CC BY
169
Радиоэкологическая обстановка в районе размещения бывшего уранодобывающего предприятия ЛПО «Алмаз»
Карпенко Е.И.1, Санжарова Н.И.1, Спиридонов С.И.1, Серебряков И.С.2
1 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Российской академии сельскохозяйственных наук, Обнинск;
2 Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии, Москва
Территории, прилегающие к предприятиям по добыче и переработке радиоактивного сырья, подвержены загрязнению тяжелыми естественными радионуклидами. Принятие решений о необходимости проведения реабилитационных мероприятий должно базироваться на радиоэкологических исследованиях. В настоящей работе представлены результаты оценки экологической обстановки на территории, подвергшейся радиационному воздействию в процессе деятельности уранодобывающего предприятия ЛПО «Алмаз». Выявлены участки с повышенным содержанием радионуклидов в компонентах природных экосистем.
Ключевые слова: радиоактивные отходы, урановые рудники, хвостохранилище,
концентрация радионуклидов, доза ионизирующего излучения.
Загрязнение окружающей среды в районах добычи и переработки урановых руд связано с аэрозольными выбросами предприятий, а также с образованием отвалов горных пород и забалансовых руд, хвостов гидрометаллургической переработки, больших объемов жидких отходов и пульп в хвостохранилищах [1]. Многие хвостохранилища, пульпохранилища, могильники радиоактивных отходов, сформировавшиеся в начальный период развития атомной промышленности и энергетики, в настоящее время не отвечают современным природоохранным требованиям, даже после завершения реабилитационных мероприятий на данных объектах.
Одним из предприятий, на котором в 50-х годах прошлого столетия проводилась добыча и переработка урана, является ЛПО «Алмаз». Это предприятие расположено в г. Лермонтове Ставропольского края. В настоящее время на базе бывшего ЛПО «Алмаз» функционирует ГУП «Гидрометаллургический завод» (ГМЗ), которое образовалось в декабре 1997 г. Основным видом деятельности ГМЗ является выпуск минеральных удобрений и кормовых добавок, получаемых от переработки апатитового концентрата.
В ходе производственной деятельности ЛПО «Алмаз» осуществлялись добыча урановых руд и их переработка в основной товарный продукт - закись-окись урана. В сферу деятельности предприятия входили два рудника с подземной разработкой (шахты и штольни). В результате добычи местных урановых руд в районе Кавказских Минеральных Вод образовались отвалы рудника № 1 на горе Бештау на площади 361 тыс. м2 (4425 тыс. т отходов, содержащих радионуклиды) и отвалы рудника № 2 на горе Бык на площади 184 тыс. м2 (3961 тыс. т отходов). Переработка руды проводилась кислотным способом с последующим извлечением ценных компонентов по сорбционно-экстракционной схеме. При переработке местных и привозных руд на
Карпенко Е.И. - аспирант; Санжарова Н.И. - зам. директора, д.б.н., профессор; Спиридонов С.И. - зав. лаб., д.б.н. ГНУ ВНИИСХРАЭ РАСХН, Обнинск. Серебряков И.С. - нач. отдела, к.т.н. ВНИИХТ, Москва.
* Контакты: 249032, Калужская обл., Обнинск, Киевское шоссе, 109 км. Тел.: (48439) 9-69-68; e-mail: [email protected].
гидрометаллургическом заводе загрязнено 445 тыс. м2 территории промплощадки и 812 тыс. м2 хвостохранилища. После завершения деятельности предприятия по добыче и переработке урана были проведены реабилитационные работы. Отвалы добычи руд на горах Бештау и Бык были сверху покрыты плодородным слоем почвы толщиной 15 см. Отходы уранового производства в виде песка, шламов и урансодержащего фосфогипса складировали на хвостохранилище, верхние секции хвостохранилища в настоящее время перекрыты слоем фосфогипса для снижения эксхаляции радона, нижние - покрыты водой.
