Építőanyagok és ipari melléktermékek környezetgeokémiai és radiometriai vizsgálata Völgyesi Péter Környezettudományi Doktori Iskola, Környezeti Földtudomány program II. évf. 2011-2012 Témavezető: Szabó Csaba, Ph.D. Litoszféra Fluidum Kutató Labor Földrajz és Földtudományi Intézet, Eötvös Loránd Tudományegyetem
Az előadás vázlata Bevezetés Célkitűzés Kutatási témakörök: Építőanyagok minősítése Méréstechnikai módszer fejlesztés bemutatása Hosszú távú ipari szennyezés vizsgálata Eredmények Összefoglalás
Bevezetés A 20. században Magyarországon: jelentős ipari tevékenység Nagy mennyiségű szennyezőanyag és melléktermék: Technológia: toxikus elemek és radioaktív izotópok Indirekt módon: kiporzás (meddőhányó), légköri ülepedés, erőművi kémény Direkt módon: A melléktermékeket (erőművi salak, pernye) nagy mennyiségben használták építő- és szigetelőanyagként: radioaktív tartalom Környezeti és egészségügyi probléma Indoor Air Quality : életünk ~60-90 %-át belterekben töltjük Ipari szennyezőanyagok megfelelő vizsgálata, minősítése: környezetgeokémia, radiometria
Elvégzett kutatás Témakör I. Budapesten és a közép-magyarországi régióban található erőművi salakot és pernyét tartalmazó épületek és építőanyagok vizsgálata Beltéri radiometriai mérések: Helyszíni: gamma dózisteljesítmény mérés, rövid és hosszú távú radonkoncentráció mérés, talajgáz radonkoncentráció mérés (tavaly bemutatásra került, döntően a salakok emelkedtek ki) Építőanyagok minősítése (HPGe gamma-spektroszkópia) Témakör II. Salakok részletesebb, gamma-spektroszkópiás vizsgálata (szekuláris egyensúly) Témakör III. Hosszú távú ipari szennyezés vizsgálata Ajkán padlás por minták segítségével
I. Témakör Lakossági felkérés: Radiometriai vizsgálat 20 épületben Helyszíni és laboratóriumi mérések Salak- és pernyetartalmú építőanyagok (gázszilikát, salakbeton, salak) vizsgálata, HPGe gammaspektroszkópia, minősítés indexek segítségével: Rádium ekvivalens (Ra eq ) Aktivitás koncentráció index (I) Ra-226 (186 kev), Th-232 (911 kev), K-40 (1461 kev) aktivitás koncentráció meghatározás
Eredmények Ra eq =C Ra-226 +1.42C Th-232 +0.077C K-40 határérték
Eredmények Nagy Kis vagy 6
226 Ra meghatározása a 186 kev-es csúcsból II. Témakör A 186 kev-es 226 Ra csúcs: figyelembe kell venni az 235 U részarányát Feltételezés: urán izotóparány és a szekuláris egyensúly is fennáll 238 U-ra és 226 Ra-ra Ezt az esetet számos munka feltételezi és használja a 186 kev-es csúcsot a 226 Ra meghatározására Szekuláris egyensúlyt befolyásoló paraméterek: Eltérő geokémiai viselkedés Mesterséges folyamatok Sorban található különböző halmazállapotú izotópok MTA Energiakutató Intézet: gamma spektroszkópiai mérőrendszer kifejlesztés
A mérőrendszer főbb kihívásai 1. Radonzártság: nemesgáz mintatartó anyaga 2. Teljes energiás abszolút hatásfok meghatározása: forrás: kiterjedt, közeli 3. A 186 kev-es csúcs megbízhatóan használható-e a 226 Ra-tartalom pontos meghatározására
Radon-zártság meghatározás HDPE mintatartóra HDPE Ra- 226 Rn- 222 telítődési görbék mérése, illesztése lezárást követő 18 napon át, 6 óránként Rn-222 utáni nuklidok (Pb-214, Bi-214) mérése : görbeillesztési paraméter Pb- 214 Bi- 214 mért adatok illesztése átlag 295 kev 609 kev 1764 kev (Rn-222) (min -1 ) 1,257E-04 1,239E-04 1,265E-04 1,261E-04 std. err. 7,895E-07 2,360E-06 2,120E-06 5,270E-06 + 3,182 std. err. (n=3; =0,05; Student-t) 1,282E-04
