CC BY
216
УДК 621. 039. 7
Сидорова Галина Петровна Galina Sidorova
Овсейчук Василий
Афанасьевич Vasiliy Ovseychuk
Крылов Дмитрий Алексеевич Dmitry Krylov
ПРОБЛЕМЫ УГОЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ, СВЯЗАННЫЕ С РАДИОАКТИВНОСТЬЮ УГЛЕЙ
PROBLEMS OF COAL ENERGY RELATED WITH COAL RADIOACTIVITY
Дан анализ содержания 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.
Проведена систематизация информации по радиационному воздействию на здоровье производственного персонала в угольных шахтах и на здоровье населения, проживающего в районах расположения предприятий угольной промышленности, а также по радиационной обстановке в районе расположения угольных электростанций.
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
Ключевые слова: уголь, золошлаковые отходы ТЭС, уран, торий, радиоактивность, естественные радионуклиды (ЕРН), выбросы ЕРН в окружающую среду, радиационно-экологическая безопасность
The article analyzes the content of radionuclides in various fields and coal ash waste in coal-fired plants. The problems of coal with a high content of natural radionuclides use and methods of their solutions in Urtuysk brown coal deposit of Transbaikalie are discussed.
Systematization of information produced by the effects of radiation on the staff's health in the coal mines and the health of the population living in the vicinity of the coal industry, as well as on the radiation situation in the area of coal-fired plants.
The reported data show that coalmines are not only the sources of radiation exposure to personnel of coal mines but also the public exposure in cities and towns with coal companies
Key words: coal, slag waste thermal power plants, uranium, thorium, radioactivity, natural radionu-clides (NRN), NRN emissions into environment, radiation and environmental safety
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.
В представленной статье авторы уделяют внимание одной из наиболее актуальных экологических проблем угольной энергетики — загрязнению окружающей среды естественными радионуклидами (ЕРН).
По данным известного российского геохимика Я.Э. Юдовича и его сотрудников [1], среднее (кларковое) 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 др.
По данным [2], в США, в штате Южная Дакота, в ряде пластов лигнита обнаружили аномальное содержание урана, которое достигало 1600...3200 г/т. В итоге исследований к 1958 г. на западе США обнаружены промышленные месторождения урана в углях.
В [3] приводятся данные о том, что в штате Южная Дакота при ежегодной добыче около 1,4 млн т лигнитов попутно извлечено свыше 660 т U3O8 [3].
Среднее содержание урана в штатах Северной и Южной Дакоты и Монтаны ( восточная часть) оценивалось величиной около 800 г/т [3].
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-гигиеничес-кого контроля, уголь используется на ТЭС, котельных и в частных домах. Зола и шлак, образующиеся при сжигании углей, обогащены ЕРН. Золошлаковые отвалы ТЭС
занимают огромные территории, образуя с годами, по сути, техногенные месторождения ЕРН. Выбрасываемая в атмосферу их труб котельных и ТЭС летучая зола, оседает на растениях и почве.
Удельная активность ЕРН в углях различных месторождений различается в 100...1000 раз и более [4].
Значительной проблемой при решении вопросов радиационно-гигиенического контроля углей является то, что до настоящего времени нет как отечественных, так и международных нормативно-методических документов, определяющих требования к содержанию радионуклидов в сжигаемых углях.
Действующими в России нормами радиационной безопасности (НРБ-99/2009) определены ограничения содержания радионуклидов только в продуктах сжигания углей (зола, шлак), при использовании их в строительных целях. Угли по радиационному признаку не нормируются.
Отсутствие для углей нормативных документов по содержанию радионуклидов приводит к организационным, методическим и техническим трудностям при организации систем контроля радиационного качества угля.
Примером отработки углей с повышенным содержанием ЕРН может служить многолетний опыт, применяемый при добыче Уртуйских углей. Геологоразведку этого месторождения проводило геологическое объединение, специализирующееся на поисках и разведке радиоактивного сырья. Промышленное освоение Уртуйского месторождения начато в 1986 г. Приаргун-ским 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 приняты требования норм радиационной безопасности о непревышении дозы облучения населения 1 мЗв / год (на одного человека) и активности зо-лошлаковых отходов (ЗШО), которые могут использоваться в строительных целях в населенном пункте, не более 370 Бк/кг. В результате проведенных исследований выполнены « Обоснования...», учитывающие условия сжигания углей на Краснокаменс-кой ТЭЦ, входящей в ППГХО и в бытовых печах, рассеяние выбрасываемых с продуктами сжигания ЕРН, закономерности поступления радиоактивных веществ по
ингаляционнои и пищевои цепочкам в организмы животных и человека. Обоснования 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-ги-гиеническому фактору [5, 6,7].
