Уголь

Радиоактивность каменного угля и продуктов его сжигания

«Не развивать атомную энергетику невозможно… На самом деле по экологическим соображениям, чего многие люди не представляют себе, не развивать — невозможно. Если бы мы взяли и, на минутку, решением Политбюро отменили атомную энергетику: перестали бы сейчас атомные станции эксплуатировать и строить новые,то немедленно, сразу же, в ответ на это уровень радиоактивной загрязненности нашей территории и наших людей возрос бы неимоверно. Именно радиоактивной, я не говорю уже о канцерогенных и других вещах. Почему? Да потому, что в угольных или нефтяных пластах за века накопилось много радиоактивных элементов, причем именно долгоживущих изотопов и самых опасных: альфа-активных. Например, в Канско-Ачинском угольном бассейне, только в верхних его пластах, находится 2 млн кюри альфа-активных, долгоживущих изотопов. Как только мы начнем Канско-Ачинский бассейн активно эксплуатировать, […] мы начнем свои собственные легкие насыщать этой радиоактивной грязью». Академик В.А. Легасов

В статье проанализировано содержание радионуклидов в углях различных месторождений и в золошлаковых отходах угольных ТЭС. Освещены проблемы использования углей с повышенным содержанием естественных радионуклидов и методы их решения на Уртуйском буроугольном месторождении в Забайкалье.

Произведена систематизация информации по радиационному воздействию на здоровье производственного персонал в угольных шахтах и на здоровье населения, проживающего в районах расположения предприятий угольной промышленности, а также по радиационной обстановке в районе расположения угольных электростанций.

Радиоактивные элементы в углях

В Энергетической стратегии России на период до 2030 г., а также в Долгосрочной программе развития угольной промышленности России на период до 2030 г. намечено опережающее развитие угольной генерации в России. Одним из самых уязвимых мест угольной энергетики являются – экологические проблемы. Увеличение объемов использования угля в качестве энергетического топлива, соответственно приведет и к увеличению экологических проблем. В представленной статье авторы уделяют внимание одной из наиболее актуальных экологических проблем угольной энергетики – загрязнению окружающей среды естественными радионуклидами (ЕРН).

Сырьем для получения урана на начальном этапе развития отечественно атомной энергетики, являлся именно уголь. В связи с исключительным вниманием геологов к урану, уранононосным углям в мире посвящены сотни исследований. Остальные радиоактивные элементы в углях изучены слабо и только на отдельных месторождениях.

По данным известного российского геохимика Я.Э. Юдовича и его сотрудников [1], кларковое (среднее) содержание урана в углях составляет -3,6 г/т, а тория для бурых углей – 6,3 г/т, каменных -3,5 г/т.

Угли, содержащие уран в концентрациях на один два порядка выше кларка, известны во многих странах мира: в России, Киргизии, Турции, Франции, США и других странах.

По [2] «содержание урана в ураноносных бурых углях в США в штатах Северной и Южной Дакоты и на востоке штата Монтаны колеблются в пределах четырех порядков (0,001-10 %). Среднее содержание урана в углях обеих штатов Дакот и восточной части Монтаны составляет около 80 г/т».

В [3] приводятся данные о том, что в США в штате Южная Дакота при ежегодной добыче около 1,4 млн т бурого угля было попутно извлечено свыше 660 т U3O8 [3].

Удельная активность ЕРН в углях различных месторождений различается в 100¸1000 и более раз (например, активность 238U варьируется в пределах 0,6…3600 Бк/кг при среднем содержании 18…28 Бк/кг) [4].

Следует отметить, что содержание урана в углях в большей части угольных месторождений России не превышает кларкового, но имеются месторождения, в которых кларковое содержание урана превышено в несколько раз. Причем месторождения эти разрабатываются без всякого радиационно-гигиенического контроля, уголь используется на ТЭС, в котельных и в частных домах. Зола и шлак, образующиеся при сжигании таких углей, обогащены ЕРН. Золошлаковые отвалы ТЭС занимают огромные территории, образуя с годами, по сути, техногенные месторождения ЕРН. Выбрасываемая в атмосферу их труб ТЭС летучая зола, оседает на растениях и почве.

В целом по миру в углях средняя удельная активность в углях 238U и 232Th оценивается в 20 Бк/кг, а 40K – 50 Бк/кг. При наличии в районах угольных месторождений урановых аномалий вариации удельной активности ЕРН составляют 3,6¸8,4 ´ 104 Бк/кг.

