Очистка природной воды от радона

Челябинск является динамично развивающимся городом России. В городе активно застраиваются новые жилые микрорайоны. В последние годы город активно прирастает за счет строительства коттеджных поселков, однако не всегда имеется возможность подключить их к централизованной системе водоснабжения города. В связи с этим возникает проблема водоснабжения, которая решается за счет использования индивидуальных водозаборных скважин.

Безопасна ли вода в этих скважинах, какие вредные и опасные примеси может содержать и как с ними бороться, мы хотели бы разобраться на примере воды, проба которой была взята из скважины глубиной 45 метров в поселке Терема Кре-менкульского сельского поселения. По солесодер-жанию, окисляемости, pH, мутности, цветности и др. важным для питьевой воды показателям всё в пределах нормы, регламентируемой нормативным документом [1]. Проблему качества воды выявило радиохимическое исследование, результаты которого приведены в табл. 1.

Согласно полученным результатам, в воде наблюдается превышение радона-222, который является наиболее стабильным изотопом из числа радоновых, обладающим активной альфа-радиоактивностью с периодом полураспада 3,8 суток. Так как для хозяйственно-питьевого водоснабжения население поселка использует подземные источники и других вариантов не предусмотрено на сегодняшний день, необходимо понять, что такое радон, опасен ли он и какие мероприятия наиболее действенны для его удаления из воды.

Таблица 1 Качественные показатели воды водозаборной скважины

Измеряемый параметр	Объемная активность (при Р = 0,95), Бк/дм3	Норматив, Бк/кг [1]
рН = 7,14
Общая минерализация 162,5 мг/л
Суммарная α	0,23 ± 0,10	0,2
Суммарная β	0,10 ± 0,04	1,0
222Rn (радон-222)	183 ± 20	60
3Н (тритий)	<10	7600

В 1995 г. в РФ был принят Федеральный закон «О радиационной безопасности населения», и на сегодняшний день действуют специальные нормы радиационной безопасности. Предельные величины концентрации радона в воздухе помещений можно найти в таких нормативных документах, как НРБ-99 или СП 2.6.1.758-99, ОСПОРБ-99, СП 2.6.1.1292-2003, а также в методических указа- ниях МУ 2.6.1.715-98. Российские нормы [2–8] устанавливают верхнюю границу концентрации радона в воде, при которой требуется вмешательство, она составляет 60 Бк/л. В США по рекомендациям Агентства по охране окружающей среды (USEPA) предельная концентрация радона в воде не должна превышать 11,1 Бк/л, в странах Евросоюза допустимая граница варьируется: в Финляндии предельно допустимые концентрации установлены на уровне 300 Бк/л, в Швеции – 300 Бк/л, в Ирландии – 200 Бк/л [9].

Подземные воды с повышенным содержанием радиоактивных элементов (урана, радона, радия и др.) широко распространены на территории области и слагают так называемую «гранитную ось» Урала [10]. Эти породы разрушаются со временем, и высвободившиеся радиоактивные элементы поступают в подземные водоносные горизонты [11, 12].

Существуют публикации [9, 13, 14], в которых прослеживается статистическая связь онкологических заболеваний, ишемической болезни сердца, изменения поведенческих реакций и детского церебрального паралича с геопатогенными зонами (разломами), по которым радон перемещается и с помощью которых выходит на поверхность земли. При вдыхании радона продукты его распада избирательно накапливаются в некоторых органах и тканях. Растворяясь в крови и лимфе, радон и продукты его распада быстро разносятся по всему телу и приводят к внутреннему массированному облучению, что может стать причиной онкологических заболеваний. По данным департамента здравоохранения США, радон – второй по частоте (после курения) фактор, вызывающий рак лёгких преимущественно бронхогенного (центрального) типа [13, 14]. В связи с этим важным моментом является не только снижение концентрации радона в воде для хозяйственно-питьевых целей, но и защита воздушного пространства с постоянным пребыванием людей от поступления радиоактивных изотопов.

Проведенный анализ существующих на сегодняшний день методов удаления радионуклидов из воды показал, что наиболее эффективными являются такие методы, как аэрация, ионный обмен, сорбция и обратный осмос.

