地热水养殖应用中氡危害防护及检测分析

邓 楠 王亚军 张雪萍 张良萌 郇 阳

地热水养殖应用中氡危害防护及检测分析

邓 楠1王亚军1张雪萍1张良萌2郇 阳2

（1.陕西省核与辐射安全监督站，陕西 西安 710006；2.陕西秦洲核与辐射安全技术有限公司，陕西 西安 710054）

地热资源的合理利用及开发可以有效减少燃煤等污染，中低温地热资源可用于农业养殖方面，合理利用中低温地热资源可帮助鱼虾越冬、加快生长速度、缩短养殖周期。但地热水中含有氡（222Rn）及其子体，使用地热水养殖时室内222Rn浓度提高，工作人员在高浓度222Rn环境中辐射危害大大提高；水生生物及鱼类可以富集水中天然放射性物质，鱼类在高浓度222Rn中会富集226Ra，人们食用时会增加辐射剂量。文章基于文献调研和陕西省地热水中222Rn浓度测量及地热养殖鱼体中226Ra含量，研究地热水中的辐射问题，计算相关工作人员年均辐射剂量，给予地热水养殖中辐射防护建议。

地热水养殖；氡；辐射防护

引言

地热资源是可以被人类开发及利用的地球内部热能资源，对地热资源的合理开发及利用可以有效减少燃煤等能源污染。地热资源是一种储量非常丰富的资源，我国地热资源较为丰富，中低温地热资源主要用于采暖洗浴、造纸印染、食品加工、农业养殖及医疗保健等方面[1]。利用中低温地热资源养殖对于引进热带鱼、帮助鱼虾越冬，调节养殖水温提早获得苗种、加快生长速度及缩短周期等方面有很大益处。但地热水在应用过程中可能对环境造成一定影响，地热水中含有氡（222Rn）及其子体，222Rn是镭（226Ra）在铀（238U）α衰变中产生的，它存在于地壳各种类型的岩石中，在土壤和水中也随处可见[2]。国际癌症研究机构（IARC）将222Rn归类于I类致癌因素，世界卫生组织（WHO）也将其列为19种致癌物质之一。222Rn及其子体从呼吸道进入人体后，主要沉积在肺、鼻咽、及气管—支气管粘膜上，使得这些区域会接受到高能的α粒子照射。同时222Rn及其子体可通过呼吸道黏膜进入血液和全身，导致血液和其他脏器受到222Rn子体的照射[3]。

1 国内外地热水养殖概况

1.1 国外概况

地热水产养殖是指在受控环境中养殖淡水或海洋生物，以提高生产率。在地热水中养殖的主要鱼类有鲶鱼、罗非鱼、鲈鱼、鳟鱼、鲟鱼、巨型淡水虾和热带鱼。在水产养殖中，控制合适地热养殖温度可以提高50%～100%的生长率，从而增加年收获数量。

美国地热资源在农业方面利用率最高，有58个水产养殖基地，利用地热能养殖了近20种两栖动物、鱼类和虾[4]；西伯利亚渔业研究所在贝什马生产实验场用地热水培育鲤鱼，延长生长期，将幼鱼存活率提高到46%～73%；Samherji是冰岛最大的渔业和海鲜公司，他们利用地热水孵化、生产、养殖鱼类，是世界上最大的陆生鲑鱼养殖场之一[5]；日本的地热温室占地约20英亩（8.0公顷），种植着各种蔬菜和鲜花；在匈牙利，建立的捷哈格温热水养鱼场，可供应全国池塘业和天然水域所需苗种的35%～40%，匈牙利中央索尔沃什渔业研究所，利用42.5 ℃的地热水，建造了循环式温流水孵化系统，年均可生产1亿～1.2亿尾4日龄的养殖鱼苗[6]。

1.2 国内概况

我国自20世纪70年代以来，全国利用地热水养殖温带鱼虾、水稻育缺、蔬菜生产、花卉苗木培育等。1983年建成钢架塑料大棚越冬温室20亩，亲鱼池8亩，当年越冬成活率达80 %以上；湖南汝城利用地热水将养殖水温保持在25 ℃～30 ℃，用于养殖甲鱼、罗非鱼、牛蛙、福寿螺[7]；2014年山东省黄河三角洲气度利用黄河水配兑地热深井水设施研究养殖凡纳滨对虾，于2015年达到国内领先水平[8]；北京、河北等地用地热水灌溉农田，调节水温，用30 ℃～40 ℃的地热水种植水稻，以解决春寒时的早稻烂秧问题，利用地热建造温室，育秧、种菜和养花，利用地热给沼气池加温，提高沼气产量；北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室，用于种植蔬果；各地还利用地热大力发展养殖业，如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等[9]。

