ZAGROŻENIE RADIOLOGICZNE WÓD INFILTRACYJNYCH

RADIOLOGICAL MENACE OF THE INFILTRATION WATERS

Andrzej Pawuła, Uniwersytet im. A. Mickiewicza, Instytut Geologii

Materiały Konferencji: Współczesne problemy hydrogeologii, Tom VII,  383 - 387, Kraków - Krynica 1995

Motto:Trudno przypuszczać, aby rozwinęły się jakieś mechanizmy adaptacyjne, które zrównoważyłyby szkodliwy genetycznie wpływ promieniowania. [Zbigniew Jaworowski, Radioaktywność a zdrowie ludzkie, PWN, Warszawa 1964.]

Summary

The guideline levels for radioactivity in drinking - water recommended by World Health Organization is the effective dose 0,1 mSv from 1 year's consumption. The investigations of the radioactivity of the sands in the water - supply folters proved the elevate concentration of the radionuclides from the uranium and thorium series, alpha particules emitters. So, it is extremely important to analise the gross alpha and beta activity in drinking - water. Supposed cause of the contamination is the dust emission of the phosfor - industry.

1. KRYTERIUM OCENY SKAŻENIA RADIOLOGICZNEGO WODY

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zaleca jako dopuszczalną dawkę promieniowania jonizującego pochodzacego z wody pitnej, równoważną dawkę 0,1 mSv/rok [WHO, 1993]. Zależnie od typu aktywności radionuklidu i energii jego przemiany promieniotwórczej, powyższej dawce odpowiada różna ilość danego pierwiastka. Tabela 1 przedstawia wielkość dawki otrzymywanej przez osobę dorosłą, w przypadku spożywania codziennie 2 litrów wody skażonej jednym z wymienionych radionuklidów [Tab.1].

Ponieważ w obliczeniach uwzględnia się masę ciała czlowieka, dlatego też w przypadku dzieci o mniejszej masie ciała, tej samej dopuszczalnej dawce promieniowania odpowiada proporcjonalnie, około 10-cio krotnie mniejsza zawartość radionuklidu w wodzie. Przyjmując dla dziecka nawet o połowę niższe spożycie wody (1 litr na dobę), dopuszczalnej dawce 0,1 mSv/rok będzie odpowiadać w wodzie zawartość 2 Bq/l cezu-137, lub 0,03 Bq/l radu-226. Według metodyki oznaczania radioaktywności wody do picia stosowanej we Francji [Bremond, Vuichard,1973], w ramach badania wstępnego oznacza się globalną aktywność gamma w litrze wody oraz globalną aktywność alfa i beta w suchej pozostałości. Natomiast zgodnie z procedurą proponowaną przez WHO, badania wstępne ogranicza się do oznaczenia globalnej aktywności  alfa i beta. Gdy określone wartości dopuszczalne są przekroczone, wykonuje się następnie oznaczenie indywidualne wszystkich radionuklidów i oblicza równoważną dawkę promieniowania. Kryterium oceny radiologicznej dla wody pitnej można przedstawić w formie tabelarycznej - tabela 2 [Pawuła, 1995].

2. PROBLEM SKAŻENIA RADIOLOGICZNEGO WÓD

Problem skażenia radioaktywnego środowiska pojawił się w latach 50-tych jako konsekwencja doświadczeń z bronią atomową w atmosferze. Spośród około 200 izotopów promieniotwórczych, które spowodowaly skażenie powierzchni terenu, największa toksyczność posiadał stront Sr-90 i jod J-131. Przedmiotem zainteresowania stał się wówczas promieniotwórczy tryt H-3, traktowany jako wskaźnik infiltracji wód atmosferycznych. W badaniach hydrogeochemicznych dla środkowej Wielkopolski stwierdzono obecność trytu w strukturach czwartorzędowych do głębokości 50 m [Pawuła, 1976].

Tab. 1. Dawka otrzymywana przez osobę dorosłą, przy założeniu skażenia wody tylko jednym z wymienionych radionuklidów i konsumpcji wody w ilości 2 l/d

Tab. 1. The dose for an adult from consumption of the 2 l/d drinking - water containing any radionuclide

Radionuklid

Typ przemiany

Zawartość w wodzie

Dawka [mSv/rok]

Tor      Th-232

alfa

0,1 Bq/l

0,13

Polon   Po-210 alfa 1 Bq/l 0,45
Rad    Ra-226 alfa 1 Bq/l 0,16
Stront    Sr-90 gamma, beta 10 Bq/l 0,20
Jod     J-131 gamma, beta 10 Bq/l 0,16
Cez     Cs-134 gamma, beta 10 Bq/l 0,14
Cez    Cs-137 gamma, beta 10 Bq/l 0,09
Tryt     H-3 beta 7800 Bq/l 0,10

