Управління екологічною безпекою роботи біоставків на прикладі атомної електростанції

Експлуатація атомних електростанцій (АЕС) та інших підприємств часто технологічно пов’язана з необхідністю використання великої кількості води і вимагає близького розташування водних об’єктів.
В якості джерела водопостачання можуть використовуватися як порівняно невеликі, так і великі ріки, озера і водосховища, а також прибережні акваторії морів і океанів. Так, в Україні три АЕС розміщені в басейні р. Прип’ять: Рівненська, Хмельницька та Чорнобильська АЕС, яка 15 грудня 2000 року була виведена з експлуатації. Найбільш потужна в Європі – Запоріжська АЕС розміщена в нижній течії Дніпра на березі Каховського водосховища. Південно-Українська АЕС використовує воду р. Південний Буг [1].
 
За виключенням Чорнобильської АЕС, всі атомні станції України мають двоконтурну систему охолодження. Завдяки цьому вода, що циркулює через ядерний реактор, віддає своє тепло другому контуру. Це дозволяє суттєво знизити вплив можливих аварійних ситуацій у системі охолодження на забруднення навколишнього середовища.

Не дивлячись на застосування таких заходів навіть при нормальній роботі АЕС деяка частина радіонуклідів може надходити у водні системи як у вигляді невеликих допустимих скидів рідких радіоактивних відходів, так і у вигляді аерозольних осадів. Скиди незначної кількості радіоактивних речовин у результаті технологічних промивань системи охолодження і водойм-охолоджувачів є нормальними технологічними прийомами експлуатації атомних електростанцій.

При цьому строго дотримуються нормативів на допустимі рівні забруднення води.

Так, у відповідності з вимогами Законів України “Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку”, “Про захист людини від впливу іонізуючих випромінювань”, Норм радіаційної безпеки України та ін., діюча атомна електростанція відповідає вимогам безпеки, якщо її радіаційний вплив не призводить до перевищення встановлених дозових меж опромінення персоналу АЕС і населення, а також нормативів на газо аерозольні викиди і рідкі скиди, на вміст радіоактивних речовин у навколишньому середовищі.

За ствердженням вчених в галузі радіоекології гідросфера – це найбільше депо надходження і захоронення радіонуклідів [2], тому управління якістю водних об’єктів, які знаходяться під впливом атомних електростанцій, залишається актуальною задачею впродовж двох з половиною десятків років і особливо сьогодні у зв’язку з масштабною аварією на АЕС в Японії.

Після аварії на Чорнобильській АЕС у світі спостерігається сплеск соціального інтересу до проблеми можливих наслідків впливу ядерних виробництв і радіоактивності на водні ресурси. Так, безпрецедентно збільшилася кількість міжнародних проектів, наукових конференцій і симпозіумів присвячених проблемам гідрології і стану водних ресурсів у зонах радіоактивного забруднення. Одним із важливих результатів міжнародного співробітництва з даної проблеми стало осмислення того, що оцінка впливу атомної енергетики на водні екосистеми повинна проводитися з урахуванням радіаційних ризиків водокористування, а водоохоронні контрзаходи мають обґрунтовуватися з урахуванням „принципу оптимізації” радіоекологічного захисту [1].

Так, дослідження авторами процесу міграції радіонуклідів у системі біоставків і водоймах-охолоджувачах АЕС, їх накопичення біотою та донними відкладеннями з метою визначення активності радіонуклідів та інших полютантів, які можна скинути у водойми, не порушуючи їх функціонування, є важливим для забезпечення екологічної безпеки навколишнього середовища в районі підприємства.

Задача дослідження: оптимізувати модель міграції радіонуклідів у системі біологічних ставків (на прикладі Південно-Української АЕС) по акумуляції радіонуклідів та інших полютантів за допомогою методу камерних моделей.

Метод камерних моделей має мінімальну складність і є універсальним. Різниця між камерними моделями переносу радіонуклідів по екологічним та/чи трофічним ланцюгам полягає у змісті, який вкладається у блоки (камери), значеннях коефіцієнтів переносу та законах їх зміни. Ряд камерних математичних моделей вже пройшов апробацію і певний час використовується вченими й дослідними установами [2,3].

Модель міграції радіонуклідів у біологічних ставках АЕС з постійно діючим джерелом.


Рис. 1. Блок-схема переносу радіонуклідів по екологічних ланцюгах
У даній роботі представлена динамічна модель переносу радіонуклідів у біологічних ставках АЕС з постійним скидом. Модель основана на концептуальній блок-схемі переносу радіонуклідів (на приклад 137Cs і 90Sr) по екологічних ланцюгах (рис. 1).
За основу була взята типова водна екосистема [2], що складається з трьох камер: камера-вода, камера-біота та камера-донні відклади. У камерах відображено звичайні шляхи міграції радіонуклідів у водному середовищі. Активність радіонуклідів у воді зменшується завдяки їх поглинанню біомасою та донними відкладеннями водойми Сформовано припущення, що радіонукліди, що надходять в камеру, миттєво перемішуються в усіх частинах камери однаково в будь-який момент часу, а втрати радіонуклідів камерою пропорційні активності радіонуклідів у камері.
Взаємодія між камерами задається за допомогою коефіцієнтів переходу радіонуклідів аij із однієї камери в іншу за одиницю часу. Розрахунки цих коефіцієнтів базуються на реальних літературних даних про середні швидкості розподілу та перерозподілу радіонуклідів в екосистемах. Значення коефіцієнтів встановлені авторами на основі розрахунків, натурних та літературних даних [4].
Модель (1) складається з одинадцяти простих диференціальних рівнянь зі сталими коефіцієнтами аij, змінними динамічними активностями радіонуклідів x, y, z, k, l, m, n, o, p, q, r у відповідних камерах та часом t. У всіх камерах розрахунки здійснюються в одиницях густини активності Бк/л. Початкові умови х(0) камери джерело приймаються за 10, а для інших камер – нульовими. Параметри моделі є змінними по місяцях.




