СИСТЕМА ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДОНА И ЕГО ДОЧЕРНИХ ПРОДУКТОВ

Одним из основных путей поступления радона в жилища является вода из подземных источников.

«Эксорб» запатентовал систему очистки воды от радона и его дочерних продуктов распада путем фильтрации через сорбирующий материал РАЦИР с периодической регенерацией загрузки. Опытные испытания системы продемонстрировали, что в течение 3 лет установка очищает воду с содержанием радона около 1500 Бк/л до уровней ниже 60 Бк/л, не производя выбросов радона в воздух помещений и за его пределы.

Для измерения активности радона в воде обычно используют ряд инструментов , основанных на прямой гамма - спектрометрии , эманометрии и жидкосцинтилляционной спектрометрии . Данные методы обеспечивают достаточно низкие пределы обнаружения, от 0,05 Бк/л до 10 Бк/л, но требуют дорогостоящего оборудования и могут быть выполнены только в специально оборудованных лабораториях. При опытных испытаниях системы очистки было проведено тестирование запатентованной НПП «Эксорб» системы Sorben-Tec для экспрессного определения радона в природных водах с использованием бытового дозиметра или поискового бета-радиометра. Система позволяет в течение нескольких часов без сложного оборудования проводить оценку качества работы установки очистки воды, либо оценивать уровень активности источника водоснабжения.

 

Типичные активности радона в грунтовых водах находятся в пределах 3,7 – 370 Бк/л и сильно зависят от геологических условий в конкретной местности [3]. В областях с низким содержанием урана в горных породах содержание радона в подземных водах низко и составляет не более десятков Бк/л. Но в ряде стран Северной Европы, Чехии и на Урале (Россия) не редки случаи обнаружения тысячи и десятки тысяч Бк/л радона в воде. По данным научного комитета ООН по действию атомной радиации (UNSCEAR) до 10% используемых в мире источников воды содержат радон в концентрациях превышающих 100 000 Бк/м3 [4].

В разных странах нормативы на содержание радона в питьевых водах различны. Агентство по охране окружающей среды США рекомендует для питьевой воды не превышать уровень в 150 Бк/л (4000 пКи/л). Согласно директиве COUNCIL DIRECTIVE 2013/51/ EURATOM , для стран Евросоюза рекомендован уровень в 100 Бк/л. В России согласно НРБ-99/2009, уровень вмешательства для 222 Rn в питьевой воде составляет 60 Бк/л, а определение удельной активности 222 Rn в питьевой воде из подземных источников является обязательным.

 

Технология очистки воды от радона и его продуктов распада

Для удаления радона и его дочерних продуктов распада из воды чаще всего применяют методы аэрации или фильтрации через сорбирующий материал, в частности, активированный уголь.

Метод аэрации прост и эффективен, не требует расхода реагентов. Однако, при этом радон выбрасывается в окружающий воздух, а установка требует затрат энергии для работы насосов.

При фильтровании воды через активированный уголь, в нем накапливаются радон и его ДПР. В результате фильтр становится источником гамма-излучения. Для безопасной эксплуатации такие фильтры приходится периодически останавливать для естественного распада радона. Мощность дозы от постоянно используемого фильтра зависит от концентрации радона в необработанной воде, объема водопотребления, объема фильтра, и может достигать опасных величин до нескольких сотен мкЗв/ч, что повышает радиационную опасность процесса очистки в целом.

В работе приведены результаты испытаний запатентованной НПП «Эксорб» системы очистки воды от радона и его дочерних продуктов распада путем фильтрации через сорбирующий материал РАЦИР с периодической регенерацией загрузки.

Суть предлагаемой системы заключается, во-первых, в использовании в качестве фильтровального материала помимо активированного угля неорганического собрента РАЦИР на основе гидроксида циркония, разработанного ООО НПП «Эксорб» для сорбции ионов переходных металлов. Сорбент РАЦИР позволяет извлекать из воды дочерние продукты распада радона (ДПР), которые представляют большую радиационную опасность для желудочно-кишечного тракта как альфа-излучатели, чем сам радон.

Другая предлагаемая особенность новой системы позволяет снижать радиационную опасности от фильтровальной колонны, накапливающей радионуклиды. Для снижения мощности дозы от колонны проводится ее периодическая обратная промывка водой, нагретой до температуры от 50 до 85 С, которую затем собирают в емкость-сборник и выдерживают до распада радона и его ДПР в течение не менее 2 недель.

Объем используемой для промывки воды составляет от 1 до 5-ти объемов сорбирующего материала. Преимущества данной системы перед аналогами следующие:

  1. Установка позволяет гарантированно фиксировать радон и его продукты распада, такие как свинец и висмут, обеспечивая наилучшие из возможных показателей снижения содержания природных радионуклидов в воде (до 99%).
  2. Установка не производит выбросов радона в воздух помещения и за его пределы, обеспечивая безопасность людей вокруг него и не вызывая беспокойство у соседей.
  3. Применяемые в системе инженерные решения позволяют избежать чрезмерного накопления радионуклидов в установке и предотвращают переоблучение людей вблизи нее.
  4. Установка проста, надежна. Не производит шума. Не требует дополнительного потребления электроэнергии. Может быть легко встроена в существующую систему водоподготовки.

На практике подобная установка собрана и уже в 3 года работает в частном доме возле в Свердловской области (Уральский регион, Россия). Исходный уровень содержания радона в воде частной скважины составляет около 1500 Бк/л, уровень очистки после установки – ниже 60 Бк/л.

 

r01

Рис. 1 Схема (слева) и фото реальной установки очистки радона (справа) с указанием показателей гамма-фона на поверхности при ее работе.

