Методы и средства обеспечения радоновой безопасности населения в градостроительном комплексе

Чичиров, Константин Олегович

Автореферат диссертации по теме "Методы и средства обеспечения радоновой безопасности населения в градостроительном комплексе"

ЧИЧИРОВ КОНСТАНТИН ОЛЕГОВИЧ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАДОНОВОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ

Специальность 03.00.16 Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2004

Работа выполнена в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Сидельникова Ольга Петровна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Путилов Александр Валентинович Голованчиков Александр Борисович

Ведущая организация

ОАО ПУС «Стройиндустрия»

Зашита диссертации состоится 03 декабря 2004 года в 13 00 часов на заседании диссертационного Совета К 212.026.03 при Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д. 1,ауд. В-710

диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВолгГАСУ. Автореферат разослан 03 ноября 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

канд. хим. наук, доцент

ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последнее время при проектировании и строительстве жилых и общественных зданий уделяется повышенное внимание к радиационным характеристикам строительных конструкций и материалов. По существующим нормативам при проектировании новых зданий жилищного и общественного назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА) радона и торона в воздухе помещений не превышала 100 Бк/м3. В эксплуатируемых зданиях среднегодовая ЭРОА радона в воздухе жилых и общественных помещений не должна превышать 200 Бк/м3. Превышение этих нормативов приводит к необратимым изменениям в организме человека. Поскольку население промышленно развитых стран мира большую часть времени (около 80%) проводит внутри зданий, необходимо контролировать и исследовать дозу облучения, обусловленную наличием радона в помещении, эманацию радона из почвы территорий и эксхаляцию радона из строительных материалов.

Выделяемый строительными конструкциями и строительными материалами здания радон, поступающий в окружающую среду в том числе и с вентиляционными выбросами, повышает эффективную дозу, что приводит к негативным изменениям в растительном и животном мире.

Проблема обеспечения радоновой безопасности в градостроительном комплексе может быть решена на основе исследований радиационных характеристик строительного сырья, материалов, территорий, атмосферного воздуха, а также концентраций радона в воздухе жилых, общественных и производственных зданий каждого региона (области).

Таким образом, актуальным является исследование объемной активности радона, факторов, влияющих на ее изменение и разработка методов снижения радо-новыделения в помещениях строящихся и эксплуатируемых зданий

Работа выполнялась в соответствии с "Единой Федеральной целевой программой ядерной и радиационной безопасности России на период до 2005 года", утвержденной Постановлением Правительства РФ №149 от 22.02.2000, а также тематическим планом научно-исследовательских работ в области охраны окружающей среды Пензенского государственного университета архитектуры и строительства.

Цель работы. Снижение радоновой опасности в градостроительном комплексе посредством разработки методов и средств уменьшения активности и выбросов радона и его дочерних продуктов распада в атмосферу при строительстве и производстве строительных материалов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- оценка влияния выбросов радона из строительных конструкций в окружающую среду на изменение радиационного фона;

- выявление факторов и закономерностей образования радиационного фона, обусловленного радоном, в окружающей среде, помещениях жилых и общественных зданий;

- разработка методов и средств снижения активности радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) при добыче минерального сырья, производстве строительных материалов, при строительстве зданий и сооружений (на примере Пензенской области);

- выявление закономерностей отклонения активности радона и ДПР в зависимости от геолого-геофизических характеристик мест застройки;

Основная идея работы состоит в разработке экологически обоснованных проектных решений по строительным и конструктивным характеристикам зданий и размещению объектов строительства для снижения радиационной нагрузки, обусловленной радоном и ДПР.

Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные исследования и обработку экспериментальных данных методами математической статистики с применением ЭВМ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждающих удовлетворительную сходимость полученных результатов исследований, выполненных в натурных условиях, с результатами других авторов.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- установлены закономерности распределения радона в окружающей среде и помещениях в зависимости от влияния различных факторов (применяемых материалов, конструктивных характеристик здания, времени года, тектонических участков современной геологической структуры Русской платформы и т.д.);

- установлена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективную удельную активность радия в сырье, позволяющая прогнозировать ее конечное значение в изготавливаемых строительных материалах, конструкциях и объем выбросов радона в атмосферу;

- экспериментально определены усредненные годовые эффективные дозы облучения населения, обусловленные радоном и ДПР (на примере Пензенской области);

- установлены закономерности отклонения активности радона и ДПР в зависимости от геолого-геофизических характеристик мест застройки.

Практическое значение работы

- разработан метод расчета удельной активности радона в строительных материалах, минеральном сырье, позволяющий прогнозировать объем выбросов радона в окружающую среду;

- получены районированные данные плотностей потока радона и ДПР из почв территорий, отведенных под застройку, и составлена карта эффективных удельных активностей радия месторождений строительного сырья Пензенской области;

- разработана схема организации мониторинга концентрации радона в атмосферном воздухе, почве и на объектах строительного комплекса;

- разработана номенклатура отделочных материалов, позволяющих снизить радоновыделение в окружающую среду.

