1 HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN TRONG THAN, TRO BAY VÀ XỈ THAN CỦA MỘT VÀI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN Ở VIỆT NAM TRƢƠNG THỊ HỒNG LOAN 1,2 , VŨ NGỌC BA 1 , PHAN THỊ XUÂN MAI 2 , TRƢƠNG THỊ XUÂN TR[.]
HOẠT ĐỘ CÁC ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN TRONG THAN, TRO BAY VÀ XỈ THAN CỦA MỘT VÀI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN Ở VIỆT NAM TRƢƠNG THỊ HỒNG LOAN 1,2, VŨ NGỌC BA1, PHAN THỊ XUÂN MAI 2, TRƢƠNG THỊ XUÂN TRƢỜNG 2, NGUYỄN QUANG ĐẠO 2, LÊ XN THUN3, TRẦN VĂN LUYẾN Phịng thí nghiệm Kỹ thuật Hạt nhân, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM, Phường Linh Trung, Quận Thủ Đức, Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Bộ mơn Vật lý Hạt nhân, Khoa Vật lý – Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHCM, 227 Nguyễn Văn Cừ, Quận 5, Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Khoa Sinh học Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM, 227 Nguyễn Văn Cừ, Quận 5, Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Phịng An tồn xạ Mơi trường, Trung Tâm Hạt nhân Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Tóm tắt Trong cơng trình chúng tơi đánh giá hoạt độ phóng xạ than nguyên liệu, tro bay xỉ than (viết chung tro xỉ) lò, nhƣ tro xỉ thu thập bãi thải số nhà máy nhiệt điện than (NMNĐT) miền Trung Việt Nam Kết phân tích mẫu thu thập cho thấy có tăng cƣờng hàm lƣợng nhân phóng xạ tự nhiên U-238, Ra-226, Th-232 K-40 mẫu tro bay, xỉ than phân tích so với than nguyên liệu đầu vào Kết tính tốn hoạt độ phóng xạ tự nhiên mẫu thu thập bãi thải tro xỉ cho giá trị nằm khoảng giá trị thống kê UNSCEAR 2000 tro bay ngoại trừ số mẫu có hoạt độ K40 cao giá trị trung bình giới Kết đánh giá cho thấy số nguy hiểm xạ từ phơi chiếu xạ đồng vị U-238, Ra-226, Th-232, K-40 với nồng độ phóng xạ tăng cƣờng tro xỉ nằm giới hạn cho phép theo TCVN VLXD Từ khóa: CFPP, Tro xỉ, Phóng xạ tự nhiên, Chỉ số nguy hiểm xạ GIỚI THIỆU Mối quan tâm tác động xạ việc sử dụng than nhà máy nhiệt điện Trong vài thập kỷ gần đây, ngƣời ta ý tới tác động môi trƣờng khác trình đốt than liên quan đến gia tăng xạ tự nhiên hàm lƣợng urani, thori tro bay, xỉ than Than khống sản có chứa khoảng 1% nguyên tố vi lƣợng đồng vị phóng xạ Sau q trình tro hóa đốt than, nguyên tố vô (kim loại đồng vị phóng xạ) đƣợc làm giàu lên tro Trong q trình đó, radon, sản phẩm phân rã khí chuỗi U Th, đƣợc giải phóng vào khí phân tán vào mơi trƣờng xung quanh Vì tro bay, xỉ than NMNĐT có nhiều khả trở nên chất liệu chứa nhiều nguyên tố độc hại, đặc biệt chất phóng xạ gây ô nhiễm môi trƣờng lâu dài, nguy