Tab. 2. Dopuszczalne skażenie wody substancjami promieniotwórczymi

Tab. 2. Reference level of the radionuclides dose in the drinking - water

Rodzaj promieniowania

wielkość skażenia / dawki

globalna aktywność typu alfa

oraz globalna aktywność typu beta  

  0,1 Bq/l 

1 Bq/l

albo łączna dawka promieniowania jonizującego

0,1 mSv/a

Problem zagrożenia radiologicznego wód podziemnych odżył ponownie po katastrofie elektrowni atomowej w Czernobylu. Ocenia się, że w wyniku pożaru i eksplozji reaktora jądrowego do atmosfery dostało się ponad 20 izotopów promieniotwórczych, głównie jodu-131, strontu-89, -90, -91 oraz cezu-134 i cezu-137.

Jak to wykazał już rozkład koncentracji trytu w wodach podziemnych, istnieją podstawy aby sądzić, że problem zagrożenia radiologicznego ze strony innych radionuklidów jest istotny dla ujęć typu infiltracyjnego. Pomiary globalnej aktywności beta wody rzecznej, wykonane w maju 1986 roku, wykazały skażenie przekraczające 400 Bq/l. W tym samym czasie pomiary wody wodociągowej w Warszawie wykazywały skażenie przekraczające 100 Bq/l [Pachocki, Majle,1992]. W roku 1992 średni poziom radioaktywności   wód powierzchniowych, powodowanej przede wszystkim obecnością potasu K-40, wynosił około 0,3 Bq/l. Skażenie wód powierzchniowych cezem oceniano natomiast na 0,01 Bq/l [Grabowski i in.,1993]. Pomiary skażenia powierzchni terenu promieniotwórczymi izotopami cezu-134 i cezu-137 wykonane w latach 1992-1993, a więc 6 lat po katastrofie, wykazały że średnia koncentracja tych izotopów na obszarze kraju wynosi jeszcze 4.670 Bq/m2 [Strzelecki, Wołkowicz, Lewandowski,1994]. Podwyższone skażenie cezem w stosunku do średniej, stwierdzono w rejonie Radomska i Warszawy a szczególnie wysokie na Dolnym Slasku, w rejonie Nysy, gdzie stwierdzono wartości do 100.000 Bq/m2.

Rutynowe pomiary radioaktywności wody wodociągowej w Poznaniu [inf.lab.wodc.] ograniczaja się do pomiaru aktywności beta. Uzyskiwane wyniki globalnej aktywności   rzedu 0,3 Bq/l uznawane są jako dopuszczalne a woda wodociągowa jako zdatna do picia. Wykonane pomiary kontrolne [Michalak,1994], potwierdzily radioaktywność globalną   na poziomie 0,2 do 0,4 Bq/l, zawartość cezu była poniżej poziomu wykrywalności. W badanych próbkach wody wodociągowej nie wykonano niestety pomiarów globalnej aktywności alfa i gamma w wodzie, wykonano natomiast pomiary skażenia radiologicznego złoża filtracyjnego. Wyniki pomiarów radioaktywności piasku na stacjach filtrów w Dębinie i Mosinie przedstawiają się następująco (Tab. 3):

Tab. 3. Skażenia radiologiczne złoża filtrującego (laboratorium WSSE - Poznań)

Tab. 3. Radiological contamination of the filtration stratum

Data pobrania próby

Miejsce pobrania próby

Okres ekspl. złoża

Aktywność globalna beta

Bq/kg

Izotop cezu

Cs-137

Bq/kg

Izotop potasu

K-40

Bq/kg

Izotop radu

Ra-226

Bq/kg

Izotop toru

Th-228

Bq/kg

3.02.94

3.02.94

3.02.94

23.2.94

Mosina - filtr nr 7

Mosina  - filtr nr 9

Dębiec - filtr nr 1

rezerwowa pryzma piasku fitracyjnego

15 lat

15 lat

24 lata

0

4492

5419

4992

194

285

359

374

7

2807

3540

3684

109,3

290

274

343

61

628

803

911

32

    Wielkości skażenia radiologicznego piasku filtracyjnego na stacji filtrów w Dębcu, wyrażone w bekerelach na jednostkę powierzchni, wynoszą odpowiednio:

  aktywność globalna  :

798.720 Bq/m2

  cez Cs-137:

59.840 Bq/m2

  potas K-40:

589.440 Bq/m2

  rad Ra-226:

54.880 Bq/m2

  tor Th-228:

145.760 Bq/m2

Czy stwierdzony stan radioaktywności piasków stanowi zagrożenie? Wstępną odpowiedzią na postawione pytanie jest porównanie skażenia piasków na stacji filtrów że skażeniem popiołów paleniskowych elektrowni i dopuszczalną normą dla odpadów przemysłowych wykorzystywanych do niwelacji terenu [Aleksadrowicz, Kozieł,1994].

