Ugrás a tartalomhoz

A környezeti sugárzás anomáliái

Dr. Várhegyi András (2011)

4. fejezet - 4. Uránipari objektumok rekultivációjának technológiai kérdései (szerző: Dr. Csővári Mihály)

4. fejezet - 4. Uránipari objektumok rekultivációjának technológiai kérdései (szerző: Dr. Csővári Mihály)

A szennyezések jellege.  Az uránbányászat rekultivációval kapcsolatos problémái részben azonosak más ércek bányászata és kémiai feldolgozása során jelentkező problémákkal, részben különböznek azoktól. A különbség elsősorban a bányatermelvény radioaktivitása miatt jelentkezik. A rekultiváció sokrétű feladatainak csak kis részét tudjuk érinteni, de a tárgyalt módszerek áttekintést adnak a munkák jellegéről.

Az uránbányászat rekultivációja radiológiai szempontból azért fontos, mivel az ércfeldolgozási maradékok radioaktivitása alig kisebb az eredeti érc radioaktivitásánál, lévén, hogy feldolgozás során csak az urán döntő részét vonják ki, és a bomlástermékek nagy része a feldolgozási meddőben marad. E meddők rádium tartalmuknál fogva radon-222 gázt emittálnak a környezetbe, amely sugár-egészségügyi hatásai miatt igen ártalmas anyag. Több egyéb kockázat mellett az urániparban képződő hulladékokat, elsősorban az ércfeldolgozási meddőket, a radon gáz légtérbe jutásának mérséklése céljából izolálni kell a légtértől, ami csak hatékony rekultivációval érhető e. Hangsúlyozni kell azonban, hogy a rekultiváció nemcsak a meddők felszínén mérhető radiológia hatások csökkentése céljából fontosak, hanem azért is, hogy az illetéktelen személyeket figyelmeztessék a veszélyes anyagra, ami a fedőréteg alatt található. Ezzel csökkenteni lehet a radioaktív anyag emberi beavatkozással történő széthordását, ami a múltban gyakorta előfordult a felhagyott zagytározókkal.

A környezeti hatásokat az emberi szervezetre gyakorolt hatásuk alapján két fő csoportra oszthatjuk: radiológiai és nem-radiológiai hatásokra.

Ennek megfelelően környezetvédelmi feladatok egyrészt a radiológiai hatások, másrészt a nem-radiológiai hatások mérséklésére vagy határesetben megszüntetésére irányulnak. A következőkben a környezeti károk mérséklésére alkalmazott módszereket tekintjük át. A káros hatások mérséklési lehetőségeit a 4.1 ábra szemlélteti. Az uránbányászat környezetre gyakorolt hatásait mérsékelni lehet megfelelő kárelhárítási intézkedésekkel.

4.1. ábra - Az uránérc feldolgozás káros környezeti hatásai mérséklésének módjai

4.1 ábra Az uránérc feldolgozás káros környezeti hatásai mérséklésének módjai


A 4.1. ábrán összefoglalt hulladékkezelési módok részletesebb kifejtését a következő fejezetekben végezzük el. Szilárd hulladékok esetében elsősorban a környezettől való teljes vagy részleges szigeteléssel lehet mérsékelni azok radiológiai és vízszennyezési hatásait. Ebben a tekintetben a feladat az, hogy:

  • egyrészt csökkenteni kell a radioaktív hulladékokat magukba foglaló objektumokból kiáramló radioaktív és nem radioaktív komponensek mennyiségét,

  • másrészt kárelhárítást kell végezni a már a környezetbe jutott szennyezők egészségkárosító hatásának mérséklése céljából. Ez utóbbiak közül az egyik legfontosabb az objektumok közelében elszennyeződött felszínalatti víz minőségének helyreállítása

Ebbe a kategóriába tehető a kármentesítési munkák során összegyűjtött szennyezett talaj és az épületek, ipari létesítmények lebontásánál képződő törmelék is. A folyékony hulladékok esetében általában célirányos vízkezelési eljárások alkalmazása jelenti a megoldást akár bányavizekről akár a meddőkről szivárgó vizekről van szó.

Az uránipari remediációról magyar nyelvű összefoglaló anyagot 1994-ben publikáltak (Csővári, M., Lendvainé-Koleszár Zs. 1994).

4.1 Szilárd hulladékok kezelése

A szilárd hulladékok közül a zagytározókon elhelyezett ércfeldolgozási meddőzagy jelenti a legnagyobb problémát egyrészt a meddő radioaktivitása miatt másrészt a meddőben és a zagy oldatfázisában található kémiai anyagok miatt. Ebben a fejezetben elsősorban e hulladékok (zagytéri meddők, bányászati meddők) kezelését tárgyaljuk, és mindenek előtt a radiológiai hatások mérséklésével foglalkozunk. A kémiai szennyezőktől eredő vízkezelési módszereket a későbbiekben tárgyaljuk.