hiểm cho mơi trƣờng đất, nƣớc khơng khí Có nhiều cơng trình nghiên cứu tác động phóng xạ mơi trƣờng từ đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (Ayc¸ik et al 1997 [1], Bem et al 1998 [2], Jasinska et al 1998 [7], Man-yin et al 1996 [8], Papastefanou 1996 [11]) Theo báo cáo khoa học Ủy ban Khoa học Liên Hiệp Quốc Hiệu ứng Bức xạ Nguyên Tử (UNSCEAR, 1988 [14]), chất phóng xạ thải vào khơng khí liên quan đến tỷ lệ tro bay gây nguy nhiễm phóng xạ cho vùng xung quanh NMNĐT Gần hơn, nhiều nghiên cứu khác (Flues, 2002 [5]; Uslu, 2010 [16]) tái khẳng định điều Avner Vengosh cộng (2017) [10] cho thấy lƣợng uranium, radium tro bay, xỉ số NMNĐT Trung Quốc có mức hoạt độ phóng xạ cao gấp 43 lần so với mức giới hạn tái sử dụng làm vật liệu xây dựng [4, 15] Theo báo cáo EVN có 12 nhà máy nhiệt điện than (NMNĐT), tiêu thụ khoảng 34 triệu than/năm Ƣớc tính lƣợng tro, xỉ thải hàng năm 8,1 triệu [12] Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh, dự kiến tới năm 2020 có thêm 12 dự án NMNĐT vào hoạt động, tiêu thụ khoảng 60 triệu than Tổng lƣợng tro xỉ phát sinh từ nhà máy nhiệt điện ƣớc tính vào khoảng 22,6 triệu tấn/năm Hiện Việt Nam chƣa có số liệu cơng bố có hệ thống mức phóng xạ từ bãi chơn lấp tro bay NMNĐT tác động chúng đến môi trƣờng Trong nghiên cứu bƣớc đầu đánh giá mức phóng xạ tro bay, xỉ than từ hoạt động nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân Từ đánh giá nguy tiềm ẩn phơi chiếu phóng xạ khu vực ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm khảo sát Địa điểm khảo sát nghiên cứu nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân (ký hiệu VT2) vài địa điểm thuộc Vĩnh Tân (ký hiệu VT4) Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân với quy mô công suất lắp máy 1244 MW gồm tổ máy, sử dụng nhiên liệu than cám 6A (Hòn Gai, Cẩm Phả, Quảng Ninh) theo tiêu chuẩn TCVN 8910:2015 dùng dầu HFO làm nhiên liệu dùng để khởi động đốt bổ sung tổ máy vận hành tải thấp Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân sử dụng lị cơng nghệ đốt than phun (PC) công nghệ đƣợc áp dụng rộng rãi tồn giới Bên cạnh đó, nhà máy trang bị hệ thống thiết bị xử lý môi trƣờng công nghệ tiên tiến nhƣ hệ thống khử NOx (SCR), hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP), hệ thống khử SOx (FGD) hệ thống xử lý nƣớc thải đảm bảo khí thải nƣớc thải nhà máy sau đƣợc xử lý đạt quy chuẩn, tiêu chuẩn môi trƣờng Tro bay, xỉ than thải trình vận hành nhà máy nhiệt điện đốt than đƣợc vận chuyển dự trữ bãi xỉ Hố Dừa có diện tích khoảng 38,37 ha, khối lƣợng chứa khoảng 9,3 triệu m3, đảm bảo không thấm nƣớc bên bãi xỉ bên bãi xỉ đƣợc