Реализация результатов работы

- результаты выполненных исследований внедрены и используются ОАО ПУС «Стройиндустрия» при проектировании и строительстве зданий;

- результаты диссертационной работы используются кафедрами инженерной экологии и строительных материалов Пензенского государственного университета архитектуры и строительства при подготовке инженеров по специальностям 290300 «Промышленное и гражданское строительство», 290600 «Производство строительных материалов», 330200 «Инженерная защита окружающей среды».

На защиту выносятся:

- закономерности распределения радона в окружающей среде и помещениях в зависимости от влияния различных факторов (применяемых материалов, конструктивных характеристик здания, времени года, тектонических участков современной геологической структуры Русской платформы и т.д.);

- экспериментальная зависимость, характеризующая эффективную удельную активность радия в сырье, позволяющая прогнозировать ее конечное значение в изготавливаемых строительных материалах, конструкциях и выбросы радона в атмосферный воздух;

- экспериментально определенные усредненные годовые эффективные дозы облучения населения, обусловленные радоном и ДПР (на примере Пензенской области);

- закономерности отклонения активности радона и ДПР в зависимости от геолого-геофизических характеристик мест застройки.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и получили одобрение на: XXXII Всероссийской научно-технической конференции (Пенза, 2003 г.); международной науч-

но-технической конференции «Техносферная безопасность» (Ростов-на-Дону, 2003 г.); научно-практической конференции «Современные новейшие строительные материалы» (Пенза, 2003 г.); международной научно-технической конференции «Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф» (Пенза, 2004); II международной научно-технической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (Белгород, 2004); международной конференции «Композит - 2004» (Саратов, 2004); 1-й региональной конференции «Муниципальный экологический контроль» (Заречный, 2004).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в десяти работах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений. Общий объем работы 159 страниц, в том числе: 105 страниц - основной текст, содержащий 36 таблиц на 45 страницах, 17 рисунков на 15 страницах, список литературы из 143 наименований на 14 страницах, 8 приложений на 39 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Концентрация радона и его ДПР в воздухе жилых и общественных зданий определяется эксхаляцией из стен и перекрытий, а также эманированием из подстилающего грунта под зданием. Концентрация радона в воздухе производственных помещений в значительной степени зависит от поступления радона из строительного сырья и минералов, используемых в производственном цикле.

На концентрацию радона в помещениях влияют факторы, которые можно разделить на прямые, характеризующие определенное здание (в первую очередь его конструктивные и строительные характеристики), и относительные (местонахождение здания, время года и суток, высота над уровнем моря, метеорологические условия).

Объектами контроля должны быть как сырье, строительные материалы, так и завершенные строительные здания и сооружения. Выявление конкретных причин, обуславливающих повышенный радиационный фон, определение возможных реальных способов снижения доз, а, следовательно, и уменьшение вероятности возникновения отрицательных последствий, является чрезвычайно важной проблемой.

Вместе с тем, выделяемый строительными конструкциями и строительными материалами здания радон поступает в окружающую среду в том числе и с вентиляционными выбросами, что приводит к повышению радиационного фона.

Концентрация радона в помещениях (С, Бк/м3) зависит от эксхаляции радона из строительных конструкций и подстилающего фунта и Бк/(м2' с)], площади стен, потолка и пола (5СК и ^„а), объема п о м е щ и3я а также кон-

центрации радона в атмосферном воздухе (Со, Бк/м ), и определяется известным соотношением

* П и. г,

.3

С = 4 * + + с Бк/м-1

(1)

Для определения среднего значения ЭРОА радона, был проведен полный факторный эксперимент (ПФЭ) порядка 23, где в качестве определяющих факторов были приняты: этаж здания - п; температура наружного воздуха по периодам года, отнесенная к 1 °С - 1т; плотность потока радона с поверхности почв, отнесенная к 1 Бк/(м2*с) - <? . В результате обработки экспериментальных данных получено адекватное уравнение регрессии, характеризующее зависимость концентрации радона от определяющих факторов, которое имеет следующий вид

(2)

ЭРОА= 41,95-10,28-я-0,59-*д;/ +1,86.

Результаты экспериментальных исследований значений ЭРОА радона представлены на рис. 1.

Анализ графических зависимостей показывает, что в многоэтажных зданиях концентрация радона в помещениях верхних этажей (начиная со второго) и, соответственно, концентраций радона в вентиляционных выбросах из них в 1,5—3 раза ниже, чем для первых.

->гаж» шиия

Рис.1. Средние значения ЭРОА радона для разных этажей зданий, построенных из различных строительных материалов: 1- для деревянных зданий; 2- для зданий из силикатного кирпича; 3- для панельных зданий; 4- для зданий из керамического кирпича.

Анализ выражения (1) показывает, что снижения концентрации радона в помещениях можно добиться путем уменьшения эксхаляции радона из строительных материалов, а в помещениях первых этажей также за счет уменьшения эксха-ляции радона из грунта.