Примером отработки углей с повышенным содержанием ЕРН может служить многолетний опыт, применяемый при добыче углей Уртуйского месторождения. Геологоразведку Уртуйского угольного месторождения проводило геологическое объединение, специализирующееся на поисках и разведке радиоактивного сырья.

Промышленное освоение Уртуйского месторождения начато в 1986 г. Приаргунским производственным горно-химическим объединением (ОАО «ППГХО») – крупнейшим уранодобывающим предприятием России, что обусловило профессиональный подход к вопросам радиационной безопасности как при разведке и добыче угля, так и при его использовании. Накопленный опыт обозначил проблемы, связанные с обеспечением радиационной безопасности персонала и населения, а также пути их решения. За основу были приняты требования норм радиационной безопасности о непревышении дозы облучения населения 1 мЗв в год (на каждого человека) и активности золошлаковых отходов (ЗШО), которые могут использоваться в строительных целях в населенном пункте, не более 370 Бк/кг.

Специалисты в обоснованиях использования уртуйских углей учитывали условия их сжигания на Краснокаменской ТЭЦ, входящей в ППГХО, и в бытовых печах, рассеяние выбрасываемых с продуктами сжигания радионуклидов, закономерности поступления радиоактивных веществ по ингаляционной и пищевой цепочкам в организмы животных и человека. На основе расчетов определены зависимости для определения дозы облучения человека и предельные нормы выбросов радиоактивных веществ в зависимости от содержания ЕРН в углях. Результаты исследований получили положительные заключения Института биофизики, НИИ радиационной гигиены и Федерального Управления медико-биологических проблем при Минздраве РФ и стали основой организации системы контроля качества угля по радиационно-гигиеническому фактору [5, 6].

Особенностью углей Уртуйского месторожде­ния являются весьма существенные изменения содержаний в них ЕРН (более чем в 100 раз), что обусловлено особенностями их нако­пления и перераспределения в процессе формирования угольного месторожде­ния. Уртуйские угли по содержанию урана разделены на 3 сорта:

1 сорт (потребительские угли) с содержанием урана менее 0,001 % (с удельной активностью до 123 Бк/кг);

2 сорт (энергетические угли) – содержанием урана 0,001–0,01 % (с удельной активностью 123-1230 Бк/кг);

3 сорт (комплексные угли) с содержанием урана более 0,01 % (с удельной активностью более 1230 Бк/кг) [2, 3].

Угли 1-го сорта можно использовать в бытовых целях. Радиоактивность золы и шлака, образующиеся при сжигании угля 1-го сорта не превышает допустимых значений активности строительных материалов, разрешенных нормами радиационной безопасности для населенных пунктов. Такой уголь сертифицирован региональным центром Санэпиднадзора. Активность такого угля составляет в среднем 77,5 Бк/кг. При сжигании такого угля образуются ЗШО активностью 327 Бк/кг, которые по классификации относятся к строительному материалу 1-го класса, разрешены для применения в зонах перспективной застройки в населенных пунктах [6].

Угли 2-го сорта можно использовать на ТЭС. Уровень радиоактивности золы и шлака, образующиеся при сжигании этих углей соответствует активности строительных материалов 2-го и 3-его класса, применение которого ограничено санитарными нормами. На предприятии их хранение осуществляется в золошлакохранилище, а применение разрешено только по решению санитарно-эпидемиологического надзора и только в качестве материала для закладки выработанного пространства при добыче урановых руд подземным способом.

При сжигании комплексных углей 3-го сорта, образующиеся зола и шлак имеют активность, при которой использование их недопустимо в строительных целях [6].

До 1995 г. в специальных отвалах с прикрытием их поверхности инертным материалом из вскрышных пород было заскладировано 750 тыс. т углей 3-его сорта. При сжигании этого угля могло бы образоваться более 100 тыс. т золы и шлака. Такой материал классифицируют как низко радиоактивные отходы, требующие специальных условий хранения (захоронения).

На Уртуйском угольном разрезе создан пункт управления качеством угля по типу автомобильной радиометрической контрольной станции для сортировки урановых руд. Через опытный пункт пропускают все без исключения углевозы, что позволяет сортировать уголь по радиационно-гигиеническому фактору. Кроме радиометрической контрольной станции, в систему геофизического контроля качества угля вошли гамма-опробование забоев экскаваторов и штабелей угля, а также гамма-каротаж эксплуатационно-разведочных скважин. Все применяемые на разрезе методы контроля радиационно-гигиенического качества угля, позволяют полностью исключить превышение содержаний ЕРН в отгружаемом потребителям угле. Через опытный пункт стали пропускать все без исключения углевозы и сортировать уголь по радиационно-гигиеническому фактору – допустимой дозе облучения населения.

