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Gestión de residuos de materiales radiactivos naturales
en la industria del petróleo

Por: Belilacqua A.M. ,  Vicente P. Marino
Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)
Centro Atómico Bariloche
Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro


Resumen

En el marco de la gestión de residuos originados al procesar materiales radiactivos naturales en las actividades petroleras, gasíferas y mineras se analizó el caso particular de los sedimentos con elementos radiactivos naturales que se producen durante las operaciones primarias de explotación de petróleo. Se tomaron muestras de los líquidos, en diferentes etapas de las operaciones primarias, y de los sólidos sedimentados, en las piletas de decantación a cielo abierto. Las muestras se hicieron analizar por métodos químicos y nucleares, determinándose las concentraciones de uranio total, 222Rn, 224Ra, 226Ra y 228Ra.

El código de cálculo ORIGEN2.1 fue utilizado para traducir los valores expresados en concentración a los respectivos valores en actividad específica. Dado que la de actividad específica en los residuos de materiales radiactivos naturales analizados supera los niveles de dispensa incondicional o de exención recomendados por el Organismo Internacional de la Energía Atómica y que tales valores se alcanzan por incrementarse tecnológicamente durante las operaciones primarias en la industria del petróleo, se concluyó que la práctica que origina estos residuos no debería constituir una exención a la Norma Básica de Seguridad Radiológica de la Autoridad Regulatoria Nuclear y que su gestión debe analizarse en el marco del Régimen de Gestión de Residuos Radiactivos (Ley No 25.018). 

Introducción

En Argentina, a diferencia de algunos países 1, la gestión de residuos originados al procesar materiales radiactivos naturales (MRN) en las actividades petroleras, gasíferas y mineras no uranífera, se encuentra, en el mejor de los casos, en un estado muy preliminar de desarrollo.

Dos razones por las cuales los residuos de los MRN (ingl.: naturally occurring radioactive materials wastes, abrev.: NORM wastes) no son gestionados con el mismo rigor que las colas de la molienda del uranio son: la falta de reconocimiento de estos residuos radiactivos por parte de la mayoría de las industrias no nucleares en tanto no sea declarada como tal por la Autoridad Regulatoria Nuclear (ARN) y la falta de aplicación de la normativa sobre gestión de residuos radiactivos fuera del ámbito de las actividades nucleares 2-11.

Una deficiente gestión de los residuos de los MRN en la industria del petróleo por inadecuadas operaciones del agua o de los lodos de producción, o en la industria minera por el inapropiado manejo del lixiviado de las escombreras, puede ocasionar la contaminación de las aguas subterráneas y el consiguiente perjuicio en caso de ser incorporada por ingestión 12, 13.

En la industria del petróleo los elementos radiactivos naturales (ERN), en particular los actínidos uranio y torio, y sus hijas radio y radón, son transportados a la superficie por el agua de producción, que luego se separa del petróleo en los tanques separadores por decantación y en las piletas de decantación a cielo abierto. Los sedimentos suspendidos en el agua de producción contienen ERN, se acumulan en los tanques separadores y en las piletas de decantación, y se concentran por evaporación convirtiéndose en un residuo radiactivo sólido el cual, generalmente, no es gestionado hasta su evacuación. Adicionalmente, en este tipo de explotaciones se realizan limpiezas de las instalaciones, principalmente en los fondos de los tanques de decantación, en forma manual y en algunos casos las incrustaciones poseen un alto contenido de ERN 12-14.

Debido a la falta de aplicación de la normativa sobre protección radiológica 2, las condiciones en las que se realizan estos trabajos pueden derivar en exposiciones interna y externa inaceptablemente altas 12-14. La exposición interna se relaciona principalmente con la incorporación por inhalación de núclidos que decaen por desintegración a como los actínidos y algunas de sus hijas, particularmente 222Rn y 220Rn. La exposición externa está asociada a la existencia de un campo de radiación g debido principalmente a la desintegración a o b de la totalidad de los núclidos que componen las cadenas de decaimiento del uranio y del torio.

Si bien el presente trabajo analiza el caso particular de los sedimentos con ERN que se producen durante las operaciones primarias de explotación de petróleo, las conclusiones del mismo son de aplicación a otros residuos de MRN como los originados durante el procesamiento de minerales fosfatados en las industrias de los fertilizantes y del cemento. Todas estas actividades no nucleares originan residuos de MRN cuya gestión como residuos radiactivos debe ser analizada.

