Забруднення грунтів і атмосферного повітря на територіях впливу колишнього уранового виробництва ВО "Придніпровський хімічний завод"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАБРУДНЕННЯ ГРУНТІВ І АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ НА ТЕРИТОРІЯХ ВПЛИВУ КОЛИШНЬОГО УРАНОВОГО ВИРОБНИЦТВА ВО «ПРИДНІПРОВСЬКИЙ ХІМІЧНИЙ ЗАВОД»

Т.В. Лаврова, науковий співробітник, К.О. Кориченський, науковий співробітник, О.В. Войцехович, к. геогр. Наук, Український гідрометеорологічний інститут, Відділ радіаційного моніторингу природного середовища

Колишні об'єкти ВО «Придніпровський хімічний завод» («ПХЗ») розташовані у м. Каменському Дніпропетровської області, займають площі верхньої і нижньої тераси р. Дніпро (більше 300 га), де розташовані колишні об'єкти виробничої інфраструктури з переробки уранових руд і уран-містких мінералів. Після 1991 р. виробництво уранових концентратів було припинено, але за тривалий період його експлуатації (1947-1991 рр.) у межах його промислового майданчика і на прилеглих територіях було накопичено до 40 млн. тон радіоактивних і хімічних мінеральних залишків уранового виробництва. Значна кількість залишків уранового виробництва накопичена у хвостосховищах, в елементах колишньої виробничої інфраструктури і розсіяна на території колишнього «ПХЗ». Очистку території заводу після 1991 р. не виконували. Системні моніторингові дослідження розпочалися тільки у 2005 р. Протягом тривалого часу на майданчику в рамках програм моніторингу довкілля вивчали стан забруднення грунтів, а також атмосферного повітря (забруднені аерозолі), які стали одним із факторів інгаляційного опромінення персоналу підприємств на майданчику і населення міста. Результати узагальнення багаторічних досліджень обговорюються у даній статті.

Ключові слова: об'єкти спадщини уранового виробництва, радіонукліди уранового ряду, грунти, аерозолі, радон, моніторинг забруднення, радіаційній ризики

Soil and atmospheric aerosol contamination at the territories of influence of former uranium production facilities “pridniprovsky chemical plant”

T.V. Lavrova, K.O. Korychenskyi, О.V. Voitsekhovych,

Problems Statement and Purpose. The territory of the former Uranium production facility “Prydniprovsky Chemical Plant” (“PChP”) are located in Kamensky city, Dnipropetrovsk region, occupy the area of the upper and lower terraces of the Dnieper River (more than 300 hectares), where the remained legacy facilities and residues of the former uranium ore processing are located. After 1991 the production of Uranium concentrates ceased without remediated. Thus, up to 40 million tons of radioactive and chemical mineral residues of uranium production have accumulated within its industrial site and at the adjacent territories. Systemic monitoring studies began only in 2005. The studied environment characteristics were soils contamination, the tailings facilities where Uranium ore processing residues had accumulated, as well as atmospheric contamination by airborne aerosols. The purpose of this study stage is a comprehensive analysis of the spatial distribution of radionuclides of Uranium series at the legacy site territory and factors that can lead to a significant expansion of the contaminated area and scale of chronic environmental pollution under the influence of atmospheric transport and human exposure by inhalation.

Data & Methods. The field sampling and analytical methods (gamma, alpha spectrometry and liquid scintillation counting methods) for determination of radionuclides of U-Th decay series were in use for this study. Soils samples from the top layers (0-5 cm) and gamma-dose rate surveys performed. A two-week continues integrated sampling data on the radioactive aerosols ambient activity concentrations and radioactive atmospheric fallout from 7-th locations at the legacy site and adjacent areas used for the environment radioactivity site-specific analyses. For determination of radionuclides in the environment samples (aerosols, soils and in the raw ore mineral residues) the low background gamma-spectrometry method with HPGe detectors have been in use. The content of metals associated with aerosols measured on filters using atomic absorption spectrometry methods. The data analysis for longterm series of observations (2005-2017) carried out using statistical methods. The compliance environment contamination analyses for the legacy site were carried comparing averaged observed data with the established safety criteria and regional background observation data.

