На правах рукописи

Мауричева Татьяна Станиславовна

Количественная оценка поступления радионуклидов

в окружающую среду при работе угольных ТЭ -

(на примере ТЭЦ-1 г. Северодвинска)

Специальность 25.00.36 Ц Геоэкология

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Москва-2007

Работа выполнена в Институте экологических проблем Севера, Уральского отделения Российской Академии наук (г. Архангельск)

Научный руководитель:

Доктор геолого-минералогических наук Г.П. Киселев

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук В.И. Макаров

Кандидат геолого-минералогических наук В.А. Габлин

Ведущая организация: Российский государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе (РГГРУ)

Защита диссертации состоится 17 мая 2007г. в 14 часов 00 мин. на заседании Диссертационного совета Д 002.048.01 при Институте геоэкологии РАН по адресу: Москва, ул. Николоямская, д.51

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геоэкологии РАН по адресу: 101000, Москва, Уланский переулок, 13 Институт геоэкологии РАН.

Автореферат диссертации разослан л 10 апреля 2007г.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 101000, Москва, Уланский переулок, 13 Институт геоэкологии РАН. Ученому секретарю диссертационного Совета Д002.048.01 доктору геолого-минералогических наук С.М. Семенову.

Уголь является наиболее распространённым минеральным видом топлива, мировые ресурсы которого значительно превосходят запасы нефти, газа, радиоактивного сырья. Самым крупным потребителем угля является теплоэнергетика. Внедрение современных технологий позволит снизить отрицательные последствия процесса сжигания угля, что будет способствовать еще более интенсивному развитию мировой угольной теплоэнергетики.

Актуальность проблемы. Каменный уголь содержит смесь рассеянных радиоактивных изотопов урана, тория и калия. В процессе сжигания угля происходит обогащение радионуклидами золы и шлака. За счет углеуноса, дымовых выбросов, миграций с золоотвалов радионуклиды поступают в окружающую среду и создают дополнительную радиационную нагрузку. В настоящее время не существует единой методики количественной оценки поступления радионуклидов в окружающую среду при сжигании угля, что затрудняет проведение радиоэкологических изысканий для территорий расположения станций.

Для интенсивного промышленного развития Северных территорий Европейской части России потребуются новые энергетические источники, которые могут быть как угольными, что может быть обеспечено за счет больших запасов и близкого местоположения Печорского угольного бассейна, так и атомными (например, за счет создания малых плавучих АЭС на базе судостроительных предприятий г. Северодвинска - Центра Атомного судостроения).

С целью принятия оптимального решения по выбору типа нового энергетического источника необходимо сделать оценку радиационной нагрузки на среду уже существующих энергетических объектов данных территорий, которые в основном являются угольными теплоэлектростанциями.

Таким образом, разработка методики количественной оценки радиационного воздействия угольных ТЭ - на природные и антропогенные ландшафты является актуальной проблемой.

Цель работы. Провести количественную оценку радионуклидов, поступающих в окружающую среду при работе угольной теплоэлектростанции, на примере ТЭЦ-1 г. Северодвинска Архангельской области, мощностью 188,5 МВт, работающей на угле Интинского месторождения Печорского угольного бассейна.

Задачи исследования. 1. Сопоставить значения радиоактивности углей мира и России. 2. Провести анализ строения Интинского месторождения Печорского угольного бассейна в связи с устойчивостью состава угля. 3. Определить возможное изменение радиоактивности Интинского угля по мере выработки месторождения. 4. Составить единую схему радиационного воздействия угольно-топливного цикла на окружающую среду. 5. Разработать основные положения методики количественной оценки поступления радионуклидов в окружающую среду при работе угольных ТЭЦ. 6. Провести количественную оценку радионуклидов, поступающих в окружающую среду при сжигании угля на исследуемой ТЭЦ-1 г. Северодвинска. 7. Показать для ТЭЦ-1 г. Северодвинска основные пути поступления радионуклидов в окружающую среду.