4.1.1 Radiológiai hatások mérséklése

A rekultiváció során a radiológiai hatások mérséklésesének mértékét megengedett határértékek formájában általában a Környezetvédelmi Engedély írja elő a nemzetközi ajánlások figyelembe vételével. Ezekben szerepel az egyes objektumokon és azok közelében megengedett gamma-dózis intenzitás szint, a radon aktivitás koncentrációjának megengedett értéke, a talajok szennyezettségére megengedett értékek, stb.

Az előírt határértékek teljesítéséhez általában elkerülhetetlen a szennyező forrásokon (meddőhányók, zagytározók) és azok közelében érvényesülő gamma-sugárzás és a levegő útján terjedő radioaktív por és radon gáz valamint ennek alfa-aktív bomlástermékei kiáramlásának jelentős mérséklése.

4.1.1.1 Gamma-sugárzás intenzitásának csökkentése

Gamma-sugárzás csak a radioaktív meddő közvetlen közelében észlelhető, mivel a sugárzás levegőben viszonylag gyorsan elnyelődik. Problémaként a gamma-sugárzás tehát elsősorban a meddők tárolási helyén, a meddődombokon jelentkezik, kivéve azt az esetet, amikor a radioaktív anyagot általában tudatlanságból széthordják (a múltban erre gyakran sor került). Természetesen a bányatermelvény tárolási helyei, a feldolgozó üzemekben az érc vagy meddő egy része szétszóródott a talajon. Ezért az uránbányászat által használt területeken igen sok esetben a háttérnél lényegesen magasabb gamma-dózis intenzitás mérhető. Ilyen esetekben célszerűnek látszik a szennyezett föld eltávolítása és kijelölt gyűjtő helyre való átszállítása.

A levegőben elnyelt gamma-dózis intenzitás a meddő rádium tartalmától függ (4.1) és fedetlen zagyterek esetére az alábbi közelítő képlet szerint számítható ki (IAEA 1992):

(4.1)

4.1. egyenlet -


ahol:

  • D-a levegőben elnyelt gamma-dózisintenzitás 1 m-re a fedetlen zagytér felett, µGy/h

  • CRa- a meddő rádium tartalma aktivitás-koncentrációban kifejezve, Bq/g

Példa.  Számítsuk ki, hogy milyen gamma-dózis intenzitás várható olyan zagytér felszínén (a felszíntől 1m-re), amelynek szilárd anyaga 10 Bq/g rádiumot tartalmaz.

Megoldás.  D= 0,48·CRa =0,48·10=4,8 µGy/h

Természetesen a zagytereken lévő meddő rádium tartalma alapvetően a feldolgozott érc minőségétől függ. A példában a 10 Bq/g rádium kb. 0,08-0.1 % urántartalmú érc meddőjének rádium tartalma; a múltban képződött meddők nagy része világviszonylatban is 0,1-0,5 % uránt tartalmazó ércből származik, tehát nagyságrendben közel áll a példában vett értékhez.

A példában kiszámított gamma-dózisintenzitás 20-30 szorosa a háttérértéknek, tehát azt csökkenteni kell, még akkor is, ha a területet korlátozott hasznosításra szánják.

Az anyag és a nagyenergiájú gamma-sugárzás kölcsönhatása során a sugárzás intenzitása exponenciálisan csökken a sugárzást elnyelő anyag rétegvastagságának és tömegabszorpciós együtthatójának függvényében. Az elnyelés mértéke ugyan több tényező függvénye (pl. a sugárzás energiája), azonban közelítően az alábbi egyenlettel írható le (4.2):

(4.2)

4.2. egyenlet -


ahol:

  • I0- a sugárzás eredeti intenzitása,

  • µ-tömegabszorpciós együttható,

  • h- az elnyelő anyag rétegvastagsága,

  • I- az anyagon áthaladt sugárzás intenzitása.

Mint látható a gamma-sugárzás intenzitása adott elnyelő anyag (adott µ) esetén az anyag rétegvastagságától függ. Mivel µ a sugárzás energiáján kívül elsősorban a rendszám függvénye, ezért minél nagyobb rendszámú elemet tartalmaz az árnyékoló anyag, annál nagyobb annak sugárzásintenzitás-csökkentő hatása. Ezért használnak, pl. a röntgenkészülékeknél ólomból készült védő eszközöket (az ólom nagy rendszámú elem) és ezért alkalmaznak a radiológiai méréseknél is ólom árnyékolást. Természetesen az uránércek bányászata és feldolgozása során képződő óriási anyagmennyiségű szilárd hulladékok lefedésénél nem jöhetnek szóba különleges anyagok. Ezekben az esetekben csak a legolcsóbb anyagok, a természetes föld és esetenként a víz jöhet számításba.

