Radioaktivnost Podzemnih Voda U Tipskim Vodonosnim Sredinama Srbije
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
UNIVERZITET U BEOGRADU FAKULTET ZA FIZIČKU HEMIJU Irena R. Tanasković RADIOAKTIVNOST PODZEMNIH VODA U TIPSKIM VODONOSNIM SREDINAMA SRBIJE doktorska disertacija Beograd, 2014. UNIVERSITY OF BELGRADE FACULTY OF PHYSICAL CHEMISTRY Irena R. Tanasković RADIOACTIVITY OF GROUNDWATER IN TIPICAL AQUIFERS OF SERBIA Doctoral Dissertation Belgrade, 2014. Mentori: dr Šćepan Miljanić, redovni profesor Univerzitet u Beogradu, Fakulteta za fizičku hemiju dr Nada Miljević, naučni savetnik Institut za vodoprivredu „Jaroslav Černi“, Beograd Članovi komisije: dr Ljubiša Ignjatović, vanredni profesor Univerzitet u Beogradu, Fakulteta za fizičku hemiju dr Mirjana Radenković, naučni saradnik Univerzitet u Beogradu, Institut za nuklearne nauke „Vinča“ Datum odbrane: Ova disertacija raāena je u Institutu za medicinu rada Srbije „Dr Dragomir Karajoviþ“, Odeljenje za radioekologiju, Institutu za javno zdravlje Srbije „Dr Milan Jovanoviþ Batut“ i Gradskom zavodu za javno zdravlje Beograd, Centar za higijenu i humanu ekologiju u Beogradu. Ovom prilikom bih želela da najiskrenije zahvalim svom mentoru, dr Nadi Miljeviþ, na pomoþi, poverenju, stpljenju i razumevanju tokom izrade ove disertacije. Za sve korisne sugestije i pomoþ u pisanju disertacije želim da se zahvalim svom mentoru Prof. dr Šþepanu Miljaniþu. Prof. dr Ljubiši Ignjatoviþu veliko hvala na pomoþi tokom pisanja disertacije. Dr Mirjani Radenkoviþ veliko hvala na pomoþi tokom pisanja disertacije. Veliku zahvalnost dugujem dr Miomiru Komatini koji me je uveo u problematiku vezanu za geologiju Srbije i nesebiĀno mi prenosio svoje znanje. Hvala i svim mojim dragim kolegama iz navedenih Instituta na kolegijalnosti i struĀnoj pomoþi. Mojoj porodici, suprugu Vladimiru, þerki Katarini, mojim roditeljima, ocu Radenku i majci Milici, beskonaĀno hvala za podršku bez koje ne bih uspela sve što sam postigla u životu. Irena Tanaskoviþ Naslov doktorske disertacije: RADIOAKTIVNOST PODZEMNIH VODA U TIPSKIM VODONOSNIM SREDINAMA SRBIJE Izvod U radu je ispitana mogućnost uticaja geološke strukture nalazišta voda na njihove radiološke i fizičko-hemijske karakteristike. Vode sa teritorije Republike Srbije su klasifikovane u tri grupe: banjske vode, mineralne vode i vode za piće. Uzorci banjskih voda su klasifikovani prema geološkoj strukturi tla i stena na kome se nalaze izvorišta na 4 grupe po geotektonskim jedinicama i na 4 grupe po hidrogeološkim strukturama. Uzorci ostalih mineralnih voda su klasifikovani u četiri grupe prema hidrogeološkim strukturama i u šest grupa prema tipu vodonosne sredine, a pijaće vode u četiri grupe po geotektonskim jedinicama i u četiri grupe po tipu vodonosne sredine nalazišta. Primenom analize glavnih komponenata (engl. Principal Component Analysis- PCA) i drugih statističkih metoda u obradi rezultata, pokazana je zavisnost fizičkohemijskih i radioloških karakteristika podzemnih voda od geološke strukture tla. Ključne reči: radioaktivnost, podzemne vode, geologija Naučna oblast: Prirodno matematička Uža naučna oblast: Fizička hemija - radiohemija UDK broj: 544.58 Title: RADIOACTIVITY OF GROUNDWATER IN TIPICAL AQUIFERS OF