С течением времени происходит нарушение защитных барьеров, и возникает необходимость в повторном проведении частичной или полной рекультивации. Кроме того, имеют место фильтрация вод из хвостохранилища, а также просачивание загрязненных вод из частично перекрытых растительностью отвалов рудников со сбросом их в гидрографическую сеть без какой-либо или крайне ограниченной очистки. Таким образом, существует потенциальная опасность загрязнения поверхностных вод открытой гидрографической сети, а также горизонтов подземных вод. Основой для принятия решений о необходимости проведения реабилитационных мероприятий, направленных на смягчение последствий радиоактивного загрязнения, являются результаты радиоэкологических исследований.
Цель работы - оценка экологической обстановки на территории, подвергшейся радиационному воздействию в процессе деятельности предприятия ЛПО «Алмаз».
Объекты и методы исследований
На первом этапе работ для выявления наиболее загрязненных участков в районе расположения предприятия изучен радиационный фон [3] с помощью дозиметра МКС/СРП-08А. Дозиметр-радиометр МКС/СРП-08А предназначен для измерения плотности потока бета-излучения и альфа-излучения и измерения мощности амбиентного эквивалента дозы Н*(10) фотонного ионизирующего излучения (ФИИ).
Исследованы территории в районе размещения рудников № 1 (гора Бештау) и № 2 (гора Бык), а именно: штольни № 11, 16, 9, 11 -бис, 32 и хвостохранилище (ХВ).
Отбор проб почвы и растительности производился сопряженно методом «конверта» [4]. Пробы почв отбирали на отвалах штолен № 9, 11, 11 -бис, 32, и 16, на глубину 10 см и массой ~ 1000 г. На территории штолен № 11 и № 11-бис были произведены прикопки почвы до 40 и 70 см, соответственно. С помощью дозиметра МКС/СРП-08А были измерены плотности потоков в- и а-излучения, а также мощность дозы у-излучения во всех слоях почвенного профиля. Пробы почвы отобраны в слоях, толщиной по 10 см, в районе размещения штольни № 11.
Отбор проб воды производился из тех водоемов, которые используются для орошения посевов и водопоя сельскохозяйственных животных [4]. Объем отбираемой пробы составил 40 л. Такие водоисточники находятся в непосредственной близости от штольни № 9, где шахтная вода, выходящая на поверхность под действием подземных минеральных вод, отстаивается в прудах отстойниках. Отстоянная вода из прудов потребляется сельскохозяйственными жи-
вотными (стадо коров). Образец пробы молока от этих животных в объеме (10 л) также был взят для исследования. Вода от штолен № 32 и № 16 используется для орошения садовых участков. Были взяты почвенные образцы с садового участка (ПСУ), для которого используют воду для полива из пруда отстойника штольни № 32. Шахтные воды после прудов отстойников попадают в открытую гидрографическую сеть. Для оценки уровней радиоактивного загрязнения водных объектов были отобраны пробы воды в реках Золотушка и Подкумок.
В рамках комплексной оценки радиоэкологической ситуации в водных экосистемах в районе размещения предприятия проведена оценка радиоактивного загрязнения донных отложений. Отбор проб донных отложений производился с помощью штангового отборника, который предназначен для пробоотбора в заливах, водоемах и водотоках [4]. Пробы отбирали в пожарном водоеме, который расположен в районе штольни № 11-бис, в реке Золотушка, пруду-отстойнике № 2 в районе штольни № 16, пруду-отстойнике № 2 в районе штольни № 9 и в роднике расположенного на территории хвостохранилища. Измерения удельной активности проб проводили на гамма-спектрометре Inspector фирмы Canberra с программным обеспечением Genie-2000, с использованием полупроводникового германиевого детектора и в соответствии с методикой выполнения измерений МИ 2143-91, утвержденной ГП «ВНИИФТРИ». Эффективность регистрации составляет 35 %.
