способ определения участков загрязнения ураном окружающей среды

Формула изобретения

Способ определения участков загрязнения ураном окружающей среды, включающий отбор проб, пробоподготовку, анализ проб, выделение участков повышенных концентраций рудного элемента, отличающийся тем, что пробы отбирают из накипи солевых отложений в посуде для кипячения воды, взятой из верховодки или на глубине водоносного горизонта из скважин для питьевого водоснабжения, пробы высушивают при комнатной температуре, истирают до пудры, определяют в них содержание урана, выносят полученные значения на карту исследуемой территории, строят изолинии и по превышениям значений относительно фона выделяют участки загрязнения окружающей среды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геохимическому мониторингу окружающей среды для выделения участков, территорий и населенных пунктов экологического неблагополучия по содержанию урана в накипи, установления источников поступления элемента и зон влияния данного источника.

Установление территорий экологического неблагополучия интересует многих исследователей, при этом накипь в виде солевых отложений в посуде для кипячения воды является идеальной депонирующей средой. В накипи фиксируется уран, который может присутствовать как за счет природных повышенных концентраций в воде, так и техногенного воздействия промышленных предприятий. Накипь в посуде представляет собой многолетние солевые отложения, химический состав которых определяется исходным составом природных вод. Уран, накапливаясь в солевых образованиях, поступает в циклы миграции человека, при этом радиоактивный элемент считается почечным ядом. В накипи накапливаются также вещества в виде тяжелых металлов, редких и редкоземельных элементов, не подверженные процессам полного разрушения, которые особо опасны для живых организмов в виде растворимых составляющих.

Известен способ определения наличия рудных элементов, в том числе урана, в современных железистых осадках в водах поверхностных болот исследуемого района, выбранный в качестве прототипа [Полное описание к авторскому свидетельству СССР №409181, МКИ G01b 9/00, опубл. в Б.И., 1973, №48], включающий отбор проб железистых осадков из заболоченных участков, которые после просушивания и озоления анализируют на широкий круг рудных элементов. По аномально высоким концентрациям элементов-индикаторов оруденения выделяют потоки и ореолы их.

Однако этим способом проводят геохимические поиски рудных месторождений по современным железистым осадкам, выпадающих летом из поверхностных вод болот, что не позволяет проводить исследования в течение всего года.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа определения участков загрязнения ураном территорий и населенных пунктов экологического неблагополучия, позволяющий детализировать площади на стадии региональных или локальных эколого-геохимических исследований.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения участков загрязнения ураном окружающей среды, также как в прототипе, заключающемся в отборе проб, пробоподготовке, анализе проб и выделении участков повышенных концентраций рудного элемента, согласно изобретению у жителей исследуемого района пробы отбирают из накипи солевых отложений в посуде для кипячения воды, взятой из верховодки или на глубине водоносного горизонта из скважин для питьевого водоснабжения, пробы высушивают при комнатной температуре, истирают до пудры, определяют в них содержание урана, выносят полученные значения на карту исследуемой территории, строят изолинии и по превышениям значений относительно фона выделяют участки загрязнения окружающей среды.

Предлагаемый способ, по сравнению с известным, дает возможность конкретизировать участки повышенных содержаний урана в накипи, что позволяет устанавливать источники загрязнения и локализовать участки для детальных эколого-геохимических исследований.

Полученные с его помощью результаты повышают экологическую, геохимическую и социальную эффективность работ за счет оперативности и достоверности исследований, а также использования новой депонирующей среды.

Изобретение иллюстрируется графическим изображением в виде карты распределения урана в накипи из посуды жителей сельских населенных пунктов юга Томской области. Зачерненные треугольники на графическом изображении обозначают места взятия проб накипи. Цифровые значения изолиний указывают содержание урана в мг/кг, а затемненные участки (более 1,5 мг/кг) выделяют области аномального загрязнения территории.

В табл.1 приводятся средние содержания урана в пробах накипи из посуды жителей населенных пунктов юга Томской области по данным инструментального нейтронно-активационного анализа.

В табл.2 приводятся средние содержания кальция и железа в накипи из посуды жителей населенных пунктов юга Томской области по данным инструментального нейтронно-активационного анализа.

В табл.3 приводятся средние содержания урана в питьевых водах населенных пунктов юга Томской области по данным лазерно-люминесцентного анализа.

В табл.4 приводятся средние содержания урана в твердом осадке снега населенных пунктов юга Томской области по данным инструментального нейтронно-активационного анализа.

Пробы накипи отбирали из эмалированных чайников жителей 46 населенных пунктов юга Томской области, которые используют в качестве питьевой воды различные источники, в том числе, как воды верховодки, так и подземные воды глубоких горизонтов (палеогенового и палеозойского возрастов). Воды верховодки фиксируются на глубине 4 -6 метров, которые извлекаются с помощью колодцев или мелких индивидуальных скважин, а с более глубоких горизонтов (ориентировочно 120-150 метров) с помощью скважин. В качестве предмета исследования выступали солевые образования в виде накипи, которые отбирали из эмалированных чайников с помощью ножа, изготовленного из нержавеющей стали. Накипь осторожно снимали со стенок посуды ориентировочно весом 1-3 грамма. Пробу высушивали при комнатной температуре, затем истирали ориентировочно 0,5 грамма в агатовой ступке до пудры. Из истертой пробы 50 мг накипи упаковывали в алюминиевую фольгу и отправляли на инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА). Инструментальный нейтронно-активационный анализ выполняли в ядерно-геохимической лаборатории Томского политехнического университета согласно инструкции НСАМ ВИМС №410-ЯФ с облучением тепловыми нейтронами на исследовательском реакторе ИРТ-Т и последующем измерении на гамма-спектрометре с германий-литиевым детектором. Результаты определений сведены в табл.1.