На Уртуйском разрезе создан пункт управления качеством угля по типу автомобильной радиометрической контрольной станции для сортировки урановых руд (см. рисунок).
Контроль автосамосвалов с углем на РКС разреза «Уртуйский»
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 0,6...32,8 г/т, а тория — 0,8...32 г/т» [8].
Однако в угле, добываемом на ряде шахт и разрезов, зафиксировано повышенное содержание урана и тория. В таблице по [9] представлены данные по повышенным концентрациям урана и тория в товарных углях, добываемых на угольных предприятиях в Кемеровской области, г/т.
Шахта, разрез Уран Торий
Бутовская 5,9 7,9
Им. Волкова 9,6
Бирюлинская 9,0
Березовская 7,2
Ягуновская 9,8
Им. Шевякова 7,8 9,0
Разрез Итатский *) 56,9 (6,0...139) 2,4 (0,2.9,9)
*) Первое число — среднее значение, в скобках — минимальное и максимальные значения
Из данных таблицы видно, что со- значения, характерные для Кузбасса: уран держание урана в углях, добываемых на — среднее — 56,9; вариации (6.139) г/т. Итатском разрезе, значительно превышает
Радиационное облучение персонала угольных предприятий и населения, проживающего в городах с угледобывающими предприятиями
Персонал угольных предприятий и население, проживающее в районе их расположения, подвергается воздействию широкого комплекса радиационно опасных факторов [10].
На парламентских слушаниях «Об обеспечении радиационно-экологической безопасности в ТЭК», проведенных 17 июня 1997 г. в комитете по экологии Государственной думы, рассмотрены результаты радиационных обследований угольных шахт, выполненных в 1993-1997 гг. ВНИ-ПИпромтехнологии совместно с институтом горного дела им. А.А. Скочинского. По результатам этих обследований показано, что в угольных шахтах радиационная опасность обусловлена выделением 222Ип в воздушное пространство, присутствием 226Иа и 228Иа в углях и вмещающих породах [11].
Установлено, что на 24 % из 159 обследованных шахт значения эффективной дозы облучения отдельных работников достигают установленного нормами радиационной безопасности (НРБ-99/2009) 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 [11].
По данным [12], «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. Та-
кое наблюдалось в 7 из 16 обследованных шахт Кузбасса».
В публикации [13] 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».
На большинстве российских шахт рабочая атмосфера проветривается достаточно интенсивно (воздуохообмен менее 2500 с) . Однако, по предварительным данным обследования угольных шахт России, время воздухообмена в отдельных шахтах превышает 4000.5000 с. В результате среднее значение уровня суммарного воздействия на легкие может быть в 2.3 раза выше предельно допустимого норматива для шахтеров не урановых рудников [14].
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 [13].
По данным исследований, проведен- тивные аномалии с интенсивностью 20.60
ных в 1991 г. сотрудниками ВНИИХТ, мкР/ч — 48 точек и свыше 40 мкР/ч — 63
ВНИПИПТ, ВНИГРИуголь, на террито- точки. рии поселка Итатский выявлены радиоак-
Радиационные выбросы от ТЭС и их опасность для людей и окружающей среды
При сжигании угля на ТЭС количество радионуклидов, выходящих в атмосферу, зависит от концентрации их в угле, метода сжигания угля, а также от эффективности улавливания летучей золы. При сжигании угля за счет выгорания углерода и удаления из угля летучих соединений происходит концентрирование радионуклидов в продуктах сгорания угля.
По данным американских специалистов [15], 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 золошла-ковом материале, образующемся при сжигании такого угля, содержание урана составляет 902,6 г/т [16].