Resultados

La tabla 1 presenta la concentración de uranio (m g.l-1) en muestras tomadas en diferentes etapas de las operaciones primarias, determinada mediante análisis químico, y la actividad por unidad de volumen (Bq.l-1) calculada con la actividad específica del uranio natural sin hijas (25.386 Bq.g-1). Dada la relevancia de los núclidos de radio, se realizaron análisis mediante espectroscopía g en una muestra líquida.

En la tabla 2 se presentan la actividad de éstos en las cadenas de decaimiento del uranio y del torio. La actividad asociada a la presencia de potasio fue de 38,7 ± 7,7 Bq.l-1 debida al 40K. Se determinó que los residuos de MRN acumulados en las piletas a cielo abierto presentan una mayor actividad que las rocas circundantes, lo que evidencia el transporte y la concentración de actínidos e hijas en estos sólidos sedimentados. Las concentraciones máximas de uranio y torio, determinadas mediante análisis por activación neutrónica, fueron 3,54 m g.g-1 y 7,14 m g.g-1, respectivamente. El estudio del decaimiento del uranio natural (con la composición isotópica actual) y del torio, realizado con el programa ORIGEN2.1 hasta 20 millones de años, permitió calcular la actividad específica de los residuos de los MRN a partir de las concentraciones de uranio y torio.

En la tabla 3 se presentan los resultados, para diferentes casos que tienen en cuenta la cadena de decaimiento en forma parcial o total, y la actividad a ó a +b . A fin de realizar un cálculo conservativo, se determinó el tiempo para el cual la actividad a +b de la totalidad de la cadena de decaimiento alcanza un máximo, que corresponde a 3 millones de años para el uranio natural y a 100 años para el torio, y para ese tiempo se obtuvieron los resultados tabulados.

La tabla 4 presenta los resultados de análisis realizados mediante espectroscopía g en otras muestras de residuos de MRN, tomadas sobre la superficie o en la profundidad de una pileta de sedimentación. La actividad específica debida al 40K en las muestras superficial y profunda fue de 0,282 ± 0,056 Bq.g-1 y 0,391 ± 0,078 Bq.g-1 respectivamente.

Conclusiones

Los límites para el uranio total en agua están consignados como niveles guía de calidad de agua en el Anexo II de la Reglamentación de la Ley No 24.051 10 y están comprendidos entre 10 m g.l-1 (0,25 Bq.l-1) para la protección de la vida acuática en agua dulce superficial y en agua para irrigación, y 500 m g.l-1 (13 Bq.l-1) para la protección de la vida acuática de agua salada superficial. Un nivel guía de calidad ambiental, por ejemplo para el agua, es un valor numérico o enunciado narrativo establecido para los cuerpos receptores como guía general para la protección, mantenimiento y mejora de sus usos específicos 10. La comparación de los resultados de estos análisis con los niveles guía de calidad para el uranio total en agua, demuestra que en todas las etapas de las operaciones primarias algunos de ellos son superados.

Los resultados presentados en las tablas 3 y 4 indican que los residuos de los MRN, constituidos por los sedimentos acumulados en las piletas de decantación a cielo abierto, pueden alcanzar actividades específicas que superan los niveles de dispensa incondicional o de exención recomendados por el Organismo Internacional de la Energía Atómica (OIEA), los cuales están comprendidos en el intervalo [0,1 ; < 1,0] Bq.g-1 para todos los núclidos del uranio, del torio y del radio.

Dado que los niveles de actividad específica superan los niveles de dispensa incondicional o de exención recomendados por OIEA, y que los mismos se alcanzan por incrementarse tecnológicamente durante las operaciones primarias en la industria del petróleo, la práctica que origina estos residuos no debería constituir una exención a la Norma Básica de Seguridad Radiológica de la ARN. En ese contexto debe analizarse la gestión de los residuos de los MRN en el marco de la Ley No 25.018 (Ley Nacional del Régimen de Gestión de Residuos Radiactivos).

Por lo expuesto, los residuos de MRN constituidos por los sedimentos de las piletas de decantación a cielo abierto como los producidos durante las operaciones de limpieza de los tanques de decantación deberían determinarse el uranio, el torio y sus hijas.

Cabe mencionar que, además, en este tipo de explotaciones resultaría necesario agregar la determinación del uranio, del torio y de sus hijas en los protocolos de análisis del agua potable dentro de las áreas mencionadas.