При радиометрической сортировке выделены комплексные угли, которые невозможно расшлихтовать до допустимых пределов и направить на ТЭЦ для сжигания. Научно-исследовательской лабораторией ППГХО изучены возможности получения из таких углей и продуктов их сжигания урановой продукции. По результатам опытных работ установлено очень низкое извлечение урана, что делает нерентабельным использование этого сырья [5].

В многолетних исследованиях, проведенных учеными Томского университета, изучена геохимия радиоактивных элементов в углях месторождений Сибири, Дальнего Востока, Казахстана и Монголии. Показано, что «содержание урана в углях месторождений и бассейнов Северной Азии изменяется от 0,6 до 32,8 г/тонну, а тория – от 0,8 до 32 г/т» [7]. «Средневзвешенное содержание урана в углях Сибирского региона с учетом колоссальных ресурсов Западно-Сибирского угольного бассейна составляет 1,5 г/т. Эта цифра соответствует среднему геометрическому содержанию урана в бурых углях мира. Средняя оценка содержания тория для углей Сибири составляет – 2,4 г/т» [7].

Однако в угле, добываемом на ряде российских шахт и разрезов, зафиксировано повышенное содержание урана и тория. По информации в [8] «во многих случаях, в силу особенностей накопления, содержание урана в пределах одного угольного пласта, а тем более в пределах месторождения или бассейна может различаться на 1-2 порядка».

По [9] среднее содержание урана и тория в углях разных геолого-промышленных районов Кузбасса составляет для урана – 3,0 г/т, а тория – 4,32 г/т.

В табл. 1 по [10, 11] представлены данные по повышенным концентрациям урана и тория в товарных углях, добываемых на угольных предприятиях в Кемеровской области.

Уголь

Радиационное облучение персонала угольных предприятий и населения, проживающего в городах с угледобывающими предприятиями

На угольных предприятиях основную опасность для горняков представляют ЕРН, содержащиеся в воздухе шахтного пространства. Аэрозоли продуктов распада урана, тория (радон и торон, соответственно) и некоторых других радионуклидов попадают в воздух в результате диффузии из угольных пластов и вмещающих пород. Радон и торон высвобождаются из горных пород и накапливаются в слабопроветриваемых объемах. В таких местах эквивалентная равновесная объемная активность дочерних продуктов радона в воздухе нередко превышает допустимый уровень в десятки и даже сотни раз. Персонал угольных предприятий и население, проживающее в районе их расположения, подвергается воздействию широкого комплекса радиационно опасных факторов [12].

На парламентских слушаниях «Об обеспе­чении радиационно-экологической безопасности в ТЭК», проведенных 17 июня 1997 г. в комитете по экологии Государственной Думы были рассмотрены результаты радиацион­ных обследований угольных шахт, вы­полненных в 1993-1997 гг. ВНИПИпромтехнологии совместно с институтом горного дела им. А.А.Скочинского. По результатам этих обследований было показано, что в угольных шахтах радиационная опасность обусловлена выделением 222Rn в воздушное пространство, присутствием 226Ra и 228Ra в углях и вмещающих породах [13].

Установлено, что на 24 % из 159 обследованных шахт значения эффективной дозы облучения отдельных работников достигают, установленного нормами радиационной безопасности (НРБ-99), предела 5 мЗв/год. Средняя по отрасли доза облучения подземного персонала близка к 2 мЗв/год, что приводит к увеличению примерно на 15% общего риска смерти, связанного с добычей угля. На 14 шахтах дозы облучения на отдельных рабочих местах превышают 5 мЗв/год, что по законодательству требует введения режима радиационной безопасности [13].

По данным [14] «в Кузбассе при запыленности воздуха в шахтах не более 10 мг/м3 средний уровень суммарного воздействия радионуклидов на легкие шахтеров (УВЛ) в основном находится в пределах норматива и радиационная обстановка может быть признана благополучной. На отдельных рабочих местах УВЛ может в 2-3 раза превышать допустимую величину. Такое наблюдалось в 7 из 16 обследованных шахт Кузбасса».

В публикации [15] отмечено, что «при попадании с вдыхаемым воздухом радона и торона в легкие эти газы, а также дочерние продукты их распада разносятся кровью по организму и, распадаясь, воздействуют ионизирующим излучением на незащищенные важнейшие внутренние органы. В процессе облучения в наибольшей степени страдают легкие, хотя повреждения накапливаются во всем организме, причем нарушения наблюдаются и на генетическом уровне, а последствия облучения выявляются уже на стадии необратимых патологических изменений организма».