По [17], загрязненность ЗШО ЕРН на отдельных российских ТЭС (исследовались около 50 ТЭС, на которых использовались 20 видов углей) при сжигании некоторых углей, например, подмосковных и азейс-ких, повышена и достигает 520 Бк/кг при нормативе их бесконтрольного использования в строительстве 370 Бк/кг.
Изучение накопления радионуклидов в золошлаковых отходах ТЭС в процессе сжигания углей Дальнего Востока (Нерюн-гринского, Чегдомынского, Харанорского, Райчихинского, Ургальского, Лучегорско-го) показало, что концентрация естественных радионуклидов 40К и 226Иа в золе увеличивается от 2 до 8 раз по сравнению с исходным дальневосточным углем, а 232ТЬ — от 3 до 8 раз. В шлаковых отходах удельная активность 40К возрастает от 2 до 7 раз, 232ТИ—от 3 до 9 раз, а 226Иа—от 3 до 8 раз» [18].
Согласно ст. 2.1 Директивы 1РРС 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 [19].
Ряд исследователей 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.
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, уловленными природоохранным оборудованием на ТЭС) имеет большую радиоактивность, чем зола, уловленная фильтрами электростанций
[15].
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 образования золы с повышенным содержанием ЕРН.
В России содержание ЕРН в добываемом угле, за исключение Уртуйского, не контролируется, и угли с повышенным содержанием ЕРН поступают к потребителю.
Опыт разработки Уртуйского 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
Литература_
1. Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Мерц А.В. Элементы-примеси в ископаемых углях. Л.: Наука, 1985. 239 с.
2. Виткалов В.Г., Рештаненко А.А. Обоснование концепции отработки ураноугольных месторождений Подмосковного бассейна / / Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 3. С. 40-45.
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. 2009. № 2. С. 43-45.
7. Овсейчук В.А., Крылов Д.А., Сидорова Г.П. Радиационные выбросы от угольных ТЭС // Вестник ЗабГУ. 2012. № 10. С. 24-29.
8. Арбузов С.И., Волостнов А.В., Машенькин В.С. Радиогеохимическая характеристика углей Северной Азии // Энергетик. 2010. № 3. С. 2-8.
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 принятой на Уртуйском угольном разрезе системы радиационного контроля углей на стадии отработки месторождений позволит до минимума снизить попадание углей с повышенным содержанием радионуклидов на ТЭС, в котельные и бытовые печи и радионуклидов в окружающую среду.
References
1. Yudovich Ja.Je., Ketris M.P., Merts A.V. Jele-menty-primesi v iskopaemyh uglyah [Impurity elements in fossil coals]. Leningrad: Nauka, 1985. 239 p.
2. Vitkalov V.G., Reshtanenko A.A. Gornyj in-formatsionno-analiticheskiy byulleten (Mining information-analytical bulletin), 2009, №. 3. P. 40-45.
3. Yudovich Ja.S. Gramm dorozhe tonny: Redkie jelementy v uglyah [Gram is more expensive than ton: trace elements in coals]. Moscow: Nauka, 1989. 160 p.
4. Davydov M.G., Timonina Ju.A. Teplojenerge-tika (Thermal energy), 2003, №. 12. P. 8-13.
5. Suhanov R.A., Sidorova G.P. Gornyj zhurnal (Mining journal), 2009, no. 2. P. 43-45.
6. Sidorova G.P. Gornyj zhurnal (Mining journal), 2009, №. 2. P. 43-45.
7. Ovseychuk V.A., Krylov D.A., Sidorova G.P. Vestnik ZabGU ( ZabGU Vestnik), 2012, №. 10. P. 24-29.
8. Arbuzov S.I., Volostnov A.V., Mashenkin V.S. Jenergetik (Energetik), 2010, №. 3. P. 2-8.
9. Исхаков Х.А., Счастливцев Е.Л., Кондратенко Ю.А., Лесина М.Л. Радиоактивность углей и золы // Кокс и химия. 2010. № 5. С. 41-45.
10. 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.
11. Шрамченко А.Д. Радиационная обстановка на предприятиях угольной промышленности / / ТЭК. 2000. № 3. С. 75.
12. 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: Кузбассвузиз-дат, 1999. С. 139-149.
13. Портола В.А., Киренберг А.Г. Выделение радона на шахтах Кузбасса // Безопасность труда в промышленности. 2000. № 9. С. 41-42.