Научная новизна. Показано, что угли с Интинского месторождения, используемые на ТЭЦ-1 г. Северодвинска, имеют радиоактивность значительно меньшую, чем угли мира. Установлено, что при пылевидном сжигании угля Интинского месторождения в камерных топках ТЭЦ-1, коэффициенты обогащения 40К, 226Ra, 232Th для золы составили: 2,8; 2,6; 2,1; для шлака соответственно 2,6; 2,9; 2,6. Показано, что при существующем технологическом режиме ТЭЦ-1 основными источниками поступления радионуклидов в окружающую среду являются: золоотвал и углеунос. Предложенные положения количественной оценки поступления радионуклидов в окружающую среду при работе ТЭЦ-1 г. Северодвинска могут быть использованы и для других угольных теплоэлектростанций.

Положения, выносимые на защиту.

1. Угли Интинского месторождения и продукты его сжигания имеют радиоактивность значительно ниже среднемировых значений.

2. Пласты и состав угля Интинского месторождения являются выдержанными в пространстве, что определяет их устойчивую радиоактивность в процессе добычи.

3. Количественная оценка поступления радионуклидов в окружающую среду при сжигании угля на ТЭ - включает в себя: расчет максимальных приземных концентраций радионуклидов за счет выбросов золы-уноса; определение расстояние от источника выброса, на котором они будут обнаружены; расчет годовых выпадений радионуклидов на поверхность земли; определение количества радионуклидов поступающих в окружающую среду с углеуносом и на золоотвал.

4. Показано, что по значимости основными источниками поступления радионуклидов в окружающую среду при работе угольной ТЭЦ-1 г. Северодвинска являются: золоотвал, углеунос и дымовые газы.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на заседании Ученого Совета Института экологических проблем Севера АН - УрО РАН в г. Архангельске (2003 г.), на Годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии Сергеевские чтения в г. Москве (2004 г.), на II Всероссийской научно - практической конференции Химическое загрязнение среды обитания и проблемы экологической реабилитации нарушенных экосистем в г. Пенза (2004г.), на Международной конференции Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека в г. Томске (2004 г.), на XI Международном экологическом симпозиуме Урал атомный, Урал промышленный в г. Екатеринбурге (2005г.), на заседании Ученого Совета Института экологических проблем Севера АН - УрО РАН в г. Архангельске (21 ноября 2005 г.), на Годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии Сергеевские чтения в г. Москве (2006 г.), на Всероссийской конференции с международным участием Академическая наука и ее роль в развитии производительных сил в северных регионах России в г. Архангельске (2006 г.).

Практическая значимость. Результаты исследований показали, что интенсивными источниками поступления радионуклидов в окружающую среду являются золоотвал и углеунос. Необходимо проводить мероприятия по предотвращению миграционных процессов и пыления золоотвала, применять технические решения, максимально препятствующие уносу частиц угля с открытых складов его хранения.

В связи с местоположением изучаемой станции (г. Северодвинск - Центр атомного судостроения), при оценке радиационного воздействия на среду предприятий атомного судостроения следует учитывать вклад ТЭЦ-1 в радиационное загрязнение почв их санитарно защитных зон.

Для комплексной количественной оценки радиационного воздействия угольных ТЭ - на окружающую среду следует учитывать не только количество радионуклидов, поступающее при сжигании топлива на станциях, но и оценивать их поступление в среду в процессе добычи на месторождениях, при транспортировке и хранении угля.

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 9 научных работах (8 - в материалах Всероссийских и международных конференций, 1 - статья в ж. Вестник Поморского университета - журнал ВАКа).

Фактический материал. При написании работы использованы результаты исследований проб угля Интинского месторождения, его золы и шлака на содержание в них радионуклидов: 40К, 226Ra, 232Th. Все пробы были отобраны работниками исследуемой ТЭЦ-1 и лично автором. Измерения активности радионуклидов выполнены в лаборатории экологической радиологии ИЭПС УрО РАН автором. Для расчетов также были использованы метеорологические характеристики района расположения исследуемой ТЭ - и технические характеристики самой станции. Схема расчетов применительно к ТЭЦ-1 и балансовое уравнение распределения радиоактивности в продуктах сжигания угля разработаны автором.

Диссертация общим объемом 147 страниц состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (из 136 наименований), содержит 35 таблиц, 17 рисунков.

Диссертационная работа выполнялась в рамках плановых тем лаборатории экологической радиологии ИЭПС УрО РАН: Комплексное изучение естественных и техногенных гамма-активных изотопов в геосфере Севера с целью установления скоростей антропогенного воздействия на экосистему, номер госрегистрации 01.99.00 11331 и Комплексные альфа- и гамма-спектральные исследования фракционирования радиоактивных изотопов в природных средах Севера, регистрационный номер 01.200.115371.