Результаты исследования плотностей потоков радона с поверхностей почв 28 районов Пензенской области показали, что они находятся в пределах 0,5-20 мБк/(м2 с). Причем, для северных районов области плотности потоков радона несколько ниже, чем для южных (на 3...5%). Это объясняется увеличением эманирования радона с поверхностей почв с незначительным повышением температуры окружающей среды. Наиболее характерные значения плотностей потоков радона с поверхностей почв представлены в табл.1 и на рис.2.

Исследованиями установлено, что на тектонических участках современной геологической структуры Сурско-Мокшанской полосы показатели плотностей потоков радона не отличаются от основных показателей (Мокшанский район (18) находится на тектоническом участке Сурско-Мокшанской полосы и имеет показатель плотности потоков радона с поверхностей почв в летний период 10,6 мБк/(м2 с), а, например, Земетчинский (8) и Кузнецкий (14) районы не находятся на этом тектоническом участке и имеют показатели плотностей потоков радона с поверхностей почв в летний период 10,8 и 10,2 мБк/(м2 с) соответственно).

Рис.2. Карта распределения сырья Пензенской области по радиационным характеристикам; тектонический участок Сурско-Мокшанской полосы (обозначение районов см. табл. 1)

Для установления экспериментальной зависимости, позволяющей прогнозировать конечное значение эффективной удельной активности радия в изготавливаемых строительных материалах и конструкциях, были проведены исследования плотностей потоков радона в карьерах строительного сырья Пензенской области. Результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1

Средние плотности потоков радона

в карьерах строительного сырья Пензенской области

Скорость

Район и номер месторождений Наименование эксхаляции (плотность потока) радона, мБк/(м2 с) Коэффициент эманиро- А 4ф сырья, Бк/кг

сырья В зимний В летний вания расчет измере-

период период ние

1 2 3 4 5 6 7

Бессоновский 3 песок почва 6,0 9,1 6,7 9,9 14.6 115,4 126,1

Земетченский 8 глина почва 5,7 10,2 5,7 10,8 18,6 167,8 186,4

известняк 9,2 9,2 14,8 169,8 155.4

Иссинский 9 глина почва 36,6 10,8 36,6 11,2 18,9 166,2 182,6

песок 6,2 6,8 12,8 141,7 127,1

Кузнецкий 14 глина почва 21,7 9,6 23,6 10,2 21,3 167,7 183,2

песок 7,0 7,8 14,8 110,1 125,1

Лопатинский 16 известняк почва 15,2 9,4 15,8 9,9 9,8 167,8 155,4

глина 15,8 17,4 17,9 159,6 179,3

Мокшанский 18 известняк почва 8,1 10,1 8,7 10,6 16,2 171,2 156,3

песок 6,1 6,8 12,8 135,9 125,8

Пензенский 23 глина почва 21,8 9,8 22,3 10,2 16,2 167,3 181,8

Шемышейский 28 глина почва 5,5 10,4 6,2 10,9 18,3 177,6 187,1

Для оценки удельной активности радия в минеральном сырье, используемом при изготовлении строительных материалов и конструкций, с целью последующего прогнозирования поступлений эксхалируемого радона в воздух помещений и объема выбросов радона из помещений в атмосферу, разработана расчетная методика определения При известной плотности потока (эксхаляции) радона из грунта или материала, изменяющейся за счет диффузии, для расчетной оценки может быть использована зависимость

Юг

ФФ

пор

- постоянная распада радона (0,00756 ч' );

- длина диффузии радона,

- эффективный объемный коэффициент диффузии, равный 1,8 м3/ч;

- - пористость грунта (материала);

- коэффициент эманирования радона.

Сравнение расчетных и экспериментально полученных данных по оценке радиационных характеристик сырья показало достаточно высокую точность предлагаемого метода (расхождение в значениях составляет 8-12%, табл. I).

Для участков с повышенным радоновыделением, отведенных под застройку, уменьшение поступления радона из подстилающего грунта следует осуществлять заменой верхнего слоя фунтов, герметизацией пола подвала, а также использованием, например, радиационно-модифицированных или других материалов, обладающих высокими показателями изоляции и низкими эффективными удельными активностями ЕРН - А,фф<20 Бк/кг. Такие материалы обеспечивают защиту от ра-доновыделения и снижение мощности дозы в помещениях в 6 раз.

Для снижения радоновыделения с поверхностей строительных конструкций предлагается применение различных видов отделочных материалов. В табл. 2 приведены средние показатели коэффициентов снижения кп1 поступления радона в помещения с поверхностей, имеющих при использо-

вании различных видов отделки. Наиболее эффективными из приведенных материалов являются отделочные плитки с радиационно-отверждаемым лаковым покрытием.

