах переробки нафтопродуктів представлено на рисунку 3.

Як видно з рисунка 3, найбільші значення питомої активності зафіксовано у пробі № 3 за 227Th — 520 Бк-г-1, у пробі № 1 — за 223Ra — 500 Бк-г-1.

Середні значення питомої активності склали за 227Th 296 Бк-г-1 (діапазон 145- 520 Бк-г-1) за стандартного відхилення

134 Бк-г-1; 223Ra — 290 Бк-г-1 (діапазон 124- 500 Бк-г-1) за стандартного відхилення 149 Бк-г-1; 40K — 23 Бк-г-1 (діапазон 755 Бк-г-1) за стандартного відхилення 16 Бк-г-1.

Встановлено, що середнє значення вмісту 40K менше у понад 12 разів від середнього вмісту 227Th та 223Ra. З інших трьох підприємств надано по 1 пробі відходів (осад сухий).

З аналізу результатів вимірювань встановлено, що у відхо-

дах підприємства № 2 значення питомої активності ПРН склали за 210Pb 11000 Бк-г-1, 226Ra — 11740 Бк-г-1, 232Th — 3250 Бк-г-1, 238U — 2830 Бк-г-1, 227Th — 610 Бк-г-1, 223Ra — 320 Бк-г-1, 40K — 106 Бк-г-1.

У осаді сухому з останніх двох підприємств (№ 3 та № 4) вміст 210Pb, 226Ra та 232Th у 100 разів нижчий, ніж у відходах переробки нафтопродуктів підприємства № 1 та осаді сухому підприємства № 2. Величина вмісту 238U, 227Th та 232Ra менше 10 Бк-г-1. Питома активність 40K перебуває на тому ж рівні, що й у пробах підприємства № 1 даної галузі і складає десятки беккерелів на кілограм.

Слід зазначити, що вміст 235U у відходах усіх досліджених підприємств галузі становить менше 10 Бк-г-1.

Для порівняння на рисунку 4 представлено у логарифмічному масштабі величини вмісту усіх

Рисунок 3

Питома активність 227Th, 223Ra, 40K у відходах підприємства № 1

ш

600 /

500

400

300

200

100

0

гь

Y

1 2 3 4 5

0 Калій-40 □Торій-227 Q Радій-223

6 7

Номер проби

23 Environment & Health № 1 2015

D4-15 a.qxd 04.03.2015 11:09 Page 24

виявлених ПРН у пробах залишків по чотирьох обстежених підприємствах нафтогазової галузі.

Як видно з рисунка 4, питома активність ПРН у відходах різних підприємств відрізняється на декілька порядків. У відходах переробки нафтопродуктів підприємства № 1 значення вмісту ПРН перевищують рівень звільнення МАГАТЕ 1 Бк-г-1 (1000 Бк-г-1) [2] за 210Pb майже у 7 разів, 226Ra — у 5,5 разів, 232Th — в 1,7 рази, 238U — майже у 5 разів. У відходах (сухий осад) підприємства № 2 значення вмісту ПРН перевищують рівень звільнення за 210Pb в 11 разів, 226Ra — майже у 12 разів, 232Th — у понад 3 рази, 238U — майже у 3 рази. За іншими ПРН (235U, 40K, 227Th, 223Ra) перевищення рівня звільнення не зафіксовано.

Відходи (сухий осад) з підприємств № 3 та № 4 за жодним з виявлених ПРН не перевищують рівня звільнення МАГАТЕ. Однак у зв'язку з тим, що зазначені підприємства надали для дослідження лише по одній пробі залишків, то визначити доцільність введення регулюючого контролю неможливо. Тому необхідно провести додаткові, поглиблені дослідження більшої кількості зразків із різних залишків цих підприємств.

Таким чином, виявлено два підприємства нафтогазової промисловості (№ 1 та № 2), у відходах виробничої діяльності

яких перевищується рівень звільнення МАГАТЕ за вмістом 210Pb, 226Ra, 232Th та 238U. На цих підприємствах рекомендується запровадити регулюючий контроль.