В табл.2 приводятся средние содержания кальция и железа в накипи из посуды жителей населенных пунктов юга Томской области по данным ИНАА, по которым накипь представляет собой карбонатные образования с содержанием кальция до 39,7% в с.Филимоновка и примесью железа до 2,56% в с.Семеновка.

В накипи всех изученных населенных пунктов юга Томской области по аномальному содержанию урана выделяются 15 сел и поселков, у жителей которых в накипи установлены концентрации урана более 1,5 мг/кг. Высокие концентрации урана в накипи данных населенных пунктов сопоставимы с уровнями концентрации урана в кальцитах из гидротермальных урановых месторождений, локализованных в известняках нижнего кембрия (от 0,5 до 4 мг/кг, среднее 1,3 мг/кг) при фоновой концентрации 0,5 мг/кг [Рихванов Л.П., Язиков Е.Г., Сарнаев С.И. Уран и торий в карбонатных минералах. Статья I // Изв. ВУЗов. Геология и разведка, 1986. №7. - С.37-42; Рихванов Л.П., Язиков Е.Г., Сарнаев С.И. Уран и торий в карбонатных минералах. Статья II // Изв. ВУЗов. Геология и разведка, 1986. №8. - С.34-38].

Присутствие повышенных концентраций урана в накипи с.Семеновка обусловлено наличием радиоактивного элемента в питьевой воде, что характеризует естественную природу этого элемента, который устанавливается в горизонте бурых углей.

Скважина для питьевого водоснабжения в данном населенном пункте заложена вблизи этого горизонта. Воды данного горизонта характеризуются повышенной концентрацией урана 1,93 мкг/л (табл.3). Близкая ситуация устанавливается и для населенных пунктов Мазалово и Новорождественское.

Наблюдаются некоторые региональные различия химических составов накипи. На северо-востоке Томской области (с.с.Комсомольск, Новониколаевка, Филимоновка, Семеновка) солевые отложения обогащены урана, а на северо-западе области (cc.Коломинские Гривы, Бундюр) установлены низкие значения урана. Такие различия могут быть обусловлены деятельностью промышленных предприятий Томска и Северска, в том числе ядерно-топливного цикла - Сибирского химического комбината (СХК), учитывая, что роза ветров ориентирована в северо-восточном направлении. В твердом осадке из снега населенных пунктов cc.Минаевка, Новониколаевка, Филимоновка, Новокусково, попадающих в зону воздействия преобладающих ветров от СХК, фиксируются повышенные концентрации урана (табл.4).

В целях изучения пространственного распределения урана в накипи исследуемого района была построена схематическая карта (см. чертеж). Полученные результаты содержания урана в накипи жителей населенных пунктов вынесли на карту, после чего провели построение изолиний урана и по трехкратным превышениям значений относительно фона (0,5 мг/кг) выделили участки аномального содержания радиоактивного элемента.

Изучение характера пространственного распределения урана в накипи на изучаемой территории показывает, что в ряде случаев в них просматривается закономерность, позволяющая утверждать, что в восточной части территории выделяется зона с повышенной концентрацией урана в накипи (cc.Новорождественское, Мазалово), которая имеет природное происхождение, обусловленное наличием в данном районе (на глубине водоносного горизонта питьевых вод) ураноносных бурых углей. Это было отмечено ранее для с.Семеновка. В то же время на карте в центральной части площади (cc.Копылово, Светлый, Воронине) выделяются участки с аномальным содержанием урана за счет использования трещинных вод глубоких горизонтов палеозойского возраста. В северной части (cc.Наумовка, Черная Речка) территории выделяется участок загрязнения, который связан с использованием питьевых вод верховодки. Воды верховодки близко располагаются к поверхности и в них происходит аккумуляция урана в период массового снеготаяния.

Таким образом, состав накипи может служить предметом изучения и геохимического районирования при мониторинге территорий.

Таблица 2
Элемент	Населенные пункты (количество проб)
	с.Новониколаевка(5)	с.Филимоновка(3)	с.Комсомольск (5)	с.Семеновка(5)	с.Коломинские Гривы(5)	с.Бундюр(4)
	Накипь
Са, %	35,2	39,7	21,7	27,3	32,8	53
Fe, %	1,16	0,87	1,92	2,56	0,4	1,58

Таблица 3
Параметры	Населенные пункты (количество проб)
	с.Новониколаевка (5)	с.Филимоновка(3)	с.Комсомольск (5)	с.Семеновка (5)	с.Коломинские Гривы (5)	с.Бундюр (4)
	Уран, мкг/л (питьевая вода)
Среднее	0,22	0,08	0,3	1,93	0,17	0,38
Минимум	0,1	0,068	0,088	0,39	0,13	0,11
Максимум	0,45	0,094	1,0	2,9	0,26	1,4