Таблица 2

Снижение поступления радона при использовании разных видов отделочного покрытия

Вид отделочного покрытия к,„, %, при

мБк/(м2»с) дп= 10 мБк/(м2*с) 4,1-20 мБк/(м2*с)

1 2 3 4

Краска масляная 76.8 87,1 89.3

Краска масляная (2 слоя) 86.1 92,5 95.4

Краска масляная (3 слоя) 93,9 96,8 97.1

Краска на эпоксидной основе 89,8 94,1 96,3

Продолжение табл.2

1 2 3 4

Краска водоэмульсионная 65,9 72,3 78,1

Побелка меловая 14,3 16,7 21,9

Эмаль 89,9 91,4 94,3

Обои бумажные 36,9 40,3 41,4

Обои полимерные 94,2 96,3 97.8

Отделочные плитки с радиационно-

отверждаемым лаковым покрытием (не- 96,5 97.9 98,7

зависимо от состава)

С целью оценки экономических затрат на снижение коллективных доз и объемов выбросов радона из помещений в окружающую среду выполнен расчет возможного денежного эквивалента (максимально оправданные затраты) при снижении эффективной дозы, получаемой населением в градостроительном комплексе (табл. 3). Расчет денежного эквивалента проводится по формуле

где

S

- стоимость отделочных материалов руб/м2;

- площадь стен помещения, подлежащего отделке, и в среднем при-

ходящаяся на одного жителя, м ;

- годовая эффективная доза облучения людей, создаваемая за счет поступления радона с необработанной поверхности материалов, мкЗв/год;

- годовая эффективная доза облучения людей, создаваемая за счет поступления радона с поверхности материалов, после отделки помещения, мкЗв/год;

I - срок эксплуатации здания, лет.

Таблица 3

Значения денежного эквивалента при использовании различных видов отделочных материалов

Радоновыделение с Годовая ЭД мкЗв/год Стоимость Денежный

Материал поверхности, мБк/(м2-с) материала, руб/м2 эквивалент, руб/(чел-3в)

Необработанная поверхность 7,43 421 - -

Масляная краска 2,21 125 2,8 201600

Эмаль 0,75 42 3,6 77150

Водоэмульсионная краска 2,52 143 2,5 157350

Обои бумажные 2,68 205 16,0 702440

Обои пленочные 12 24 18,0 6750000

Установлено, что денежный эквивалент с учетом радиационной безопасности зависит, в основном, от разности удельных активностей ЕРН и радоновыделения (годовой ЭД), находящихся в исходных и альтернативных строительных материалах. С уменьшением этой разности возрастет денежный эквивалент.

Для эффективной реализации предлагаемых мероприятий по снижению радиационного фона помещений на всех этапах строительства (о добычи минерального сырья до возведения зданий) необходима организация постоянно действующего мониторинга. Предлагаемая схема его организации представлена на рис. 3.

Основной структурной составляющей такой схемы является региональный центр радиационного контроля в стройиндустрии, который осуществлхет не только контроль эффективных удельных активностей материалов, МЭД и радоновыделения с территорий, построенных зданий, но и регулярно информирует Центры санитарно-эпидемиологического надзора, муниципальное хозяйство области о статистических данных и принятых мерах по снижению активности в материалах и дозовых нагрузок населения, об уровне радиационного фона.

Рис.3. Схема организации регионального мониторинга концентрации радона на объектах строительного комплекса и окружающей среды.

Реализация этой схемы в Пензенской области позволила уменьшить затраты на мероприятия по снижению радиационного фона помещений, обусловленного радоном. Величина снижения затрат характеризуется средним значением денежного эквивалента по основным видам строительных материалов, который с учетом предотвращенного экологического ущерба от загрязнения окружающей среды выбросами радона из помещения составляет около 450000 руб/(чел*3в).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи по снижению радоновой опасности в градостроительном комплексе и окружающей среде посредством разработки методов и средств снижения активности радона и его дочерних продуктов распада при строительстве и производстве строительных материалов.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Установлены закономерности распределения радона в помещениях и окружающей среде в зависимости от влияния различных факторов - применяемых строительных материалов, конструктивных характеристик здания, геолого-геофизических характеристик мест застройки. Установлено, что в многоэтажных зданиях концентрация радона для верхних этажей (начиная со второго) в 1,5—3 раза ниже, чем для первых.

2. Получена экспериментальная зависимость, устанавливающая связь между средним значением ЭРОА радона и этажом здания, температурой наружного воздуха по периодам года, плотностью потока радона с поверхности почв.

3. Определена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективную удельную активность радия Ака В сырье при известной плотности потока радона из грунта или материала, позволяющая прогнозировать ее значение в изготавливаемых строительных материалах, конструкциях и эманирование в окружающую среду.

4. Экспериментально определены усредненные годовые эффективные дозы облучения населения, обусловленные радоном и ДПР (на примере Пензенской области), и установлены закономерности отклонения их активности в зависимости от геолого-геофизических характеристик мест застройки.