Results. The main current sources of radiation emission to the environment at the legacy site are open dispersed residues of Uranium production accumulated at the tailings facilities and at the former U-extraction infrastructure. The spatial analyses of the gamma dose rate at the U-production legacy site and its soil chemical contamination showed that about 30% of its territory requires decontamination. It is shown that the effects of aerosol radioactive particles dispersion from the contaminated “hot spots” at the territory such as tailings and former U-production infrastructure are local and do not extend significantly beyond the industrial site. The greatest effects of wind re-suspension and propagation observed during the period of earthworks during construction of the U-tailings covers and residues management at the contaminated facilities. In worst cases during earthwork at the U-tailings facilities specific activity concentrations of 238U, 226Ra associated with aerosols (dust) nearby the tailings facilities may exceed 100 times above background radioactivity concentrations level observed at the distance about 10 km from the legacy site in the Kamyanske city. However, the air contamination with radioactive dusts in the worst meteorological conditions (dry windy period observation) did not exceed safe level of air concentrations according national radiation safety standards of Ukraine. The content of metals associated with aerosol particles can also increase by 2-10 times, but also their transfer by wind at the site is local and does not have a significant impact on residential areas of the city. Significant inhalation risks may arise during the dismantling of production equipment and buildings of former uranium production. Therefore, during implementation of any engineering remediation works, it is advisable to provide dust suppression control and to remove all dispersed materials from the former Uranium extraction before dismantling of the contaminated buildings and U-production equipment. The introduced methods of air sampling at the PChP legacy site and low background analytical methods for radionuclide determination in the laboratories allow to recommend them for site specific environment monitoring programs bringing the radioactive contamination PChP site in a safe state

Keywords: Uranium production facility, legacy sites, radionuclides of U-decay series, soils contamination, atmospheric aerosols, monitoring, environment impact assessment.

Вступ

Внаслідок політичних і економічних причин після розпаду СРСР у 1992 р. було припинено діяльність одного із найбільших гірничо-переробних підприємств уран-містких руд ВО «Придніпровський хімічний завод» («ПХЗ») у м. Кам'янське (Дніпропетровська область), на якому в період з 1947 р. по 1991 р. здійснювали виробництво уранових концентратів із руд, які видобувалися в Україні, Центральній Європі і країнах Центральної Азії. На території майданчика площею більше 300 га і прилеглих ділянках на даний час зосереджено шість хвостосховищ де накопичені мільйони тон радіоактивних залишків уранового виробництва; кілька десятків значно забруднених об'єктів колишньої будівельної інфраструктури, залишки рудних складів, які не очищувалися з часу перепрофілювання підприємства (Войцехович, 2016; Lavrova, Voitsekhovych, 2013). Системні дослідження радіаційних і екологічних впливів на довкілля залишків уранової спадщини колишнього «ПХЗ» розпочалися тільки після 2005 р. Основну увагу в роботах з оцінки стану забруднення майданчика приділяли просторовому розподілу забруднення ґрунтів на його території розсіяними залишками уранового виробництва за показниками ПЕД (потужності еквівалентної дози) зовнішнього гамма-випромінювання, а також формам і структурі вертикального розподілу радіонуклідів у ґрунтах. Вивчалися також характеристики забруднення атмосферного повітря аерозолями (частки ґрунту і пилу), які асоційовані із підвищеними концентраціями активності радіонуклідів уранового ряду і підвищим вмістом металів, джерелом надходження яких у природне середовище стали уран-місткі руди.

Матеріали і методи досліджень

Для виконання поставлених завдань проведено вивчення і узагальнення кращого міжнародного досвіду (у тому числі нормативної бази МАГАТЕ) з організації програм моніторингу об'єктів радіаційної спадщини уранових виробництв на етапах обґрунтування стратегій приведення таких майданчиків у безпечний стан, у тому числі з аналізу інгаляційних шляхів опромінення (IAEA, 2016; IAEA, 2012). Вивчення технологічних особливостей переробки руд, просторовий аналіз забруднення майданчика і характеристик залишків виробничої інфраструктури колишнього уранового виробництва «ПХЗ» дозволили обґрунтувати розташування пунктів спостережень за забрудненням атмосферного повітря, розглядаючи накопичені джерела залишків уранового виробництва у якості основних джерел емісії радіоактивного пилу у повітря під впливом метеорологічних факторів.

Для відбору аерозолів використовувалися портативні повітря-фільтруючі установки різного типу (рис. 1) із можливістю прокачувати 60-100 м3 повітря за годину на фільтри на основі тканини Петрянова, а також планшети для атмосферних сухих випадінь (Наставление, 2015).

Рис. 1 - Засоби відбору зразків аерозолю та атмосферних випадінь: а) портативний повітряно-фільтруючий пристрій (помпа); б) ізо-кінетичний пробовідбірник; в) планшет сухих атмосферних випадінь.

