Распределение и удельная активность радионуклидов в почве объекта накопленного экологического вреда (на примере полигона осадков сточных вод)

2. West J. Decreasing Metal Ore Grades: Are They Really Being Driven by the Depletion of High-Grade Deposits? // Journal of Industrial Ecology. 2011. V. 15 (2). P. 165-168.

3. World Uranium Mining Production // World Uranium Mining Production.

4. Uranium extraction: the key process drivers / D. Lunt, P. Boshoff, M. Boylett, Z. El-Ansary //The J. of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2007. V. 107. P. 419-426.

5. Extraction of uranium from the tailings by sulfuric acid leaching with oxidants. J. Huang, M. Li, X. Zhang, C. Huang, X. Wu. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 69. 012050.

6. Venter R, Boylett M. The evaluation of various oxidants used in acid leaching of uranium // Hydrometallurgy Conference 2009. Southern African Inst. Mining and Metallurgy. P. 445-454.

7. Abhilash, Pandey B.D. Microbially Assisted Leaching of Uranium - A Review // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review: An Interna- tional Journal. V. 34 (2). P. 81-113.

8. Kondratieva TF, Bulayev AG, Muraviev MI Microorganisms in biogeotechnolo-gies for processing sulfide ores. Moscow: Nauka, 2015. 212 p.

УДК: 628.381.1:502.55:504.05

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И УДЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ РАДИОНУКЛИДОВ В ПОЧВЕ ОБЪЕКТА НАКОПЛЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВРЕДА

А.М. Дрегуло

Представлены результаты распределения и удельной активности радионуклидов в почвах объекта накопленного экологического вреда относящегося к системам водоотведения. Определенна характерная схожесть содержания в почвах радия - 226, радия-228 как дочерних продуктов распада тория 228. Оценены экологические риски попадания радионуклидов цезия - 137в почву при депонировании отходов канализации. Выявленная активность радионуклидов позволяет с позиции радиоэкологии оценить данный объект наколенного экологического вреда как не опасный.

Ключевые слова: радионуклиды, осадки сточных вод, почвы, накопленный экологический вред

Стратегическое планирование в развитии государства определяет экологическую безопасность как одно из приоритетных направлений [1] для всех уровней власти. Одним из основных природных ресурсов в современной экономике и промышленности является вода.

Водоподготовка и водоочистка имеют ряд технологических процессов, сопровождающиеся образованием больших объемов отходов, которые необходимо утилизировать. И подходы к данной проблеме могут быть весьма затруднены ввиду сложного, гетерогенного состава отходов.

При имеющемся выборе методов обезвреживания осадков сточных вод, проблемы, касающиеся их почвенной утилизации, остаются не решенными. Геоэкологические риски связанные с данным видом утилизации, имеют разносторонний характер техногенного воздействия.

К примеру, так и не решены вопросы, связанные с обезвреживанием осадков от тяжелых металлов [2, 3]. Существующий ряд патентной документации направленный на решение данной проблемы все более раскрывает сложность данного вопроса [4]. Применение современных методов утилизации осадков - сжигания и геотубирования, не предусматривает выделения тяжелых металлов из твердой фазы осадков, а только переводит их в нерастворимые формы, что так же является препятствием дальнейшего золы для использования, к примеру, в производстве строительных материалов. Упомянутые методы (сжигания и геотубирования), в нашей стране, далеко не везде распространены в службах коммунального водоотведения. И таким образом основной метод, используемый повсеместно - почвенное депонирование на иловых картах и полигонах [5].

Последние, исчерпывая свои проектные мощности, после многолетнего использования, остаются в бесхозном состоянии, порождая новую проблему - образования территорий характеризующихся как объекты накопленного экологического вреда (НЭВ).

К этому следует добавить и еще ряд таких видов техногенного воздействия от утилизируемых осадков: наличие трудноразлагаемой органики (диоксиноподобные вещества и др.), патогенную и паразитарную микрофлору, а также микробиологическую трансформацию соединений тяжелых металлов, например ртути и метилртути - токсичного яда [6].

Проблемы на этом не исчерпываются, так как зачастую промышленные организации, существующие на базе тех объектов, которые вводились в эксплуатацию еще в досоветский период индустриализации, а также в течение 20 века не имели локальных очистных сооружений. И в силу не изученности техногенного воздействия, некоторые показатели (компоненты) не нормировались и в этом случае не исследовались. Одним из таких компонентов в составе осадков сточных вод - являются природные, промышленные и медицинские радионуклиды.

