Ugrás a tartalomhoz

A környezeti sugárzás anomáliái

Dr. Várhegyi András (2011)

6.5 A Zagytározók rekultivációja

6.5 A Zagytározók rekultivációja

A remedáció legkritikusabb és legnagyobb költségigényű feladata a világon mindenütt a zagytározók hosszú távú stabilitásának biztosítása és környezeti hatásainak elfogadható szintre való csökkentése. Egy sor katasztrófa a zagytározókkal bizonyítja, hogy ezek az objektumok nagy veszélyt jelenthetnek a környező lakosságra a bennük tárolt anyagok tulajdonságai révén. Az uránipari zagytározók különös figyelmet kell fordítani radioaktivitásuknál fogva is. A megfelelő hosszú távú stabilitás biztosítása és a közel 40 éves üzemelés során képződött 20,4 Mt szilárdanyagot tartalmazó feldolgozási maradék és a maradékhoz kapcsolódó ~9 millió m3-nyi technológiai víz biztonságba való helyezése költséges feladat: az uránbányászati objektumok rekultivációjára fordított teljes költség kb. 40%-t a zagytározók rekultivációjára költötte a MECSEK-ÖKO Zrt. A zagytarozással közvetlenül érintett terület mintegy 153 ha. A zagytározók rekultivációjának sok kérdésével részletesen foglalkozik több közlemény is (Bánik et al. 2005, Csővari et al. 2005, Milona et al. 2007).

Az ércfeldolgozásnál képződött meddőzagy tározására két zagytározó létesült. Ezek légi felvétele (1997) a 6.12 ábrán látható.

6.12. ábra - A Mecsek-ÖkO két zagytározója, 1997 (MECSEK-ÖKO Zrt)

6.12 ábra A Mecsek-ÖkO két zagytározója, 1997 (MECSEK-ÖKO Zrt)

A zagytározók rekultivációjának legfontosabb fázisai a következők voltak:

  • a zagytározók talajmechanikai tulajdonságainak vizsgálata (n, e, τ, k, w, stb.),

  • a szabad víz kémiai kezelés utáni eltávolítása,

  • a lágy iszapmag stabilizálása,

  • szivárgó rendszer felújítása és kiegészítése,

  • felületrendezés,

  • a zagytér lefedése a radon kiáramlás és a vízbeszivárgás csökkentése céljából.

6.5.1 Talajmechanikai vizsgálatok

A talajmechanikai vizsgálatok többek között a következő paraméterek meghatározására terjedtek ki:

  • sűrűség (ρ),

  • víztartalom (w),

  • hézagtényező (e),

  • szemcseméret,

  • nyírószilárdság (τ),

  • szivárgási tényező, k-tényező (m/s).

A mérések azt mutatták, hogy a zagytározók anyaga inhomogén és feltételesen három zónára osztható:

  • homokos parti zónára,

  • átmeneti finom homokos iszap-beépüléses zónára,

  • alacsony nyíró szilárdságú iszapmagból álló zónára.

6.5.2 Szabad víz eltávolítása

Működés alatt a zagytereken szabad víz formájában összegyűlt víz 0,4-1 millió m3 között változott. A termelés leszálló ágában az évenként feldolgozott érc tömege fokozatosan csökkent és csökkent természetesen a szabad víz térfogata is a zagytereken. Mindazonáltal a zagyfelszín szikkadásának elősegítése céljából minél előbb meg kellett szabadulni a zagytereken, mindenekelőtt az I. sz. zagytéren található mintegy 200 ezer m3-nyi szabad víztől. Mivel a víz rádiumtartalma 5-20 Bq/l között változott (kibocsátási határérték 1.1 Bq/l), a vizet a befogadó Pécsi-vízbe való kibocsátás előtt rádium-mentesíteni kellett. Csökkenteni kellett a víz oldott anyag tartalmát is, mivel ez lényegesen meghaladta a kibocsátási határértéket.

A két műveletet együtt hajtották végre úgy, hogy a zagyterekről az Ércdúsító Üzem technológiai rendszerébe visszajuttatott zagytéri vízhez bárium-klorid oldatot adagoltak (5 mgBa/l fajlagos mennyiségben) és mésztejet is adagoltak pH>10 értékig a magnézium leválasztása céljából. A bárium-kloriddal való rádiummentesítés hatékony, ilyen módon a rádium aktivitás koncentrációja 0,3 Bq/l alá csökkenthető. A kémiai kezelésen átesett szabad víz a befogadó Pécsi-vízbe került.

A rádium bárium-kloriddal való kivonása azon alapul, hogy a bárium-kloridot ipari szennyezett vízbe juttatva az a vízben lévő szulfátionokkal reagálva igen nehezen oldódó bárium-szulfát formájában kiválik a vízből (oldhatósága 2 mg/l 18 °C-nál). Mivel a rádium-ionok kristálytani tulajdonságai és kémiai tulajdonságai igen hasonlóak a bárium tulajdonságaihoz (szulfátja ugyancsak oldhatatlan), ezért a rádium könnyen beépül a bárium-szulfát kristályrácsba és így az oldhatatlan bárium-szulfáttal együtt kiválik az oldatból.

(6.1)

6.1. egyenlet -


(6.2)

6.2. egyenlet -


Ismeretes, hogy Maria Curie is ezzel a módszerrel választotta ki a rádiumot az uránszurokércből, tehát az általa alkalmazott rádium-kiválasztási módszer még jelenleg is szinte az egyedüli iparilag alkalmazott módszer a rádium oldatokból való kivonására.

Iparilag a víz rádium-mentesítését úgy végzik, hogy elkészítenek kb. 100 gBa/l koncentrációjú oldatot kristályos bárium-klorid oldásával (BaCl2.6H2O). Ebből az oldatból kb. 0,1 l-nyi mennyiségű oldatot adagolnak m3-enként a rádium-mentesítendő vízhez állandó keverés mellett. A kivált bárium-szulfát magával ragadja co-precipitáció révén a rádiumot is, és így a rádium nagy része csapadékba kerül. A kivált bárium-szulfát csapadékot ülepítik, esetenként vas-(III)-hidroxiddal együtt, (amelyet vas –(III)-kloridból állítanak elő magában a tisztítandó vízben). A kivált és sűrített csapadékot elválasztják a víztől és hulladéktárolóba helyezik, a tisztított víz pedig a befogadóba kerülhet.

A fenti módszerrel általában 0,3 Bq/l maradék aktivitás koncentrációig tisztítható a rádiummal szennyezett víz.

Meg kell jegyezni, hogy a rádium kisebb mértékben a kalcium-szulfáttal is leválik, azonban a leválás mértéke általában nem elegendő a rádium-mentesítés végrehajtásához.

A zagytéri víz rádium-mentesítését sorba kötött folyamatos üzemmódban üzemelő keverős tartályokban hajtották végre úgy, hogy az első keverős tartályba adagolták folyamatosan a 100 g/l báriumot tartalmazó bárium-klorid oldatot. Ugyancsak ebbe a tartályba adagoltak mésztejet is a magnézium leválasztása céljából. A sűrítő fejtermékét (a rádiummentesített és csökkentett sótartalmú oldatot) a befogadó Pécsi-vízbe vezették, az aljzagyot pedig (Ra, Mg(OH)2, gipsz) visszajuttatták a zagytérre.

6.5.3 Az iszapmag stabilizálása

A zagytározó szabad vizének leengedése után (ezt hatósági engedély alapján szakaszosan bocsátották a befogadóba) az iszap felület is szikkadni kezdett. Természetes körülmények között azonban a megfelelő mértékű víztelenítés hosszú időt vesz igénybe. A megfigyelésekből egyértelműen adódott, hogy a belső iszapzónát mesterségesen kell vízteleníteni, mert a területrendezéssel és a fedéssel együtt járó szállítóeszközöktől eredő terhelést a zóna nem képes elviselni. A felület teherbíró képességére leggyakrabban alkalmazott fizikai mérőszám az iszap nyírószilárdsága (τ). Aτ=2-5 kN/m2 értékről legalább τ=10-15 kN/m2 kell növelni a nyíró feszültséget, amit általában felületi terhelés hatására bekövetkező víztelenítéssel érnek el.

6.13. ábra - Zagytározó iszapmagjának víztelenítése mély-drének elhelyezésével és fokozatos terheléssel (MECSEK-ÖKO Zrt)

6.13 ábra Zagytározó iszapmagjának víztelenítése mély-drének elhelyezésével és fokozatos terheléssel (MECSEK-ÖKO Zrt)

6.14. ábra - Nyelőkút létesítése a konszolidációs víz összegyűjtése céljából (MECSEK-ÖKO Zrt)

6.14 ábra Nyelőkút létesítése a konszolidációs víz összegyűjtése céljából (MECSEK-ÖKO Zrt)

A felületi stabilitás és a nyíró szilárdság növelésére az iszapok víztelenítésére általánosan használt módszert alkalmaztak. A víztelenítést a geo-anyagoknak a (geotextilia, georács) lágy iszap felületre való terítésével majd ennek vízáteresztő anyaggal (homokkal) való fokozatos terhelésével érték el. Ez a módszer lehetővé teszi, hogy a lágy iszapból a víz fokozatosan kiszoruljon, ezzel párhuzamosan nő a felület teherbíró képessége. A kiszorított víz döntő része a terhelés céljából a geo-anyagokra terített homokba kerül (homokként a zagytározó gátjából vett anyagot használták fel), amely végeredményben a zagyba épített drének segítségével a nyelőkutakon keresztül távozott az iszapmagból. Ilyen módon elérhető, hogy az eredetileg igen lágy iszap teherbíró képessége annyira megnövekedjen, hogy felületén a fedőanyagok szállításánál nélkülözhetetlen gépjárművek közlekedhessenek.