thiết kế ba lớp: lớp đất bảo vệ, màng chống thấm lƣới đất đệm Xung quanh bãi xỉ lắp đặt hệ thống phun nƣớc mạch vịng để kiểm sốt bụi điều kiện thời tiết bất lợi Bãi xỉ chứa đƣợc 7,2 năm với lƣợng tro xỉ thải khoảng 1,3 triệu tấn/năm [17] 2.2 Thu thập mẫu a Vị trí lấy mẫu Để nghiên cứu tác động phóng xạ từ NMNĐT, việc lấy mẫu đƣợc thực hai khu vực: lị ngồi bãi thải - Thu thập mẫu than nguyên liệu – tro bay – xỉ than lò hai nhà máy VT2 VT4 Bộ mẫu dùng để đánh giá mức phơng phóng xạ than nguyên liệu, tro bay, xỉ than nhà máy Từ đánh giá tăng cƣờng hoạt độ phóng xạ tro bay, xỉ than so với than nguyên liệu ban đầu - Tại bãi thải, ô lƣới lấy mẫu đại diện Tổng cộng có 16 mẫu tro xỉ bãi thải Các mẫu dùng để đánh giá phơng phóng xạ mức độ phơi chiếu xạ cho ngƣời làm việc thƣờng xuyên khu vực bãi thải - Các số liệu phân tích đƣợc mức phơng phóng xạ than, tro bay, xì than, tro xỉ bãi thải thu thập đƣợc sở liệu để đánh giá mức độ nguy hiểm xạ có lƣợng tro xỉ đƣợc dùng làm vật liệu xây dựng, vật liệu san lấp,… b Phương pháp lấy mẫu Các mẫu than nguyên liệu, tro bay, xỉ than đƣợc lấy đợt chạy lò để đồng Các mẫu tro xỉ bãi thải đƣợc lấy đại diện bề mặt, với giả thiết tro xỉ ô đồng Mỗi mẫu thu thập có khối lƣợng khoảng kg để phục vụ nhiều loại hình nghiên cứu khác PHƯƠNG PHÁP 3.1 Xác định hoạt độ đồng vị phóng xạ - Sử dụng hệ phổ kế gamma với đầu dò bán dẫn siêu tinh khiết HPGe GC3520 theo quy trình TCVN12249:2018 [19] để phân tích đánh giá hoạt độ phóng xạ Các tiêu phân tích bao gồm: Hoạt độ phóng xạ (Bq/kg) U-238, Ra-226, Th-232 K40 Hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên U-238, Ra-226, Th-232 K-40 đƣợc tính cơng thức: A=( ) (1) Trong đó: A hoạt độ đồng vị phóng xạ phát gamma đặc trƣng lƣợng E (Bqkg-1), f xác suất phát gamma hạt nhân lƣợng E (%), (E) hiệu suất ghi nhận xạ gamma đặc trƣng hệ phổ kế tƣơng ứng với lƣợng E, m khối lƣợng mẫu đo (kg), t thời gian đo mẫu (s), N diện tích đỉnh phổ trừ phông hiệu chỉnh thời gian chết (số đếm) kC hệ số hiệu chỉnh phân rã nguồn/mẫu thời gian đo t, kW hệ số hiệu chỉnh phân rã nguồn/mẫu khoảng thời gian từ lúc tạo mẫu đến đo Độ lêch chuẩn A đƣợc tính theo cơng thức truyền sai số: = + + + + (2) 3.2 Các số nguy hiểm xạ 3.2.1 Chỉ số hoạt độ phóng xạ I Đối với phóng xạ tự nhiên có VLXD, tiêu chuẩn Việt Nam đƣa nguyên tắc bảo vệ dựa số hoạt độ phóng xạ (I) đƣợc tính theo cơng thức sau [19]: I A Ra A Th AK 300 Bq/kg 200 Bq/kg 3000 Bq/kg (3) Trong đó, I số hoạt độ phóng xạ; ARa, ATh AK lần lƣợt hoạt độ phóng xạ (Bq.kg-1) 226Ra, 232Th 40K mẫu phân tích Theo khuyến cáo Châu Âu [4], mức độ giới hạn hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên có VLXD đƣợc đánh giá I ≤ 0,5 dân chúng bình thƣờng (0,3 mSv/năm) I ≤ mSv/năm 3.2.2 Hoạt tính phóng xạ VLXD (Aeff) Tiêu chuẩn Việt Nam quy định hoạt tính phóng xạ VLXD lĩnh vực sử dụng tùy theo mức độ phóng xạ chúng Giá trị Aeff (Bq.kg-1) đƣợc tính theo cơng thức dƣới [18]: (4) Aeff A Ra 1,3ATh 0,085A K -1 226 232 Trong đó, ARa, ATh AK lần lƣợt hoạt độ phóng xạ (Bq.kg ) Ra, Th 40K mẫu phân tích Yêu cầu chung Aeff ≤ 370 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN a Hoạt độ phóng xạ tự nhiên than nguyên liệu Bảng Hình trình bày hoạt độ đồng vị phóng xạ U-238, Ra-226, Th-232, K-40 mẫu than nguyên liệu đầu vào nhà máy VT2, VT4 so sánh với giá trị trung bình giới than theo UNSCEAR 1982 [13] Bảng Hoạt độ đồng vị phóng xạ U-238, Ra-226, Th-232, K-40 mẫu than nguyên liệu đầu vào nhà máy VT2, VT4 so sánh với giá trị trung bình giới than Tên Mẫu VT2 VT4 UNSCEAR 1982 [13] U-238 65,2 ± 6,7 31,0 ± 2,5 20,0 Hoạt độ [Bq/kg] Ra-226 Th-232 39,9 ± 0,8 52,3 ± 1,0 24,2 ± 0,5 19,2 ± 0,5 20,0 K-40 455,8 ± 15,4 150,6 ± 6,4 50,0 Kết phân tích cho thấy hoạt độ đồng vị phóng xạ U-238, Ra-226, Th-232 K-40 nguyên liệu than nhà máy VT2 cao giá trị tƣơng ứng VT4; hai nhà máy VT2, VT4 có hoạt độ đồng vị phóng xạ U-238, Ra-226, Th-232 K-40 cao trung bình giới than theo UNSCEAR 1982 [13], đặc biệt K-40 500 Than nguyên liệu Hoạt độ (Bq/kg) 400 300 200 100 VT2 U-238 VT4 Ra-226 Th-232 UNSCEAR K-40 Hình Hoạt độ phóng xạ tự nhiên than nguyên liệu đầu vào VT2, VT4 so sánh với trung bình giới theo UNSCEAR 1982 [13] b Hoạt độ phóng xạ tự nhiên tro bay Bảng trình bày hoạt độ đồng vị phóng xạ U-238, Ra-226, Th-232 K40 mẫu tro bay thu thập lò nhà máy VT2 VT4 so sánh với giá trị trung bình giới tro bay theo UNSCEAR 2000 [15] Bảng Hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu tro bay nhà máy VT2 VT4 so sánh với giá trị trung bình giới tro bay Tên mẫu VT2 VT4 UNSCEAR 2000 [15] U-238 87,6 ± 9,1 75,8 ± 7,6 200,0 Hoạt độ [Bq/kg] Ra-226 Th-232 78,1 ± 1,3 101,4 ± 1,6 66,6 ± 1,1 61,9 ± 1,1 200,0 200,0 K-40 982,1 ± 30,7 437,4 ± 14,4 500,0 Kết phân tích hoạt độ đồng vị phóng xạ mẫu tro bay Bảng Hình cho thấy ngoại trừ K-40, hoạt độ Ra-226, Th-232, U-238 thấp mức trung bình tro bay cơng bố theo UNSCEAR 2000 [15] 1200 Tro bay Hoạt độ (Bq/kg) 1000 800 600 400 200 VT2 U-238 VT4 Ra-226 Th-232 UNSCEAR K-40 Hình Hoạt độ đồng vị phóng xạ tro bay VT2 VT4 so sánh với giá trị trung bình giới cơng bố UNSCEAR 2000 [15] tro bay c Hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên xỉ than Bảng trình bày hoạt độ đồng vị phóng xạ U-238, Ra-226, Th-232 K-40 mẫu xỉ than thu thập