                           (1)





Обчислення систем диференціальних рівнянь здійснювалося за допомогою комп’ютерної програми MAPLE 6. Розв’язок системи у графічному вигляді подано на рис. 2, 3.

Графік накопичення радіонукліда для камери джерело х(t) свідчить, що активність радіонуклідів, які надходять до біоставка І буде стрімко знижуватися й через 15 місяців досягне 0.

Проаналізувавши рисунок 2 бачимо, що накопичення радіонуклідів у воді може стрімко зростати поки не досягне 2,5 одиниць, потім стрімко спадатиме, але на 10-му місяці спад дуже сповільниться. Накопичення радіонуклідів у біоті 1-го ставка стрімко досягне максимуму – 3 одиниці на 10-й місяць, а потім ми спостерігатимемо більш повільне зниження активності радіонуклідів у біологічних організмах водойми. Третій графік підтверджує те, що донні відкладення поглинають найбільшу частку радіонуклідів. Так, накопичення радіонуклідів донними відкладеннями буде спостерігатися впродовж 10-ти років і досягне 4,5 одиниць від заданих 10 одиниць.

Дослідження авторів показує, що при такому скиді 1-й біоставок затримує всі радіонукліди й до 2-го та 3-го біоставків вони не потрапляють.

Відомо, що водоймище-охолоджувач працюватиме необмежено довго, якщо активність скинутих до нього радіонуклідів не буде перевищувати таку, що розпадається протягом доби – критичне значення (Ск=3,7∙104 Бк/л, або 10-6 Кі/л) [2].


Рис. 2. Графік для камери джерело х(t)
 

Рис. 3. Графіки накопичення радіонуклідів у біоставку І
(1 – накопичення радіонуклідів у камері вода y(t),
2 – накопичення радіонуклідів у камері біота z(t),
3 – накопичення радіонуклідів у камері донні відкладення k(t))
Розрахунки свідчать, якщо біота водної товщі становитиме 10 г/м3 у ставку об’ємом 1500 м3 (1,5 ∙106 л), а активність радіонуклідів у воді – 10 Бк/л (при цьому коефіцієнт накопичення радіонуклідів Кн є сталим і може дорівнювати 1000), то активність радіонуклідів у біоті водної товщі буде дорівнювати 104 Бк/кг, а критичне значення активності радіонуклідів у воді буде становити 6∙102 Бк/л.

Якщо біота донних відкладень буде становити 10 г/м3 (коефіцієнт накопичення радіонуклідів Кн дорівнює 500-5000), то активність радіонуклідів у біоті водних відкладень дорівнюватиме 2,5 ∙ 107 Бк/кг, а критичне значення дози від радіонуклідів у біоті донних відкладень становить близько 160 Гр/рік. Це може викликати пригнічення та загибель частини біоти.

Висновки:
При скиді радіонуклідів одиниці накопичення радіонуклідів у камерах 1-го біоставка є значними, тому 1-й біоставок затримує весь скид радіонуклідів, а біота біоставка І є найбільш критичною ланкою екосистеми.

Максимальний скид радіонуклідів у систему біоставків, при якому дозове навантаження на біоту водної товщі не буде перевищувати 4 Гр/рік, становить 6∙102 Бк/л.

Загальна радіоємність каскаду прісноводних водоймищ завжди вища, ніж радіоємність найкращого за цим показником водоймища, що входить до його складу. Висока активність біоти у водоймищах таких каскадів дає змогу різко підвищити їх радіоємність, що створює ситуацію, коли з каскаду виходить вода з незначною активністю радіонуклідів.

Розроблена авторами модель з використанням методу камерних моделей дозволяє моделювати параметри радіоекологічної ємності системи біоставків та водойми-охолоджувача АЕС та здійснювати управління якістю подібних водних об’єктів, що використовуються в промисловості.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Войцехович О.В. Управління якістю поверхневих вод у зоні впливу аварії на Чорнобильській АЕС: Монографія / Серія „Радіація і вода”. – К.: Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут, 2001. – 136 с.
2. Кутлахмедов Ю. О. Основи радіоекології: Навч. посіб./ Ю. О. Кутлахмедов, В. І. Корогодін, В. К. Кольтовер // за ред. В. П. Зотова. – К.: Вища шк., 2003. – 319 с.
3. Сердюцкая Л. Ф. Техногенная экология: Математико-картографическое моделирование / Л. Ф. Сердюцкая, А. В. Яцишин. – М.: Книжный дом „ЛИБРОКОМ”, 2009. – 232 с.
4. Горєв Л. П. Радіоактивність природних вод / Л. П. Горєв, В. І. Мелещенко, В. К. Хільчевський – К.: Вища шк., 2003. – 124 с.

УДК 504.455:539.16:004.942(043.2

Бевза А. Г. Управління екологічною безпекою роботи біоставків на прикладі атомної електростанції [Електронний ресурс] / А. Г. Бевза, Ю. О. Кутлахмедов // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.1. – С.1–4. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet