Studsvik Report STUOSVIK/SM-78/6. I Ul VIDAREUTVECKLING AV SVAVEL-35 METOD. Pa uppdrag av Statens naturvårdsverk. Lars Bergström

(1)

CO Studsvik Report

I o

Ul

STUOSVIK/SM-78/6

/

VIDAREUTVECKLING AV SVAVEL-35 METOD

Pa uppdrag av Statens naturvårdsverk

Lars Bergström

(2)

AKTIEBOLAGET ATOMENERGI STUDSVIK/SM-78/6 1978-03-15

Lars Bergström På uppdrag av Statens naturvårdsverk

VIDAREUTVECKLING AV SVAVEL-35 METOD

I

HUVUDINNEHALL

En metodstudie med användande av S35 som spårämne för studium av svaveldioxids våtdeponering har utförts vid Studsvik.

Proven är en utveckling och fortsättning av tidigare utförda försök med S35 där metoden testats i samband med försök att kartlägga långväga transport av svavel

(1) .

Proven har utförts med syfte att prova lämplig metod för framställning av spårämne samt att utveckla dos- eringsförfarande och lampling doseringsutrustning.

Detta har testats med organiskt lösningsmedel (toluen) och inaktivt svavel, samt ett försök med aktivt svavel. Vid detta senare försök testades även skor-

stensmonitering samt fältprovtagning och halt- bestämning av S35 i regnvatten. Försöket har

visat att doseringsutrustning med tillhörande regler- ingsutrustning fungerat tillfredsställande.

På grund av en längre tids lagring av S35 i toluen synes dock en utfällning ha skett vilket medfört att doserad mängd endast utgjort 4 % av planerad.

Fältprovtagning och aktivitetsmätningarna på regn- vattenproverna har fungerat väl och visar på en mycket hög känslighet med en praktisk defcekterings- gräns av 20-50 pCi/1 (2).

Det utförda fösöket ger underlag att bedöma metodens känslighet och metoden har demonstrerats med ett fullskalefösök.

»d/av

(3)

AKTIEBOLAGET ATOMENERGI STUDSVIK/SM-78/6 1978-03-15

INNEHALLSFÖRTECKNING

1. INLEDNING

Sid 1 2. FRAMSTÄLLNING OCH BEREDNING AV SPÄR-

ÄMNE S35 2 3. DOSERING

I I

4 . FÄLTPROVTAGNING OCH ANALYS

5. UTSLÄPPSFÖRSÖK MED S35 1977-11-15 5.1 Framställning och dosering

av spårämne

5.2 Provtagning på rökgaserna 5.3 Resultat

5.3.1 Allmänna data 5.3.2 Stoftprovtagning 5.3.3 Gasprovtagning 5.4 Fältprovtagning

5 6 6 6 7 8 9

BERÄKNING AV FÖRVÄNTAD BELÄGGNING 11 6.1 Förutsättningar för experiment 11 6.2 Meteorologiska data 11 6.3 Koncentration och beläggning 11 6.4 Jämförelse mellan beräkning och

mätdata 12 6.5 Materialbalans för totalt ned-

fall 12

7. SLUTSATSER AV METODTESTEN 14

REFERENSFÖRTECKNING 15

(4)

AKTIEBOLAGET ATOMENERGI STUDSVIK/SM- 78/6 1978-03-15

1. INLEDNING

Den 15 november 1977 utfördes ett försök i Studsvik för att studera svavelspridningen i luften vid oljeförbränning. Som spårämne an- vändes svavel -35. Avsikten med försöket var att testa framställning och dosering av spår- ämne.

För att belysa spårämnets lämplighet, och möj- ligheter för spridningsstudier togs även prov i fält för analys, och i skorstenen, för kontroll av utsläppsmängd. Detta beskrives i kapitel 4 och 5.

Spridningsförsök av denna typ kan hjälpa till att verifiera de uttvättningskonstanter som användes vid beräkningar av förväntad belägg- ning vid utsläpp. I kapitel 6 redovisas be- räkning för de förhållanden som gäller vid det beskrivna försöket.

I

(5)

AKTIEBOLAGET ATOMENERGI STUDSVIK/SM-78/6 1978-03-15

I I

2. FRAMSTÄLLNING OCH BEREDNING AV SPÄR- ÄMNE S35

Vid framställning av P32 vid Kabi-Diagnostica erhålles S35 som biprodukt. Svavlet separeras efter en destilJationsprocess i fast form i en glasdegel. Denna svavelkaka har tidigare testats på sin renhet (3) och befunnits inne- hålla mindre än 0.01 % av P32 aktivitet.