К числу наиболее часто применяемых методов относятся:

• •    сорбция – очистка воды от радона с использованием сорбционных материалов, чаще всего активированного угля. Этот способ позволяет удалить из воды 95…99 % инертного газа. Угольный сорбент хорошо улавливает и прочие радионуклиды: радий-226 и уран-235. Для большей эффективности перед угольным фильтром иногда ставят ионообменный фильтр. Данный способ используют для систем водоснабжения небольшой производительности [15–17]. Блок-схема водоподготовки с использованием сорбционной технологии приведена на рис. 1;

• •    мембранная фильтрация – это разделение веществ в растворах на полупроницаемых мембранах. Разделение осуществляется под действием приложенной извне движущей силы (электрическое поле, разница концентраций или под давлением). Это позволяет осуществить разделение дисперсных систем на составляющие. Способ позволяет выделить из воды радон и прочие радионуклиды, в том числе одновалентные ионы радиоактивных тяжелых металлов – лития, таллия и свинца. Благодаря данному методу их концентрация в воде уменьшается более чем в пять раз [15– 17]. Блок-схема с использованием мембранной технологии приведена на рис. 2;

• •    безнапорная аэрация – отдувка воздухом – очень эффективно уменьшает концентрацию инертного газа в воде. Эффективность технологии аэрации составляет примерно 90 %, что в десятки раз снижает количество нежелательных примесей радона, аэрация уменьшает его концентрацию в воде в 100…120 раз [15–17]. Блок-схема с использованием аэрации представлена на рис. 3.

Сравнительная характеристика рассматриваемых методов удаления из воды радиоактивных элементов приведена в табл. 2. Из табл. 2 видно, что каждый из методов имеет как преимущества, так и недостатки. По нашему мнению, наименее затратный и более безопасный в радиационном отношении – это метод удаления из воды радона безнапорной аэрацией.

Рис. 1. Блок-схема очистки природной воды от радона сорбцией

Водоснабжение, канализация, строительные системы…

Радон содержащая

вода из скважины

Картридж

механической очистки 5 мкм

Угольный картридж

Картридж

очистки 1 мкм

о

Мембрана обратного осмоса

Угольный постфильтр

Очищенная вода

_j\ Накопительный

бак

Рис. 2. Блок-схема очистки природной воды от радона мембраной фильтрацией

Рис. 3. Блок-схема очистки природной воды от радона безнапорной аэрацией

Таблица 2

Метод очистки	% удаления	Преимущества и недостатки
Диффузионная аэрация в насадочной колонне	78…99,9	– проверенная технология; – низкие эксплуатационные расходы; – требуется предварительная очистка; – возможны проблемы загрязнения атмосферы отходящими веществами
Пневматическая аэрация (диффузия барботажем)	71…99,9	– проверенная технология; – низкие эксплуатационные расходы; – компактность оборудования; –требуется предварительная очистка; – возможны проблемы загрязнения атмосферы отходящими веществами
Аэрация разбрызгиванием	35…99,9	– для высокой эффективности необходимо большее количество повторов процедуры очистки; – проблемы эксплуатации в холодных условиях
Безнапорная аэрация в лотках	70…94	–требуется предварительная очистка; – возможны проблемы, связанные с температурой
Упрощенные методы аэрации	10…96	– большая общая площадь, занимаемая оборудованием; – возможны проблемы, связанные с температурой
Гранулированный активированный уголь	70…99	– продолжительный период контакта воды с углем; – проблемы загрязнения активированного угля продуктами распада радона и проблема дальнейшей его утилизации
Обратный осмос	99,9	– требуется предварительная очистка; – проблемы загрязнения мембраны фильтра продуктами распада радона и утилизации отслужившей мембраны

Эффективность методов удаления из воды радиоактивных элементов

Вода из скбожины.

