DOSE OF RADIATION IN KOSTOLAC COAL BASIN: SOURCE AND RESULTANT

NIVO RADIOAKTIVNOG ZRAČENJA U KOSTOLAČKOM UGLJENOM BASENU: IZVORI I POSLEDICE

DOSE OF RADIATION IN KOSTOLAC COAL BASIN: SOURCE AND RESULTANT

Milenko Martić Mara Vlajković Jasminka Đorđević Miloradović

Stručni rad

Rezime

U ovom radu, prikazani su rezultati ispitivanja doze prirodnog radioaktivnog zračenja u regionu Kostolačkog basena. Merenja jačine doze zračenja (Sv/h) vršena su na uglju, jalovini, u termoenergetskim postrojenjima, deponiji pepela, opekama od pepela i biljkama. Nivo zračenja u čitavom regionu (0,12-0,25 Sv/h) je povišen i potiče od prirodno radioaktivnih elemenata i njihovih produkata raspadanja. Najvećom dozom zračenja odlikuje se brand glina (0,25 Sv/h) i putevi, nasipi i bedemi izgrađeni od smeše ove gline i pepela (0,21 Sv/h). Veću dozu zračenja pokazuje ugalj trećeg sloja nego drugog, a takođe starije deponije pepela pod vegetacijom nego sveže deponije. Neke biljke teže da akumuliraju radionuklide u korenu i translociraju ih u nadzemne organe. Ključne reči: radioaktivno zračenje, ugalj, pepeo, jalovina, brand glina, biljke

Summary

This work presents the range of radiation analyses in Kostolac coal basin. Doses of radiation (Sv/h) were been measuring on: coal, barren soil, constructions of thermo power plant, deposits of ash, brick of ash and plants. Doze of radiation (0,12-0,25 Sv/h) is increased and arise from naturally radioactive elements and their products of dikes decay. The highest doze of radiation (0,25 Sv/h) has Brand clay and constructed road and walls (0,21 Sv/h). The higher dose of radiation appears coal from third layer than coal from second layer; older deposits of ash under vegetation cover than fresh, retrospectively. Some plants accumulated radioactive elements in root and translocated into shoot. Key words: dose of radiation, coal, ash, barren soil, Brand clay, plants

1. UVOD

Radioaktivni elementi (njih 20 počev od Bi203) su široko rasprostranjeni u prirodi i kao emiteri radioaktivih zraka, sve tri vrste (,  i ) imaju vreme poluraspada 109 do 1017 godina. U dvadesetom veku prirodni i veštački radionuklidi i njihovi poromci postali su rizičan faktor u životnoj sredini i faktor rizika po zdravlje ljudi zbog korišćenja nuklearne nergije za nuklearne reaktore u elektranama, eksplozije nuklearnih bombi (Hirošima i Nagasaki), nuklearnih proba, akcidenata u nuklearnim centralama (Černobilj), deponovanja jalovine iz rudnika urana, primene radionuklida u medicinske svrhe, rudarenja, sagorevanja fosilnih goriva (ugalj i nafta) (Negri & Hinchman, 2000). Polemika oko vrste i količine radioaktivnih elemenata u uglju i letećem pepelu iz termoelektrana započela je pre dve decenije, a i danas se procenjuju zdravstveni rizici po stanovništvo izloženo ovim elementima u blizini rudnika ili termoelektrana (Tadmore, 1986). Analiza mnogo vrsta ugljeva nepobitno je pokazala prisustvo radioaktivnih elemenata: urana (U), toriuma (Th) i njihovih produkata raspadanja, uključujući radium (Ra) i radon (Rn), kao i široko rasprostranjenog kalijuma (K). Njihove koncentracije u uglju su za uran 1–4 mg/kg, mada ima ugljeva sa koncentracijom u od 20 mg/kg, dok je količina Th slična sa ekstremnim vrednostima 30 mg/kg (US-GS, 1997). Drugo je pitanje njihove koncentracije i oblika u letećem pepelu iz termoelektrana. Jednostavna aproksimacija kaže da ako termoelektrana kapaciteta 1000 MW troši dnevno 11000 t uglja, pri poznatim koncentracijama U uglju (4 mg/kg) u životnu sredinu dospeva oko 40 kg U. Tokom iskopavanja, separiranja, mlevenja, deponovanja i sagorevanja uglja dolazi do složenih fizičko-hemijskih transformacija koje se odražavaju i na odnos, količinu i oblik radioaktivnih elemenata u uglju. Pri sagorevanju uglja radioaktivni elementi delimično isparavaju, a delimično se kondenzuju na površini čestica pepela. Tako je radiografskom metodom pokazano da se U koncentriše na površini čestice letećeg pepela (Slika 1).