Висновки

1. У результаті досліджень залишків виробничої діяльності підприємств нафтогазової галузі України виявлено природні радіонукліди уранового та торієвого рядів (226Ra, 232Th, 210Pb, 238U, 235U, 223Ra, 227Th), а також 40K.

2. Встановлено, що на двох підприємствах у сухому осаді за всіма зазначеними радіонуклідами не перевищується рівень звільнення МАГАТЕ 1 Бкт-1 (1000 Бкт-1 ) щодо концентрації природних радіонуклідів у матеріалах. Через недостатню кількість дослідженого матеріалу рекомендується провести додаткові вимірювання залишків виробничої діяльності з цих підприємств.

3. Встановлено, що у залишках діяльності підприємства № 1 значення питомої активності складають за 210Pb — 320011000 Бкт-1; 226Ra — 26408870 Бкт-1; 232Th — 834-2860 Бкт-1; 238U — 180-7640 Бк-г-1. Рівень звільнення МАГАТЕ за цими радіонуклідами перевищується.

4. У залишках діяльності підприємства № 2 значення питомої активності складають за 210рь 11000 Бк-г-1, 226Ra —

11740 Бк-г-1,232Th — 3250 Бк-г-1, 238U — 2830 Бк-г-1. За цими радіонуклідами перевищується рівень звільнення МАГАТЕ.

5. На підприємствах нафтогазової галузі № 1 та № 2 рекомендується запровадити регулюючий контроль.

ЛІТЕРАТУРА

1. Governmental, legal and regulatory framework for safety : general safety requirements / IAEA (International Atomic Energy Agency). — Vienna : IAEA, 2010. — 40 p. (Safety Standards Series ; № GSR Part 1).

2. Radiation Protection and Safety of Radiation Sources : International Basic Safety Standards / IAEA (International Atomic Energy Agency). — Vienna : IAEA, 2011. — 303 p. (Safety Standards Series ; № GSR).

3. Естественные радионуклиды техногенного происхождения. 8.2.1. Радиоактивность, связанная с добычей нефти и газа [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://chemanalyti-ca.com/book/novyy_spra-vochnik_khimika_i_tekhnolo-ga/11_radioaktivnye_veshche-stva_vrednye_veshchestva_gigie-nicheskie_normativy/5042

4. Нефтешламы и нефтеотходы. Тематический портал о методах их сбора,очистки, переработки и удаления [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.nefteshlamy.ru/

REFERENCES

1. IAEA. Governmental, legal and regulatory framework for safety : general safety requirements. Vienna : IAEA ; 2010 : 40 p. (Safety Standards Series ; № GSR Part 1).

2. IAEA. Radiation Protection and Safety of Radiation Sources : International Basic Safety Standards. Vienna : IAEA ; 2011 : 303 p. (Safety Standards Series ; № GSR).

3. Estestvennye radionuklidy tekhnogennogo proiskhozhdeniia. 8.2.1. Radioaktivnost, sviazannaia s dobychei nefti i gaza [Natural Radionuclides of Anthropogenic Origin. 8.2.1. The Radioactivity Associated with Oil and Gas]. Available at: http://chemanalytica.com/bo-ok/novyy_spravochnik_khimi-ka_i_tekhnologa/11_radioaktiv-nye_veshchestva_vrednye_ veshchestva_gigienicheskie_nor-mativy/5042

4. Nefteshlamy i nefteotkhody. Tematicheskii portal o metodakh ikh sbora, ochistki, pererabotki i udaleniia [The Oil Sludge and Oil Wastes. Thematic Portal on the Methods of Collection, Treatment, Recycling and Disposal]. Available at : http://www.nefteshlamy.ru/

Надійшла до редакції 25.11.2014

Рисунок 4

Питома активність ПРН у відходах підприємств нафтогазової галузі

10 100 1000 10000 100000

Бк-г-1

□ 1 02 «3 Ш4

Підприємства

0

№ 1 2015 Environment & Health 24