2 地热水养殖中的氡监测及辐射分析

2.1 222Rn及226Ra浓度监测

2.1.1 监测范围

通过陕西省各地市渔业管理部门（农业农村局渔业渔政处）及技术支持部门（水产站），获取陕西省境内地热水养殖场的辐射监测数据。主要针对以下方面进行监测：

（1）对养殖地鱼塘周边、办公场所、养殖场区工作人员布设剂量片，时长1个月，进行环境累积氡剂量监测和个人累积氡剂量监测。

（2）对养殖地水样和养殖地周围空气222Rn浓度进行现场监测。

（3）养殖地水样、生物样品中226Ra监测，其中生物样对可食用部分和不可食用部分分别进行监测。

2.1.2 辐射剂量计算方法

我国辐射防护标准GB 18871—2002“电离辐射防护与辐射源安全基本标准”对于放射性工作人员的剂量当量限值的规定为：在射线防护计算中，一般按全身均匀外照射取剂量当量限值为50 mSv/年。吸入222Rn及其子体对相关人员产生的年均有效剂量估算公式如式（1）[10]。

ERn：年均有效剂量，单位为毫希沃特（mSv）；

CRn：平均氡浓度，单位为贝可每立方米（Bq·m-3）；

DCFRn：222Rn的剂量转换因子，等于1.7×10-5mSv （Bq·h·m-3）-1[11]；

DCFRnD：氡子体剂量转换因子，等于9×10-6[11]；

F：222Rn与子体的平衡因子，世界室内典型值为0.4，我国室内典型值为0.5[10]；

t：工作时长，根据《中华人民共和国劳动法》第三十六条国家实行劳动者每日工作时间不超过八小时、平均每周工作时间不超过四十四小时的工时制度。国家实行劳动者从全年日历时间365天中扣除52个星期的公休日104天，扣除法定节假日11天，全年应工作250天，每月平均工作20.83天，每天工作8小时，全年工作时长为2000小时。

2.1.3 监测结果

对养殖鱼塘周边、办公场所、养殖场区工作人员布设剂量片，时长1个月，进行环境累积222Rn剂量监测和个人累积氡剂量监测，并对工作人员年均辐射剂量利用公式（1）进行估算，结果见表1。

表1 工作人员年辐射剂量

对养殖地水样和养殖地周围空气中222Rn浓度现场监测，结果见表2。

表2 养殖区域222Rn浓度

对养殖地水样、生物样品中226Ra监测，其中生物样对可食用部分和不可食用部分分别进行监测，结果见表3。

表3 生物体内226Ra剂量

2.2 222Rn及226Ra浓度限值

2.2.1222Rn浓度限值

室外222Rn平均水平从5 Bq·m-3到15 Bq·m-3不等，室内和通风少的区域浓度较高，在矿山、洞穴和水处理设施等地方的222Rn浓度最高。住宅、学校、办公室等建筑物中，222Rn浓度范围跨度较大（10 Bq·m-3至大于1000 Bq·m-3）。当平均222Rn 浓度每增加100 Bq·m-3，肺癌的风险增加约16 %。世界相关组织机构对室内222Rn浓度参考标准见表4。

表4 222Rn浓度参考标准

在ICRP第126号出版物中，委员会建议222Rn照射的控制要基于适当的参考水平防护最优化原则，建议水平对于年剂量限值可在1 mSv～20 mSv范围内，约10 mSv左右的年剂量应作为制定氡照射参考水平的基准[14]。