Цель исследования: определить удельную и активность радионуклидов в почве объекта НЭВ загрязненную отходами водоотведения. В качестве объекта НЭВ выбран санитарный полигон обезвреживания осадков сточных вод г. Санкт-Петербурга. Для определения радионуклидов отбирались почвы на 8 точках, условно разделявших периметр территории. Для исследования удельной и суммарной удельной активности использовалась методика ЦВ 5.10.04-98 «А» с использованием альфа-бета радиометра ЬБ-770.Поверхности естественного рельефа объекта представлены растительным травяным слоем мощностью 0,2 м и кустарниковым слоем до 1,5 м (рис.1).

Радиоактивность как естественная форма физических превращений материи присутствует повсеместно. Промышленность, медицина, источники атомной энергетики и т.д. включаются в этот процесс. Поэтому в зоне риска радиационного воздействия могут находиться все слои населения, и любое проявление таких рисков должно быть нормируемо и контролируемо.

Для всех вышеперечисленных источников поступления радионуклидов в окружающую среду сточные воды являются связующим и одним из опасных техногенных потоков их переноса [7, 8]. Для практической реализации радиационного контроля предлагается [9] классифицировать субъекты РФ по численности населения и по наличию объектов потенциальной опасности.

Согласно радиационному паспорту Санкт-Петербурга поверхностная активность радионуклидов (указана только для 137Cs и 90Sr) в почве со-

137 90 2

ставляет для Cs min 0,79 max 1,4 для Sr max < 0,01 кБк/м [10].

Рис. 1. Растительный слой объекта НЭВ

Контроль состояния почв объекта НЭВ осуществлялся по показателям суммарной альфа- и бета-активности, удельным активностям. В ходе исследования были обнаружены из техногенных - цезий 137 и природных калий-40, торий-228, радий-226 и радий -228.

Результаты полученных данных (рис. 2) указывают на более низкую удельную активность (УА) радионуклидов по приведенным выше в паспорте. Диапазон УА для цезия -137 имеет бимодальное распределение. Вероятно это вызвано более длительной разгрузкой отходов в данных местах объекта НЭВ, а так же ввиду миграции радионуклидов по рельефу территории. Практически однородное распределение в почвах имеет калий-40.

Цента 137

£ 30

1 2 3 4 5 6 7 8 Точки отбора

Рис. 2. Диаграммы распределения и удельной активности радионуклидов в почве объекта НЭВ

И хотя рельев представляет относительно ровную поверхность с незначительными коллебаниями высот (рис. 3) от 0,5 до 3 м, коэффициент распределения отражает относительную динамику. Более высокая УА для радия -288, тория- 226 и тория -228 выявлены в точке 1 и наименьшая в точке 8. При таком способе выражения полученных результатов видна определенная схожесть в содержании радионуклидов в почвах для радия -226, радия-228 как дочерних продуктов распада тория -228.

И хотя территория Санкт-Петербурга расположена в зоне слияния Балтийского щита и Русской плиты, каждая из которых имеет горные

породы, характеризующиеся относительно повышенным и неравномерным содержанием природных радионуклидов ториевого ряда, обнаруженное содержание радионуклидов этого ряда представляет невысокий потенциал УА в диапозоне от 13 до 65 Бк/кг (рис. 2).

40

25

20-

;

1

0 0.10кш 0.20кш 0.30 кш 0.40кт 0.50кт О.бОкш ОТОкт 0.80кт 0.90кт 1.00 Ьп ПОкш : 201т : .:0кш 1.40кш

Рис. 3. Карта высоты местности и профиля высот территории полигона с учетом кривизны земли

Если учитывать глубину залегания грунтовых вод (рис. 3) часть радионуклидов с большой вероятностью может мигрировать по почвенному профилю и поглощаться высшими растениями. По данным

[11] основное количество воднорастворимых форм цезия -137 может удерживаться в поверхностном слое внесения и не диффундировать в нижележащие слои даже при наличии гравитационной воды. В тоже время цезий -137 может быть сорбирован менее прочно в песке, чем в почвах; поэтому он в большей степени способен мигрировать вниз по профилю

[12] при этом общий вынос радионуклидов из почв с увеличением влажности может возрастать, в том числе за счет увеличения биомассы растений на теле объекта НЭВ.

Исходя из полученных результатов, основным радиоционноопаным воздействием обладает цезий, однако таких низкой УА и суммарной УА альфа и бета излучающих радионуклидов (табл. 1) данный радионуклид не представляется радиационно опасными.

Следует так же отметить, что чем выше соотношение 137Сб/40К в почве, тем больше будет это соотношение и в фитомассе, что может негативно отразиться на физиологических процессах, протекающих в растениях [14]. Очевидно, что такое соотношение радионуклидов в исследуемых почвах (рис. 2) также можно рассматривать как не представляющее опасность.В комплексных зарубежных исследованиях по данной тематике [8, 15] было отмечено, что наибольшие концентрации радионуклидов были обнаружены в сточных водах канализационных сооружений, расположенных вблизи АЭС. Дозы облучения работников на сооружениях депонирования осадков сточных вод, почвы и растения ока-

зывались незначительны; радиационное облучение через использование осадка в качестве удобрения для выращивания продовольственных культур очень низкое и, следовательно, неопасное.

Таблица 1

Суммарная удельная активность альфа и бета излучающих

радионуклидов

Наименование показателя Значение Бк/кг

Суммарная удельная активность альфа излучающих радионуклидов 520 ±160

Суммарная удельная активность бетта излучающих радионуклидов 1300 ±400

Расчетная удельная активность гамма излучающих радионуклидов 1200

Рис. 4. Карта глубины залегания грунтовых вод [13]

^ - расположение объекта НЭВ

В 2015 году количество объектов в Санкт-Петербурге имеющих источники радиоционного излучения увеличилось на 5,3 % (в 2013 году прирост составил на 5,2 %, в 2014 году - 7,3 %). Это в основном связано с вводом в эксплуатацию новых генерирующих источников ионизирующего излучения (рентгеновских стоматологических аппаратов) в частных медицинских организациях [16], а значит могла увеличиться доля поступления радионуклидов в сточные воды и соответственно их накопление в осадках сточных вод.

Оценивая полученные данные с результатами сторонних исследований, а также требований [17] в п. 4 и 5 можно предположить, что использование территорий исследуемого объекта НЭВ, не ограничивает смену его социально-экономической функции по радиологическим показателям. В любом случае, для схожих объектов это должно решаться на основании конкретных исследований.

Список литературы

1. Стратегия экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года URL: http://static.kremlin.ru/media/ events/files/ru/ 2AhtZIMnFqpHDdrDwKeIdIDVD8P4AKRr.pdf 01.03.2018.

2. Панов В.П., Дрегуло А.М. Содержание тяжелых металлов в избыточных илах и осадках биологических очистных сооружений (на примере Санкт-Петербурга) // Безопасность в техносфере. 2010. № 3. С. 37-39.

3. Дрегуло А.М., Витковская Р.Ф., Петров А.Н. Объекты прошлого экологического ущерба и проблемы почвенной утилизация илов и осадков сточных вод // Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Естественные и технические науки. Сер. 1:

2016. № 1. С. 68-71.

4. Дрегуло А.М., Питулько В.М. Анализ технических решений извлечения тяжелых металлов из гетерогенных отходов систем водоотведе-ния // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2 С. 60-64

5. Дрегуло А.М. Проблемы загрязнения окружающей среды осадками иловых карт различных сроков жизненного цикла // Агрохимия. 2016. № 8.С. 88-92.

6. Дрегуло А.М., Питулько В.М., Кулибаба В.В. Риски образования метилированных форм ртути на объектах прошлого экологического ущерба // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле.

2017. Вып. 2. С. 26-39.

7. Larsen I. L, Stetar E. A, Glass K. D. In-house screening for radioactive sludge at a municipal wastewater treatment plant. Radiation Protection Management 12:29-38; 1995.

8. Puhakainen M. Detection of radionuclides originating from Lovilsa nuclear power plant in a municipal sewage sludge /http:// www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/33/071/33071267.pdf

9. Оптимизация радиационного мониторинга, проводимого в субъектах Российской Федерации в рамках радиационно-гигиенической паспортизации /А.Н. Барковский, Н.К. Барышков, К. А. Сапрыкин, Н.В. Титов // Радиационная гигиена. 2014. Т. 7. № 1. С. 36-48.

10. Доклад об экологической ситуации в Санкт-Петербурге в 2013 году / под редакцией И. А. Серебрицкого. СПб.: ООО «Единый строительный портал», 2014. - С.64.

11. Радиоактивные изотопы в почвенно-растительном покрове. Серия препринтов. Свердловск, 1979 С.8.

12. Assessment of Radioactivity in Sewage Sludge: Recommendations on Management of Radioactive Materials in Sewage Sludge and Ash at Publicly Owned Treatment Works Technical Report 2004-04. February 2005 URL: https://www.nrc.gov/docs/ML1034/ML103400184.pdf.

13. Climate Proof Living Environment (CliPLivE), 2012 URL: http://cliplive.infoeco.ru/compare/?language_key=ru.

14. Парамонова Т. А., Романцова Н. А. Сравнительный анализ поступления цезия-137 и калия-40 в травянистую растительность на радиоактивно загрязненной территории Тульской области // «Живые и биокосные системы». 2013. № 5.

15. ISCORS Assessment of Radioactivity in Sewage Sludge: Modeling to Assess Radiation Doses URL: http:// www.iscors.org /pdf/ FinalDoseMode-ling.pdf.

16. Радиационно-гигиеническая паспортизация в Санкт-Петербурге по итогам 2015 года URL: http://78.rospotrebnadzor.ru/c/document_library /get file?uuid=27b150a8-6365-47c5-89aa-f299bbd58781&groupId=935484.