A föld, különböző abszorpciós együtthatójú anyagok keverékének tekinthető. Bár anyagi összetétel ismeretében kiszámítható a jellemző átlagos abszorpciós tényező értéke, azonban a gyakorlatban tapasztalati, kísérleti adatokból indulnak ki a fedőréteg szükséges vastagságának megállapításánál.

Tapasztalatok alapján általában mondható, hogy az uránsortól eredő gamma-sugárzás intenzitása kb. a felére csökken, ha az 10 cm-es földrétegen hatol át, a következő 10 cm ugyancsak a felére csökkenti (tehát az eredeti ¼-re) a sugárzás intenzitását. Ezért a gamma-sugárzás által okozott sugárzás-intenzitás háttérértékhez közeli értékre való csökkentéséhez néhányszor 10 cm-es földréteg takaró elégséges, azonban a várható eróziós hatások miatt ennél vastagabb takaróra van szükség.

A takaró réteg vastagságát a fentieken túl még a tervezett növénytakaró által igényelt víztározó kapacitás is befolyásolja. Ennek és az eróziós hatásoknak a rétegvastagság megállapításában gyakran nagyobb szerepe van, mint a magának sugárzás mérséklésének.

4.1.1.2 Radon gáz exhalációjának csökkentése

A radon gáz a rádiumot tartalmazó meddőből, annak felületéből lép ki a környezetbe, így érthető, hogy a környezet radonnal való szennyeződése a meddőt magába foglaló geometriai test, (rendszerint domb) felület-egységéből időegység alatt kilépő radon gáz mennyiségétől, azaz fluxusától, más néven exhalációjától függ. A fluxus dimenziója a Bq/m2s, ami az egységnyi felületből egységnyi idő alatt kiáramló radon aktivitás koncentrációját adja meg. Mivel a radon szülőeleme a rádium, ugyancsak érthető, hogy - természetes körülmények között, tehát uránnal vagy tóriummal nem szennyezett területen is a radon-fluxus értéke a talaj rádium tartalmától függ. Magyarországon, ahol a talajok átlagos rádium tartalma viszonylag alacsony (pl. a franciaországi viszonyokhoz képest, ahol a felszín-közeli geológiai képződmények, gránitok, rádium tartalma magasabb) a radon-exhaláció értéke 20-40 mBq/m2s érték között változik.

A radon zagytározókból meddőhányókból való kiáramlására általában az USA törvényhozása által az amerikai objektumokra előírt 0,74 Bq/m2s fluxus értéket tekintik nemzetközileg is elfogadott határértéknek. A zagytereken általában 5-20 Bq/m2s az exhaláció számszerű értéke[2].

Mivel a radon nemesgáz, a radon koncentrációjának csökkentésére kémiai megkötő anyagok nem jöhetnek szóba, ezért a radon gáz kibocsátásának csökkentése csak diffúzió-gátlás révén oldható meg, figyelemmel arra, hogy a diffúzió időtartama alatt a meddőből kiáramló radon egy része a takaró rétegben elbomlik. Mivel vízrétegen való áthaladás során, a többi, vízzel reakcióba nem lépő gáz diffúziójához hasonlóan, a radon diffúziója igen lassú, ezért legcélszerűbb lenne a meddők víz alatti elhelyezése. Sajnos, ilyen lehetőség csak egyes esetekben (pl. Kanadában) áll fenn, ezért csak földdel való lefedés jöhet szóba. A föld (homok, az agyag, a lösz stb.) porózusos anyagnak tekintendő, amelyen a radon-diffúziójára ra nagyságrendekkel nagyobb érték adódik ugyan, de a gyakorlatban mégis elfogadható mértékű.

A radon porózuson anyagokon való áthaladására kidolgozott számítási módszerek mindegyikében a diffúziós állandó ismerete elengedhetetlen. A diffúziós állandó zagytéri meddőkben kialakuló értékének számítására Kanadában végeztek átfogó vizsgálatokat egy sor zagytéri anyag vizsgálatával. (Rogers and Kirsten,1987). Az ábrán közöljük a radon diffúziójára általuk kapott görbéket és a szerzők által a diffúziós állandó kiszámítására javasolt képletet (4.2 ábra, 4.3 egyenlet).

4.2. ábra -

4.2 ábra

(4.3)

4.3. egyenlet -


ahol:

  • Dt- a zagyterekről kiáramló radon diffúziós állandója, cm2/s,

  • m-a tárolt meddő vízzel való telítettség mértékét jelenti (0-1 értékhatárok között),

  • p- a tárolt meddő porozitása.

