Építőanyagok és ipari melléktermékek környezetgeokémiai és radiometriai vizsgálata Völgyesi Péter Környezettudományi Doktori Iskola, Környezeti Földtudomány program III. évf. 2012-2013 Témavezető: Szabó Csaba, Ph.D. Litoszféra Fluidum Kutató Labor Földrajz és Földtudományi Intézet, Eötvös Loránd Tudományegyetem
Az előadás vázlata
Bevezetés
Kutatási témakörök: Építőanyagok
minősítése Méréstechnikai módszer fejlesztés bemutatása Hosszú távú ipari szennyezés vizsgálata
Eredmények
Összefoglalás
Bevezetés
20. század: ipari tevékenység Melléktermékek és szennyező anyagok toxikus elemek és radioaktív izotópok Mobilizáció: urbán környezet Direkt: kiporzás, ülepedés, kémény Indirekt: melléktermék (építőipar)
Környezeti és egészségügyi problémák
„Indoor Air Quality”: életünk 60-90%-át belterekben töltjük
Ipari szennyezőanyagok megfelelő vizsgálata, minősítése
Ipari terület (Ajka)
Városi terület (Ajka)
Elvégzett kutatás
Témakör I. Budapesten és a Közép-magyarországi régióban található erőművi salakot és pernyét tartalmazó épületek és építőanyagok vizsgálata
Témakör II. Salakok részletesebb, gammaspektroszkópiás vizsgálata (szekuláris egyensúly)
Témakör III. Hosszú távú ipari szennyezés vizsgálata Ajkán padlás por minták segítségével
I. Témakör: Radiometriai vizsgálat Közép-magyarországi Helyszíni mérések: épületekben 37 épület
Építőanyagok Felhasználás: Térkitöltő-, vagy szigetelőanyag, Adalékanyag gázszilikát
Képszélesség: 2 cm
salakbeton
Képszélesség: 2 cm
Salak
2 cm
Rövid távú, aktív radon mérés: 50-200 Bq/m3 300 Bq/m3 ICRP, 2009
Hosszú távú, passzív radon mérés: 25-180 Bq/m3 Laboratóriumi mérések: ~100-150 nSv/h Építőanyagok minősítése: Gamma dózisteljeGamma-spektroszkópia (Ra-226 (186 keV), Th-232 (911 keV), sítmény mérés: K-40 (1461 keV)) 70-650 nSv/h Indexek (Ra , I, H , H )
Eredmények Nagy
Kis
vagy ≤ 6
Salakok:Kiugró érték a többi építőanyaghoz képest Megjelent Publikáció: Szabó et al., 2013 Journal of Environmental Radioactivity
II. Témakör: Salakok részletesebb, gamma-spektroszkópiás Számos munka használja a vizsgálata (szekuláris egyensúly) 186 keV-es csúcsot a meghatározására
226
Ra 226
Ra
235
U
Figyelembe kell venni az 235U részarányát Feltételezés: urán izotóparány és a szekuláris egyensúly is fennáll 238 U-ra és 226Ra-ra
Ra-226:186 keV
Eltérő geokémiai viselkedés Mesterséges folyamatok Sorban található különböző halmazállapotú izotópok
1001keV
222
Radon-szökés
Radon-leányelemek-számos gamma csúcs Főbb kihívások: MTA Energiakutató Intézet Radon-zárt mintatartó kifejlesztése Hatásfok meghatározás közeli, kiterjedt geometriára Az eredmények visszavezetése a 186 keV-es csúcsra 222
Mérőrendszer tesztelése
4.50E-02 4.00E-02
Standard Standard
3.50E-02
Sample Számított
y ficen E Hatásfok
3.00E-02 2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03
Eresztés tesztelése nagy aktivitású mintával
0.00E+00 0
500
1000
1500
2000
2500
E [keV]
Eredmény: radon-zártnak tekinthető
Hatásfok tarnszfer
Távoli pont forrás - Közeli kiterjedt geometria
3500
3500
3000
3000
Ra-226 Pb214 v. Bi214 (Bq/kg)
Ra-226 Pb-214 vagy Bi-214 (Bq/kg)
Salak mérések eredményei
2500 2000
2500
2000 Pb214 1500 Bi214 1:1 1000
1500 1000 500
Pb214 Bi214 1:1
500
0 0
1000
2000
3000
Pa-234m (Bq/kg) U-238 1001
0 0
keV
A kapott érékek hibahatáron belül megegyeznek Az 238U és a 226Ra egyensúlyban vannak Urán és Rádium geokémia
1000
2000 Ra-226 (Bq/kg)
3000
186 keV
Publikáció: beküldés előtt Völgyesi et al., Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry
III. Témakör: Hosszú távú ipari szennyezés vizsgálata
Miért pont padlás por? hosszú ideig zavartalan közeg Passzív mintavevő Ajka
Külön mintavételi protokol szükséges Számos adat Négyzethálós mintavétel 10% duplikátum Mintavételi hely kiválasztása Kérdőív Idős, zavartalan padlások 30 padlás por minta 27 elem meghatározás: ICP-OES, atomabszorpció
Eredmények: Hg 0.058-0.43 ppm 0.48-0.95 ppm
Szlovénia (Gosar et al.,2006):