По [15] на шахтах Кузбасса не ведется систематический контроль над содержанием радионуклидов в горных породах и рудничной атмосфере. Между тем удельная объемная активность 238U в угле может колебаться от 3 до 520 Бк/кг. Лабораторные наблюдения показали, что естественная радиоактивность вмещающих пород значительно выше, чем углей. Так, гамма-активность 40K достигала в породах 1000 Бк/кг, в то время как в угле она обычно не превышала 100 Бк/кг. Содержание остальных естественных радионуклидов в угле в 2-5 раз меньше, чем во вмещающих породах. Активность 226Ra в породах составляет 20-40 Бк/кг, а 232Th от 30 до 60 Бк/кг. Существенное изменение концентрации радиоактивных элементов в угле и породах нередко наблюдалось в пределах одного месторождения, шахты и даже пласта.

На большинстве российских шахт рабочая атмосфера проветривается достаточно интенсивно (воздуохообмен менее 2500 секунд). Однако, по предварительным данным обследования угольных шахт России время воздухообмена в отдельных шахтах превышает 4000-5000 секунд. В результате среднее значение уровня суммарного воздействия на легкие может быть в 2…3 раза выше предельно допустимого норматива для шахтеров не урановых рудников [16].

По данным, на которые ссылаются авторы в [10], «в действующих выработках в шахтах Кузбасса объемная активность радона обычно не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК) – 200,0 Бк/м3, в то время как в изолированных выработках может доходить до 4000,0 – 6000,0 Бк/м3».

Угольные предприятия являются источниками радиационного загрязнения не только персонала угольных шахт, но и облучения населения в шахтерских городах и поселках. Это происходит в результате извлечения из недр земли вместе с углём громадного количества ЕРН. Установлено, что на поверхности земли, над отработанными угольными пластами, зачастую происходит увеличение потоков радона, значительно превышающее допустимые санитарные нормы. Учитывая, что над отрабатываемыми шахтными полями угля нередко располагаются жилые дома и административные здания, необходим контроль за выделением радона.

По [14] при проведенном исследовании было показано, что «на территории города Междуреченска средний гамма-фон был выше, чем в целом по Кемеровской области. Это связано с природным радиационным фоном (многочисленные отсыпки шлаком территории города, работы большого числа предприятий угольной промышленности и котельных с выбросами в атмосферу)».

В [14] было показано, что при проведении радиометрического обследования ряда отвалов угледобычи и карьеров стройматериалов в Кемеровской области в течение 1997-1998 гг. были «зафиксированы максимальные содержания урана и тория в местных породах, в том числе с Итатского угольного разреза и торийсодержащих гранитов, которые составили соответственно 50 г/т и 200 г/т. Удельная активность этих пород достигает 2000 Бк/кг. Тем не менее, отходы с Итатского разреза используются в Кемеровской области для дорожного строительства, приводя к необоснованным дополнительным дозовым нагрузкам на население».

«На полях действующих шахт и разрезов или вне границ их размещения радиоактивные газы могут быть найдены в приповерхностных бытовых или технологических выработках, подвалах домов, в слабопроветриваемых помещениях, в том числе в жилых помещениях» [10].

По данным исследований, проведенных в 1991 г. сотрудниками ВНИИХТ, ВНИПИПТ, ВНИГРИуголь на территории поселка Итатский выявлены радиоактивные аномалии с интенсивностью 20-60 мкР/ч – 48 точек и свыше 40 мкР/ч – 63 точки. Повышенные содержания радона и торона были выявлены в жилых помещениях детских учреждений и других объектах застройки. В помещении детсада обнаружены аномалии радона – 226,3-243,4 Бк/м3, торона – 10,5-11,8 Бк/м3. В жилом доме, соответствующие цифры, составили 225,2 и 7,7 Бк/м3. Приведенные данные и естественная природа (урановая) источника радиогенных газов позволяет полагать, что естественные радионуклидные источники связаны с положением и геохимией угольных пластов, находящихся в районе поселка Итатский [10].

Радиационные выбросы от угольных ТЭС и их опасность для людей и окружающей среды

Радиоактивность выбросов и сбросов ТЭС определяется радиоактивностью исходного угля и особенностями его сжигания. При сжигании угля на ТЭС за счет выгорания углерода и удаления летучих соединений происходит концентрирование радионуклидов в продуктах сгорания угля. Количество радионуклидов, выходящих в атмосферу, зависит от концентрации их в угле, метода сжигания угля на ТЭС, а также от эффективности улавливания летучей золы.

