GESTIÓN DE RESIDUOS DE MATERIALES RADIACTIVOS

GESTIÓN DE RESIDUOS DE MATERIALES RADIACTIVOS NATURALES
EN LA INDUSTRIA DEL PETRÓLEO
Bevilacqua A.M. 1,2, Marino V.P. 1
1
Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Centro Atómico Bariloche
2
CNEA – Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro
Contacto: bevi@cab.cnea.gov.ar
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 1214
.
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 α como los actínidos y algunas de sus hijas, particularmente 222Rn y
220
Rn. La exposición externa está asociada a la existencia de un campo de radiación γ
debido principalmente a la desintegración α o β 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 (µg.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 γen 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 µg.g-1 y 7,14 µg.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 α ó α+β. A
fin de realizar un cálculo conservativo, se determinó el tiempo para el cual la actividad
α+β 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 γen 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.g1
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 µg.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 µg.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
Uranio total, µg.l-1 (Bq.l-1)
200 ± 40 (5,1 ± 1,0)
100 ± 20 (2,5 ± 0,5)
Muestra
Agua para recuperación secundaria
Agua de producción de pozos
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
Núclido
226
Ra
Torio
-1
Bq.l
6,0 ± 1,8
Bq.l-1
18,1 ± 3,6
Núclido
228
Ra
Tabla 2. Actividad de núclidos de radio en una muestra líquida
Actividad específica de los
residuos de los MRN, Bq.g-1
Núclido padre de la cadena
Cadena sin radón y siguientes
Total de la cadena
Uranio
α
0,089
0,19
0,37
Torio
α+β

0,28
0,65
α
0,058
0,09
0,17
α+β

0,14
0,29
Tabla 3. Actividad específica de los residuos de los MRN (sólidos sedimentados)
Uranio
Núclido
222
Rn
226
Ra
Torio
-1
Bq.g
0,77 ± 0,15 (en superficie)
0,182 ± 0,036 (a profundidad)
0,63 ± 0,13 (en superficie)
0,206 ± 0,041 (a profundidad)
Núclido
228
Ra
224
Ra
Bq.g-1
1,61 ± 0,32 (en superficie)
0,56 ± 0,11 (a profundidad)
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)