lò nhà máy VT2 VT4 so sánh với hoạt độ trung bình giới tro theo UNSCEAR 2000 nƣớc Bảng 3: Hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên mẫu xỉ than nhà máy VT2 VT4 so sánh với giá trị trung bình giới tro theo UNSCEAR 2000 [15] Tên VT2 VT4 UNSCEAR 2000 [15] U-238 59,1 ± 6,2 42,2 ± 4,6 35 (16-110) Hoạt độ [Bq/kg] Ra-226 Th-232 54,5 ± 0,9 67,5 ± 1,2 49,1 ± 0,8 49,6 ± 0,9 35 30 (17-60) (11-64) K-40 633,3 ± 20,4 264,7 ± 9,2 400 (140-850) Bảng Hình cho thấy hoạt độ đồng vị phóng xạ U-238, Ra-226, K-40 mẫu xỉ than VT2 VT4 nằm khoảng giá trị trung bình giới, riêng Th-232 xỉ than VT2 có hoạt độ phóng xạ cao cận công bố theo UNSCEAR 2000 [15] 900 800 Xỉ than Hoạt độ (Bq/kg) 700 600 500 400 300 200 100 VT2 VT4 U-238 Ra-226 Th-232 UNSCEAR K-40 Hình Hoạt độ phóng xạ xỉ than nhà máy VT2 VT4 trung bình giới theo UNSCEAR 2000 [15] tro d Sự tăng cường hoạt độ phóng xạ tự nhiên tro bay, xỉ than Nếu xem chất lƣợng than không đổi, việc đánh giá tăng cƣờng hoạt độ phóng xạ tự nhiên tro bay xỉ than với hoạt độ phóng xạ tƣơng ứng mẫu than nguyên liệu đƣợc định nghĩa tỷ số hoạt độ đồng vị phóng xạ tro bay, xỉ than với hoạt độ đồng vị phóng xạ tƣơng ứng than nguyên liệu đầu vào Dữ liệu đƣợc trình bày Hình Hình Kết cho thấy có tăng cƣờng nhiều lần hoạt độ phóng xạ tro bay xỉ than nhà máy nhiệt điện VT2, VT4 Cụ thể nhà máy VT2 tro bay có hoạt độ phóng xạ Ra-226 tăng 1,95; Th-232 tăng 1,94, K-40 tăng 2,15 lần so với than nguyên liệu thông thƣờng Tại VT4 hệ số tăng cƣờng hoạt độ phóng xạ tro bay cao so với VT2 Ví dụ tro bay có hoạt độ phóng xạ Ra-226 tăng 2,76; Th-232 tăng 3,23; K-40 tăng 2,90 lần so với than nguyên liệu đầu vào Đối với xỉ than, hệ số tăng cƣờng thấp Ví dụ nhà máy VT2 xỉ than có hoạt độ phóng xạ Ra-226 tăng 1,36; Th-232 tăng 1,29, K-40 tăng 1,39 lần so với than nguyên liệu thông thƣờng Tại VT4 hệ số tăng cƣờng hoạt độ phóng xạ xỉ than cao so với VT2 Ví dụ tro bay có hoạt độ phóng xạ Ra-226 tăng 2,03; Th232 tăng 2,58; K-40 tăng 1,76 lần so với than nguyên liệu đầu vào ... cường hoạt độ phóng xạ tự nhiên tro bay, xỉ than Nếu xem chất lƣợng than không đổi, việc đánh giá tăng cƣờng hoạt độ phóng xạ tự nhiên tro bay xỉ than với hoạt độ phóng xạ tƣơng ứng mẫu than nguyên... Hình Hoạt độ đồng vị phóng xạ tro bay VT2 VT4 so sánh với giá trị trung bình giới công bố UNSCEAR 2000 [15] tro bay c Hoạt độ đồng vị phóng xạ tự nhiên xỉ than Bảng trình bày hoạt độ đồng vị phóng. .. – tro bay – xỉ than lò hai nhà máy VT2 VT4 Bộ mẫu dùng để đánh giá mức phơng phóng xạ than ngun liệu, tro bay, xỉ than nhà máy Từ đánh giá tăng cƣờng hoạt độ phóng xạ tro bay, xỉ than so với than