Результаты и обсуждение
На основе результатов измерения мощности дозы у-излучения на обследованной территории выявлены участки с повышенным уровнем радиоактивного загрязнения. Анализ полученных результатов показал, что наиболее радиоактивно загрязненные участки расположены вблизи штолен № 16 и № 9. Мощность амбиентного эквивалента дозы на расстоянии 1 м от земли в районе данных объектов составляет 0,48 и 0,30 мкЗв/ч, соответственно. Отличительной особенностью штольни № 16 является то обстоятельство, что отвалы отработанных урановых руд на прилегающей территории не покрыты горными породами. Отвалы на территориях, расположенных в непосредственной близости от других штолен, покрыты слоями горных пород и почвы, толщиной 30-40 и 15-20 см, соответственно.
В результате выполнения мероприятий по снижению эксхаляции радона на территории хвостохранилища, мощность амбиентного эквивалента дозы фотонного ионизирующего излучения на расстоянии 1 м от поверхности земли не превышает 0,08 мкЗв/ч.
В районе размещения штольни № 11-бис на исследуемом почвенном профиле измеряли мощность дозы у-излучения в процессе последовательного отбора слоев почвы толщиной 10 см. Датчик дозиметра располагался в центре каждого горизонтального слоя почвы. Была поставлена задача оценить значения изменения мощности дозы у-излучения с глубиной, по мере приближения к слою отработавшей породы. Зависимость этого показателя от глубины почвенного профиля показана на рис. 1.
у 1.8 п
Глубина, см
Рис. 1. Изменение мощности дозы у-излучения с увеличением глубины почвенного профиля.
Увеличение мощности дозы у-излучения с увеличением глубины происходит экспоненциально, а мощность дозы на глубине 30 см составляет 0,50 мкЗв/ч. Это значение в 6 раз превышает величину амбиентного эквивалента дозы на поверхности почвы. На исследуемой прикопке в процессе последовательного отбора слоев почвы выполнены измерения плотностей потока бета- и альфа-излучения (рис. 2).
0 10 20 30 40 70
Глубина, см
Рис. 2. Изменение плотности потоков р- и а-излучений с увеличением глубины
почвенного профиля.
Зависимость плотности потока р-излучения от увеличения глубины прикопки носит экспоненциальный характер. При этом с увеличением глубины усиливается интенсивность потока частиц. Для а-излучения эта зависимость является ступенчатой с наличием плато, соответствующим некоторым слоям почвы.
В результате сравнения интенсивностей двух видов излучения установлено, что плотность потока а-излучения намного меньше плотности потока р-излучения. Значения этих показателей на глубине 70 см составляют 0,38 с-1см-2 и 1,02 с-1см-2, соответственно. Содержание радионуклидов на различных участках обследуемой территории существенным образом варьирует. Основной причиной этой вариабельности является наличие как открытых, так и закрытых (в результате проведенных ранее мероприятий) чистыми горными породами шахтных отвалов.
На рис. 3 представлены концентрации радионуклидов, содержащихся в почве на глубине 10 см. Во всех случаях стандартное отклонение от среднего значения не превышает 30 %.
10000
Ш
к
(б
а
Ё
о
X
2
1000
100
Рис. 3. Содержание 238и, 232ТИ и 226Яа в исследуемых почвах.
1 - штольня № 11, 2 - штольня № 11 бис, 3 - штольня № 9, 4 - хвостохранилище, 5 - штольня № 32, 6 - почва с садовых участков, 7 - штольня № 16.
Наиболее загрязненные участки сосредоточены вблизи штольни № 16, на которых содержание 238и в почве достигает 4057 Бк/кг, а в районе хвостохранилища 54 Бк/кг, что в 75 раз меньше. Отвалы штольни № 32 с удельной активностью 238и - 208 Бк/кг, также являются не покрытыми горными породами. Содержание 238и на всех исследуемых территориях по сравнению с другими радионуклидами является преобладающим вследствие его добычи.
Концентрации радионуклидов в сопряженных пробах луговой растительности, отобранных на территории хвостохранилища и на участках, прилегающих к штольням, представлены на рис. 4.
■ Яа-226 □ Т1-232
Рис. 4. Содержание 232ТИ и 226Яа в луговой растительности.
1 - штольня № 11, 2 - штольня № 11 бис, 3 - штольня № 9, 4 - хвостохранилище, 5 - штольня № 32, 6 - штольня № 16.
Удельная активность радионуклидов в растениях максимальна в районе штольни № 16 и для 226Яа составляет 35 Бк/кг. Расчеты коэффициентов накопления для растительности, произрастающей на исследованных территориях, выполнены с использованием соотношения:
2
3
4
5
6
7
КН = Ар/Ап,
где АР - концентрация радионуклидов в растениях (Бк/кг); АП - концентрация радионуклидов в почве (Бк/кг).
Коэффициенты накопления для 226Яа на территории хвостохранилища составляют 0,14. В районе рудника № 1 (гора Бештау) и рудника № 2 (гора Бык) величины КН составляют 0,14 и 0,15 соответственно. Коэффициенты накопления для 232ТИ на территории хвостохранилища составляют 0,17, для рудника № 1 и рудника № 2 - 0,05 и 0,12 соответственно. Фотонное ионизирующее излучение в исследуемых водоисточниках обуславливается содержанием в большей степени радона. Максимальные значения мощности дозы у-излучения зафиксированы вблизи штолен № 9 и 16, что составляет 1,44 и 0,40 мкЗв/ч соответственно и над родником в районе хвостохранилища - 0,46 мкЗв/ч. Концентрации радионуклидов в воде представлены на рис. 5.
10000 Г]
§ 1000
Рис. 5. Содержание 238и, 232ТИ и 226Яа в исследуемых водоисточниках.
1 - штольня № 11 бис, 2 - штольня № 9, 3 - хвостохранилище, 4 - штольня № 32,
5 - штольня № 32 (пруд), 6 - р. Подкумок, 7 - штольня № 16.
Сравнивая результаты, полученные после измерения мощности эквивалентной дозы и измерения концентраций радионуклидов, находящихся в водоисточниках, можно сделать вывод о том, что наиболее загрязненными являются водные объекты штолен № 16, 9 и хвостохранилища. Содержание 238и в отобранных образцах превышает содержание 226Яа и 232ТИ. В донных отложениях, где происходит аккумуляция радионуклидов, активность гораздо выше, чем в воде (рис. 6).
На месте высохшего пруда отстойника № 2, расположенного в районе штольни № 16, формируется луговая экосистема. Радионуклиды, накопленные в донных отложениях пруда, поступают в настоящее время в луговую растительность. Как показано на рис. 6, содержание радионуклидов в донных отложениях является максимальным для водоисточников, расположенных на территории штольни № 16 и хвостохранилища предприятия (ХВ).
Содержание урана в молоке (как и во всех отобранных пробах воды, почвы и донных отложений) превышает содержание других радионуклидов и составляет 1,1 Бк/кг (рис. 7).
Сэ-137 Ра-226 ТИ-232 и-238
Рис. 7. Содержание 238и, 137Сэ, 232ТИ и 226Яа в пробе молока.
Выполнена оценка годового поступления 238и в организм человека вследствие употребления молока, загрязненного радионуклидами. В рационе питания жителей сельской местности на исследуемой территории потребление молока составляет 230 л/год на человека. Таким образом, годовое поступление 238и может достигать 253 Бк/год. Поскольку рассчитанное значение намного меньше предела годового поступления (ПГП) этого радионуклида в организм человека (8,4-103 Бк/год) [3], молоко является чистым для употребления его в пищу.
Анализ результатов мониторинга территории, прилегающей к бывшему предприятию ЛПО «Алмаз», позволил выделить несколько объектов, в непосредственной близости от которых наблюдается повышенное содержание радионуклидов в компонентах природных экосистем. К таким объектам относятся штольни № 16, 9 и 32.