По данным американских специалистов [17] мировой суммарный выброс урана и тория в результате сжигания угля составляет около 37 300 т ежегодно, причем около 7300 т поступает из США.

В бурых углях в Кемеровской области в пласте «Итатский» выявлено повышенное содержание урана – 139 г/т, а в золошлаковом материале, образующемся при сжигании такого угля, содержание урана составляет 902,6 г/т [18].

По [19], загрязненность золошлаковых отходов ЕРН на отдельных российских ТЭС (исследовались около 50 ТЭС, на которых использовались 20 видов углей) при сжигании некоторых углей, например, подмосковных и азейских, повышена и достигает 520 Бк/кг при нормативе их бесконтрольного использования в строительстве 370 Бк/кг.

По оценке специалистов, «если средняя радиоактивность 226Ra в сжигаемом угле превышает 100 Бк/кг, а 228Th 150 Бк/кг, то образующуюся золу следует подвергать радиометрическому контролю, и в случае превышения установленного санитарными правилами предела по суммарной альфа-активности, равного 7 кБк/кг, считать радиоактивными отходами и направлять на захоронение» [20].

Изучение накопления радионуклидов в золошлаковых отходах ТЭС в процессе сжигания углей Дальнего Востока (Нерюнгринского, Чегдомынского, Харанорского, Райчихинского, Ургальского, Лучегорского) показало, что концентрация естественных радионуклидов 40K и 226Ra в золе увеличивается от 2 до 8 раз по сравнению с исходным дальневосточным углем, а 232Th–от 3 до 8 раз. В шлаковых отходах удельная активность 40K возрастает от 2 до 7 раз, 232Th–от 3 до 9 раз, а 226Ra–от 3 до 8 раз» [21].

Следует отметить, что согласно Статье 2.1 Директивы IPPC Европейского Союза – «Интегрированное предотвращение и контроль за загрязнением», естественные радиоактивные вещества не являются предметом Директивы и выбросы радиоактивных веществ, присутствующих в большинстве типов органического топлива, не рассматриваются как ключевая экологическая проблема. Считается, что после сгорания каменного угля, бурого угля или торфа большинство радиоактивных веществ остается в золе, и даже приводится количественная оценка – в золе остается более 90 % радиоактивности угля [22].

Ряд исследователей, напротив, считают, что основным источником радиоактивного загрязнения окружающей среды при сжигании бурых углей с повышенным содержаниями радиоактивных элементов, является тонкодисперсная составляющая золы – летучая зола, практически не улавливаемая электрофильтрами ТЭС.

По результатам радиоэкологического обследования, проведенного сотрудниками Ростовского университете, на Несветайской и Новочеркасской ГРЭС [4], работающих на донецких углях, были оценены плотности радиационного загрязнения в окрестностях электростанций от выбросов ГРЭС, которые сформировались за период их эксплуатации. Для зоны максимального загрязнения при радиусе 0,4-1,0 км вокруг Несветайской ГРЭС оценки дали следующие значения: для 238U более 888 ∙ 107 Бк/км2, для 232Th более 18,5∙ 107 Бк/км2, для 226Ra более 33,3 ∙ 107 Бк/км2 и для 210Pb примерно 107,3 ∙ 107 Бк/км2.

По результатам выполненных исследований в [4], сделаны следующие выводы:

– распределение ЕРН (238U, и 226Ra и 232Th) по земной поверхности в зависимости от расстояния от труб ТЭС имеет характерный для зольных выбросов вид;

– средняя загрязненность земной поверхности ЕРН (кроме 222Rn и 210Pb) существенно выше в ближней зоне (0,3…3,0 км), чем в дальней: для Несветайской ГРЭС (в среднем в 1,29 раза), а для Новочеркасской ГРЭС (в среднем в 1,35 раза).

В целом, результаты проведенных полевых и лабораторных исследований для этих ГРЭС показали, что их выбросы оказывают существенное влияние на формирование радиационной обстановки в районах их расположения.

Известно, что удельная радиоактивность летучей золы возрастает с уменьшением размеров частиц золы. Поэтому выбрасываемая летучая зола (имеющая меньшие размеры частиц, по сравнению с более крупными частицами, уловленным природоохранным оборудованием на ТЭС) имеет большую радиоактивность, чем зола, уловленная фильтрами электростанций [23].