Hatásfok Efficiency Abszolút hatásfok meghatározás HDPE mintatartóra Hatásfok meghatározás kiterjedt, közeli forrásra: Mérés: távoli standard pontforrásokkal - Co-60, Ba-133, Eu-152, Bi-207, Ra-226, Am-241 - távoli geometria: 167mm - valódi koincidencia: elhanyagolható 4.50E-02 4.00E-02 3.50E-02 3.00E-02 Standard Számított Standard Sample Számítás: közeli kiterjedt forrásra - fenti mérési adatok EFFTRAN 1.2-be (Excel) - egyéb adatok: detektor, pont ill. kiterjedt forrás - Monte Carlo szimuláció alapú adatbázis - valódi koincidencia figyelembevétele - hatásfok transzfer 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00 0 500 1000 1500 2000 2500 E [kev] Ellenőrzés: egyvonalas nuklidok - standard oldat HDPE-ben: Am-241, Cd-109, Co-57, Cs-137, Mn-54 - közeli geometria: mérés és számítás - mért / számolt : ~ 1,02 1,05 ~ 2-5% szisztematikus eltérés korrekciós tényező
Ra-226 Pb-214 vagy Bi-214 (Bq/kg) Salakminták eredményei 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Pb214 Bi214 1:1 0 0 1000 2000 3000 Pa-234m (Bq/kg) U-238
III. Témakör: Hosszú távú ipari szennyezés vizsgálata Miért pont padlás por? hosszú ideig zavartalan közeg Passzív mintavevő MFGI Ajka Külön mintavételi protokol szükséges Számos adat Négyzethálós mintavétel 10% duplikátum Montavételi hely kiválasztása Kérdőív Idős, zavartalan padlások 30 padlás por minta 27 elem meghatározás: ICP-OES, atomabszorpció
Eredmények: As 7-13.3 ppm 13.8-27.7 ppm 27.9; 36 ppm 1. Ausztrália, Sydney (Davis and Gulson, 2005): 7.2-17.6 ppm (nem ipari terület) 2. USA, Nevada and Utah (Czidziel and Hodge, 2000): 12 ppm (5 minta átlaga) 1km
Összefoglalás - Témakör I. Épületek radiometriai mérése: Radon koncentráció értéke a 300 Bq/m 3 -es határértéknél kisebb Gamma dózisteljesítmény mérések: 3 esetben a magyarországi átlag értéket kissé meghaladják 1 esetben a magyarországi értéket jelentősen meghaladja Az indexekben (Ra eq, I) foglalt ajánlott értékeket a kis mennyiségben használt salakok haladták meg Radiometriailag a salak nagyobb kockázatot jelent, mint a pernyetartalmú gázszilikát
Összefoglalás - Témakör II. Mintatartó: radon-szökés minimális Alacsony hátterű kamra, nagy pontosságú mérések Megbízható módszer: Segítségével lehetséges a bomlási soron belüli izotópok mérése, és a szekuláris egyensúly tanulmányozása 186 kev: jól használható a rádium meghatározására
Összefoglalás - Témakör III. Környezetgeokémiai felmérés Ajkán: 30 padlás por minta 27 mintavételi helyről Toxikus elem meghatározás Sikeres mintavételezés Toxikus elemek forrásai: szénbányászat, széntüzelésű erőmű, közlekedés Hasznos módszer az elemek geokémiai viselkedésének és térbeli eloszlásának vizsgálatára
Szakmai tevékenység 2011-2012 Beküldött publikáció: Szabó, Zs., Völgyesi, P., Nagy, H. É., Szabó, Cs., Kis, Z., Csorba, O. Radioactivity of natural and artificial building materials A comparative study of Hungarian samples, Journal of Environmental Radioactivity Konferenciák Ifjú Szakemberek Ankétja, 2012, március 30-31, Tatabánya, előadás VIII. Kárpát-Medencei Környezettudományi Konferencia, 2012. április 18-21, Veszprém, előadás Joint 5th Mineral Sciences in the Carpathians Conference (MSCC) and 3rd Central-European Mineralogical Conference (CEMC), 2012, április 19-21, Miskolc, angol nyelvű poszter EGU General Assembly, 2012, április 23-27, Bécs (Austria), angol nyelvű poszter III. Terrestrial Radioisotopes in Environment, International Conference on Environmental Protection, 2012, május 16-18, Veszprém, angol nyelvű poszter 9th ISEG - International Symposium on Environmental Geochemistry, 2012, július 15-22, Aveiro (Portugália), elfogadott előadás