A fenti tapasztalati képletből is és a közölt kísérleti adatokból is látható, hogy a diffúziós állandó értékét elsősorban a réteg relatív nedvességtartalma (m) határozza meg, a porozitásnak (p) kisebb szerepe van.

Hasonló összefüggést vezettek le (4.4) a nagymértékben tömörített anyagra is (porozitás <0,34) (Nuclear Regulatory Commission 1984):

(4.4)

4.4. egyenlet -


Radon-fluxus a fedetlen meddőből (IAEA 1993).  A fenti képletekből is és a közölt kísérleti adatokból is látható, hogy a diffúziós állandó értékét elsősorban a réteg relatív nedvességtartalma (m) határozza meg, kisebb mértékben annak porozitása. Másfelől a radon-fluxus értékére (konkrétan a zagytározók esetére!) az alábbi közelítő képletet vezették le (4.5):

(4.5)

4.5. egyenlet -


ahol:

  • R- a meddő rádium tartalma, Bq/kg;

  • ρ-a meddő testsűrűsége, kg/m3;

  • E- a radon emanációs tényezője (dimenzió nélküli szám);

  • λ- a radon bomlási állandója, 2,1·10-6 1/s;

  • D- a radon diffúziós állandója, m2/s.

A közelítő képlet olyan zagytározók esetében használható, amelyeknek vastagsága meghaladja a néhány métert. Ilyen esetben a zagyréteg vastagságával nem kell számolni, mivel a rétegen átdiffundáló radon egy bizonyos rétegvastagságnál vastagabb rétegből áramló radon elbomlik, mielőtt az a felszínre érne.

Mint látható, fedetlen zagytározók felületén mérhető radon-fluxus értéke a meddő rádium tartalmától, térfogatsűrűségétől és a radon gáz emanációs koefficiensétől függ.

Példa.  Számítsuk ki a fedetlen zagytér felületén mérhető radon-fluxus értékét az alábbi esetre. A meddő rádium tartalma 10 Bq/g, a tárolt szilárd meddő testsűrűsége 1600 kg/m3, a radon emanációs koefficiense 0,15 és a radon diffúziós állandója az adott viszonyok mellett 8·10-7 m2/s.

Megoldás.  A számítást a fenti képlettel végezzük el.

Ft=R·ρ·E·(λD)1/2=1·104 Bq/kg ·1,6·103 kg/m 3·0,15·(2,1·10-6s-1·8·10-7 m2/s)1/2= =2,4·106·1,29·10-6 =3,09 Bq/m2s

Tehát a fedetlen zagytér felszínén kb. 3,1 Bq/m2s radon-fluxussal kell számolni.

Fedőrétegek hatása a radon-fluxusra.  Mivel a fedetlen zagytereken az előírtnál magasabb radon-fluxus mérhető (a megengedett radon-fluxus értéke általában a nemzetközi gyakorlatban 0,74 Bq/m2s), a radon-fluxust csökkenteni kell. A csökkentés inert anyaggal, földdel való lefedéssel biztosítható.

Radon-fluxus az egyrétegű, homogén lefedés esetén

A zagyterek felszínén kialakuló radon-fluxus értéke homogén földréteg esetén az alábbi közelítő képlettel számítható ki (4.6):

(4.6)

4.6. egyenlet -


ahol:

  • Fc- a lefedett zagytér felületén mérhető radon-fluxus értéke, Bq/m2s;

  • Ft- fedetlen zagytér felületén mérhető radon-fluxus értéke, Bq/m2s;

  • xc- a takaró réteg vastagsága, m;

  • Dc- az adott rétegben kialakuló radon-fluxus értéke, m2/s.

A radon-fluxus értéke tehát a takaró rétegben kialakuló radon diffúziós állandótól és a takaró réteg vastagságától függ.

Számítási példa.  Számítsuk ki, hogy egy zagyteret lefedve, milyen értékű radon-fluxusra lehet számítani az alábbi feltételek esetén.

A fedetlen zagytér felszínén mérhető radon-fluxus 3,1 Bq/m2s, a takaró réteg vastagsága 1 m, a radon diffúziós állandója a takaró rétegben (pl. lösz) 4·10-7 m2/s.

Megoldás.  A számítást a fenti képlet segítségével végezzük el.

Fc=Ft exp (- (λDc)1/2·xc)=3,1exp(-(2,1·10-6/4·10-7)1/2·1)=3,1exp(-5,251/2·1)=3,1exp(-2,29)=3,1·0,101 = 0,313 Bq/m2s

Tehát a lefedett zagytér felszínén mérhető radon-fluxus várhatóan 0,31 Bq/m2s lesz, tehát a hatóságok által megengedett maximális érték alatt marad.