Slika 1. – Fotografija čestice letećeg pepela veličine 0.01mm (levo) i radiografija gde je uran u obliku crnih tačaka bliže površini čestice (desno)

Savremene termoelektrane na ugalj na svojim filterima zadržavaju 99.4% letećeg pepela, ali i onda se radioaktivni elementi deponuju kao taložni pepeo na deponiji, odakle uz pomoć vode ili vetra mogu dospeti u sve delove obližnjih, pa čak i udaljenih ekosistema,

Adresa autora: Dr Miljenko Martić, dipl. ing. tehnologije, CMS-Beograd, Kneza Višislava 1, tel/fax 011-555-258 Mara Vlajković, dipl. ing. zaštite živ. sredine, Institut za zaštitu zdravlja Srbije-Batut, Dr Subotića 5, 11000 Beograd Dr Jasminka Đrđević-Miloradović, prof., Viša tahnička škola, Poljoprivredno-prehrambeni odsek, Nemanjina 2, 12000 Požarevac

odnosno u vode, sediment, zemljište, biljke, životinje i čoveka. Opasnosti od prisustva radioaktivnih elemenata u životnoj sredini su višestruke. Radioaktivni elementi zrače jonizujuće zrake čiji su efekti na žive organizme višestruko štetni. Osim doza koje mogu da budu letalne, ovi zraci visoke energije vrše oslobađanje slobodnih radikala u metabolizmu kiseonika, koji razgrađuju mnoge molekula u ćelijama i tkivima, a narušavanje molekula DNK dovodi do vidljivih i skrivenih poremećaja u životnoj aktivnosti ćelija. Vidljive promene se odmah događaju na hromozomima (kao delecije, translokacije), a aberacije ovog tipa vode povećanoj učestalosti stvaranja kancerogenih ćelija među telesnim ćelijama. Finije promene u građi DNK, tzv. prave mutacije imaju sličan efekat, ali su naročito štetne u generativnim ćelijama, jer predstavljaju mogućnost rađanja potomstva sa oštećenjima i prenose se na sledeće generacije (Jaworowski, 1999). Čovek se ozrači ako se izloži izvoru ili emiteru zračenja, a doza zračenja koju prima zavisi od jačine izvora, vremena izloženosti i drugih uslova. Ovaj rad ima za cilj da prikaže rezultate merenja nivoa radioaktivnog zračenja u Kostolačkom ugljenom basenu i to iz uglja, jalovine, termoenergetskih postrojenja, pepela, blokova od pepela i biljaka radi procene zdravstvenog rizika po radnike i stanovnike od radioaktivnog zračenja.

2. MATERIJALI I METODE

silicijum oksida, aluminijum oksida, gvožđe oksida, kalcijum karbonata, a sadrži još 13 retkih elemenata i metala (Đorđević-Miloradović et al., 2000). Merne lokacije nalazile su se u samom postrojenju termoelektrane u Drmnu, na deponijama pepela različite starosti, na deponiji uglja neposredno uz termoelektranu, na putevima i bedemima oko deponija, a obuhvaćene su i biljke koje spontano rastu na deponijama i blokovi od pepela. Ovde se nalaze rezerve lignita koje su procenjene na oko 400 miliona tona uglja sa četiri lignitska sloja. Stratigrafski posmatrano, ovo područje se može pratiti od tercijara kada je teren bio sačinjen od jezerskog sedimentacionog materijala. Nakon povlačenja jezera dominira proces eolskog stvaranja lesolikih naslaga. Danas teren izgrađuju sedimenti tercijara (muljevita glina sa peskom i ugljem) i sedimenti kvartara (lesne naslage peska sa šljunkom i ugljem) (Filipović, 1989). Zbog prirodnog procesa ispiranja i taloženja tokom pedogeneze svi elementi, pa i radioaktivni mogu biti u različitim koncentracijama u pojedinim geološkim slojevima. Zbog toga su konkretna mesta istraživanja bila u rudniku Ćirikovac sa površinskom eksplatacijom: ugalj drugog i trećeg sloja, ugljevita glina, jalovina sa kopa kao smeša peska, šljunka i lesa, biljke rasle na deponiji jalovine. Merena je i radioaktivnost brand gline u starom otkopu uglja Stari Kostolac.