По результатам проведенных исследований на Краснокаменской ТЭЦ в период ее эксплуатации с 2005 г. по 2010 г. (за 6 лет) было сожжено 9,02 млн т уртуйского угля со средним содержание урана в угле – 0,0013 % (с удельной активность естественных радионуклидов < 123 Бк/кг). Выброс летучей золы ТЭЦ за этот период составил 33,67 тыс. т со средним содержанием урана 0,005%, то есть с летучей золой в атмосферу было выброшено 1,683 т урана. А на золошлакоотвале ТЭЦ было заскладировано 789,16 тыс. т золы и шлака с содержанием урана 0,004% , что соответствует 31,57 т урана. В табл. 2 представлены данные из многочисленных источников по диапазонам удельной радиоактивности разнообразных углей, сжигаемых на ТЭС и по удельной радиоактивности радионуклидов в шлаках и летучей золе ТЭС [24]. уголь

Исследования окружающей среды вокруг угольных ТЭС показывают, что для всех радионуклидов, приведенных в табл. 2, концентрации радионуклидов в шлаке и золе, оказывается почти в 10 раз выше, чем в угле.

В табл. 3 представлены данные по диапазонам удельной радиоактивности углей на угольных месторождениях Забайкалья (Уртуйском, Харанорском, Татауровском, Кутинском, Окино-Ключевском), сжигаемых на ТЭС и в котельных и по удельной радиоактивности радионуклидов в шлаках и летучей золе ТЭС и котельных. Уртуйский и Харанорский уголь используются на ТЭС, а угли Кутинского, Татауровского и Окино-Ключевского месторождений используются в небольших котельных. Видно, что концентрация урана в шлаке и золе, увеличивается от 2 до 9 раз по сравнению с содержание урана в угле.

Таблица 3 – Содержание радиоактивных элементов в углях на угольных месторождениях Забайкалья, в золе и шлаке при сжигании этих углей на ТЭС и в котельных.

уголь

В публикации [2] на примере сжигания углей Германии (табл. 4) показано, что эмиссия урана зави­сит от марки угля: в каменных углях обогащение тончайшей фракции золового уноса существенно выше (2 против 0,8), чем в бурых углях, независимо от способа сжи­гания первых. Эти данные косвенно указывают на то, что формы нахожде­ния урана в каменных и бурых углях ФРГ существенно различаются.

Таблица 4 – Содержание урана в углях Германии и в продуктах их сжигания на ТЭС

уголь

В исследовании [25] изучено поступления радионуклидов в окружающую среду при работе ТЭЦ-1 г. Северодвинска, работающей на угле Печорского угольного бассейна Интинского месторождения. Установлено, что при сжигании интинского угля на ТЭЦ-1 в продуктах его сжигания (зола и шлак) коэффициенты обогащения золы составили: 40K – 2,8; 226Ra – 2,6; 232Th – 2,1; для шлака соответственно 2,6; 2,9; 2,6.

Установлено, что даже при сжигании на ТЭС углей с небольшим содержанием урана и тория, при использовании полученных золошлаков для отсыпки дорог и в качестве искусственных грунтов, радиоактивный фон возрастает в два-три раза относительно местного фона [26].

При работе ТЭС, содержащиеся в угле радионуклиды с продуктами их сжигания (золошлаковыми отходами и газоаэрозольными выбросами) попадают в биосферу и служат источником облучения людей. Опасность для окружающей среды, особенно при повышенной радиоактивности золы, может представлять также и пылеунос с золоотвалов.

При изучении радиационной обстановке вокруг ТЭС главным является исследование распространения в атмосферном воздухе ЕРН, выбрасываемых с летучей золой из труб ТЭС и осаждающихся затем на земную поверхность. Большая часть выпавшей на земную поверхность золы оседает на надземной части растений и в конечном итоге попадает в почву. Кроме того, значительный вклад в радиоактивное загрязнение окружающей среды может дать эффект удержания золы и аэрозолей кронами деревьев в лесных массивах (до 5 раз) [4].

В исследовании [27] изучалось поведение естественных радионуклидов в процессе сжигания бурых углей Канско-Ачинского бассейна на Назаровской ТЭС, расположенной на юге Красноярского края, на берегу реки Чулым. Установлено, что в золе, собранной с электрофильтров дымового тракта Назаровской ТЭС, «концентрация урана оказалась повышена в 2 раза, а тория – в 4 раза по сравнению с исходным углем. Основная часть урана в углях связана с органическим веществом и при его сгорании, высвобождается, конденсируясь на тонкодисперсных аэрозолях, в значительной степени не улавливаемых электрофильтрами. Основная часть тория, напротив, находится в углях в минеральной их части и естественно остается в составе золы.

Показано, что за время 20-летней работы Назаровской ТЭС произошло заметное загрязнение почв радионуклидами. Поверхностные сульфатные либо карбонатные воды выщелачивают уран и торий, как из зольных частиц, так и из почв и с поверхностным стоком переносят их в реку Чулым».