5. Разработан метод расчета удельной активности радона в минеральном сырье, материалах и помещениях, позволяющий прогнозировать конечное значение

активности радия в строительных материалах и объем выбросов радона в окружающую среду.

6. Разработана номенклатура отделочных материалов, позволяющих снизить радоновыделение в помещениях.

7. Разработана и внедрена схема организации мониторинга концентрации радона на объектах строительного комплекса и окружающей среды.

8. Величина уменьшения затрат на мероприятия по снижению радоновыделения в помещениях, достигнутая при реализации разработанной схемы мониторинга в Пензенской области, составляет в денежном эквиваленте около 450000 руб/(чел*3в).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А)фф — эффективная удельная активность естественных радионуклидов, Бк/кг, Аца - удельная активность радия, Бк/кг; С - концентрация радона в помещении, Бк/м1; Со — концентрация радона в атмосферном воздухе, Бк/м3; Е« - годовая эффективная доза облучения людей, создаваемая за счет поступления радона с необработанной поверхности материалов, мкЗв/год; Е| — годовая эффективная доза облучения людей, создаваемая за счет поступления радона с поверхности материалов, после отделки помещения, мкЗв/год; с),фф - эффективный объемный коэффициент диффузии, равный 1,8 м'/ч; кс„ - коэффициент снижения поступления радона, длина диффузии радона, - коэффициент эманирования радона, - постоянная распада радона, - пористость фунта, материала, - скорость эксхаляции (плотность потоков) радона, - плотность потока радона из строительных конструкций и подстилающего грун-- плотность материала, грунта, - площади стен, потолка и пола помещения, - площадь стен помещения, подлежащего отделке, в среднем приходящаяся на одного жителя, - срок эксплуатации здания, лет; V - объем помещения, м3; где X, - стоимость отделочных материалов руб/м2.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Чичиров, К.О. Организация радиационного контроля в строительной индустрии регионов [Текст] / К.О. Чичиров, О.П. Сидельникова [и др.] // Муниципальный экологический контроль: сб. науч. тр. / М-во образования Рос. Федерации, М-во по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям Пензенской области, Гл. управление природных ресурсов и ох-

раны окружающей среды МПР России по Пензенской области. - Заречный, 2004. - С. 89 - 94. - Библиогр.: с. 94.

2. Чнчиров, К.О. Радиационная обстановка в строительном комплексе г. Пензы [Текст] / К.О. Чичиров, Т.В. Шашкина [и др.] // Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф: сб. науч. тр. / М-во образования Рос. Федерации, Пензенский гос. ун-т ар-хит, и стр-ва. - Пенза, 2004. - С. 79 - 83. - Библиогр.: с. 83.

3. Чичиров, К.О. Снижение радиационной нагрузки в помещениях [Текст]: метод, пособие / К.О. Чичиров, ВА. Худяков, О.П. Сидельникова; Ассоциация строительных вузов. - М.: АСВ, 2004. - 53 с- Библиогр.: с. 50-59. - 150 экз.

4. Чичиров, К.О. Организация контроля и управления радиационной нагрузкой в помещениях [Текст]: метод, пособие / К.О. Чичиров, О.П. Сидельникова [и др.]; М-во образования и науки РФ, Пенз. гос. ун-т архитектуры и стр-ва. - Пенза: ПГУАС, 2004. - 58 с. - Библиогр.: с. 56-58. - 150 экз.

5. Чичиров, К.О. Необходимость подготовки специалистов-строителей в области радиационного контроля [Текст] / К.О. Чичиров, О.П. Сидельни-кова [и др.] // Экология: образование, наука, промышленность и здоровье: сб. науч. тр. / М-во образования Рос. Федерации, М-во управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Белгородской области, Администрация г. Белгорода, Экологический фонд Белгородской области, Белгородский гос. технология, университет. - Белгород, 2004. - ч. 1. - С. 92 - 93. - Библиогр.: с. 93.

6. Чичиров, К.О. Радиационные показатели минерального сырья Пензенской области [Текст] / К.О. Чичиров, О.П. Сидельникова [и др.] // Экология: образование, наука, промышленность и здоровье: сб. науч. тр. / М-во образования Рос. Федерации, М-во управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Белгородской области, Администрация г. Белгорода, Экологический фонд Белгородской области, Белгородский гос. техноло-гич. университет. - Белгород, 2004. - 4.УИ. - С. 20 - 22. - Библиогр.: с. 23.

7. Чичиров, К.О. Материалы, обеспечивающие снижение радиационной нагрузки на население в строительной индустрии [Текст] / К.О. Чичиров, Т.В. Шашкина [и др.] // Современные новейшие строительные материалы: сб. науч. тр. / Общество «Знание» России, Приволжский дом знаний, Пензенский гос. ун-т архит. и стр-ва. - Пенза, 2003. - С. 33 - 38. - Библиогр.: с. 38.

8. Чичиров, К.О. Необходимость радиационного контроля и управления радиационными характеристиками в строительной индустрии [Текст] / К.О.