Стандартні марлеві планшети встановлювалися у межах розташування хвостосховищ і у пунктах фонових спостережень (метеостанція м. Кам'янське і с. Таромське на відстані до 10 км від майданчика «ПХЗ») з експозицією до 2-х тижнів у різні сезони роки. Відбір проб портативними відбірниками виконували з експозицією 3-6 годин, ізо-кінетичні пристрої дозволяли відбирати проби аерозолів у повітрі усереднено за період до 2-х тижнів. Фільтри із відібраними аерозолями доставлялися у лабораторію УкрГМІ (Інформаційна брошура, 2021), де їх висушували, обвуглювали і пакували у спеціальні холдери (5 мл), проби ґрунтів після висушування пакували у 100 мл контейнери. Всі підготовлені проби витримували не менше ніж 20 діб для встановлення рівноваги між активністю 226Ra та його коротко-існуючими дочірніми радіонуклідами.

Вимірювання вмісту радіонуклідів 238U(234Th), 230Th, 226Ra, 228Ra, 228Th, 210Pb, 137Cs, 40K у ґрунтах і аерозолях виконували на гамма-спектрометрах із напівпровідниковим детектором із надчистого германію (HPGe) шахтного типу GWL для проб аерозолів у холдерах і планарного типу GMX (фірми ORTEX) для проб ґрунтів у 100 мл контейнерах (Костеж, Лаврова, 2011).

Результати дослідження та їх обговорення

Забруднення ґрунтів. Забруднення ґрунтів на майданчику формувалося поступово протягом всього періоду роботи підприємства, як наслідок завезення і складування рудних матеріалів, дисперсії пилу під час переробки уранових руд (розмел, вилуджування, екстракція), а також в процесі поводження із залишками виробництва уранових концентратів, які складували у хвостосховищах (Войцехович, 2016; Lavrova, Voitsekhovych, 2013). На даний час забруднення майданчика є вкрай неоднорідним і визначається окремими ділянками із показниками майже фонового забруднення (ПЕД гамма-випромінювання 0,2-0,5 мкЗв/год), ділянками із типовими підвищеними рівнями ПЕД гамма-випромінювання (від 0,5 до 5 мкЗв/год), а також окремими ділянками із дуже високими рівнями зовнішнього випромінювання до 10-50 мкЗв/год на поверхні ґрунтів (ЕС, 2017). Мінливість характеристик ПЕД гамма-випромінювання визначається переважно вмістом радію-226 у ґрунтах майданчика. Окремі фрагменти картографування ПЕД гамма-випромінювання, що виконано у відділі радіаційного моніторингу УкрГМІ показано на рис. 2.

Сучасний стан структури забруднення ґрунтів на майданчику відображає наслідки розсіювання залишків уранового виробництва із об'єктів концентрованого накопичення радіоактивних матеріалів у цехах колишнього уранового виробництва (Buchnea, Voitsekhovych, Lavrova et al. 2013), відстійниках і хвостосховищах під впливом природних факторів і господарчої діяльності. На ділянках, де суттєвого впливу залишків уранового виробництва не має, вміст радіонуклідів уранового і торієвого рядів у ґрунтах є близьким до вмісту цих радіонуклідів на ділянках фонових спостережень із рівноважними концентраціями активності радіонуклідів уранового ряду у діапазоні 0,02-0,06 Бк/г сухої речовини (рис. 3а) із домінуванням активності природного радіонукліду 40К. На ділянках територій із суттєвим впливом уранового виробництва, вміст радіонуклідів уранового ряду у верхніх шарах ґрунту може досягати від 5-10 Бк/г до 100-1000 Бк/г (Рис. 3б і 3в). Характерні співвідношення активності урану-238 і його дочірніх радіонуклідів у ґрунтах дозволяють ідентифікувати джерела їх походження.

Рис. 2 -- Фрагмент зйомки ПЕД гамма-випромінювання (мкЗв/год) на висоті 1 м від поверхні території в центральній частині південного сектору майданчика колишнього ВО «ПХЗ»

На рис. 3б показано характерний вертикальний профіль забруднення ґрунту на ділянках тимчасового утримання уранових руд до їх переробки (тут мають місце майже рівноважні активності радіонуклідів уранового ряду із підвищеними концентраціями рудного типу). На Рис. 3в показано характерні профілі забруднення ґрунту в районі розташування седиментаційних відстійників, куди надходили продукти очистки торієвої фракції (споруда № 230). Тут домінуючим в активності ґрунтів поверхневого шару до глибин 40-70 см є 230Th, а також спостерігаються високі концентрації активності урану-238 і радію-226 (від 100 Бк/г до 2000 Бк/г).