0.58-191 ppm (erősen szennyezett ipari terület) Geokémiai háttér
1.8 ppm
Térbeli kapcsolat
Dúsulási faktor: Pb,Hg,Zn
Publikáció: Javított verzió visszaküldés előtt Jordán et al. Applied Geochemistry
Röntgen Pordiffrakció (XRD) és Pásztázó Elektronmikroszkóp (SEM) eredmények
Összefoglalás - Témakör I
Épületek radiometriai mérése: Radon koncentráció értéke a 300 Bq/m3-es határértéknél kisebb (aktív és passzív mérések) Gamma dózisteljesítmény mérések:
Salak: nagyobb értékek 3 esetben a magyarországi átlag értéket kissé meghaladják 1 esetben a magyarországi értéket jelentősen meghaladja
Az indexekben (Raeq, 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 A potenciális szennyező források és a padlásporban lévő toxikus fémek közötti kapcsolat:
Antropogén (Pb, Hg, Zn) és természetes (Pl. Ni) hatások azonosítása
Anyagvizsgálati kiegészítés Toxikus elemek fő antropogén forrásai: szénbányászat, széntüzelésű erőmű, közlekedés Hasznos módszer az elemek geokémiai viselkedésének és térbeli eloszlásának vizsgálatára
Szakmai tevékenység 2012-2013 Elfogadott 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 (IF: 1.339)
Publikáció beküldés előtt: Völgyesi, P., Kis, Z., Szabó, Zs., Szabó, Cs. A gamma-ray spectrometry study of secular equilibrium state between 226Ra and 238U in Hungarian coal slag samples. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry (IF: 1.520)
Publikáció a javított verzió visszaküldése előtt: Jordan, G, Völgyesi, P., Szabó, Cs., Zacháry, D., Bartha, A. Long-term airborne contamination studied by attic dust investigation in an industrial area: a case study for Ajka, Hungary, Applied Geochemistry (IF: 2.176)
Szakmai tevékenység 2012-2013
Konferenciák 2012-2013: Völgyesi, P., Jordan, Gy. & Szabó, Cs. (2012) Study of the spatial distribution of toxic elements in an industrial area (Ajka, Hungary) based on attic dust sampling. 9th ISEG International Symposium on Environmental Geochemistry, 2012, Július 15-21, Aveiro (Portugália), Book of Abstracts, 104. Völgyesi, P., Jordan, Gy. & Szabó, Cs. Hosszú távú ipari szennyezés vizsgálata Ajkán – padlás por minták segítségével. Környezettudományi Doktori Iskolák Konferenciája, 2012, Augusztus 30-31, Budapest Völgyesi, P., Jordan, G., Gosar, M., Szabó, Cs., Miler, M., Kónya, P. & Bartha, A. (2013) Mineralogical analysis of attic dust samples for contamination source identification in an industrial area, Ajka, Hungary. EGU General Assembly, 2013, Április 08-12, Bécs (Ausztria), Book and Abstract, USB Flash Drive. Völgyesi, P., Jordan, Gy., Zacháry, D. & Szabó, Cs. Complex urban geochemical analysis of attic dust samples in an industrial area, Ajka, Hungary. Goldschmidt-2013, 2013, Augusztus 25-30, Firenze (Olaszország), elfogadott előadás absztrakt
Díj: Outstanding Student Poster (OSP) award, European Geosciences Union (EGU), General Assembly, Bécs (Ausztria), 2012
Ösztöndíj: DBU (Deutsche Bundesstiftung Umwelt) fél éves (2013 szeptember – 2014 február) ösztöndíja Németországba, Technische Universität Bergakademie Freiberg
Köszönöm a figyelmet!
Köszönettel tartozom:
Szabó Csaba, Ph.D., Jordán Győző, Ph.D. A vizsgált lakások tulajdonosai Nagy Hedvig Éva, Szabó Katalin Zsuzsanna, Szabó Zsuzsanna Kiss Zoltán, Gméling Katalin, Révay Zsolt, Szentmiklósi László 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, Támop pályázat 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: 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
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
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
Statistical analysis Heterogeneity
Histogram-analysis
Natural brake
Different processes
Gamma radiation 70-220 nSv/h 280-400 nSv/h Hungarian average: 150 nSv/h
Ra-226 AJK009: 1943 Bq/kg AJK010: 2140 Bq/kg AJK011: 1020 Bq/kg AJK026: 3073 Bq/kg
Results: Hg 0.058-0.43 ppm 0.48-0.95 ppm 1.8 ppm
Slovenia (Gosar et al.,2006):
0.58-191 ppm (highly contaminated industrial area)