Tab. 4. Koncentracje radu i toru w różnych ośrodkach [Bq/kg]

Tab. 4. Concentration of the radium and thorium in the differents mediums

osrodek

Ra-226

Th-228

złoże filtracyjne

300

800

popioły paleniskowe

190

150

norma dla odpadów

350

230

 

    Rys.1. Wykres porównawczy skażeń promieniotwórczych

          Fig.1. Comparison diagram of the radiological contamination

    Wyniki badań potwierdziły obecność promieniotwórczego cezu, którego nie wykryto w wodzie. Nowym elementem w ocenie zagrożenia radiologicznego wody jest obecność radionuklidów emitujących promieniowanie korpuskularne alfa. Oba radionuklidy rad-226 i tor-228 należą do grupy radioizotopów o wysokim stopniu toksyczności. Wyjaśnienia wymaga więc źródło ich pochodzenia, ocena zagrożenia i podjęcie środków zaradczych.

3. HIPOTEZY DOTYCZYCE PRZYCZYN I SKUTKÓW SKAŻENIA RADIOLOGICZNEGO ZŁOŻA FILTRACYJNEGO

    Na wstępne pytanie o pochodzenie radionuklidów w piasku filtracyjnym na stacji wodociągowej, odpowiedz daje porównanie zawartości tych radionuklidów w piasku na pryzmie rezerwowej [Tabele 3, 5]. W piasku nieużywanym w procesie uzdatniania wody wodociągowej stwierdza się znikomy procent radioaktywności w stosunku do próbek piasku pobranego z filtrów:

Tab. 5. Zestawienie porównawcze skażenia piasków

Tab.5. Comparison of the contamination of the sands

Radionuklid Koncentracja radionuklidu [Bq/kg]

piasek filtracyjny (wartość średnia)

piasek nieużywany (piasek nieuż./piasek filtr.) x100 [%]

Cez Cs-137

339

7

2,1

Potas K-40 3344 109 3,2
Rad Ra-226 302 61 20,2
Tor Th-228 781 32 4,1

    Z tabeli 5 wynika jednoznaczny wniosek o antropogenicznym pochodzeniu skażenia piasku na filtrach wodociągowych, gdyż koncentracja radionuklidów na piasku używanym do filtracji wody jest wielokrotnie większa niż na rezerwowej pryźmie piasku. Dotyczy to również radu-226 mimo iż różnica koncentracji jest mniejsza.

Potas promieniotwórczy K-40 stanowi istotny składnik radioaktywności naturalnej wody, stanowi on generalnie 0,0118% zawartości potasu w środowisku wodnym [Dojlido J.,1987]. Pod względem radioaktywności potas K-40 należy do grupy izotopów o niskiej toksyczności i jest emitorem miękkiego promieniowania  beta. Wysoką koncentrację potasu K-40 na piasku filtracyjnym można wiązać z zanieczyszczeniem wód powierzchniowych lub zmywami nawozów potasowych z upraw rolnych na obszarze strefy zasilania ujęcia wody.

Pochodzenie cezu-137 wiąże się jednoznacznie ze skażeniem powierzchni terenu po katastrofie czernobylskiej w 1986 roku [Strzelecki, Wołkowicz, Lewandowski,1994]. Promieniotwórczy cez jest źródłem emisji promieniowania gamma  oraz beta  i należy do grupy nuklidów średniotoksycznych. Jak już wspomniano, przeprowadzone badanie nie wykazało jego obecności w wodzie wodociągowej.

Poważniejszy problem występuje w przypadku radu-226 i toru-228, które emitują czastki alfa  i należą do grupy nuklidów wysokotoksycznych. Istnieje duże prawdopodobieństwo pojawienia się tych pierwiastków w wodzie wodociągowej, czy to w wyniku przebicia hydraulicznego złoża, czy podczas jego płukania. Istnieje też możliwość pojawienia się w wodzie produktów przemian promieniotwórczych.