14. 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.
15. Родс Р., Беллер Д. 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.
16. Нифантов Б.Ф., Заостровский А.Н., За-нина О.П. Горно-геологическое и технологическое значение распределения ценных и токсичных элементов в кузнецких углях // Уголь. 2009. № 12. С. 59-61.
17. Белюсенко Н.А., Соловьянов А.А. Принципы программного обеспечения радиационно-эколо-гической безопасности на объектах ТЭК России // Безопасность труда в промышленности. 1996. № 1. С. 30-34.
18. Крупская Л.Т., Матвиенко Т.И., Сама-гин В.Д. Содержание естественных радионуклидов в Дальневосточных углях и золошлаковых отходах тепловых электростанций // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2007. № 1. С. 51-53.
19. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ec.europa.eu/environment/air/pollutants/ stationary/ippc/index.htm
9. Ishakov H.A., Schastlivtsev E.L., Kondratenko Ju.A., Lesina M.L. Koks i himiya (Coke and Chemistry), 2010, №. 5. P. 41-45.
10. Romanov S.M., Shilov A.A., Guriyanova O.N. Bezopasnost truda v promyshlennosti (Security of labour in industry), 2009, №. 8. P. 26-27.
11. Shramchenko A.D. TJeK (TEK), 2000, №. 3. P. 75.
12. Aluker N.L., Vasiliev I.A., Eremenko A.N., Nechaev A.F. Jekologicheskie problemy ugledoby-vayushhej otrasli v regione pri perehode k ustoychi-vomu razvitiyu: Tr. mezhdunar. nauch.-prakt. konf. (Environmental problems in the region's coal mining industry in the transition to sustainable development, Articles of Intern. Scientific. Pract. Conf.) Vol. 2. Kemerovo Kuzbassvuzizdat, 1999. P. 139-149.
13. Portola V.A., Kirenberg A.G. Bezopasnost truda v promyshlennosti (Security of labour in industry), 2000, №. 9. P. 41-42.
14. Rogalis V.S., Shilov A.A., Guriyanova O.N. Gornyjinformatsionno-analiticheskiy byulleten (Mining information-analytical bulletin), 2011, №. 1. P. 299-304.
15. Rods R., Beller D. Byulleten MAGATJe (MAGATE Bulletin), 2000. Vol. 42. №. 2. P. 43-50. (42/2/2000 - June 2000). Vienna. Austria.
16. Nifantov B.F., Zaostrovskiy A.N., Zanina O.P. Ugol (Coal), 2009, №. 12. P. 59-61.
17. BelHusenko N.A., Soloviyanov A.A. Bezopasnost truda vpromyshlennosti (Security of labour in industry), 1996, №. 1. P. 30-34.
18. Krupskaya L.T., Matvienko T.I., Samagin V.D. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Gornyj zhurnal (News of higher educational institutions. Mining Journal), 2007, №. 1. P. 51-53.
19. Available at: http://ec.europa.eu/environ-ment/air/pollutants/stationary-/ippc/index.htm
Коротко об авторах_
Сидорова Г.П., канд. техн. наук, доцент каф. «Гидрогеология и инженерная геология», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия [email protected]
Научные интересы: экологические проблемы, связанные с отработкой угольных месторождений
Овсейчук В.А., д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник Забайкальского института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, Чита, Россия [email protected]
Научные интересы: геология, геотехнология урановых месторождений, охрана окружающей среды, радиационная безопасность
Крылов Д.А., канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник ФГУ РНЦ « Курчатовский институт», Россия [email protected]
Научные интересы: охрана окружающей среды, радиационная безопасность
_Briefly about the authors
G. Sidorova, candidate of technical sciences, assistant professor, Hydrogeology and Engineering Geology department, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: environmental problems connected with coal deposits working off
V. Ovseichuk, doctor of technical sciences, leading scientific employee of the Chita Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of the Russian Academy of Sciences, Chita, Russia
Scientific interests: geology, geotechnology of uranium deposits, protection of environment, radiation safety
D. Krylov, candidate of technical sciences. senior researcher RRC «Kurchatov Institute», Russia
Scientific interests: environmental protection, radiation safety