2.2. Metode istraživanja

2.1. Mesto istraživanja

Kostolačke termoelektrane (ukupne snage 1000 MW) nalaze se u središtu Kostolačkog ugljenog basena, na desnoj obali Dunava i na ušću Mlave u Dunav (80 km severoistočno od Beograda, Srbija, Jugoslavija). Godišnje sagore oko 7 miliona tona uglja i produkuju oko 2 miliona tona pepela. Pepeo se hidraulički transportuje do deponija koje zauzimaju 256 ha. Pepeo Kostolačkih termoelektrana pripada po svom sastavu tzv. C klasi pepela sa preovlađujućim sadržajem

Jačina doze zračenja na pomenutim lokacijama merena je dana 5.12.2001. godine Scintilometrom SPP 2 NP (Saphymo Stel, France) i izražena u Sv/h (Ajdačić & Martić, 1988).

3. REZULTATI

Izmerene vrednosti jačine doze zračenja u čitavom regionu Kostolačkog basena kreću se od 0,12 do 0,25 Sv/h (Tabela 1). Tabela 1. – Jačina doze zračenja u Kostolačkom ugljenom basenu merena dana 5.12.2001. godine Scintilometrom SPP 2 NP (Saphymo Stel, France) i izražena u Sv/h Redni br. Lokacija - objekat Sv/h 1 Ćirikovac, ugalj iz drugog sloja 0,12 2 Ćirikovac, povlata drugog sloja (jalovina) 0,14 3 Ćirikovac, povlata drugog sloja (ugljevita glina) 0,15 4 Ćirikovac, ugalj iz trećeg sloja 0,16 5 Ćirikovac, nadzemni deo biljke (Senecio vulgaris) 0,10 6 Ćirikovac, les 0,16 7 Drmno, ugalj na deponiji 0,08 8 Drmno, unutrašnjost postrojenja 0,12 9 Deponija pepela stara 6 meseci 0,12 10 Biljka na pepelu, nadzemni deo trskasta šaša 0,14 11 Biljka na pepelu, rizom trske 0,12 12 Deponija pepela stara 3-4 godine 0,12 13 Stari Kostolac, nalazište brand gline 0,25 14 Deponija pepela u Kostolcu, aktivna 0,12 15 Rekultivisana deponija pepela stara 20 godina 0,17 16 Kostolac, putevi od crvene gline 0,21 17 Kostolac, opeke od pepela 0,12

Nivo zračenja u ispitivanom regionu je povišen i potiče od prirodno radioaktivnih materijala i njihovih produkata raspadanja. U seriji pesak–šljunak–les–ugljevita glina–ugalj pojačan je nivo zračenja idući od peska ka ugljevitoj glini, što je posledica spiranja i taloženja radioaktivnih elemenata u vodotpornom

sloju. Jaču dozu zračenja ima ugalj trećeg sloja nego drugog. Biljke rasle na deponiji jalovine imaju malu apsorbovanu, tj. emitovanu dozu zračenja (0,10 Sv/h). Unutrašnjost postrojenja termoelektrane Drmno pokazuje nizak intenzitet zračenja (0,12 Sv/h). Doze zračenja taložnog pepela na deponijama variraju u zavisnosti od starosti pepela, najmanjom dozom zračenja odlikuju se sveže deponije (0,12 Sv/h), a najvećom stare deponije pod vegetacijom (topolova šuma) (0,17 Sv/h). Sličnu dozu zračenja pokazuju i opeke od pepela. Trska i trskasta šaša rasle na deponiji pepela staroj 3-4 godina pokazuju jaču dozu zračenja iz nadzemnog izdanka nego iz rizoma. Najveću dozu zračenja ima brand glina (0,25 Sv/h) i putevi, nasipi i bedemi izgrađeni od smeše ove gline i pepela (0,21 Sv/h). Brand glina u zatvorenom rudniku Stari Kostolac nastala je samozapaljenjem uglja (pečena glina) tokom koga je došlo do složenih transformacija materijala, te je povećana njena apsorpciona moć, pa i prekoncentrisanje radioaktivnih elemenata jalovine i uglja.