2.2.2226Ra浓度限值

地热水养殖鱼类时，水生生物及鱼类可以富集水中天然放射性物质，鱼类在高浓度222Rn中会富集226Ra，人们食用后将受到一定量的辐射。因此，地热养殖中要保证鱼类体内226Ra含量符合国家对食品中放射性物质限值规定。对于食品中放射性物质我国现行标准是1994年颁布的GB 14882—94《食品中放射性物质限制浓度标准》，在该标准中主要规定了食品中12种放射性物质的限制浓度，其中明确规定了鱼肉虾类中226Ra含量不得高于38 Bq·kg-1[15]。

2.3 结果分析

222Rn与子体平衡因子为0.5，年占用量为2000 h，由于222Rn的活度浓度值为300 Bq·m-3，对应年辐射剂量限值为2.802 mSv。根据计算，宝鸡温水沟鱼塘边相关工作人员年均222Rn辐射剂量最大，辐射量为2.58 mSv，小于国家标准规定最大222Rn浓度环境中辐射剂量，以及放射性工作人员辐射剂量当量限值的规定。

针对水中222Rn浓度进行测量，发现部分地区地热水中222Rn浓度较高。由于水中222Rn会向空气中进行了一定量的转移，因而在靠近养殖区范围222Rn浓度相对较高。为防止地热养殖的鱼类在高浓度的222Rn环境中富集226Ra，对鱼类可食用及不可食用部分226Ra含量进行测量，测量结果表明鱼体中226Ra含量最高值为3.27 Bq·kg-1，低于国家标准限值。

2.4 222Rn的防护原则及措施

关于222Rn的防护原则，主要参考欧盟辐射防护193号文件，它涉及工作场所中222Rn浓度规定；同时依据ICRP126号出版物对222Rn辐射所致的肺癌提出的几点观点。222Rn的照射危害占公众接受天然辐射中最大份额，在利用地热温泉水时需对222Rn进行防护，以下是针对地热水利用时对222Rn的防护建议[1]。

（1）地热养殖过程中，首先针对长期工作在鱼池附近的工作人员辐射剂量进行检测，防止在工作中吸入的222Rn累计暴露量过高。若养殖区为封闭区域，应加强通风，封闭区域定期监测222Rn含量，防止工作区域222Rn浓度过高。办公区域也应注意通风，并定期监测222Rn浓度。

（2）水生生物及鱼类可以富集水中天然放射性物质，在高浓度222Rn中富集镭。因而在地热养殖中应重点防护鱼类中相关放射性核素，如：U、226Ra、210Po、210Pb，避免鱼体含有过量放射性核素，导致人体食用后受到辐射。

采取最优化防护原则，针对非高氡作业场所工作人员采用统一防护原则，制定职业人员限制，对于氡浓度低于37 Bq·L-1的地热水无需进行过多限制。

3 结束语

通过对陕西省地热水养殖场环境累积剂量、工作人员个人剂量、空气222Rn浓度以及生物体内226Ra比活度调查与分析，得出陕西省各地热水养殖场环境222Rn浓度、工作人员个人年累积剂量、生物体内226Ra比活度测量结果均低于国家限值。本次调查结果弥补了地热水养殖辐射环境现状数据，为后续地热水养殖辐射影响和辐射防护工作建立基础。

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Radon Hazard Protection and Detection Analysis in Geothermal Aquaculture Application

The rational utilization and development of geothermal resources can effectively reduce the pollution caused by coal combustion. Medium and low temperature geothermal resources can be used for agriculture breeding. Rational utilization of medium and low temperature geothermal resources can help fish and shrimp survive the winter, accelerate their growth rate, and effectively shorten the breeding cycle. However, geothermal water contains radon (222Rn) and radon progeny. When geothermal water is used for breeding, the indoor concentration of222Rn would increase, which greatly increase the harm of radiation to workers in the environment with high concentration of222Rn. Aquatic organisms and fish can enrich natural radioactive substances in water. Fish may enrich radium in high concentration222Rn, which increase the the radiation dose when eating. Based on the literature survey and the measurement data of222Rn concentration in geothermal water and226Ra in fish samples in Shaanxi province, this paper studies the radiation problem in geothermal water, and estimates the average annual radiation dose of relevant staff, and puts forward suggestions on the radiation protection in geothermal water aquaculture.

geothermal aquaculture; radon; radiation protection

TL7

A

1008-1151(2022)11-0046-03

2022-08-25

邓楠（1991－），女，陕西省核与辐射安全监督站助理工程师，研究方向为辐射防护与监测。