A felületstabilizálás egyes műveleteit a 6.13-14 ábrákon láthatjuk. Természetesen az iszapzóna víztelenedése a terheléstől függően hosszú időn át folytatódhat, ez azonban nem zavarja a rekultivációs munkákat.

6.5.4 A szivárgó rendszer felújítása és kiegészítése

A zagytározók gátjában a gát létesítése során elhelyezett drénkivezető csövek állapotát átvizsgálták és szükség szerint felújították. Ez azért fontos, mert a gáttesti drénrendszer a jövőben is a gát víztelenítését szolgálja, és így fontos szerepe van a gát stabilitásának biztosításában. A gáttesti drént kiegészítették a gátfelszíni vizek összegyűjtését biztosító vízgyűjtő rendszerrel, amelyből szennyeződés esetén a víz a víztisztító műbe volt juttatható, egyébként pedig kibocsátásra került.

A letakarás stabilitásának biztosítása és az elszivárgás csökkentése érdekében végzendő hatékony víztelenítés fontosságát nem lehet eléggé hangsúlyozni. Ezért a meglévő szivárgó rendszer működőképességének biztosítása rendkívül fontos feladat.

6.5.5 Zagyterek lefedése

A zagytározók lefedésének szükségessége a 70-es években elsősorban az USA-ban végzett kutatások alapján merült fel. Ebben az időben vált egyértelművé a radon-222 egészségkárosító hatása, amely a meddőben lévő rádium-226 bomlási terméke és a zagytározók felületéről nagy mennyiségben kerülhet a légtérbe, ezért az uránipari zagytározók radon-222 kibocsátásának csökkentése a rekultiváció egyik legfontosabb feladatává vált. Bár a kezdeti időszakban többféle megoldással is kísérleteztek a meddők radiológiai hatásának mérséklése terén, beleértve, pl. a meddők rádiummentesítését is, - a meddők hatalmas tömege miatt – a radon-222 meddőkből való kiáramlásának csökkentésére egyedüli módszerként a meddők természetben előforduló inert anyaggal való letakarása mutatkozott. A zagytározók lefedése fontos és nélkülözhetetlen azért is, hogy megakadályozzuk a radioaktív meddő környezetbe való szétszóródását is eróziós folyamatok révén, megakadályozzuk az anyag széthordását illetéktelen személyek által, kizárjuk a radioelemek táplálékláncba való kerülését növények révén.

A zagytározók lefedésével kapcsolatos vizsgálatok középpontjában az alkalmazandó takaró anyag rétegvastagságának megállapítása állt. A kezdeti időszakban felvetődött, hogy a fedőanyag vastagságát a zagytározók lefedése során úgy kell meghatározni, hogy a zagytározók felületén a radon-exhaláció értéke a háttérhez közeli, (~ 2 pCi/m2/s (0,074 Bq/m2/s)[6] legyen. Azonban hamarosan tudomásul kellett venni, hogy ez a követelmény lényegében teljesíthetlen különösen a szárazabb klimatikus viszonyok között. Végül az amerikai törvényhozás a radon-exhaláció maximális értékét az előző érték 10 szeresében, azaz 20 pCi/m2/s értékben (0,74 Bq/m2/s) értékben határozta meg. Bár ezzel az értékkel szemben gyakran hangzottak el fenntartások, a világ legtöbb érintett országában a radon-222 megengedhető exhalációra az említett 0,74 Bq/m2/s értéket elfogadhatónak tartják.