По данным [23] «для отдельных людей критической группы (то есть получающих наивысшую дозу), проживающих вблизи ТЭС на угле электрической мощностью 1 ГВт, ежегодная эффективная доза может составить 1 мЗв для современных ТЭС и 20 мЗв – для старых ТЭС. При этом коллективная доза может составить 4 чел.∙ Зв на 1 ГВт в год (8,76 млрд кВт·ч электроэнергии). Значительно более высокая коллективная эффективная доза – 23 чел.∙ Зв на 1 ГВт в год была обнаружена в Греции в результате сжигания лигнита и 104 чел.∙ Зв на 1 ГВт в год – на польских ТЭС, использующих бурый уголь» [15].

В [2] приведена информация о том, к чему может привести бесконтрольное сжигание ураноносных углей на примере одной из ТЭС в Югославии, «работавшей на антрацитах с повышенным содержанием урана (14 – 100 г/т и с ураганными значениями в отдельных пробах угля до 1500 г/т). В проведенных дозиметрических измерениях на этой ТЭС выяснилось, что в рабочем пространстве ТЭС активность достигала 2400 мкР/час, а вблизи золоуловителей – до 5000 мкР/час. В урине персонала этой ТЭС содержание 210 Pb в 5 раз превышало контроль, а частота хромосомных аберраций составляла 6-10 % против 1,5-4 % в контроле».

Заключение

Представленные данные показывают, что угольные шахты являются источниками радиационного облучения не только персонала угольных шахт, но и облучения населения в городах и поселках с угледобывающими предприятиями. Это происходит в результате извлечения из недр земли вместе с углём громадного количества естественных радионуклидов. Угольные ТЭС также являются источником радиоактивного загрязнения окружающей среды и облучения людей за счет выбросов из труб радиоактивных аэрозолей и образование золы с повышенным содержанием ЕРН.

В России содержание ЕРН в добываемом угле, за исключение уртуйского угля, не контролируется и угли с повышенным содержанием ЕРН поступают к потребителю.

Опыт разработки Уртуйского угольного месторождения и использования уртуйского угля показывает на возможность создания эффективной системы контроля качества угля по радиационно–гигиеническому фактору и обеспечения охраны окружающей среды и здоровья населения. Но это только первый шаг в решении данной проблемы.

Для снижения облучения персонала и населения, проживающего в районах расположения угольных предприятий и угольных ТЭС, необходимо организовать тщательный контроль как за содержанием ЕРН в энергетических углях, так и за продуктами их сжигания, выбрасываемых в окружающую среду. Решение проблем радиоактивности углей в нашей стране требует централизованного подхода и создания соответствующей нормативной базы. Между тем, нормы радиационной безопасности (НРБ–99/ 2009) в России ограничивают только применение шлаков в строительных целях. Уголь по радиационному признаку не нормируется.

Не все угольные месторождения России содержат повышенное содержание ЕРН, но определять это необходимо уже на стадиях разведки. Если при проведении геологоразведочных работ на угольных месторождениях выявляются участки с повышенным содержанием ЕРН, то применение предлагаемой системы радиационного контроля углей на стадии отработки месторождений позволит снизить до минимума их попадание в топливный цикл и в окружающую среду.