17. СанПиН 2.6.1.2523-09 Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009 https://ohranatruda.ru/upload/iblock/240/4294849846.pdf.

Дрегуло Андрей Михайлович, канд. биол. наук, ст. науч. сотр., Adregulo@bk.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук

DISTRIBUTION AND SPECIFIC ACTIVITY OF SOIL RADIONUCLIDES IN THE SOILS

OF PASTENVIROMENTAL DAMAGE

A.M. Dregulo

The results of the distribution and specific activity of radionuclides in soils of the object of past environmental damage which is located in the segment of water disposal systems (landfill sludge). A certain characteristic similarity of the content in radium soils is 226, ra-dium-228 as daughter products of thorium decay 228. Environmental risks of radionuclides entering the soil of the object of past environmental damage. The revealed activity of radio-nuclides makes it possible to assess this object of environmental damage as dangerous from the position of radioecology.

Key words: radionuclides, sewage sludge, soil, past environmental damage

Dregulo Andrei Mikhailovich, PhD. (Biology), Senior Researcher, Adregulo@bk.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint- Petersburg research center for environmental safety of the Russian Academy of Sciences

Reference

1. Strategy of ecological safety of the Russian Federation for the period up to 2025 URL: http://static.kremlin.ru/media/ events / files / ru / 2AhtZIMnFqpHDdr DwKeIdIDVD8 P4AKRr.pdf 01.01.2018.

2. Panov VP, Dregulu AM The content of heavy metals in the waste silts and sediments of biological treatment plants (on the example of St. Petersburg) // Safety in the tech-nosphere. 2010. No. 3. S. 37-39

3. Dregulu AM, Vitkovsky R.F., Petrov A.N. Objects of the past ecological damage and problems of soil utilization of sludge and sewage sludge // Bulletin of Saint-Petersburg State University of Technology and Design. Natural and technical sciences. Sir 1: 2016. No. 1. S. 68-71.

4. Dregulu AM, Pitulko V.M. An analysis of technical solutions due to the attraction of heavy metals from heterogeneous waste of drainage systems // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences. 2018. Issue 2 C. 60-64

5. Dreguly AM Problems of pollution of the environment of sludge-kami mud of different life cycle cycles // Agrochemistry. 2016. No. 8. S. 88-92.

6. Dregulu AM, Pitulko VM, Kulibaba VV Risks of formation of methylated forms of mercury in objects of past ecological damage // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences. 2017. Issue 2. S. 26-39

7. Larsen I. L., Stetar E. A, Glass K. D. In-house screening for radioactivity sludge at a municipal wastewater treatment plant. Radiation Protection Management 12: 29-38; 1995

8. Puhakainen M. Detection of radionuclides originating from Lovils nuclear power plant in municipal sewage sludge / http: // www.iaea.org/inis/collection/

NCLCollectionStore/_Public/33/071/33071267.pdf

9. Optimization of radiation monitoring conducted in the subjects of the Russian Federation in the framework of radiation-hygienic certification / A.N. Barkovsky, NK Ba-ryshkov, K.A. Saprykin, N.V. Titov // Radiation Hygiene. 2014. T. 7. No. 1. S. 36-48.

10. Report on the environmental situation in St. Petersburg in 2013 / edited by I. A. Serebritsky St. Petersburg: LLC "United Building Portal", 2014. - P.64.

11. Radioactive isotopes in soil and vegetation cover. Series of preprints. Sverdlovsk, 1979 C.8.

12. Evaluation of Radioactivity in Sewage Sludge: Guidelines for the Management of Radioactive Materials in Sewage Sludge and Ash at Publicly Owned Treatment Works Technical Report 2004-04. February 2005 URL: https://www.nrc.gov/docs/ML1034/ ML103400184.pdf.

13. Climate Proof Living Environment (CliPLivE), 2012 URL: http://cliplive.infoeco.ru/ compare/?language_key=en.

14. Paramonova T. A. Romantsova N. A. Comparative analysis of cesium-137 and potassium-40 in the herbaceous vegetation on the radioactively contaminated territory of the Tula region // "Living and biocosystems." 2013. No. 5.

15. ISCORS Assessment of Radioactivity in Sewage Sludge: Modeling to Assess Radiation Doses URL: http: // www.iscors.org/pdf/FinalDoseModeling.pdf.

16. Radiation and hygienic certification in St. Petersburg by the end of 2015 URL: http://78.rospotrebnadzor.ru/c/document_library/get_file?uidid=27b150a8-6365-47c5-89aa-f299bbd58781 & groupId = 935484.

17. SanPiN 2.6.1.2523-09 Radiation Safety Standards NRB-99/2009 https://ohranatruda.ru/upload/iblock/240/4294849846.pdf.