Автор выражает глубокую признательность Председателю Архангельского Научного Центра РАН, член-корр. РАН Ф.Н.Юдахину и руководителю работы дг-мн Г.П.Киселеву, которые оказали активную поддержку предложенному направлению исследований. Автор благодарит всех работников ТЭЦ-1 г. Северодвинска за большую помощь в отборе проб угля, золы и шлака.

Содержание работы. Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы, приведены результаты апробации диссертационного исследования.

В первой главе сделан обзор литературы по основным теоретическим вопросам темы: характеристика углей, их радиоактивность; геохимия естественных радионуклидов в углях, пути поступления радионуклидов в окружающую среду при добыче и использование угля; радиационное воздействие угольных ТЭ - на окружающую среду и здоровье человека. Естественная радиоактивность углей на 70-90% обуславливается радиоактивными рядами урана и тория и на 10-30% - калием. Величина гамма - активности углей составляет 20-30% активности вмещающих пород.

Согласно данным UNSCEAR (2000) среднемировые концентрации радионуклидов в углях находятся в диапазонах Бк/кг: 140-850 для 40К; 17-60 для 226Ra; 11-64 для 232Th. В России наибольшей удельной радиоактивностью обладают угли шахт Подмосковного, Донецкого, Львовско-Волынского бассейнов, Березовского, Азейского, Харанорского месторождений (Крылов, 1995). При добыче и использовании угля в окружающую среду поступают естественные радионуклиды, которые способны аккумулироваться, мигрировать и создавать дополнительную радиационную нагрузку на среду. Автором были проанализированы основные пути поступления радионуклидов и разработана комплексная схема радиационного воздействия угольно-топливного цикла (УТЦ) на окружающую среду (рис. 1).

Рис. 1. Радиационное воздействие УТ - на окружающую среду

Для обеспечения энергетических потребностей Северного и Северо-Западного экономических регионов России, большое значение имеет Печорский угольный бассейн. В границах Печорского бассейна в настоящее время известно более десятка угольных месторождений, которые резко различаются по составу и качеству добываемых углей, что объясняется сложным геологическим строением бассейна.

Во второй главе приводится краткая характеристика Печорского угольного бассейна: геотектонические этапы развития, литолого-стратиграфическая характеристика отложений, строение угольных пластов, качественные показатели углей основных месторождений бассейна.

Вся территория Печорского угольного бассейна покрыта четвертичными отложениями, мощность которых достигает в отдельных районах 200 м. Угленосная формация бассейна представлена как морскими, так и континентальными осадками и содержит большое количество органических остатков. Региональная литолого-стратиграфическая схема позволяет выделить и охарактеризовать отложения перми Печорского угольного бассейна в сериях: юньягинская, воркутская, печорская. В составе большинства углей Печорского бассейна преобладают микрокомпоненты группы витринита. Среди минеральных примесей преобладают глинистое вещество и кварц. В границах Печорского бассейна условно выделены четыре угленосных района: Воркутинский, Интинский, Хальмерюсский и район гряды Чернышева. В этих районах известно 18 угольных месторождений. Пласты и состав угля Интинского месторождения являются выдержанными в пространстве, что определяет их устойчивую радиоактивность в процессе добычи. В течение многих десятилетий Интинское месторождение является основным источником энергетического угля для ТЭЦ-1 г. Северодвинска Архангельской области.

В третьей главе представлена программа работ, объект, методики, объем и результаты проведенных исследований.

Объект изучения - угольная ТЭ - мощностью 188,5 МВт, работающая с 1941 года и по настоящее время. Основным топливом для работы исследуемой ТЭ - является каменный уголь марки Д Интинского месторождения Печорского угольного бассейна. Дымовые газы очищаются в золоуловителях, с коэффициентом полезного действия 94 - 96 процентов и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу высотой 200 м. На станции работает система гидрозолоудаления.

В течение 7 месяцев с декабря 2002 года по июнь 2003 года на изучаемой теплоэлектростанции были проведены отборы проб угля, а также продуктов его сжигания, золы и шлака.