Список литературы
1. Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Мерц А.В. – Элементы-примеси в ископаемых углях. –Л.: Наука.- 1985.- 239 с.
2. Юдович Я. С., Кетрис М. П. Уран в углях // Сыктывкар, 2001. – 84 с. (Коми научный центр Уро РАН).
3. Юдович Я. С. Грамм дороже тонны: Редкие элементы в углях. М.: Наука, 1989, 160 с.
4. Давыдов М. Г., Тимонина Ю. А. Радиационная обстановка в районе расположения ГРЭС Ростовской области // Теплоэнергетика. 2003. № 12. С. 8-13.
5. Суханов Р. А., Сидорова Г. П. Проблемы использования углей с повышенной радиоактивностью // Горный журнал. 2009. № 2. С. 43-45.
6. Сидорова Г. П. Радиационно-гигиеническое качество углей Уртуйского месторождения: экологические проблемы и методы решения // Горный журнал. 2012. № 8. С. 26-28.
7. Арбузов С. И., Волостнов А. В., Машенькин В. С. Радиогеохимическая характеристика углей Северной Азии // Энергетик. 2010. № 3. С. 2-8.
8. Арбузов С.И., Ершов В.В., Поцелуев А.А., Рихванов Л.П. Редкие элементы в углях Кузнецкого бассейна – Кемерово, комитет природных ресурсов по Кемеровской области. 1999. -248 с., 129 ил.
9. Ершов В. В., Арбузов С. И., Рихванов Л. П., Поцелуев А. А. Радиоактивные элементы в углях Кузбасса// Экологические проблемы угледобывающей отрасли в регионе при переходе к устойчивому развитию: Тр. междунар. науч.- практ. конф. Т.2. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. С.132-139.
10. Нифантов Б. Ф., Потапов В. П., Митина Н. В. Геохимия и оценка ресурсов редкоземельных и радиоактивных элементов в кузнецких углях. Перспективы переработки. – Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2003, 100 с, ил.
11. Исхаков Х. А., Счастливцев Е. Л., Кондратенко Ю. А., Лесина М. Л. Радиоактивность углей и золы // Кокс и химия. 2010. № 5. С. 41-45.
12. Романов С.М., Шилов А.А., Гурьянова О.Н., Актуальность радиационного контроля на угольных шахтах и разрезах // Безопасность труда в промышленности. 2009. № 8. С. 26-27.
13. Шрамченко А. Д. Радиационная обстановка на предприятиях угольной промышленности // ТЭК. 2000, № 3. С. 75.
14. Алукер Н. Л., Васильев И. А., Еременко А. Н., Нечаев А. Ф. Проблема радиационной безопасности угольной отрасли // Экологические проблемы угледобывающей отрасли в регионе при переходе к устойчивому развитию: Тр. междунар. науч.- практ. конф. Т.2. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. С.139-149.
15. Портола В. А., Киренберг А. Г. Выделение радона на шахтах Кузбасса // Безопасность труда в промышленности 2000. № 9. С. 41-42.
16. Рогалис В. С., Шилов А. А., Гурьянова О. Н. Радиационная безопасность в угольных шахтах не миф, а реальность // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 1. С. 299-304.
17. Ричард Родс, Денис Беллер. Потребность в ядерной энергии. Взгляд на трудное энергетическое будущее мира // Бюллетень МАГАТЭ. 2000. Т. 42. № 2. С. 43-50. (42/2/2000 – июнь 2000 г.). Вена. Австрия.
18. Нифантов Б. Ф., Заостровский А. Н., Занина О. П. Горно-геологическое и технологическое значение распределения ценных и токсичных элементов в кузнецких углях // Уголь. 2009. № 12. С. 59-61.
19. Белюсенко Н. А., Соловьянов А. А. Принципы программного обеспечения радиационно-экологической безопасности на объектах ТЭК России // Безопасность труда в промышленности. 1996. № 1. C. 30-34.
20. Павлов И. В. Радиационная опасность для населения и производственного персонала, связанная с эксплуатацией объектов топливно-энергетического комплекса (материалы слушаний “Об обеспечении радиационно-экологической безопасности в топливно-энергетическом комплексе России”, проведенных 17 июня 1997 г. в Комитете по экологии Государственной Думы) // Бюллетень Центра общественной информации по атомной энергии. 1997. № 9. С. 28 – 30.
21. Крупская Л. Т., Матвиенко Т. И., Самагин В. Д. Содержание естественных радионуклидов в Дальневосточных углях и золошлаковых отходах тепловых электростанций // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2007. № 1. С. 51–53.
22. Хедвал Р., Эрландсон Б. Концентрации радиоактивности в неядерных отраслях промышленности // Бюллетень Центра общественной информации по атомной энергии. 1998. № 2. С. 27 – 30.
23. Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающей среде. Радиоэкология после Чернобыля: пер. с англ. / под ред. Ф. Уоррена и Р. Харрисона. – М.: Мир, 1999. – 512 с.
24. Мауричева Т. С. Количественная оценка поступления радионуклидов в окружающую среду при работе угольных ТЭЦ (на примере ТЭЦ-1 г. Северодвинска) // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Москва. 2007. – 20 с.
25. Рихванов Л. П., Ершов В. В., Арбузов С. И. Комплексное эколого-геохимическое исследование углей //Уголь. 1998. № 2. С. 54-57.
26. Титаева Н. А. Геохимия изотопов радиоактивных элементов (U, Th, Ra) // Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени д-ра геолого-минералогических наук (на правах рукописи). М. 2002. – 91 с.

Авторы – В.А.Овсейчук д.т.н., профессор Забайкальского госуниверситета; Д.А.Крылов, к.т.н. НИЦ «Курчатовский институт»), Г.П.Сидорова, к.т.н. доцент горного факультета Забайкальского госуниверситета

Просмотров: 1

 

Оставьте комментарий

Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru