CC BY
44
УДК 630.424.5 А.Ю. Сидоров
ВЛИЯНИЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ СТРОНЦИЯ-90 В ПРОДУКТАХ ПИРОЛИЗА ДРЕВЕСИНЫ БЕРЕЗЫ
В статье рассматриваются особенности распределения радионуклидов 90Sr в процессе пирогене-тической переработки древесины березы и влияние на их распределение фракционного состава сырья с целью установления закономерностей распределения и обеспечения возможности прогнозирования удельной активности90Sr в продуктах пиролиза.
Ключевые слова: радионуклиды, миграция, пиролиз, удельная активность, древесина березы, стронций-90.
A.Yu. Sidorov
WOOD RAW MATERIAL FRACTIONAL COMPOSITION INFLUENCE ON STRONTIUM-90 RADIONUCLIDE DISTRIBUTION IN THE BIRCH WOOD PYROLYSIS PRODUCTS
The peculiarities of the 90Sr radionuclide distribution in the process of birch wood pyrogenetic processing and raw material fractional composition influence on the distribution of them in order to determine the laws of distribution and to provide the possibility to forecast the 90Sr specific activity in the pyrolysis products are considered in the article.
Key words: radionuclides, migration, pyrolysis, specific activity, birch wood, strontium-90.
Введение. Авария на АЭС «Фукусима-1» в Японии наглядно показала, что самое совершенное оборудование и технология не гарантируют устойчивой работы реакторов в экстремальных ситуациях, обеспечивая отсутствие выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду.
После ликвидации последствий любой крупной аварии возникают вопросы, связанные с проблемой возвращения в хозяйственный оборот территорий, подвергнувшихся радиационному загрязнению. Если на землях сельскохозяйственного назначения в Японии для ликвидации последствий аварии принято решение в течение ряда лет засаживать такие территории посевами подсолнечника для аккумулирования в них техногенных радионуклидов, основную долю которых составляют 903г и 137Сз, и исключения их таким образом из круговорота, то для лесов оптимальное решение пока не найдено. Радиоактивное загрязнение лесных экосистем создает такие условия, при которых в течение многих лет невозможны обычное ведение хозяйства и многоцелевое использование леса, ведь период полураспада некоторых техногенных радионуклидов составляет десятки лет.
Для разработки научно-методических основ безопасного использования лесного сырья, загрязненного радионуклидами, необходимо изучение влияния различных факторов на миграцию и накопление радионуклидов.
Цели исследования. Целью данного исследования является разработка методических основ получения продуктов пиролиза древесины березы, обеспечивающих снижение удельной активности радионуклидов 903г до показателей, гарантирующих их радиационную безопасность для потребителей и исключающих возможность загрязнения окружающей среды техногенными радионуклидами в процессе переработки.
Методы исследования. В качестве территории для отбора образцов древесины березы был выбран пробный стационарный участок, расположенный в Сухобузимском лесхозе в квартале 45 на левом берегу р. Енисей на расстоянии 6 км от Горно-химического комбината (ГХК). На данной территории ранее проведенными исследованиями [1] было установлено превышение удельной активности радионуклидов по сравнению с фоновыми показателями. После валки модельных деревьев производился отбор проб для исследования.
Пиролизу подвергались образцы древесного сырья в форме куба с гранями размером 7±2 мм, 12±2, 20±2, 28±2, 33±2 мм в периодически действующей реторте камерного типа с внешним обогревом при максимальной температуре пиролиза 500 °С. Определение удельной активности радионуклидов 903г проводилось в древесном угле и конденсированных продуктах пиролиза.
Для измерений удельной активности образцов использовались типовые методики радиохимического анализа [2, 3], измерение активности 903г проводилось путем регистрации сцинтилляционных спектров бета-излучения, испускаемого веществом счетного образца, с последующей их обработкой.
Результаты исследований. Среднее значение удельной активности в исходном древесном сырье 903г составляет 0,95±0,52Бк/кг. В соответствии с планом эксперимента был проведен пиролиз древесного сырья различного фракционного состава. Анализ полученных результатов показал, что с увеличением геометрических размеров древесного сырья наблюдается увеличение удельной активности 903г в древесном угле: содержание 903г в древесном угле увеличилось более чем на 20%, с 2,6 Бк/кг в угле, полученном из древесного сырья фракционным составом 7±2 мм, до 3,1 Бк/кг в угле из сырья с размерами 33±2 мм. Между
<ЪестншчТдзасТЯУ■ 2(Ш- №11
тем, с увеличением размеров древесного сырья содержание радионуклидов 903г в конденсируемых продуктах пиролиза снижается почти в два раза с 1,07 Бк/кг (размеры древесного сырья 7±2 мм) до 0,54 Бк/кг (размеры древесного сырья 33±2 мм).
По результатам эксперимента построено уравнение регрессии, описывающее поведение 903г в древесном угле в зависимости от фракционного состава древесного сырья (1), и уравнение регрессии, описывающее поведение 903г в конденсируемых продуктах пиролиза (2).
у = -0,0105х3 + 0,0694х2 + 0,0379х + 2,4906, (1)
где х - кодированное значение фракционного состава древесного сырья; у- удельная активность 903г в древесном угле.
у = 0,0095х3 - 0,0855х2 + 0,102х + 0,981, (2)
где х - кодированное значение фракционного состава древесного сырья; у- удельная активность 903г в конденсируемых продуктах пиролиза.
В соответствии с полученными уравнениями регрессии проведен анализ параметрической чувствительности процесса в центре плана. Графические зависимости влияния фракционного состава древесного
сырья на удельную активность радионуклидов 903г в древесном угле и конденсированных продуктах пиролиза показаны на рисунке 1.