A réteg vastagságának növelésével a fluxus értéke tovább csökkenthető, pl. 2 m vastag réteg esetén:

Fc=Ft exp (- (λDc)1/2·xc)=3,1exp(-(2,1·10-6/4·10-7)1/2·2)=3,1exp(-5,251/2·2)=3,1exp(-4,58)=3,1·0,0102 = 0,031 Bq/m2s

azaz a fedőréteg vastagságának növelésével a zagyterek felszínéről kiáramló radon mennyisége igen jelentősen csökkenthető.

Ennek a megoldásnak a hátránya, hogy az agyag megrepedezhet és a rétegen jelentős mennyiségű víz szivároghat a zagytér belsejébe. Lényegében a beszivárgás csökkentésére fejlesztették tovább a fedési gyakorlatot és határozta meg az USA környezetvédelmi hivatala azt a standard fedőréteget, amelyben különböző funkciójú rétegek találhatók.

4.1.2 Takaró rétegek és azok jellemzői

Az első időszakban az uránbányászati meddők kezelésénél lényegében csak a radiológiai jellegeket vették figyelembe. Csakhamar azonban kiderült, hogy a meddők, különösen a zagytéri meddők (mill tailings) jelentős mértékű felszíni és felszínalatti vízszennyezést is okozhatnak. Ezért a radon-hatás mérséklése mellett elengedhetetlen, hogy a rekultiváció során tekintettel legyenek a meddők által okozható vízminőség romlásra illetve annak lehetőség szerinti kiküszöbölését is biztosítsák a rekultiváció során. Történetesen a radon-gát kialakítása során felhasználásra ajánlott természetes anyagok (agyag, bentonit, bentonittal dúsított lösz, stb.) egyben alacsony vízáteresztő képességgel rendelkeznek, tehát a két probléma megoldása egyazon anyaggal megoldható. A beszivárgás csökkentése azonban különböző fizikai és hidraulikai tulajdonságú réteg-elemekből álló fedőréteg kialakítását indokolja.

4.1.2.1 Takaró rétegek fő típusai

A fentiek szerint a radiológiai hatások mérséklése legegyszerűbben a hulladékok lefedésével érhető el. A meddők azonban nemcsak a légköri terjedés révén jelentenek környezeti problémát, hanem a bennük található anyagok szivárgó vizek által történő kioldása és a talajvízbe, felszíni vízbe való kijutása révén is. A radon mellett tehát feladat a vízbeszivárgás, az infiltráció lehető legkisebb értékre való csökkentése. A fedőrétegnek az említetteken túlmenően egyéb funkcióknak is meg kell felelniük, így:

  • el kell látniuk az erózió védelmet,

  • a növényzet számára megfelelő tápanyag ellátást kell biztosítaniuk,

  • az átszivárgó víz elvezetésére célszerűen drenázzsal kell rendelkezniük,

  • biztosítaniuk kell a radon gát integritását a fagyvédett földalatti helyet kereső állatoktól, ami biológiai gáttal érhető el.

E célkitűzések elérésére gazdasági okokból az esetek túlnyomó részében a steril, nem szennyezett földel való fedést alkalmazzák. A gyakorlatban a több fedőréteg típust alkalmaznak: legegyszerűbb az un. egy rétegű, de vastagabb fedés (elérheti a 3-4m vastagságot is. Leggyakrabban azonban a réteges lefedést alkalmazzák, amelynek néhány példája a vízszivárgási értékekkel együtt a 4.3 ábrán látható.

4.3. ábra - Réteges lefedés (IAEA 1992)

4.3 ábra Réteges lefedés (IAEA 1992

(az ábrán az e opcióban nem low, hanem high jelző értendő)

A fenti ábrán látható, hogyan lehet a szivárgási sebességet befolyásolni a fedőréteg összetevőinek változtatásával (5). A közölt szivárgási értékek a fedőréteg elemeinek kiszáradása következtében bekövetkező repedések miatt növekedhet. A zagytéri meddő permeabilitása k=6.5·10-7 m/s, a vízforgalmi adatok a csapaék %-ban vannak megadva. (a) –puszta meddő, (b)-fűvel benőtt állapot, (c)-kő/kavics fedés, (d)-fű és alacsony permeabilitású talaj, (e)-fű és nagy permeabilitású talaj, (f)- több rétegű fedés laterális drénnel, (g)- több rétegű fedés műanyag szigetelővel kiegészítve.

