Физико-химические методы контроля массопереноса в системе «отходы урановых руд — окружающая среда» на примере Дигмайского хвостохранилища Таджикистана

Актуальность темы

На современном этапе развития общества решение проблемы обеспечения его возрастающих энергетических потребностей все в большей мере связывается с атомной энергией, получение которой обеспечивается функционированием предприятий ядерно-топливного цикла в состав которого входят разнопрофильные предприятия, работающие на конечную цель-высвобождение энергии ядра для нужд человечества. Вместе с тем, развитие атомной энергетики напрямую связано с увеличением отрицательного воздействия ее отдельных технологических стадий на природную среду.

Вопросам физико-химических воздействий на окружающую среду отходов переработки урановых руд и продуктивных растворов подземного и кучного выщелачивания урана, концентрирующихся в хвостохранилищах горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, задачам управления отходами и хвостохранилищами оказывается недостаточное внимание.

Основная масса радиоактивных отходов непосредственно поступает в окружающую среду и по величинам активности в ней радионуклидов, их радиационное воздействие на население и экосистему может создавать ситуации, требующие проведение мероприятий по локализации и снижению воздействия отрицательных факторов. Поэтому на всех объектах, связанных с физико-химическими процессами, влияющими на радиационную обстановку, мониторинг радиоактивных загрязнений объектов природной среды приобретает все большую актуальность.

Налаженный физико-химический и радиационный контроль позволит своевременно выявлять изменения в радиационной обстановке, разрабатывать и реализовать мероприятия по снижению доз облучения населения, предотвращать или локализовать загрязнение территорий, атмосферы и гидросферы и биосферы. ''1 '4.

Особенно остро эта проблема стоит в Северном Таджикистане. За более чем шестидесятилетний период промышленного освоения атомной энергии здесь накоплено значительное количество радиоактивных отходов. На Дигмайской возвышенности располагается хвостохранилище радиоактивных отходов, до настоящего времени относящееся к категории «действующее» и представляющее реальную опасность, выражающуюся в загрязнении воздушного, водного бассейнов, почвенно-растительного покрова в районе его влияния. Радиационная обстановка в районе хвостохранилища определяется не только уровнем радиоактивного загрязнения, но также процессами, контролирующими миграцию радионуклидов таких как 238и, 226Яа, 232ТЬ, 40К. Здесь крайне необходим радиационный мониторинг загрязненных территорий, охватывающий все сферы природной среды и служащий основой дифференцированной радиоэкологической оценки и планирования реабилитационных мероприятий. ' ' «.

В предлагаемой работе рассматриваются физико-химические проблемы, связанные с постановкой, реализацией' и проведением радиоэкологического мониторинга, проводится анализ, и представляются некоторые результаты мониторинга радиоактивных загрязнений в районе Дигмайского хвостохранилища. 1.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ.

Целью настоящей работы является разработка и реализация комплекса физико-химических методов, позволяющих сформировать всесторонний радиоэкологический мониторинг на хвостохранилищах отходов гидрометаллургической переработки урановых руд, и на этой основе оперативно решать вопросы управления отходами, контролировать состояние и оценивать экологические риски, связанные с хвостохранилищами на различных стадиях их эксплуатации.

В соответствии с поставленной целью в процессе выполнения исследований были решены следующие задачи:

— изучены физико-химические особенности радиоактивных отходов Дигмайского хвостохранилища;

— изучены физико-химические процессы миграции, приводящие к загрязнению биосферы, гидросферы и атмосферы отходами хвостохранилища и содержащимися в них компонентами;

— разработан комплекс физико-химических и радиометрических методов4 контроля за состоянием объектов окружающей среды;

— исследованы на моделях процессы диффузии радона в нейтральных грунтах различного фракционного состава, по результатам которых возможен выбор их оптимального соотношения.

Научная новизна работы. На основании радиологических замеров и физико-химических анализов определены границы контуров загрязнения поверхности и подземных вод. Исследована динамика загрязнения атмосферы радоном в зависимости от времени года. Изучены процессы диффузии радона на моделях с нейтральным грунтом различного гранулометрического состава: Показано, что наиболее эффективно на замедление кинетических процессов влияют грунты, содержащие максимальное количество мелких фракций.

По результатам изучения процессов абиогенной и биогенной миграции элементов загрязнителей выявлено, что корневая система доминирующих растений — сосредоточена в почвенном слое с основным содержанием радионуклидов. Определены коэффициенты биологического поглощения растений и перехода радионуклидов в системе «хвостохранилище — почварастение».

В результате биогеохимических исследований впервые получены данные по загрязнению почв и растительности в санитарно-защитной зоне хвостохранилища, выделена группа основных элементов загрязнителей и на основании предложенной комплексной функции загрязнения прослежено их поведение в системе за период с 1991 по 2009гг.

Практическаягзиачимость работы. Полученные в работе количественныё данные характеризующие радиоэкологическую обстановку в районе.

4 Д.

Дигмайского хвостохранилища использованы дляразработки текущих природоохранных мероприятий. Автором предложена и организована реперная сеть радиационного мониторингавключающая 22 контрольные площадки на. загрязненной радионуклидами территории и запределамисанитарно-защитной зоны хвостохранилища.

Получены предварительные исходные: данные для проектирования работ по консервации хвостохранилища^{реабилитации} загрязненныхтерриторий. Основные положения диссертации, выносимые на защиту: — -результаты^ исследованияфизико-химических процессов? миграции, приводящие к загрязнениюбиосферы, гидросферы и атмосферы отходамихвостохранилища т содержащимися в них компонентами, включающие анализ экспериментальных данных, оценку покомпонентного состава' отходов^ показатели среднегож максимального содержания радионуклидовi в отходахпочвах и подземных водах;

— динамика, изменения эксхаляции '222Rh с. поверхности Дигмайского хвостохранилища при различных метеоусловиях;

— результаты исследований' на моделях процесса диффузии" Rn в нейтральных грунтах различного гранулометрического состава, рекомендуемые для консервирующего покрытия хвостохранилища;

— оценка миграции долгоживущих радионуклидов в системе «хвостохранилище — почва — растение»;

— оценка динамики загрязнения подземных вод. v. -" .

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 научных статей и 8 тезисов докладов^.

Апробацияi работы. Основные' положения? диссертации обсуждались на Международной* научно-практической5 конференции «Актуальные проблемы, урановой промышленности» (г.Алматы, 2004 г.) — Международной' конференции «Ферганская долина: — основные проблемы техногенных наследий, урановое наследие в Таджикистане» (г.Кайраккум/ 2005 г.) — Rehabilitation of uranium mines in northern Tajikistan (Norway, 2006 г.) — Ii Республиканской научно-практической конференции"Использование современных технологий в переработке горных минералов и металлургии «(г.Чкаловск, 2008 г.) — III Республиканской конференции «Единение нации и развитие науки и техники» (г.Чкаловск, 2009 г.) и VI — Нумановских чтениях (г.Душанбе, 2009 г.) — Республиканской конференции «Актуальные проблемы преподавания естественных и технических наук в средних и высших школах». (г.Худжанд, 2010) — на техническом совете ГП «Востокредмет».

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа представляет собой рукопись, изложенную на 124 страницах компьютерного набора, содержит: введение, обзор литературы, результаты исследований и их обсуждение, выводы, список цитируемой литературы, включающий 97 наименований библиографических ссылок, а также приложение. Работа иллюстрирована 24 рисунками и 25 таблицами.

вывзоды.

1. Изучены изотопный и химический состав радиоактивных отходов Дигмайского хвостохранилища. Показано, что радиоактивное загрязнение на 95−98% обусловлено 226Ка и продуктами его распада 210Ро, 210РЬ. Загрязнение тяжелыми металлами связано с физико-химическими и радиологическими особенностями радиоактивных отходов и определяется содержанием и формой нахождения в них и, Мп, V, Сг, Мо, РЬ,.

2. Изучены физико-химические процессы миграции элементов, приводящие к загрязнению биосферы, гидросферы и атмосферы отходами хвостохранилища и содержащимися в них компонентами. По результатам радиологических замеров и физико-химических анализов определены масштабы и динамика.

1. > и. ч" загрязнения.

3. По данным экспериментальных исследований и математического моделирования оценен выброс радона с поверхности хвостохранилища и установлены причины, приводящие к его резкому возрастанию. Рассчитаны концентрации радона на высоте до 2 м над поверхностью хвостохранилища. Установлено, что максимальный вынос радона за пределы хвостохранилища не превышает 1 км.

4. На моделях исследованы процессы диффузии радона в нейтральных грунтах различного гранулометрического состава. Показано, что наиболее эффективно замедление диффузионных процессов происходит в грунтах с максимальным содержанием мелких фракций.

5. Разработан комплекс физико-химических и радиометрических методов радиоэкологического мониторинга хвостохранилища и предложены пути его реализации.