№26294

Чичиров, О.П. Сидельникова [и др.] // Техносферная безопасность: сб. науч. тр. / М-во образования Рос. Федерации, Ростовский гос. строит, университет. - Ростов-на-Дону, 2003. - С. 113 - 115. - Библиогр.: с. 115.

9. Чичиров, К.О. Мощность дозы в жилье города Пензы [Текст] / К.О. Чичиров, О.П. Сидельникова [и др.] // Актуальные проблемы строительства: сб. науч. тр. / М-во образования Рос. Федерации, Пензенский гос. ун-т ар-хит, и стр-ва. - Пенза, 2003. - С. 156 -158. - Библиогр.: с. 158.

10. Чичиров, К.О. Оценка влияния выделения радона из строительных конструкций в окружающую среду на изменение радиационного фона [Текст] / К.О. Чичиров; Проблемы охраны производственной и окружающей среды: сб. науч. тр. / Волгоградская гос. архит.-стр. академия, Ассоциация Волгоградэкотехзерно. - Волгоград, 2001. - С. 46 - 47. - Библиогр.: с. 47.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАДОНОВОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НАСЕЛЕНИЯ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ

ЧИЧИРОВ КОНСТАНТИН ОЛЕГОВИЧ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Специальность 03.00.16 Экология

Подписано в печать 29.10.04. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Печать на ризографе. Объем 1 усл.-печ.л.

Тираж 100 экз. Заказ № У55 . Бесплатно.

Издательство Пензенского государственного

университета архитектуры и строительства.

Отпечатано в цехе оперативной полиграфии ПГУАС.

440028, г. Пенза, ул. Г. Титова 28.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Чичиров, Константин Олегович

Введение.

Глава 1. Современное состояние исследований радиационного фона объектов строительного комплекса и окружающей среды, обусловленного радоном (литературный обзор).

1.1. Источники облучения населения.

1.2. Источники поступления радона в помещения.

1.3. Пространственное распределение радона в атмосферном воздухе, эманирование 222Rn из пород и концентрация радона в воде.

1.4. Активность радона и дочерних продуктов его распада в помещениях.

1.411. Эксхаляция радона.

1.4.2. Коэффициенты эманирования радона в строительных ф материалах.

1.5. Методы снижения уровня облучения, обусловленного радоном и ДПР.

Выводыs по главе 1.

Глава 2. Исследования активности радона в объектах окружающей среды и строительного комплекса.

2.1. Организация исследований.

2.2. Радоновыделение с поверхностей почв.

2.3. Концентрация радона в атмосферном воздухе.

2.4. Концентрация радона в помещениях.

2.4.1 Концентрация радона в помещениях, построенных из различных строительных материалов.

2.4.2 Изменение OA радона в помещениях в течение года.

2.4.3 Концентрация радона в жилых помещениях различного назначения.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Методы управления радиационным контролем и снижения уровня облучения, обусловленного радоном и ДПР.

3.1 Контроль радоновыделения из почв, горных пород и материалов.

3.2 Подбор строительных материалов с учетом эффективной удельной активности радия.

3.3 Материалы для снижения поступления радона в помещение.

3.4 Снижение поступления радона в помещения из почвы под зданием.

3.5 Вентиляция помещений.

3.6 Управление радиационным контролем и ограничением дозовых нагрузок населения.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Экономические аспекты снижения воздействия активности ЕРН, радона и ДПР на население.

4.1 Денежный эквивалент снижения радиационной нагрузки.

4.2 Экономическая оценка управленческих решений по снижению воздействия активности ЕРН на население.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Методы и средства обеспечения радоновой безопасности населения в градостроительном комплексе"

Актуальность проблемы. В последнее время при проектировании и строительстве жилых и общественных зданий уделяется повышенное внимание к радиационным характеристикам строительных конструкций и материалов. По существующим нормативам при проектировании новых зданий жилищного и общественного назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность (ЭРОА) радона и торона в воздухе помещений не превышала 100 Бк/м3. В эксплуатируемых зданиях среднегодовая ЭРОА радона в воздухе жилых и общественных помещений не должна превышать 200 Бк/м3. Превышение этих нормативов приводит к необратимым изменениям в организме человека. Поскольку население промышленно развитых стран мира большую часть времени (около 80%) проводит внутри зданий, необходимо контролировать и исследовать дозу облучения, обусловленную наличием радона в помещении, эманацию радона из почвы территорий и эксхаляцию радона из строительных материалов.

Выделяемый строительными конструкциями и строительными материалами здания радон, поступающий в окружающую среду в том числе и с вентиляционными выбросами, повышает эффективную дозу, что приводит к негативным изменениям в растительном и животном мире.

Проблема обеспечения радоновой безопасности в градостроительном комплексе может быть решена на основе исследований радиационных характеристик строительного сырья, материалов, территорий, атмосферного воздуха, а также концентраций радона в воздухе жилых, общественных и производственных зданий каждого региона (области).