Összetettebbek a többrétegű fedési opciók, amelyek mind vízháztartási szempontból mind pedig radon-gát szempontjából előnyösebbek, de természetesen költségesebb létesítmények. Mint látható, a fedetlen zagytározón átszivárgó víz a csapadék 17,4%-át teszi ki (a-opció). Lényeges szivárgás-csökkenés csak agyagszigetelés beépítése esetén következik be (f-opció), ebben az esetben a szivárgás mértéke 6,6%-ra csökkent az adott példában szereplő rétegrend és anyagjellemzők mellett. További jelentősebb szivárgás csökkenés (<1%) szigetelő műanyag (HDP-fólia) beépítésével érhető el (g-opció).

A legegyszerűbb megoldáson kívül, a rétegek között szerepelnie kell tehát agyagrétegnek (vagy bentonittal dúsított lösznek, min. 30 cm) a radon-gát funkció és a vízáteresztő-képesség minimalizálása céljából. Ugyancsak majd minden esetben homokból álló drént is (min. 30 cm) beépítenek a növényi gyökérzónán átszivárgó víz részleges kivezetésére. A kivezetett víz részaránya elérheti a 20-30%-ot is, szerepe tehát jelentős a fedőréteg vízháztartása szempontjából.

Ideális fedési rétegsort mutat be az 4.4. ábra, amelynek alkalmazása esetén az átszivárgó víz sebessége néhány mm/év értéket tesz ki csupán és tartalmaz, un. bio-gátat is a rágcsálók ellen, ami elsősorban a radongát védelme szempontjából fontos.

4.4. ábra - Multi funkciójú réteges fedési opció (Caldwell and Reith, 1993a)

4.4 ábra Multi funkciójú réteges fedési opció (Caldwell and Reith, 1993a)

4.5. ábra - Fedőréteg vízháztartása (Caldwell and Reith, 1993a)

4.5 ábra Fedőréteg vízháztartása (Caldwell and Reith, 1993a)

Erózió védelem.  A víz és a szél az elsődleges eróziót okozó tényezők. Az erózió védelem szempontjából a legfontosabb a takaró réteg rendszer. Meglehetősen sok megoldást dolgoztak ki a feladat megoldására. Gyakran alkalmazzák a kőtöretet, a mély gyökérzetű növények meghonosítását a védendő területen, a gátfületek védelmére alkalmazzák a padkarendszert, amely megtöri a víz áramlását, meggátolva az eróziós árkok kialakulását. A 4.6 ábrán bemutatott megoldás valamint a 4.7 ábrán kaviccsal vagy kőtörmelékkel való fedés hatékony erózióvédelmet biztosít (Rifle, Colorado). A nemzetközi gyakorlatban a kialakított fedőrétegnek minimum 200 évig kell biztosítania a fedőréteg integritását.

4.6. ábra - Rekultivált zagytérfelület erózió védelme (növényzet+kavics, Monticello, USA)

4.6 ábra Rekultivált zagytérfelület erózió védelme (növényzet+kavics, Monticello, USA)

4.7. ábra - Rézsű és a teljes felszín letakarása osztályozott kaviccsal (Monticello, Rifle, USA) vagy darabos kőtörmelékkel

4.7 ábra Rézsű és a teljes felszín letakarása osztályozott kaviccsal (Monticello, Rifle, USA) vagy darabos kőtörmelékkel

Vízminőség-védelem.  A szilárd hulladékokból a csapadékvíz kisebb-nagyobb mértékben kioldja a kőzetalkotókat és azokkal együtt a radioaktív komponensek egy részét is. Amennyiben a meddő kémiai kezelés maradéka, akkor a meddő oldott komponenseket is tartalmaz, amelyek vízzel ugyancsak kimosódnak és a szivárgó vízzel a talajba kerülhetnek, szennyezve a talajvizet. A meddőkön átszivárgó víz különösen akkor okoz környezeti problémát, ha a meddő piritet vagy egyéb szulfidásványt tartalmaz, amelyből a csapadékvízben oldott oxigén hatására kénsav képződik az alábbi egyenlet szert:

(4.7)

4.7. egyenlet -


Ennek megakadályozására, és a vízi úton terjedő szennyezők visszatartása céljából, a meddőket a lehetőséghez képest jó vízzáró réteggel is le kell fedni, ami egyben biztosítja levegővel való érintkezés mérséklését is.

A fedet meddők vízháztartás számítása meglehetősen bonyolult feladat és ezt általában speciális programok segítségével végzik (pl. HELP-modellel vagy légtér/talaj vízháztartás modell csomagok). Mindazonáltal elmondható, hogy általában a 10-9 m/s szivárgási tényezőjű anyag (agyag vagy bentonittal dúsított lösz) beépítésére törekednek, amelyet min. 30-60 cm vastagságban javasolnak alkalmazni. Ilyen esetben általában biztosítható, hogy a fedőn az átszivárgó víz mennyisége 40-60 mm/év közelében maradjon. Vízzáró réteg nélkül a szivárgás értéke a mi éghajlati viszonyaink mellett elérheti az évi 120-150 mm-t is.