A vízvédelemmel összefüggő általános érdeklődés megjelenésével előtérbe került a réteges takaró szerkezet, amelynél a takaró réteg több elemből áll. A takaró elemek mindegyike más és más funkciót lát el. A leglényegesebb réteg-elemek közé tartozik az agyagból vagy más alacsony szivárgási tényezőjű (k<10-9 m/s) anyagból kialakított szigetelőréteg, amelynek funkciója a zagytestbe való szivárgás minimalizálása a radon-222 exhalációjának csökkentése mellett. A MECSEK-ÖKO Zrt zagytározói esetében ez azért is fontos, mivel a zagyterek fenékszigetelés nélkül létesültek és így természetes állapotban mintegy 200 ezer m3/év magas sótartalmú pórusvizet (10-20 g/l bocsáthatnának ki a zagytér alatti rétegekbe fedetlen állapotban. A szennyező anyag környezetbe való kijutásának mértékét a fedőrétegbe épített szigetelő anyaggal (agyaggal) jelentősen csökkenteni lehet.

A legmegfelelőbb rétegrend kiválasztását simulációs programokkal végzik, amelyek figyelembe veszik a területen hozzáférhető anyagok talajfizikai tulajdonságait, a telepítendő növénykultúrát, éghajlati viszonyokat. stb. A kifejlesztett modellek egyike a HELP-modell, amely általánosan használt tervezési szoftver a réteg-elemekből álló lefedési opciók hatékonyságának prognosztizálásánál (jelenleg újabb modellcsomagok is rendelkezésre állnak).

Az említett HELP modellt alkalmazva került kiválasztásra a Pellérdi zagytározók fedő-rétegrendje is. A II. zagytéren kialakított fedő-rétegrend fontosabb paramétereit és a HELP-modellel számított vízháztartási értékeket a 6.3 táblázatban mutatjuk be.

A fedőréteg elemei:

  • 60 cm-es víztározó réteg a növényzet számára (laza lösz),

  • 30 cm vastagságú jó vízvezető drenázs (homok),

  • 30 cm vastagságú védőréteg az agyagszigetelés felett (tömörített lösz),

  • 30 cm vastagságú szigetelő réteg és radon-gát (tömörített agyag).

A fenti 1,5 m löszvastagságú fedőréteg a számítások szerint biztosítja, hogy a zagytározóba szivárgó csapadékvíz mennyisége 21 mm körül legyen.

Az 1. sz. zagytározót ettől kisé eltérő rétegrenddel fedték le: megnövelték a teljes vastagságot, de elhagyták a homok drenázst anyagbeszerzési problémák miatt. Így a vízbeszivárgás mértéke ugyan kis mértékben nőtt (30-40 mm/év) ezen a zagytéren, ez az érték elfogadható mértékű. Természetesen várható, hogy ezek a beszivárgási értékek idővel növekednek a szigetelő réteg száradása és az abban végbemenő kémiai folyamatok miatt. Azonban a beszivárgás mindenképpen kisebb lesz az eredeti, fedés nélküli zagytározókról való szivárgásnál.

A 6.3 táblázat második részében a homok drenázs és az agyag szivárgási tényezőjének a beszivárgásra gyakorolt hatását mutatjuk be. mint látható, az agyag szivárgási tényezője igen nagymértékben befolyásolja a beszivárgás mértékét, ezért az agyagnyerő helyet ennek figyelembevételével kell kiválasztani. Ugyanakkor az is látható, hogy a homokból létesített drén k-tényezőjének csökkenése (a drén eltömődése) is a beszivárgás növekedéséhez vezet.

A 6.15 ábrán a réteges lefedés gyakorlati megvalósítása látható (2. zagytározó).

6.15. ábra - Takaró réteg építése, tömörítése és helyszíni k-tényező mérés infiltrométerrel (MECSEK-ÖKO Zrt)

6.15 ábra Takaró réteg építése, tömörítése és helyszíni k-tényező mérés infiltrométerrel (MECSEK-ÖKO Zrt)

A rekultivált zagytározók légi felvétele látható a 6.16 ábrán.

6.16. ábra - A rekultivált zagytározók. Előtérben a lefedéshez felhasznált lősz anyagnyerő hely, (lösz bánya (MECSEK-ÖKO Zrt))

6.16 ábra A rekultivált zagytározók. Előtérben a lefedéshez felhasznált lősz anyagnyerő hely, (lösz bánya (MECSEK-ÖKO Zrt))

Az alsó táblázatban (6.3 táblázat) a drenázs és az agyagréteg vízáteresztő képességének hatását látjuk a beszivárgás mértékére. Látható, hogy a drenázs áteresztő képességének csökkenése (eldugulás) mind pedig a felhasznált agyag vízáteresztő képességének növekedése nagymértékben növeli a beszivárgás mértékét. Ezért az anyagok beépítésénél nagy figyelmet kell fordítani ezekre a paraméterekre. Az építés során szigorú minőségellenőrzést végeztek. Az agyagszigetelés vízáteresztő képességét helyi infiltrométerekkel ellenőrizték.



[6] az amerikaiaknál még napjainkban is a régi egységeket használják