Таким образом, актуальным является исследование объемной активности радона, факторов, влияющих на ее изменение и разработка методов снижения радоновыделения в помещениях строящихся и эксплуатируемых зданий

Работа выполнялась в соответствии с "Единой Федеральной целевой программой ядерной и радиационной безопасности России на период до 2005 года", утвержденной Постановлением Правительства РФ №149 от 22.02.2000, а также тематическим планом научно-исследовательских работ в области охраны окружающей среды Пензенского государственного университета архитектуры и строительства.

Цель работы. Снижение радоновой опасности в градостроительном комплексе посредством разработки методов и средств уменьшения активности и выбросов радона и его дочерних продуктов распада в атмосферу при строительстве и производстве строительных материалов.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- оценка влияния выбросов радона из строительных конструкций в окружающую среду на изменение радиационного фона;

- выявление факторов и закономерностей образования радиационного фона, обусловленного радоном, в окружающей среде, помещениях жилых и общественных зданий;

- разработка методов и средств снижения активности радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) при добыче минерального сырья, производстве строительных материалов, при строительстве зданий и сооружений (на примере Пензенской области); выявление закономерностей отклонения активности радона и ДПР в зависимости от геолого-геофизических характеристик мест застройки;

Основная идея работы состоит в разработке экологически обоснованных проектных решений по строительным и конструктивным характеристикам зданий и размещению объектов строительства для снижения радиационной нагрузки, обусловленной радоном и ДПР.

Методы исследований включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные исследования и обработку экспериментальных данных методами математической статистики с применением ЭВМ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждающих удовлетворительную сходимость полученных результатов исследований, выполненных в натурных условиях, с результатами других авторов.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- установлены закономерности распределения радона в окружающей среде и помещениях в зависимости от влияния различных факторов (применяемых материалов, конструктивных характеристик здания, времени года, тектонических участков современной геологической структуры Русской платформы и т.д.); установлена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективную удельную активность радия в сырье, позволяющая прогнозировать ее конечное значение в изготавливаемых строительных материалах, конструкциях и объем выбросов радона в атмосферу;

- экспериментально определены усредненные годовые эффективные дозы облучения населения, обусловленные радоном и ДПР (на примере Пензенской области);

- установлены закономерности отклонения активности радона и ДПР в зависимости от геолого-геофизических характеристик мест застройки.

Практическое значение работы

• - разработан метод расчета удельной активности радона в строительных материалах, минеральном сырье, позволяющий прогнозировать объем выбросов радона в окружающую среду;

- получены районированные данные плотностей потока радона и ДПР из почв территорий, отведенных под застройку, и составлена карта эффективных удельных активностей радия месторождений строительного сырья Пензенской области;

- разработана схема организации мониторинга концентрации радона в атмосферном воздухе, почве и на объектах строительного комплекса;

- разработана номенклатура отделочных материалов, позволяющих снизить радоновыделение в окружающую среду.

Реализация результатов работы

- результаты выполненных исследований внедрены и используются ОАО ^ «Стройиндустрия» при проектировании и строительстве зданий;

- результаты диссертационной работы используются кафедрами инженерной экологии и строительных материалов Пензенского государственного университета архитектуры и строительства при подготовке инженеров по специальностям 290300 «Промышленное и гражданское строительство», 290600 «Производство строительных материалов», 330200 «Инженерная защита окружающей среды».

На защиту выносятся:

- закономерности распределения радона в окружающей среде и помещениях в зависимости от влияния различных факторов (применяемых материалов, конструктивных характеристик здания, времени года, тектонических участков современной геологической структуры Русской платформы и т.д.);

- экспериментальная зависимость, характеризующая эффективную удельную активность радия в сырье, позволяющая прогнозировать ее конечное значение в изготавливаемых строительных материалах, конструкциях и выбросы радона в атмосферный воздух;

- экспериментально определенные усредненные годовые эффективные дозы облучения населения, обусловленные радоном и ДПР (на примере Пензенской области);

- закономерности отклонения активности радона и ДПР в зависимости от геолого-геофизических характеристик мест застройки.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и получили одобрение на: XXXII Всероссийской научно-технической конференции (Пенза, 2003 г.); международной научно-технической конференции «Техносферная безопасность» (Ростов-на-Дону, 2003 г.); научно-практической конференции «Современные новейшие строительные материалы» (Пенза, 2003 г.); международной научно-технической конференции «Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф» (Пенза, 2004); II международной научно-технической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (Белгород, 2004); международной конференции «Композит - 2004» (Саратов, 2004); 1-й региональной конференции «Муниципальный экологический контроль» (Заречный, 2004).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в десяти работах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений. Общий объем работы 159 страниц, в том числе: 105 страниц - основной текст, содержащий 36 таблиц на 45 страницах, 17 рисунков на 15 страницах, список литературы из 143 наименований на 14 страницах, 8 приложений на 39 страницах.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Чичиров, Константин Олегович

Выводы по главе 4

1. Выполнены расчеты денежного эквивалента руб/(чел*3в) в зависимости от удельной активности ЕРН в строительных материалах и плотности потоков радона с поверхностей стен, при использовании разных видов отделочных материалов.