Se considera necesario analizar la pertinencia de la aplicación de la normativa sobre seguridad radiológica que obligue a la industria petrolera a, entre otras cosas, monitorear los ERN, incluir su análisis en el protocolo del agua potable, controlar los MRN en las áreas de mayor riesgo y gestionar los residuos de los MRN hasta su eliminación.

Referencias

1. Knaepen W.A.I., Bergwerf W., Lancée P.J.F., Van Dijk W., Jansen, J.F.W., Janssen R.G.C., Kiezenberg, W.H.T., Van Sluijs R., Tijsmans M.H., Volkers K.J., Voors P.I., "State-ot-the-Art of NORM Nuclide Determination in Samples from Oil and Gas Production: Validation of Potential Standardization Methods Through and Interlaboratory Test Programme", J. Radioanal. Nucl. Chem., 198 (2), 323 – 341, (1995).

2. "Norma básica de seguridad radiológica", AR 10.1.1. – Revisión 1, Autoridad Regulatoria Nuclear, (1996).

3. "1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection", ICRP Publication 60, Annals of the ICRP, 21, 1 – 3, (1991).

4. "International Basic Safety Standards for Protection against Ionizing Radiation and for the Safety of Radiation Sources", Safety Series No. 115, International Atomic Energy Agency, Viena, (1996).

5. "Classification of Radioactive Waste. A Safety Guide", Safety Series No. 111-G-1.1, International Atomic Energy Agency, Viena, (1994).

6. "Clearance levels for radionuclides in solid materials. Application of exemption principles. Interim report for comment", IAEA-TECDOC-855, International Atomic Energy Agency, Viena, (1996).

7. "Joint Convention on the Safety of Spent Fuel Management and on the Safety of Radioactive Waste Management", International Atomic Energy Agency, Viena, (1997).

8. "Régimen de gestión de residuos radiactivos", Ley No 25.018, (1998).

9. "Residuos Peligrosos", Ley No 24.051, (1992).

10. "Reglamentación de la Ley No 24.051", Decreto 831/93, (1993).

11. "Código de minería", Ley No 24.498, (1995). Texto ordenado, Decreto 456/97, (1997).

12. Marino V.P., "Medición de radioactividad natural monitoreo expeditivo área neuquina – Argentina: Informe", Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, Organización Panamericana de la Salud – Organización Mundial de la Salud, (1997)

http://www.cepis.org.pe/eswww/fulltext/recuhidr/merana/merana.html

13. Marino V.P., Bevilacqua A.M., "Elementos radiactivos naturales. Contaminación potencial del agua potable", Énfasis Ambiental, Año 3, No 36, (1997).

14. Somaruga C., Tramaglia J., "Contaminación radiactiva en instalaciones petroleras", Ingeniería Sanitaria y Ambiental, No 30, 40 – 43, (1997)


Tablas 

Muestra

Uranio total, m g.l-1 (Bq.l-1)

Agua para recuperación secundaria

200 ± 40 (5,1 ± 1,0)

Agua de producción de pozos

100 ± 20 (2,5 ± 0,5)

Agua de producción de pozos filtrada para recuperación secundaria

100 ± 20 (2,5 ± 0,5)

Tabla 1. Contenido de uranio total en agua para las etapas de las operaciones primarias

 

 

Uranio

Torio

Núclido

Bq.l-1

Núclido

Bq.l-1

226Ra

6,0 ± 1,8

228Ra

18,1 ±3,6

Tabla 2. Actividad de núclidos de radio en una muestra líquida

Total de la cadena
Actividad específica de los residuos de los MRN, Bq.g-1

Uranio

Torio

a

a +b

a

a +b

Núclido padre de la cadena

0,089

¾

0,058

¾

Cadena sin radón y siguientes

0,19

0,28

0,09

0,14

0,37

0,65

0,17

0,29

 

Tabla 3. Actividad específica de los residuos de los MRN (sólidos sedimentados) 

 

 

Uranio

Torio

Núclido

Bq.g-1

Núclido

Bq.g-1

222Rn

0,77 ± 0,15 (en superficie)

0,182 ± 0,036 (a profundidad)

228Ra

1,61 ± 0,32 (en superficie)

0,56 ± 0,11 (a profundidad)

226Ra

0,63 ± 0,13 (en superficie)

0,206 ± 0,041 (a profundidad)

224Ra

1,69 ± 0,34 (en superficie)

0,53 ± 0,10 (a profundidad)

Tabla 4. Actividad específica de núclidos de radio y radón en los residuos de los MRN (sólidos sedimentados)

Contacto: vmarino@cab.cnea.gov.ar


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