3,5 т
3,0
.0
К
О
0
1 2,0-Ё
(О
к
(О
1,0
0,5
7 12 20 28 33
геометрические размеры древесного сырья для пиролиза, мм
Гоафические зависимости влияния фракционного состава древесного сырья на удельную активность
радионуклидов 908г в продуктах пиролиза
Выводы
Проведенные исследования установили влияние фракционного состава сырья на процесс миграции радионуклидов 903г в продуктах пиролиза. При увеличении размера пиролизуемой древесины содержание радионуклидов в древесном угле стабилизируется. Полученные данные свидетельствуют о том, что с увеличением размера древесного сырья переход радионуклидов в парогазовую фазу затруднен. При пиролизе мелкокускового древесного сырья переход радионуклидов из древесины с парогазами облегчен ввиду небольших размеров сырья и разрушенной внутренней структуры древесины, а при пиролизе крупнокусковой древесины свободно могут перемещаться только радионуклиды, находящиеся в периферийных частях пиролизуемой древесины, так как переход радионуклидов из центральной части древесины затруднен. Уменьшение количества 903г в конденсируемых продуктах пиролиза с увеличением размера сырья также связано с затруднением перехода радионуклидов в парогазовую фазу из центральных участков древесины.
Результаты исследования однозначно показывают, что производство древесного угля при проведении пиролиза древесины с повышенным содержанием радионуклидов 903г нецелесообразно, так как радионук-
• "удельная активность Зг в древесном угле
♦ удельная активность 5г в конденсируемых продуктах пиролиза
лиды остаются в древесном угле, их перемещение в парогазовую фазу уменьшается при увеличении геометрических размеров пиролизуемой древесины. Учитывая тот факт, что при пиролизе в промышленных масштабах используется крупнокусковое сырье, пиролиз древесины с высокой удельной активностью радионуклидов 903г может обеспечить практическое гарантированное получение конденсируемых продуктов пиролиза с низкой удельной активностью и уголь с высокой удельной активностью 903г. Таким образом, одним из направлений снижения последствий загрязнения лесов техногенными радионуклидами и решения проблемы с исключением из кругооборота в лесных экосистемах, аккумулированных в древесине, радионуклидов может быть использование процесса пиролиза такой древесины с последующей утилизацией древесного угля и использованием конденсируемых продуктов в хозяйственной деятельности.
Литература
1. Руденко Л.Н. Накопление и распределение техногенных радионуклидов в лесных экосистемах Красноярского края: дис. ... канд. техн. наук. - Красноярск, 2003. -159 с.
2. МИ 24.91-98. Государственная система обеспечения единства измерений. Содержание цезия-137 и стронция-90 в древесине, отпускаемой на корню. Методика выполнения измерений. - М.: Госстандарт, 1998.-28 с.
3. Методика измерения активности радионуклидов в счетных образцах на сцинтилляционном гамма-спектрометре с использованием программного обеспечения «Прогресс» / ЦМИИ «ВНИИФТРИ» Госстандарта России. - М.: ГП «ВНИИФТРИ», 1996. -68 с.
УДК 574:579.29 Е.В. Бородина, Л.С. Тирранен, Г.С. Калачева
ВЛИЯНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ЗАМКНУТОЙ ЭКОСИСТЕМЫ
НА РОСТ ТЕСТ-МИКРООРГАНИЗМОВ
Цель данной работы - оценка действия возможных источников загрязнения атмосферы замкнутой экосистемы (ЗЭС) на рост набора тест-микроорганизмов, чувствительных к разным летучим веществам. Установлено, что озон и этилен в большей мере действовали на рост растений и микроорганизмов, чем все остальные изученные источники загрязнения атмосферы. Влияние отдельных источников загрязнения на рост микробов было в 3-5 раз слабее по силе и спектру действия, чем в экспериментах с замкнутой системой, включавшей человека и высшие растения. В замкнутой системе с экипажем и растениями действовал не один, а комплекс факторов.
Ключевые слова: замкнутая экосистема, загрязнение, микроорганизмы, озон, этилен.
E.V. Borodina, L.S. Tirranen, G.S. Kalacheva
EFFECT OF THE POSSIBLE SOURCES FOR ATMOSPHERE POLLUTION IN THE CLOSED ECOSYSTEM
ON THE TEST-MICROORGANISM GROWTH
The purpose of this article is to estimate the effect of the possible sources for atmosphere pollution in the closed ecosystem (CES) on growth of the test-microorganisms that are sensitive to various volatile substances. It is determined that ozone and ethylene affected the plant and microorganism growth to a greater extent than other studied sources for atmosphere pollution. Effect of the individual sources of pollution on the microbe growth was 3-5 times less in force and in action spectrum than in the experiments with the closed system that included a man and higher plants. Not only one but the complex of factors had the affect in the closed system with the crew and plants.
Key words: closed ecosystem, pollution, microorganisms, ozone, ethylene.
Введение. Ранее установлено, что газовое замыкание системы, в том числе летучие метаболиты, продуцируемые микроорганизмами, оказывает наибольшее ингибирующее влияние на состояние и продуктивность высших растений [7,8,10].
Вопрос о возможности использования микроорганизмов для биотестирования атмосферы по изменению численности клеток микробов в воздухе У.Д. Мэннинг и У.А. Федер [5] считают дискуссионным и недостаточно изученным, поскольку некоторые авторы наблюдали снижение числа клеток ЗеггаНатагсезсепз