2. Установлено, что денежный эквивалент с учетом радиационной безопасности зависит: от разности удельных активностей ЕРН, находящихся в исходных и альтернативных строительных материалах, используемых в регионах; от разности

Г| в исходном материале и материале, подвергнутом обжигу при более высокой

222 температуре и разности плотностей потоков Rn с поверхностей стен, при использовании различных видов отделочных материалов. С уменьшением этой разницы уменьшаются необходимые затраты, применяемые для снижения дозы облучения.

3. Предложен принцип экономической оценки влияния управления на снижение радиационного фона в помещениях. Величина уменьшения затрат на мероприятия по снижению радоновыделения в помещениях, достигнутая при реализации разработанной схемы мониторинга в Пензенской области, составляет в денежном эквиваленте около 450000 руб/(чел*3в).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи по снижению радоновой опасности в градостроительном комплексе и окружающей среде посредством разработки методов и средств снижения активности радона и его дочерних продуктов распада при строительстве и производстве строительных материалов.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Установлены закономерности распределения радона в помещениях и окружающей среде в зависимости от влияния различных факторов - применяемых строительных материалов, конструктивных характеристик здания, геолого-геофизических характеристик мест застройки. Установлено, что в многоэтажных зданиях концентрация радона для верхних этажей (начиная со второго) в 1,5—3 раза ниже, чем для первых.

2. Получена экспериментальная зависимость, устанавливающая связь между средним значением ЭРОА радона и этажом здания, температурой наружного воздуха по периодам года, плотностью потока радона с поверхности почв.

3. Определена экспериментальная зависимость, характеризующая эффективную удельную активность радия Ar3 в сырье при известной плотности потока радона из грунта или материала, позволяющая прогнозировать ее значение в изготавливаемых строительных материалах, конструкциях и эманирование в окружающую среду.

4. Экспериментально определены усредненные годовые эффективные дозы облучения населения, обусловленные радоном и ДПР (на примере Пензенской области), и установлены закономерности отклонения их активности в зависимости от геолого-геофизических характеристик мест застройки.

5. Разработан метод расчета удельной активности радона в минеральном сырье, материалах и помещениях, позволяющий прогнозировать конечное значение активности радия в строительных материалах и объем выбросов радона в окружающую среду.

6. Разработана номенклатура отделочных материалов, позволяющих снизить радоновыделение в помещениях.

7. Разработана и внедрена схема организации мониторинга концентрации радона на объектах строительного комплекса и окружающей среды.

8. Величина уменьшения затрат на мероприятия по снижению радоновыделе-ния в помещениях, достигнутая при реализации разработанной схемы мониторинга в Пензенской области, составляет в денежном эквиваленте около 450000 руб/(чел*3в).

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Чичиров, Константин Олегович, Пенза

1. Радиация. Дозы, эффекты, риск. Пер. с англ. —М.: Мир, 1990. —79 с.

2. Крисюк Э.М. Радиационный фон помещений. М.: Энергоатомиздат, 1989. -120 с.

3. Сидельникова О.П. Радиационный контроль в строительной индустрии. М.: Изд. АСВ, 2002.-207 с.

4. Шемьи-Заде А.Э. Радон и солнечная активность //Природа, 1992, №2, с. 31 -35.

5. Микаэлян Л.А. Радон в нашем доме // Природа, 1992, №2, с. 20-26

6. Кольтовер В.К. Радоновая радиация: источники, дозы, биологические эффекты // Вестник российской академии наук, 1996, том 66, №2, с. 114-119.

7. Protection against Radon-222 at Ноше and at Work Annals of the ICPR, № 65. Oxford: Pergamon, 1994.

8. Scmier H., Koenig K., Schmitt-Hanning A., Schwibach J. Results of radon measurements in buildings and recommended action in the Federal Republic of Germany// High Levels of Natural Radiation. Vienna: IAEA, 1993, P. 353-363.

9. Ионизирующее излучение: источники и биологические эффекты. Доклад НКДАР ООН, 1982, Т. 1-2.

10. Источники и действия ионизирующей радиации: Доклад НКДАР ООН за 1977 г. на Генеральной Ассамблее. Нью-Йорк: НКДАР ООН, 1978, Т. 1-3.

11. Временные критерии для принятия решения и организации контроля: Ограничения облучения населения от природных источников ионизирующих излучений. М.: № 43-10/796, 1990.

12. Постановление Правительства РФ от 6.07.94 г. № 809. М. «О федеральной целевой программе снижения уровня облучения населения России и производственного персонала от природных радиоактивных источников на 1994-1996 годы»

13. Федеральный закон «О радиационной безопасности населения». Сборник законодательства РФ, 1995 г., №3.14