4. DISKUSIJA

Nivo radioaktivnog zračenja, iz prirodnih izvora kao što su radioaktivni elementi u zemlji, vodi, vazduhu i kosmičko zračenje, je različit u pojedinim regionima i oblastima sveta. U nekim predelima Australije jačina doze zračenja je 0,28 Sv/h, od čega 0,17 Sv/h potiče od gasa radona. Međutim, ima oblast u svetu gde je jačina doze zračenja manja (Sudan, Egipat, Etiopija) 0,1–0,2 Sv/h ili veća tako da je prosek za SAD 0,342 Sv/h, a za Kanadu 0,342-0,57 Sv/h (Hall, 1999). U blizini postrojenja nuklearnihelektrana (udaljenost 1 km) nivo zračenja je 0,056 Sv/h. Današnje nivoe zračenja u gotovo svim regionima sveta ne možemo smatrati da potiču samo od prirodnih izvora i da sadrže samo prirodne radionukleide. U periodu 1945–1980 godine (posle atomskih bombi na Hirošima i Nagasaki) izvršeno je 541 nadzemna nuklearna proba pri čemu je u biosferu oslobođeno 3 t plutonijuma (Jaworowki, 1999). Prosečna individualna doza zračenja primljena od svih nuklearnih probnih eksplozija od 1945. do 1998. iznosi 0,0114 Sv/h. I drugi događaji u drugoj polovini dvadesetog veka uticali su da se opšti nivo, tzv. prirodnog fona zračenja poveća. Procenjuje se da je globalno posle akcidenta na nuklearnom reaktoru u Černobilju (Ukrajina) opšti nivo zračenja povećan za 0,1% na Zemlji. Ako je čovek primio dozu od 2.2 mSv/g to će izazvati oko 5 oštećenja DNK po ćeliji za godinu dana. Iz prethodnog sledi da je veoma teško odrediti nivo zračenja u regionu Kostolačkog basena, jer nemamo takva merenja u prvoj polovini dvadesetog veka ili pre početka intenzivne eksploatacije uglja i izgradnje termoelektrana. Poredeći ni vo zračenja sa drugim regionima, sličnog pedološkog, hidrološkog i klimatskog položaja možemo zaključiti da je nivo zračenja malo povišen i to kao posledica eksploatacije i iskopavanja uglja i njegovog sagorevanja u termoelektranama i da su izvori zračenja prirodni radioaktivni elementi i njihovi produkti raspadanja. Normalno je i da sloj ugljevite ili vodotporne gline vremenom pod uticajem geohemijskih procesa zrači jače od ostalih slojeva, kao i da ugalj iz trećeg ugljenog sloja zrači više od drugog ili prvog. Tokom sagorevanja uglja u termoelektranama ne dolazi do znatnog povećanja nivoa zračenja. Međutim doza od 0,12 Sv/h u postrojenjima termoelektrana upozorava na oprez, jer to za radnike može da znači dozu ozračenja od 0,35 mSv/g. Ovakve doze su na primer ekvivalentne jednoj dozi snimanja organa rentgen aparatom, a mogu imati kumulativni efekat i u 13% slučajeva povećati opasnost od oboljevanja od leukemije (Cohan, 1998). Posebno je pitanje koncentracije radioaktivnih elemenata u letećem pepelu. Novo zračenja se kreće od 0,12 do 0,17 Sv/h. Manje zrače sveže deponije sa taložnim pepelom starim šest meseci ili 3–4 godine nego stare 20 godina koje su rekultivisane. Ovakvi rezultati su u suprotnosti sa ranijim shvatanjem da se svi retki elementi (elementi prisutni u malim koncentracijama) pepela ispiraju (prelivne vode, drenažne vode, atmosferske padavine) i da se njihova koncentracija smanjuje. Jače zračenje iz starih deponija (rekultivisana deponija stara 20 godina) može da znači da se pepeo sa “starenjem” ponaša kao svojevrstan upijač svih retkih elemenata i da oni ulaze u kompleks matriksa pepela sjedinjavajući se sa drugim elementima i gradeći komplekse tipa helata, silikata ili fosfata ili da je to posledica taloženja i drugih radioaktivnih elemenata (veštačkih radionuklida) iz nepoznatih antropogenih izvora (akcident u Černobilju i sl.). Sigurno je da istraživanja ovog tipa treba nastaviti, tim pre što nije merena koncentracija gasa radona na deponiji. Ohrabruje podatak da je doza zračenja opeka od pepela ista kao i svežeg taložnog pepela. Najvišim nivoom zračenja odlikuje se brand glina koja se iskopava u napuštenom rudniku uglja u Starom Kostolcu i koristi se za nasipanje puteva, izgradnju bedema i nasipa oko deponije, pa čak i za proizvodnju opeka kao građevinski materijal. Brand glina iz zatvorenog rudniku Stari Kostolac nastala je samozapaljenjam uglja tokom koga je došlo do složenih transformacija materijala, a povećana je njena sorpciona moć, što je dovelo do prekoncentrisanja radioaktivnih elemenata iz jalovine i uglja. Ne preporučuje se njeno dalje korišćenje kao građevinskog materijala. Biljke rasle na deponijama jalovine iz rudnika i na deponijama pepela ponašaju se drugačije. Sorpcija radioaktivnih elemenata iz pepela ili jalovine, pa i kasnija translokacija u nadzemne organe zavisi od vrste biljke, njenog urođenog fiziološkog mehanizma, starosti, fenofaze i drugih faktora (Salt et al., 1995). U tom pogledu trskasta šaša pokazuje tendenciju da radioaktivne elemente nakuplja u nadzemnom izdanku u količini većoj nego u pepelu, što predstavlja opasnost da ovi elementi uđu u lanac ishrane u okolnim ekosistemima. Dalja istraživanja treba da pokažu sve aspekte transporta radioaktivnih elemenata iz pepela i njihovu sudbinu u sistemu pepeo–biljke–životinje–čovek.

LITERATURA

[1] Ajdačić, N. and Martić, M. (1988) Radiometric

Measurment of fall out under Accidental Conditions.

J. Rad. Nucl. Chem., Letters 128(4): 309-319 [2] Cohan, B.L. (1998) Validity of the Linear No-

Threshold Theory of Radiation Carcenogenesis at low doses. Symposium: Radiation and Expositure. The

Uranium Institute [3] Đorđević-Miloradović, J., Stanković, V., Živković,

T., Vlajković, M. and Stevanović,B. (2000) Plant

tolerance to some trace elements contained in the power plant ash deposits and lignite mine barrens near

Kostolac (E Serbia, Yugoslavia). The Second

Inernational Blakan Botanical Congress. Istanbul.

Tutkey. May 14-18, 2000. [4] Filipović, R. (1989) Tehnički projekat rekultivacije spoljnog odlagališta PO Drmno. II Biološka rekultivacija, Istraživački projekat, INEP, Institut za biotehnološka istraživanja [5] Hall, E. (1999) Radiation and Life, Columbia

University, New York [6] Jaworowski, Z. (1999) Radiation Risk and Ethics.

Physics Today 52(9): 24-29 [7] Negri, C.M. and Hinchman, R.R. (2000) The use plant for the thretman of radionuclides. In:

Phytoremediation of toxic metals. Using plant to clean up of The environment., eds. Raskin, I. And Ensley,

B.D., New York. Wiley –Interscience Publication [8] Salt D., Blaylock M. , Kumar PBAN, Dushenkov V,

Ensley B., Chet I., Raskin I. (1995) Phytoremediation:

A novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants, Biotechnology 13: 468475. [9] Tadmore, J. (1986) Radioactivity from coal-fired power plant: A review. J Environmental Radiactivity 4: 177-204 [10] US-GS (1997) Radioactive Elements in Coal and

Fly Ash: Abundance, Forms, and Environmental

Significance. Fact Sheet FS-163-97