Az előző ábrákból látható, hogy felszínre kerülő csapadék egy része a felületről elfolyik, másik része a talajba kerül, amelynek egy részét a növényzet elpárologtatja. A beépített drenázs ugyancsak elvezeti a víz egy részét, és csak az ezután megmaradó víz szivárog a meddőbe (a 4.6 ábrán a 6-os számmal jelölt rész). Ennek mennyiségét alapvetően a szigetelő (vízzáró) réteg vízáteresztő képességi tényezője (k) határozza meg (k< 1E-9 m/s). A vízáteresztő képesség csökkentése céljából gyakran alkalmaznak önállóan vagy agyagszigeteléssel együtt geo-membránt is, ennek azonban hosszú távú élettartama nem ismert.

A növénytakarónak igen nagy szerepe van a párolgás elősegítésében, ezzel együtt az átszivárgó víz mennyiségének a csökkentésében.

Az utóbbi időszakban ismét felvetődött a drenázs elhagyásának lehetősége. A HELP-modellel végzett számítások azt mutatják, hogy ilyen esetben a növénytakaróval kell elvonni az egyébként drenázzsal elvezetett víz nagy részét is, ami úgy érhető el, hogy vastagabb víztározó réteget és mélyebb gyökérzónájú növénytakarót alakítanak ki.

Takaró réteg tervezésének további szempontjai.  A fentiekben láttuk, hogy a mind a radiológiai szennyezők mind az egyéb kémiai szennyezők kiáramlásának mérséklése a meddők lefedésével oldható meg. A meddők a takaró réteggel való lefedése bizonyos védelmet nyújt az emberi szándékos behatolás ellen is, amennyiben részben hozzáférhetetlenné teszi a meddő széthordását tudatlanságból vagy felületességből ilyen vagy olyan célra.

Mivel a meddők radioaktivitása több százezer évig fennmarad, gondoskodni kell a fedőréteg hosszú idejű stabilitásáról. A nemzetközi ajánlások szerint a hosszú idejű stabilitást minimum 200 évre biztosítani kell. Ez mindenekelőtt a takaró réteg eróziójának lehető legkisebb értékre való csökkentését jelenti megfelelő feőréteg kialakításával. Ennek biztosítására a legfelső rétegre gyakran kőtörmeléket, vagy az USA-ban rendszerint kavicsot helyeznek el, ha erre lehetőség kínálkozik. Ez látható a 4.7 ábrán, amely Colorado folyó medréből származó kaviccsal fedett zagytározót ábrázol (Rifl-i tározó cella, USA).

4.1.2.2 Uránipari meddők rekultivációja

Az uránbányászattal összefüggésben három meddő típust kell megkülönböztetni:

  • bánya meddők, (mine wastes)

  • alacsony minőségű ércek feldolgozásából képződő perkolációs meddők, (heap leaching residues)

  • hidrometallurgiai ércfeldolgozásból képződő zagytározói meddők (mill tailings).

Bányameddők rekultivációja.  A meddők e kategóriája alacsony urántartalmú (U~0.01-0,05%), azonban lényegesen háttérfeletti. Gyakran jelentős pirittartalommal rendelkeznek, tehát nettó savtermelő potenciállal rendelkeznek. Radiológiai paramétereik alapján elegendő az 1 m vastagságú földréteggel való lefedés. A gyakorlatban, ha erre lehetőség van, akkor átszállítják a meddőket korábban megnyitott bánya gödörbe, vagy zagytéri meddő felszínére helyezik el. Ez utóbbi megoldást alkalmazták pl. a francia Escarpier-i zagytározó rekultivációjánál is.

4.8. ábra - Az ecarpieri (Franciaország) zagytározó rézsűje fedőrétegének kialakítása

4.8 ábra Az ecarpieri (Franciaország) zagytározó rézsűje fedőrétegének kialakítása

Úttest-alapokban való felhasználásukat gátolja a háttérértékeknél magasabb radioaktivitásuk.

Perkolációs meddők rekultivációja.  A perkolációs meddők rekultivációja történhet helyben is, különösen akkor, ha a kilúgzott anyag eredeti helyén maradt. Azonban rendszerint már az üzemelés során a kilúgzás befejezésével (~2 év) a meddőket végleges tároló helyre szállítják, ahol kémiai kezelésben részesülnek (mészköves, mészhidrátos kezelés) további uránkioldódás és az oldott urán (10-30 mg/l) migrációjának csökkentése céljából.