Воздух для продубки/—^Воздух 6 атмосферу

Фильтр Фильтр \___/обеззараживание грубой тонкой Аэратор очистки очистки

Очищенная бода

Насосный агрегат

Скбажина

Рис. 4. Принципиальная схема очистки природной воды от радона

Два д ругих мет од а св я за н ы с о б р азо ва н ием и н а к о пле ни ем р ади о акти в н ых о тхо д о в и н еоб ход и мо ст ь ю ус т ано в ки д оп олнительн о г о эк р ани рующ е г о о б о руд о ван и я для за щи т ы о б сл уж ива ю щ е г о п ер со н а ла. Се г о дн я н а р ы нк е п р ед с т ав ле н ши р о кий сп е к т р аэ р а ци о нн ых с и с т ем о ч и стки вод ы о т р а д он а заводского изготовления. Н а р ис. 4 при ве д е н а одна и з т аких п ри нцип иал ь н ых схем о чи с т ки в о д ы о т р ад о н а. Ус т ано в к и , р аб от ающ и е п о д а нн ой с хеме, успешно применяются д л я оч ис т ки во ды о т р ад он а в р аз л и чн ых п о се л к а х Ч е ляб и н с к ой о б ла сти . Дан н ы е ус т ано в ки в клю ч а ю т в себ я ф ильт р ы г руб о й и т о нк о й о чи с т ки , б лок безна п о р н ой аэ р а ц ии , н асо с ную ст а нци ю . В се филь т ры к арт р идж н о г о т ип а. О б еззар а ж и в ани е во д ы п р едп о л аг ае т ся с п о мо щ ь ю ультрафиолетового излучения.

Не о б х од им о о тме т и ть , ч то в дан н у ю сх е му кро м е обор у д о в ан и я по у д ал ен и ю радо на м о ж ет бы т ь пр и не о б х о д им ост и до б а вле но о бор у д ован ие д л я у мяг чен ия в о ды и у д ал ен и я ж ел ез а , ч то так ж е я вл я е тся а к т у аль ным д ля рег ион а . У стано в к и компа ктны, ра с с ч и таны на н е бо льш у ю п роизв о д ит ел ьность, об о р у дован ие , вх о д ящее в с о с т а в у с т ановк и, м о ж ет бы ть у стано вл ено в техн ич е ском пом ещен и и на пл о щад и не более 3 м². Б а з о в ы й комп л ек т, по з в о ля ющ и й э ф фе к т и вно у д али ть радо н ( без до по лн ит ел ь н ого у м я гчения и уда л ен ия ж ел е за ), д ос т у п ен по цене и рас с ч ит ан на оч и с т к у до 500 л/ су т , ч то достаточ но для индивидуального дома.

Н о при бе з напорной а эра ц ии в ка че с т в е о с нов ного м е тода у дал е н и я р ад она посл ед н ий б у де т в ы д елят ь с я в в оз д у х пом е щ е ни я, где у с танов л ено оборудование . В с тра на х Е в ропы и С Ш А д л я р е ш е н ия д ан н ой пробл е м ы у с та на влив а ю т при н у д и тел ь н у ю в ент ил я ц ию в м е ста х не пос ре дс т в е н ного выделения радона [18]. В России с уще ству ют из о бре тен и я, п ред л аг а ющи е с п ос об уда л ен ия ра дона из возд у ха пом е ще ни й, з аключа ющи йс я в проп ус кан ии в оз д у х а че ре з пог л отител ь ные ф ил ь тры из акт ив и ров а н ного уг л я, сорб ир ующ ие рад он, отл и ч а ющи йс я те м , что очище н ный в оз д у х подв е рга ю т сж а т ию, проп у с кая е го че ре з в оз д уш ный компре с сор, и под де рж и в а ю т уста н ов л е н ное з на че н ие в еличины подпора воздуха в поме щ е н ии с п омощью управляемого редуктора [19]. М е тод с а м по с е бе ин те рес е н, од на ко в оз ни кае т в опрос – как часто на до м ен ять фил ь тры и где их у т или зи ров а ть. При невысоких концентрациях радона-222 в воде и

с учетом его периода полураспада можно ограничиться устройством принудительной приточновытяжной вентиляции в помещении.

Проведенный литературный анализ показал, что уровень радона, превышающий допустимые пределы, негативно влияет на здоровье человека. Для индивидуального коттеджного строительства наибольшая эффективность при очистке воды от радона и продуктов его распада может быть достигнута при особом комбинировании методов безнапорной аэрации и сорбции в различных вариантах. Защита, в том числе очистка, воды хозяйственно-питьевого назначения от радона-222 является актуальной темой, и исследования в данном направлении необходимо продолжать.