Rad-226 jest radionuklidem z szeregu promieniotwórczego uranu i produktami jego rozpadu są m.in. radon Rn-222 i polon Po-210, oba emitujące cząstki alfa. Radon jest przy tym gazem szlachetnym, dobrze rozpuszczalnym w wodzie i silnie absorbowanym przez różne ciała stałe. Polon-210 jest izotopem o wysokiej toksyczności, w wyniku jego rozpadu powstaje trwały ołów-206. W wodzie wodociągowej należy się spodziewać występowania radonu-222 i być może polonu-210.

Tor-228 jest natomiast radioizotopem z szeregu torowego, silnie toksycznym emitującym również cząstki alfa. Wśród produktów jego rozpadu, o dłuższym półokresie zaniku należy wymienić rad-224 (T1/2 = 3,64 dni) i radon-220 (T1/2 = 54,5 s), oba emitujące cząstki alfa.

Z prowadzonych badań [Kabata-Pendias, Pendias, 1979] wynika, że stosunek wagowy radu do uranu utrzymuje się w stanie równowagi promieniotwórczej na jednakowym poziomie. W młodych utworach osadowych zachodzi ponadto względna koncentracja radu i najprawdopodobniej także toru. Źródłem tych radionuklidów są przypuszczalnie pyły przemysłowe. Proces spalania węgli oraz przemysł fosforowy i cementowy są głównymi przyczynami wzrostu koncentracji radu w środowisku przyrodniczym. W rejonie ujęć infiltracyjnych w Dębinie i w Mosinie, które stanowią podstawowe źródła zaopatrzenia w wodę aglomeracji poznańskiej, ogniskiem emitującym radioaktywne pyły mogą być Zakłady Chemiczne w Luboniu k/ Poznania (d. Zakłady Nawozów Fosforowych). Alternatywną przyczyną skażenia piasków złoża filtracyjnego radem i torem może być także woda rzeczna, zanieczyszczona zmywami nawozów fosforowych z terenów upraw rolnych.

Problem wyjaśnienia przyczyny powstania tak wysokich koncentracji silnie toksycznych radionuklidów na piasku filtrów wodociągowych a także prawdopodobnego występowania skażenia wody cząstkami  alfa oraz problem ustalenia sposobu likwidacji tego zagrożenia, winien być przedmiotem szczegółowych badań.

Zagrożenie dla zdrowia ludzkiego a przede wszystkim dla perspektyw egzystencji przyszłych pokoleń, jakie powoduje wzrost promieniowania jonizującego w środowisku czlowieka, sygnalizuje opinia lekarza-radiobiologa zawarta na wstępie.

4. LITERATURA

  1. Aleksadrowicz A.,Kozieł J.,1994, "Ocena możliwości wykorzystania odpadów paleniskowych Elektrociepłowni Poznań I i II do makroniwelacji i rekultywacji terenów wyrobisk, na podstawie badań popiołów z EC I i EC II", Instytut Gospodarki Odpadami, Katowice.
  2. Bremond R., Vuichard R.,1973, "Parametres de la qualite des eaux", Paris.
  3. Dojlido J.,1987, "Chemia wody", Arkady, Warszawa.
  4. Grabowski D., Muszyński W., Petrykowska M., Rubel B., Smagała G., Wilgos J., 1993, "Skażenie promieniotwórcze środowiska i żywności w Polsce w roku 1992", Raport CLOR nr 124/D, Warszawa.
  5. Kabata - Pendias A.,Pendias H, 1979, "Pierwiastki śladowe w środowisku biologicznym", Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.
  6. Michalak R., 1994, "Orzeczenie z pomiarów skażeń radiologicznych wody i złóż filtrujacych w Przedsiębiorstwie Wodociągów i Kanalizacji w Poznaniu", WSSE, Oddział Ochrony Radiologicznej, Poznań.
  7. Pachocki K.A., Majle T.,1992, "Następstwa awarii elektrowni jądrowej w Czernobylu, w odniesieniu do terytorium Polski", Post.Fiz.Med.,27, 1 - 2.
  8. Pawuła A., 1976, "Chemizm wód podziemnych Środkowej Wielkopolski", teza doktorska, A.G.H., Kraków.
  9. Pawuła A.,1995, "Parametry oceny jakości wody do picia. Uwagi o projekcie nowelizacji norm sanitarnych.", Przegląd Komunalny, nr 1 (40), s.4 - 6, Wyd.Abrys Poznań.
  10. Strzelecki R., Wołkowicz S., Lewandowski P.,1994, "Koncentracje cezu w Polsce", Przegląd Geologiczny, vol.42, 1, 3 - 8.
  11. World Health Organization,1993, "Guidelines for drinking - water quality", Geneva.

________________________________________________

Tekst artykulu w edytorze WORD:  agh.doc
Adres do korespondencji: pawula@main.amu.edu.pl