Szakmai tevékenység 2011-2012 Absztrakt Müller, M., Berta, M., Völgyesi, P. & Szabó, Cs. (2012) Study on solid residues of the municipal waste incinerator in Budapest. WASTESTORMING 2012 An International Conference on Waste Management, March 1-2, 2012, Pécs, Program and Abstracts, 21. Völgyesi, P. & Zacháry, D. (2012) Attic dust: An efficient sampling medium to study long-term airborne contamination in an industrial area, Ajka, Hungary. XLIII. Conference of Young Scientists, March 30-31, 2012, Tatabánya (Hungary), Abstracts and Programs, 29. Zacháry, D. & Völgyesi, P. (2012) Geochemical properties of urban soil samples from Ajka, Hungary. XLIII. Conference of Young Scientists, March 30-31, 2012, Tatabánya (Hungary), Abstracts and Programs, 28. Völgyesi, P., Szabó, Zs., Kis Z. & Szabó, Cs. (2012) Study of secular equilibrium state between 226Ra and 238U on Hungarian coal slag samples. VIII. Environmental Scientific Conference of the Carpathian Basin, April, 18-21, Veszprém (Hungary), Abstracts, 510. Zacháry, D., Völgyesi, P., Jordán, Gy. & Szabó, Cs. (2012) Integrated urban geochemical study in Ajka, Hungary. Joint 5th Mineral Sciences in the Carpathians Conference (MSCC) and 3rd Central-European Mineralogical Conference (CEMC), April, 19-21, Miskolc, Hungary. Acta Mineralogica-Petrographica, Abstract Series, Szeged, Vol. 7, 2012. 155. Völgyesi, P., Jordan, G. & Szabó, Cs. (2012) Long-term airborne contamination studied by attic dust in an industrial area: Ajka, Hungary. EGU General Assembly, April 23-27, Vienna (Austria), Book and Abstract USB Flash Drive. Völgyesi, P., Zacháry, D., Szabó, Zs., Szabó, Cs., Jordan, G., Kiss, Z., Somlai, J. (2012) Radiometric Study on soil and building material samples from Ajka city, Hungary, III. Terrestrial Radioisotopes in Environment, International Conference on Environmental Protection, 2012, május 16-18, Veszprém
Köszönöm a figyelmet! Köszönettel tartozom: Szabó Csaba, Ph.D., Jordán Győző, Ph.D. A vizsgált lakások tulajdonosai Kiss Zoltán, Gméling Katalin, Révay Zsolt, Szentmiklósi László Szabó Zsuzsanna, Nagy Hedvig Éva, Szabó Katalin Zsuzsanna Csorba Ottó Bendő Zsolt Dr. Somlai János Dr. Horváth Ákos Kocsy Gábor Breitner Dániel, Ph.D. Hidas Károly, Ph.D. ELTE TTK Környezettudományi Doktori Iskola Magyar Fejlesztési Bank Zrt. Radosys Kft. A Litoszféra Fluidum Kutató Laboratórium minden tagja Családom, Ildi és barátaim
Sampling Field sheet Sample site location (GPS, Altitude ) Sampling Condition (Roof type, Surface, Mass ) House Characteristics (Type, Date of construction, Renovation, Orientation) Surroundings (near-, far-site) (Garden, local history) (Wind, Landscape, Land use) Gamma radiation Notes, Sketch Photo documentation
Results: Hg 0.058-0.43 ppm 0.48-0.95 ppm 1.8 ppm 1. Slovenia (Gosar et al.,2006): 0.58-191 ppm (highly contaminated industrial area) 1km
Results: Cu 14.1-33 ppm 38-51 ppm 58-128 ppm 1. Australia, Sydney (Davis and Gulson, 2005): 52-364 ppm (non-industrial area) 2. USA, Nevada and Utah (Czidziel and Hodge, 2000): 81 ppm (mean of 5 samples, old houses) 51 ppm (mean of 3 samples, new houses) 1km
Results: Pb 24.9-71.3 ppm 77-130 ppm 149-881 ppm 1. Australia, Sydney (Davis and Gulson, 2005): 105-1150 ppm (non-industrial area) 2. USA, Nevada and Utah (Czidziel and Hodge, 2000): 860 ppm (mean of 5 samples, old houses) 140 ppm (mean of 3 samples, new houses) 1km