Следует подчеркнуть, что шахтная вода, вытекающая из штольни № 9 (концентрация 238и в воде составляет 89 Бк/кг), используется для водопоя крупного рогатого скота (КРС), а растительность на отвалах (концентрация 226Яа - 18 Бк/кг) является частью рациона домашнего рогатого скота. Уровень вмешательства поступления с водой 238и для населения составляет 3,1 Бк/кг, 226Яа и 232ТИ - 0,5 Бк/кг и 0,6 Бк/кг соответственно [3]. Шахтные воды от штольни № 32 используются для полива садовых участков, в результате чего содержание 238и в почве достигает 140 Бк/кг.
Наиболее загрязненная радионуклидами территория расположена в непосредственной близости от штольни № 16, шахтная вода которой используется для полива садовых участков и
содержит 238и с концентрацией, достигающей 1315 Бк/кг. Удельная активность урана в почве на этой территории составляет 4057 Бк/кг, в растительности (сопряженные пробы) - 35 Бк/кг. Для сравнения, среднемировые значения удельной активности 238и в почве составляет 29 Бк/кг, а для 232ТИ - 26 Бк/кг [2]. Содержание 238и в районе штольни № 16 в высохшем и зарастающем растительностью пруду - отстойнике № 2 - достигает 219600 Бк/кг, что заслуживает особого внимания. В состав луговой экосистемы, формирующейся на месте высохшего пруда, входят травянистые растения, почвенные организмы, наземные пресмыкающиеся и различные по видовому составу мелкие грызуны.
На основе анализа полученных результатов можно заключить, что «критичным объектом» на территории, прилегающей к бывшему уранодобывающему предприятию ЛПО «Алмаз», является штольня № 16. В связи с этим представляется необходимым выполнить, в первую очередь, оценку дозовых нагрузок на компоненты окружающей среды, расположенные в непосредственной близости от этого объекта.
Литература
1. Бахуров В.Г., Луценко И.К., Шашкина Н.Н. Радиоактивные отходы урановых заводов. М.: Атомиздат, 1965.
2. Довгуша В.В., Тихонов М.Н., Егоров Ю.Н. и др. Радиационная обстановка в Северо-Кавказском регионе России: Справочно-информационное издание. Санкт-Петербург, 2007.
3. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. 100 с.
4. Организация государственного радиоэкологического мониторинга агроэкосистем в зоне воздействия радиационно опасных объектов: Методические указания. М.: РАСХН, 2005. 35 с.
Radioecological situation in the vicinity of the former uranium processing plant “Almaz”
Karpenko E.I.1, Sanzharova N.I.1, Spiridonov S.I.1, Serebryakov I.S.2
1 Russian Institute of Agricultural Radiology and Agroecology, Russian Academy of Agricultural Sciences, Obninsk;
2 Russian Research Institute of Chemical Technology, Moscow
Areas adjacent to facilities for mining and processing of radioactive raw materials are subject to pollution with heavy natural radionuclides. Decision-making on the need for remediation measures is to be based on radioecological studies. The present paper presents results from the evaluation of the ecological situation in the area affected by radioactive contamination during the operation of the uranium mining and processing facility, LPA "Almaz”. Sites have been identified with the elevated radionuclide content in components of natural ecosystems.
Keywords: radioactive wastes, uranium mines, tailings pond, radionuclide concentration, ionizing radiation dose.
Karpenko E.I.* - Postgraduate Student; Sanzharova N.I. - Dep. Dir., Dr. Sc., Biol., Professor; Spiridonov S.I. - Head of Lab., Dr. Sc., Biol., RIARA, Obninsk. Serebryakov I.S. - Head of Dep., Cand. Sc., Techn. RRICT, Moscow.
* Contacts: Kievsky Shosse, 109 km, Obninsk, Kaluga region, Russia, 249032. Tel. (48439) 9-69-68; e-mail: [email protected].