SERBIA Abstract: In this work we investigated the possibility of geologic deposits influence on water and its radiological and physico-chemical characteristics. Water samples from the territory of the Republic of Serbia were classified into three groups: the spa water, mineral water and drinking water. Spa water samples were classified according to the geological structure of the soil and bedrock into 4 groups considering geotectonic units and also into 4 groups in relation to hydro geological structures. Mineral water samples were classified into four groups according to the hydro geological structures and into six groups according to the type of bearing environment. Drinking water samples were classified into four groups in relation to geotectonic units and into four groups according to the type of bearing environment. Applying Principal Component Analysis- PCA and other statistical methods to the measurement data, the dependence of physico-chemical and radiological properties of groundwater on the geological structure of the soil, was shown. Keywords: radioactivity, groundwater, geology Scientific Field: Natural Sciences Field of Academic Expertise: Physical Chemistry - Radiochemistry UDC number: 544.58 SADRŽAJ 1 UVOD 1 1.1 Cilj 2 2 OPŠTI DEO 3 2.1 Radioaktivnost podzemnih voda 3 2.1.1 Prirodna radioktivnost 3 2.1.2 Veštačka radiaktivnost 5 2.1.3 Kruženje vode u prirodi 6 2.1.4 Radioaktivnost podzemnih voda 7 2.1.5 Osnovni uslovi pojavljivanja podzemnih voda Srbije 12 2.1.6 Geološka i hidrogeološka podela teritorije Srbije 13 2.1.7 Hidrogeološki i geohemijski uslovi formiranja ležišta mineralnih voda 17 2.1.8 Tipovi vodonosnih sredina 18 Pregled literature 20 2.2 Statističke metode analiza koje su korišćene u radu 24 2.2.1 Definicije korišćenih pojmova 24 2.2.2 Analiza glavnih komponenata 26 2.2.3 Analiza grupisanja (CA) 33 3 EKSPERIMENTALNI DEO 36 3.1 Uzorkovanje voda 36 3.2 Metode merenja radioaktivnosti i fizičkohemijskih karakteristika ispitivanih voda 36 3.3 Merenje ukupne alfa i beta aktivnosti 37 3.4 Izračunavanje ukupne alfa i beta aktivnost 37 3.5 Merna nesigurnost 38 3.6 Minimalna detektovana aktivnost 38 3.7 Spektrometrija gama zračenja 39 3.8 Metode merenja i gamaspektrometrijsko određivanje aktivnosti radionuklida 43 3.9 Efikasnost detektora 45 3.10 Specifična aktivnost uzorka 46 3.11 Granica detekcije 46 3.12 Merna nesigurnost 47 3.13 Merna nesigurnost tipa A 47 3.14 Merna nesigurnost tipa B 48 3.15 Postupci pripreme uzoraka za merenje 48 3.16 Određivanje osnovnih fizičkohemijskih parametara kvaliteta voda 49 3.16.1 Određivanje temperature vode 49 3.16.2 Određivanje pH vrednosti vode 49 3.16.3 Određivanje specifične provodljivosti vode 50 + + 3.16.4 Određivanje koncentracije jona Na i K u vodi 50 2+ 2+ - 3.16.5 Određivanje koncentracije jona Ca , Mg i HCO3 u vodi 50 - 2- 3.16.6 Određivanje koncentracije jona Cl , SO4 u vodi 51 3.16.7 Određivanje koncentracije SiO2 u vodi 52 3.16.8 Vrste uzoraka i njihova klasifikacija 52 4 REZULTATI I DISKUSIJA 53 4.1 Banjske vode (BV) Srbije 53 4.1.1 Fizičkohemijske karakteristike uzoraka banjskih voda Srbije 53 4.1.2 Analiza korelacionih koeficijenata karakteristika banjskih voda Srbije 60 4.1.3 Analiza glavnih komponenata karakteristika