某铀矿山废水中放射性核素对周边环境地表水的影响

覃国秀，周 佐，徐永壮，蔡文龙

（沈阳工程学院, 沈阳 110136）

自20 世纪40 年代中期以来, 随着核武器与核工业的快速发展, 天然铀的需求不断增加, 铀矿冶工业也因此得到了迅速发展,随之而来的是产生了大量的尾矿。 露天堆放的尾矿在经风化、 雨淋、 地表径流等外界作用后, 其中的放射性核素会被淋洗出来,使得铀尾矿库成为了一个潜在的放射性污染源[1-3]。

大量在役或退役的铀矿山铀尾矿库中,铀、 钍等放射性核素会进入地表水和地下水,并随地表水和地下水的流动而扩散。 因此,通过对某铀矿山的尾矿库和废水净化厂房周围水域进行调查, 分析水中铀、 钍、 钾含量及其对应的同位素含量, 对其迁移做出理论分析并对其危害程度进行评定。 上述调查结果可为铀矿山放射性废水治理研究提供理论依据。

1 仪器及样品

1.1 仪器及方法

电感耦合等离子体质谱仪是测定超痕量元素和同位素比值的仪器。 电感耦合等离子体质谱仪由等离子体发生器、 雾化室、 炬管、四极质谱仪和一个快速通道电子倍增管组成。电感耦合等离子体质谱仪具有很低的检出限,基体效应小, 谱线简单, 能同时测定许多元素, 动态线性范围宽及能快速测定同位素比值等优点。 地质学中常用于测定岩石、 矿物及地下水中微量、 痕量和超痕量的金属元素的同位素比值。

本工作使用的电感耦合等离子体质谱仪型号为ICP-5000, 其具有极佳的精密度和稳定性。 参照HJ 700-2014 《水质65 种元素的测定电感耦合等离子体质谱法》, 给出的方法检出限和测定下限见表1。

表1 电感耦合等离子体质谱法检出限和测定下限Table 1 Detection limit and lower limit by the method of Inductively Coupled Plasma Spectrometry

1.2 调查取样

调查的铀矿山尾矿库现处于停用状态,库区内表层已经干涸, 覆盖了一层厚厚的泥沙, 下层较为松软, 含有一定的水分, 经过渗透作用向外渗水。 尾矿库内贮存了大量尾砂, 库区在山区地带, 山势陡竣, 相对高差150 m 左右, 尾矿库的东、 西和北面被群山包围, 尾矿坝的南面是一条河（A 河）, 尾矿库中渗透出来的水汇入A 河中。 该铀矿山的废水净化厂位于尾矿库的下游, 主要用于处理铀矿冶炼过程中产生的废水。 该净化厂房的排放水也流入A 河中。 故选取此水域作为调查对象。

调查的首要步骤是采样, 由于样品的采集对结果的影响较大, 因此必须遵守代表性、随机性、 等量性和可用性等采样原则。 合理布置采样点有益于对调查结果的规律研究,可以更好地反映该铀矿山周围水域中放射性核素的迁移情况。 因此, 本次调查是按照与铀矿山尾矿库距离远近来布置采样点的, 同时根据水体本身的变化, 选定了合理的采样时间、 频度和采样体积。 对于河水的采样应在水流中心、 横断面流速最大的部位采集表面水； 当有排放水或支流汇入时, 应在汇入点上下游分别设采集点； 对于流经矿区的河段, 应在其上、 下游适当的地方设置采样断面, 并在其中设置必要的中间控制采样断面。井水采集只限于用作供水源的水井。

该铀矿山尾矿坝流出的渗透水经汇水渠流入蓄水池, 在蓄水池中经过沉淀过滤之后排放。 蓄水池排放的废水在下游与净化厂房流出的废水汇合, 然后流入所监测的A 河中。河流的下游是居民区, 当地的居民经常使用这条河的水灌溉农田。 为了更详细了解废水中放射性核素在随水流迁的规律, 共设置了13 个采样点, 每个采样点每个月采样1 次,每次取100 L, 共进行了2a 的调查。 所有采样点中, S-01 采样点位于废水汇入点上游500 m, 其水样未受到该核设施生产的影响,其测量结果可作为该区域的本底值。

2 样品测量

样品采集之后, 先过滤掉样品中的杂质,并用少量过滤液清洗采样瓶。 收集到的样品加入适量硝酸, 将pH 值调节至小于2, 然后使用电热板消解法制取样品。 在制取测量样品的同时, 制备多个空白样用于分析测量。每个样品测量前, 先用硝酸溶液冲洗系统直至信号降到最低, 待系统信号稳定后开始测量。 样品中元素的含量按下式进行计算:

式中: S1-稀释后样品中元素的质量浓度,μg·L-1； S2-稀释后空白样品中元素的质量浓度, μg·L-1； f-稀释倍数。

3 结果与讨论

样品中铀、 钍、 钾含量的测量结果见表2（表中结果为多次测量的平均值）。 由于钍含量较低 （在检出限附近）, 因此不做分析。 由表2 可见, S-02 号样品的铀含量远高于其他样品, 这是因为S-02 号样品的采集点位于尾矿坝附近, 主要为尾矿坝的渗透水。 随着水流的迁移以及稀释、 沉淀, 水中铀的含量逐渐降低, 趋于天然本底水平。 S-07 号样品取自净化厂房排放水, 铀含量略有升高, 在经过河水的稀释、 沉淀后, 铀含量逐渐降低。S-13 号样品取自尾矿坝周边村落饮用水的水井, 该水井为尾矿库周边下游最近取水点,其铀含量接近于天然本底水平, 说明该铀矿山的生产并未对周边居民的饮用水造成污染。此外, 由表2 还可见, 所有样品中钾的含量从S-02 号到S-12 号逐渐降低, 自S-09 号样品以后, 水中的钾含量与天然本底样品（S-01）浓度相当。

根据铀和钾的元素丰度, 计算铀的同位素238U 的含量以及钾的同位素40K 含量, 同时根据换算因子计算出238U、40K 的比活度, 计算结果见表3。 根据国内天然放射性水平调查研究概况[4], 内陆河流中铀的含量范围为0.76 ～12.21 μg·L-1,40K 的 比 活 度 范 围 为22.9～566.2 mBq·L-1。 表3 中, 除了S-02 号样品外, 其他样品的铀及40K 的含量都在天然本底范围内。

表2 样品中铀、 钍、 钾的含量Table 2 Content of uranium， thorium and potassium in the samples

表3 238U 及40K 的含量Table 3 Content of 238U and 40K

4 结论

铀矿山排放废水中含有大量的天然放射性核素以及一些其他的金属元素, 这些放射性核素可随水在土壤中渗透迁移, 从而对土壤、 地表水和地下水等产生污染。 通过本次调查, 获取了某铀尾矿库附近水样中的铀、钍、 钾的含量。 根据数据分析可知: 该铀矿山铀尾矿库排放废水中的铀含量低于《铀矿冶辐射防护和环境保护规定》（GB 23727-2009）中给出的限值0.05 mg·L-1； 铀矿山周边居民井水中的铀和40K 含的量在天然本底范围内, 说明铀矿山废水的排放并未对附近村民的饮用水产生影响； 铀矿山废水中铀、 钾等放射性核素随水流的迁移的过程中, 经水的稀释及沉淀作用后, 浓度逐渐降低, 到水域下游时, 这些核素的浓度与天然本底相当。