Ugyancsak gyakori, hogy e meddőket a rekultiválandó zagytározói meddőre szállítják át, amivel csökken a takarandó teljes felszín területe, ami a rekultiváció steril föld igényét is csökkenti. Ezt a magoldást választották a már említett franciaországi Ecarpier-i zagytér esetében. Ha a meddők felszínén szabad víz található, akkor azt kezeléssel urán-mentesíteni és rádium-mentesíteni kell kibocsátás előtt.

Átszállítás esetén az eredeti tároló hely illetve a perkolációs medencék alatti terület rekultivációja természetesen felmerülhet a szennyezettségtől függően. Természetes törekvés a meddők együttes elhelyezése akár jelentős átszállítási költséget is vállalva, mivel az utógondozás ilyen esetben egyszerűsödhet: a gondozandó objektumok száma csökken. Így nemcsak a zagytározók jelenthetnek központi gyűjtő helyet a hulladékok számára, hanem pl. a meddőhányók is.

Zagytéri meddők rekultivációja.  A meddők rekultivációja történhet helyben vagy környezetvédelmi szempontból biztonságosabb helyre való átszállítással és kapszulába zárással. Az átszállítás meglehetősen költséges megoldás, több millió vagy több tízmillió tonna zagy átszállítása merülhet fel, ami műszaki szempontból sem egyszerű feladat. mindazonáltal ilyen megoldásokkal találkozunk, elsősorban az USA-ban, ahol UMTRA program keretében (Uranium mill Tailings Action) 10 államban található 24 zagytározón tárolt meddőt szállítottak át központilag kijelölt és megfelelően kialakított lerakóba. A leggyakoribb azonban a helyben történő rekultiváció, az alábbiakban mi ezzel a megoldással foglalkozunk.

Az erózió különösen a rekultiváció kezdeti időszakában jelent gondot, nemcsak a helytelen tervezés miatt, hanem a gyér vagy még meg nem telepedett növényzet miatt is. Vannak zagytározók, amelyek rekultivált felszínét gabonával vetik be és meghatározott sűrűséggel kavicsot is szétszórnak a felületen az erózió mérséklése céljából. Gyakori a kőtörmelékkel való rézsű lefedés is, amit a Monticello-i zagytározó esetében is alkalmaztak. A Rifl-i meddő elhelyezési területen a meddőt kapszulába zárták és kaviccsal fedték le. A zagytározók és a meddőhányók lejtői különösen ki vannak téve a hirtelen lezúduló esők okozta eróziónak. Ilyen helyzetek elkerülése céljából a lejtős gátfelszínen vízáramlás csökkentő szakaszokat kell beiktatni.

A 4.8. ábrán egy francia zagytározó tervezésénél alkalmazott megoldást mutatunk be. A zagytározó tetejére szállították át az alacsonyabb rádium tartalmú perkolációs meddőt, majd erre a meddőre hordták át a még alacsonyabb rádium tartalmú bánya meddőt. Ezzel a módszerrel jelentősen csökkenteni lehet a felszínen kialakuló radon fluxust, mivel a magas rádium tartalmú ércfeldolgozási meddőt leárnyékolja a felette elhelyezkedő lényegesen kisebb rádium tartalmú perkolációs meddő illetve bánya meddő. Az átszállítás során a lejtők meredekségét csökkentették és a vízerózió mértékének csökkentése végett a gát lejtős részén a fedőrétegen ellentétes dőlési irányú (-10%, ez néhány m széles) vápákat alakítottak ki.

A 4.8. ábrán egy francia zagytározó tervezésénél alkalmazott megoldást mutatunk be. A zagytározó tetejére szállították át az alacsonyabb rádium tartalmú perkolációs meddőt, majd erre a meddőre hordták át a még alacsonyabb rádium tartalmú bánya meddőt. Ezzel a módszerrel jelentősen csökkenteni lehet a felszínen kialakuló radon fluxust, mivel a magas rádium tartalmú ércfeldolgozási meddőt leárnyékolja a felette elhelyezkedő lényegesen kisebb rádium tartalmú perkolációs meddő illetve bánya meddő. Az átszállítás során a lejtők meredekségét csökkentették és a vízerózió mértékének csökkentése végett a gát lejtős részén a fedőrétegen ellentétes dőlési irányú (-10%, ez néhány m széles) vápákat alakítottak ki.

Kavicsréteggel, kőtörmelékkel való lefedés esetén természetesen az utógondozás kisebb feladatot jelent, eróziós károk kiküszöbölődnek.



[2] Az érték nagymértékben függ a feldolgozott érc minőségétől