banjskih voda Srbije 63 4.1.4 Klaster analiza karakteristika banjskih voda 69 4.2 Uzorci mineralnih voda (MV) Srbije 73 4.2.1 Fizičkohemijske karakteristike uzoraka mineralnih voda Srbije 73 4.2.2 Analiza korelacionih koeficijenata karakteristika mineralnih voda Srbije 86 4.2.2.1 Analiza glavnih komponenata 99 4.2.2.2 Grupa mineralnih voda 5M 101 4.2.2.3 Grupa voda M mineralnih voda 116 4.3 Uzorci pijaćih voda (PV) Srbije 131 4.3.1 Fizičkohemijske karakteristike pijaćih voda Srbije 131 4.3.2 Analiza korelacionih koeficijenata karakteristika pijaćih voda Srbije 142 4.3.3 Analiza glavnih komponenata uzoraka pijaćih voda 148 4.3.3.1 Grupa pijaćih voda 5M 150 4.3.3.2 Klaster analiza rezulatata ispitivanja karakteristika grupe 5M pijaćih voda 158 4.3.3.3 Grupa pijaćih voda M 160 5 ZAKLJUČAK 170 5.1 Banjske vode Srbije 170 5.2 Mineralne vode Srbije 171 5.3 Pijaće vode Srbije 172 5.4 Opšti osvrt na rezultate obrade glavnih komponenata karakteristika podzemnih voda Srbije 174 6 LITERATURA 175 1 Uvod Voda, kao glavno jedinjenje neophodno za opstanak živog sveta na planeti, pobuđuje veliko interesovanje istraživača. Podzemne vode predstavljaju više od 50 puta veće zalihe sveže vode od površinskih voda. Predstavljaju ključni element u velikom broju geoloških i fizičkohemijskih procesa. Njihov hemijski sastav je pod uticajem sastava stena akvifera, uslova toka i vremena boravka u podzemlju i pri tome je kontrolisan hemijskim i fizičkim procesima kao što su adsorpcija-desorpcija, kompleksiranje i taloženje- rastvaranje [1]. Raznovrsnost geološke strukture zemljišta na našoj planeti, utiče da svako nalazište ima geološki uticaj na karakteristike vode. Prirodna radioaktivnost podzemne vode je u velikom opsegu koncentracija, koje zavise od prirode akvifera i hemijskih karakteristika vode kao što je pH i salinitet. Srbija 75% svojih potreba za vodosnadbevanje pijaćom vodom zadovoljava iz sopstvenih podzemnih voda. Kada su u pitanju vode za piće neophodna je hemijska, bakteriološka i radiološka ispravnost. Postoji više integralnih i selektivnih metoda za određivanje radioaktivnosti uzoraka iz životne sredine (vazduh, voda, zemljište, rastinje, hrana itd.). Integralnim metodama se određuje ukupna alfa i beta aktivnost u uzorcima, ali se ne može odrediti doprinos pojedinačnih radionuklida ukupnoj aktivnosti. Da bi se odredio sadržaj pojedinačnih radionuklida koriste se specifična merenja npr., spektrometrija alfa i gama emitera i radiohemijska određivanja. Teritorija Srbije se odlikuje raznovrsnim litološkim sastavom i složenim strukturnim sklopom. Unutar te teritorije, izdvaja se nekoliko geotektonskih celina, koje se odlikuju specifičnim geološkim sastavom i posebnim hidrogeološkim karakteristikama. Radioaktivnost u vodama je uglavnom posljedica prisutnosti radioaktivnih elemenata u Zemljinoj kori koji se 1 rastvaraju u podzemnim vodama, kada se ona kreþe kroz pukotine u stenovitom tlu. Teritorija Srbije je vrlo bogata podzemnim vodama, poznavanje uticaja geološke strukture tla na njihove karakteristike je od velikog nacionalnog interesa. 1.1 Cilj U Srbiji je na osnovu Pravilnika o monitoringu radioaktivnosti, obavezna redovna kontrola radioaktivnosti voda [2]. Cilj ove disertacije je ispitivanje