 

Объем загрузки активированного угля составляет 70 л, объем сорбента РАЦИР – 15 л. Слой сорбента загружен в средней части колонны, между слоями активированного угля. Ориентировочный объем потребления воды – 1000 л/сут. Периодичность промывки – 1 раз в мес. Перед промывкой уровень мощности экспозиционной дозы на поверхности колонный возле слоя активированного угля достигал 0,6 мкЗв/ч, в центральной части колонный возле слоя сорбента РАЦИР – до 20 мкЗв/ч, что в 100 раз превышало фоновые значения. После промывки уровень гамма-фона спадал до фоновых значений. Вода после промывки сливается в подземный резервуар объемом 3 м3, где выдерживается около месяца, после чего сливается в хозяйственную канализацию.

Для снижения уровня гамма-фона от колонны с фильтровальным материалом в будущем возможна загрузка гомогенизированной смеси активированного угля и сорбента РАЦИР, либо использование запатентованной ООО НПП «Эксорб» конструкции двойной колонны, в которой более активный сорбент РАЦИР размещен внутри колонный с менее активным углем.

 

 

Система Sorben-Tec для экспресс-измерения воды на содержание радона

Для измерения активности радона в воде используется ряд инструментов, основанных на прямой гамма-спектрометрии, эманометрии и жидкосцинтилляционной спектрометрии. Эти методы обеспечивают достаточно низкие пределы обнаружения, но требуют дорогостоящего оборудования и могут быть выполнены только в специально оборудованных лабораториях. Таким образом, создание доступной для широких слоев населения системы для экспрессной оценки содержания радона в питьевой воде, представляет значительный практический интерес.

В 2015 году компанией ООО НПП «Эксорб» была разработана и запатентована технология бытовых экспресс-тестов воды и других жидкостей Sorben - Tec на наличие радионуклидов с помощью бытового дозиметра или поискового бета-радиометра.

Измерение радона можно проводить по бета- или гамма-излучению его короткоживущих дочерних продуктов распада. В таблице 1 приведены ядерно-физические характеристики ДПР радона.

 

Таблица 1. Ядерно-физические характеристики КДПР радона [8]

Изотоп

T ½

Тип распада

Eγ, кэВ

218 Po

3.05 min

α

-

218 At

2 s

α

-

214 Pb

26.8 min

β

352, 295, 242

214 Bi

19.9 min

β

609, 1764, 1120

214 Po

164 µs

α

800, 298

 

Из таблицы 1 видно, что как при дозиметрических, так и при бета-радиометрических измерениях вклад в результат измерения дают только 214 Pb и 214 Bi (в равновесии с 214 Po ), причем вклад 214 Bi в результат больше, благодаря более высокой энергии гамма- и бета-излучения.

Для экспресс-измерения радона с помощью системы Sorben - Tec предложен сорбент производства ООО НПП «Эксорб» на основе гексацианоферрата железа – E 214, селективного к продуктам распада радона - висмуту и свинцу. В отличие от сорбента РАЦИР, извлекающего и радон и его ДПР, сорбент E 214 извлекает менее 5% самого радона, а степень сорбции ДПР радона достигает 38%. Таким образом, становится возможно измерение радона по его ДПР с помощью дозиметрических или бета-радиометрических измерений.

Устройство для экспресс-диагностики Sorbent-Tec представляет собой комбинацию пластиковой крышки диаметром 50 мм для стандартной 5-литровой бутылки и прикрепленной к ней фильтровальной колонки с 20 мл сорбента (рис 2).

 

 

r02

Рис. 2. Внешний вид и пример использования устройства Sorben - Tec с бытовым дозиметром.

 

Достоинством устройства является то, что для проведения измерений не требуется дополнительных операций по подготовке счетного образца. Сорбированные радионуклиды находятся в слое сорбента, прилегающем к сетке. При размещении устройства на измерительном кристалле или детекторе сеткой вниз достигается высокая эффективность счета.

Для тестирования сорбционных систем были использованы натуральные подземные воды с повышенным содержанием радона (~ 100, 400, 500 и 1500 Бк/л), отобранные из скважин и родников Свердловской области (Уральский регион, Россия). Минерализация всех проб была в пределах 200 мг/л, pH – от 6 до 7,5. В экспериментах пробы воды отбирали в герметичные бутыли объемом 5 л, после чего выдерживали в течение как минимум 3 – 5 ч для установления радиоактивного равновесия радона с короткоживущими дочерними радионуклидами ( 218 Po, 218 At, 214 Pb и 214 Bi). Активность радона в пробах измеряли на сцинтилляционном гамма-бета-спектрометре «Атомтех МКС-1315 АТ» по линии равновесного дочернего гамма-излучающего изотопа 214 Bi ( E = 609 кэВ) в стандартной геометрии Маринелли (1 л) без пробоподготовки.

После насыщения сорбционную насадку измеряли на гамма-спектрометре, бета-радиометре УИМ2-2Д с блоком БДЗБ-100Л и с помощью дозиметра ДКГ-01Д «Гарант».

Благодаря очень низкой степени сорбции радона у сорбента E 214 насадку с ним можно использовать повторно уже примерно через 3 часа после предыдущего измерения, когда произойдет почти полный распад (более 95%) ДПР радона в насадке. Среднее время пропускания пробы объемом 5 л через устройство – около 40 минут.

Предел обнаружения радона в воде с помощью системы Sorben - Tec с сорбентом E214 составляет 35 – 40 Бк/л при использовании дозиметра и 10 Бк/л при использовании бета-радиометра при объеме пробы 5 литров. Таким образом, данная методика является достаточно чувствительной для экспрессного обнаружения воды с превышением норм по радону, проста и доступна для населения благодаря возможности использования для измерений бытовых дозиметрических приборов.