Degeln med svavelkakan fästes upp i en rostfri behållare, samma som sedan användes som doser- ingskärl. I behållaren påföres toluen som lös- ningsmedel, en värmeslinga påkopplas och be- hållaren placeras i en motordriven vagga för att påskynda upplösningen. Efter upplösningen kan prov tagas på lösningen för bestämning av aktivitetsinnehållet.

(6)

AKTIEBOLAGET ATOMENERGI STUDSVIK/SM-78/6 1978-03-15

3. ^DOSERING

I I

Den rostfria behållaren transporteras till platsen för utsläppet och placeras i ett för ändamålet uppbyggt dragskåp. Häri anslutes en magnetisk membramdoseringspump. För bestäm- ning av doseringsmängd är pumpen reglerbar både beträffande slaglängd och hastighet. På pumpens trycksida anslutes ett rör, som i änd- en är försett med ett ordinärt oljebrännarmun- stycke. Vidare är detta rör försett med en kylslinga och mätningar har visat att ingen förångning av lösningsmedlet sker på vägen fram till munstycket. Munstycket förs nu in i pannan och placeras intill ordinarie oljebränn- are.

Vid dosering av lösningsmedlet innehållande S35 kommer detta att förbrännas tillsammans med eldningsoljan och svavelbidraget från respektive medium kommer att genomgå samma process, transport och spridninc,.

(7)

AKTIEBOLAGET A-OMENERGI STUDSVIK/SM-78/6 1978-03-15

4. FÄLTPROVTAGNING OCH ANALYS

Före försöket rekognoserades lämpliga provtag- ningpunkter på fyra olika avstånd 1, 3, 7.5 och 15 km från utsläppskällan. Sammanlagt planlades 36 provpunkter på varje avståndscirkel. Oetta täcker det område som är möjligt för landprov- tagning vid Studsvik. Med utgångspunkt från uppmätt vindriktning vid utsläppstillfället kommer med fem intill varandra liggande mät- punkter, plymen att täckas med god marginal.

Avstånd från utsläppskällan km

1 3 7.5 15

2 m

1

sy*

130 340 880 680

Båglängd täckt med vår provtagning m

400 800 2 000 3 000

motsvarar 67 % av plymens täckning Vid regnprovtagning i fält användes 3 stycken intill varandra placerade hinkar med en sanraan- lagu yta av 0.29 ra . Hinkarna förankrades så2 att en vågrät placering var säkrad. Varje mat- plats utmärktes med en bokstavssifferkombina- tion som angav placeringen i uppgjort mätplan.

Efter försöket överfördes uppsamlad regnmängd i en plastflaska med hjälp av en tratt. Tratt- en rengjordes med dejonat mellan de olika provtagningarna. Således ingår inget annat än regnvatten i uppmätt provmängd.

Fältprovtagning och analys av regnvatten visar att detta kan utföras rutinmässigt med en detek- teringsgräns på 20 - 50 pCi per liter.

(8)

AKTIEBOLAGFT ATOMENERGI STUDSVIK/SM-78/6 1978-03-15

5. UTSLÄPPSFÖRSÖK MED S35 1977-11-15 5.1 Framställning och dosering av spårämne Efter upplösning av "svavelkakan" bestämdes källstyrkan i toluenlösningen. Vid doserings- tillfället, ca 5 månader efter denna mätning, doserades så stor mängd lösning att utsläppet av radioaktivt spårämne beräknades till 900 mCi, vilket motsvarar 90 % av den mängd som till- ståndet frän Statens Strålskyddsinstitut medgav.

Som visas i 5.1, Provtagning av rökgaserna, har 30 - 40 mCi passerat ut genom skorstenen, således ca 4 % av beräknad mängd.

Efterkontroll av doseringskärlet har visat att rätt mängd lösningsmedel doserats.

Toluen har ånyo påförts kärlet, och en kontroll- mätning, efter omblandning och uppvärmning har visat att lösningsmedlet inte innehåller annat än spår av S3:>.

I

En möjlighet som för närvarande undersöks är om en ev utfällning har skett i kärlet under tiden mellan upplösning och dosering.

En förändring av kristallbildning av svavel i toluen (7) kan eventuellt vara orsaken, varför ett annat lösningsförfarande kan komma att vara nödvändigt.

(9)

AKTIEBOLAGET ATOMENERGI

I

5.2

STUDSVIK/SM-78/6 6 1978-03-15

Provtagning på rökgaserna från Värme- kraftcentralen vid Studsvik 1977-11-1S

(£)

Prov togs med två skilda provtagningssystem.

Det ena systemet utgjordes av en komplett prov- tagningsutrustning för emissionsmätning i rök- gaser. För att erhålla ett representativt prov på stoftet i rökgaserna användes isokinetisk provtagning. Temperatur och flödeshastighet i rökgaskanalen mättes.

Det andra systemet utgjordes av ett gasprovtag- ningssystem bestående av

1 2 3 4 5 6

5.3

sond

kylare med kondensflaska

filterhållare med Whatman-filter tvättflaska 1 med isopropanollösning tvättflaska 2 med H-0 lösning

pumplåda med provgasvolymsmätare.

Resultat

5.3.1 1

2 3 4

Allmänna data:

Provtagningstillfälle

Provtagningstid Oljeförbrukning Rökgasvolym

77-11-15, 11.35 - 12.16 41 minuter 667 l/h

•j

(T = 1.2, t = 2(TC) Rökgasvolym vid ekonomi- zern 143 C (beräkn på oljeförbrukningen)

8 9 9 0 m / h

13 800 m7h

(10)

AKTIEBOLAGET ATOMENERGI STUDSVIK/SM-78/6 7 1978-03-15

Rökgasvolym vid ekonomi-

zern 143 C (beräkn på vår , flödesmätning) 18 000 m^J/h 6 Oljans svavelhalt (enl

uppgift VKC) 0.8 vikts-%

5^3^2 §toftgroytagnings

1 Provtagningstid 41 minuter 2 Provtagningsvolym ,

(fuktig gas 20°C) 6.5 m I 3 Provtagningsvolym ,

(torr gas 20 C) 5.8 m^J 4 Insamlad stoftmängd 252 mg

• 5 Stoftkoncentration , (torr gas 20 C) 43 mg/m 6 CO2-halt i rökgasen

(enl uppgift VKC) 12.5 % 7 Stoftkoncentration 10 % _

(torr gas 20°C) 35 mg/m 8 S02-mängd på stoftfiltret

(beräkn ur S35-koncentra- tionen i det stoft som

fanns i filterhållaren) * 350 mg 9 SO.-mängd i filterhållaren 30 mg

I 10 Stoftburen SO²-halt i rök- ,

gasen -v 60 mg/m 11 S35-aktivitet i stoft-

filtret 1 pCi

* 12 S35-aktivitet i filter- , hållaren 8.5 • 10~^ pCi 13 S35-koncentration, stoft- 3

buren i rökgasen 0.16 pCi/m rökgas 14 Emitterad mängd stoftburen

S35 2.3 mCi

(11)

r

1 2

Provtagningsvolym 0.136 nr S35-aktivitet och SO2(SO3)-halt i rökgasen

Whatman- filter Kondensor SO,- skrubbar SO2- skrubbar Skölj- vattftn I 3

tot S35 uCi 7.2-10"*

1.8-10*2

0.11 0.3 2.5-10*² 0.45 Emitterad

(beräkn på Emitterad

(beräkn på S35

jiCi/m

3 SO2ISO3) SO2(SO3

tot mg mg/m3 5.2-10"³ 1.6

0.13 0.81 2.2 0.18 3.3 mängd

Q = mängd

Q =

1.8 60 170 15 248 S35 13 800)

S35 18 000)

1

31 41

12 13 441 250 110 826

mCi mCi 1.8 g SO2(SO3)/m rökgas motsvarar en emission på Ca 17 kg SO2(SO.)/41 min, vilket skulle betyda ca 8 kg förbränt svavel eller en svavelhalt på 1.7 % i oljan.

(12)

5.4 Fältprovtagning

För fältprovtagning utvaldes 22 punkter i mät- planen. Valet av mätpunkter gjordes med ut- gångspunkt från de data som kontinuerligt registreras från vår meteorologimast, placerad endast ca 100 m från utsläppspunkten.

Enligt regnmätning vid Hånö, ca 3 km från ut- släppskällan, föll 1.1 mm regn under denna period.

Avstånd från utsläpps- punkten km

Antal prov- platser

Avstånd mellan Bågländ provpunkerna totalt m

1 3 7.5 15

5 5 5 6

100 200 500 1 000

23l

15C

17^C

I Tabell 1 redovisas analysresultaten av S35 i regnvattensproven.

(13)

10

Tabell 1

Analysresultat av regnvatten från fältprov- tagning

t>

Provmärkning S35 per lit S3o per m 1) pCi pCi

B 3 4 5 6 7 C 3 4 5 6 7 D 3 4 5 6 7

E 3 4 5 6 7 8

1) 25 pCi per lit regnvatten har antagits som bakgrundsvärde. Detta har subtra- herats vid angivande av S35 per m2

74 92 74 22 121

37 41 39 86 194

20 25 40 43 45

37 30 28 26 35 35

±

± t t

t

±

± t

±

t

± t t

±

15 % 15 % 15 % 20 % 15 % 20 % 20 % 20 % 15 % 15 % 20 % 15 % 15 % 15 % 15 %

15 % 15 % 15 % 15 % 15 % 15 %

162 186 165

• -

397

35 49 38 157 409 - - 46 55 61

75 29 15 - 3d 41

B = provtagning 1 km frän utsläppskällan C = " 3 km "-

D = " 7.5 km "- E = " 15 km "-

(14)

11

6. BERÄKNING AV FÖRVÄNTAD BELÄGGNING

5.1 Förutsättningar för experiment Utsläpp av 1 Ci ST 5 under 1 timme

Utsläppsnivå 40 m

Mätplan i vindriktningen på avstånd 1, 3, 7.5 och 15 km.

6.2 Meteorologiska data Temperaturdata (mv kl 1135—1230) Nivå

Temp

2 m 15 m 60 m 90 m

5.9 3 . 5.3 5.2^

120m 5.1°

Vindhastighet (mv kl 1135—1230)

Nivå 10 m 40 m 75 m 120 m Vindhast 4.0 m/s 7.4 m/s 7.9 m/s 8.4 m/s

Regnintensitet 1.1 mm/h

6.3 Koncentration och beläggning Temperaturskiktning och vindhastighet ger stabilitetsvärdet neutral

Utregningskonstanten sättes =10-4

(6)

(15)

12

I nedanstående tabell redovisas koncentration och beläqgningsvördena i centrallinjen för de skilda avstånden.

X

(km)

1 3 7.5 15

Rel (s/m 1.8 3.8 1.1 4.5

konc

3)

• 10"6

• lo"

6

• lo'

6

• lO"7

Konc . (Ci/m 2.2 • 1.0 • 3.2 • 1.3 *

) 10"9

lo'

9

io-

1 0

1 0 "^{1 0}

Belagt (Ci/-n:

8.2 * 3.0 • 1.1 ' 5.2 •

jning

ID"

8

lO"⁸ 10"8

lO"⁹

6.4 Jämförelse mellan beräkning och mät- data

Avstånd från utsläppet km

Max akt Beräkn för Beräkn för prov UTSL 1 Ci UTSL 40 mCi

(pCi/m2) (pCi/m2)* (pCi/m2) 1

3 7.5 15

400 410 60 75

82 30 11 5

000 000 000 200

3 1

300 200 440 210

* 1 mm/h ger på 1 m2 nederbördsmängden 1 1.

Jämförelsen visar en betydande skillnad mellan uppmätta och förväntade aktiviteter i regnprov- erna, som inte helt synes kunna förklaras av det lägre utsläppet. Vinden kan ha svängt något så att centrallinjen för aktivitetsmolnet kan ha passerat vid sidan av provtagarna. För denna hypotes talar att maximalvärdena erhållits i de yttersta provtagningspunkterna på varje mätav- stånd .

6.5 Materialbalans för totalt nedfall

En grov beräkning av totalt nedfall inom 15 km har utförts enligt nedanstående.

(16)

AKTIEBOLAGET ATOMENERGI

Ytor Sektion som täckes av provtagninq A

B C D

23^V 15C

15^C 17C

STUDSVIK/SM-78/6 1978-03-15

Medelvärde S35 pCi/m2

230 140 55 40

Yta km2

0.2 1.0 6.2 26

Nedfall pCi

45 140 355 1 040

13

S35

106

io

6

106

io

6

A = Yta mellan utsläpp och provtagning vid 1 km B = "- 1 km 3 km C = "- 3 km "- 7.5 km D = "- 7.5 km "- 15 km

Beräkningarna visar ett totalt nedfall av endast 1.6 mCi S35 och da har detta ändå överskattats omkring en faktor 2 med hänsyn till att ytan av 2 6y utgör endast som mest halva provtagningsyt- ar.. Eftersom utsläppet varit 30 - 40 mCi enligt skorstensprovtagningen tyder även denna beräk- ning på att centrallinjen passerat utanför provtagarna.

Alternativet indikerar försöksresultaten på en låg utregning i närzonen.

(17)

14

7.

I I

SLUTSATSER AV METODTESTEN

Svavel i tillräckligt ren form och mängd för fullstora fältförsök kan levereras från Kabi Diagnostica i Studsvik.

Hantering-, upplösning och mekanisk aosering har fungerat tekniskt och strålskyddsmässigt väl. En utfällning av S35 efter längre tids lagring synes ske och åtgärder som förhindrar detta måste vidtagas.

Skorstensprovtagning har fungerat tillfredsställande.

Fältprovtagning och analys av S35 har kunnat ske med planerad hög känslig- het. En praktisk delekteringsgräns av 20 - 50 pCi/1 har uppmätts.

Det utförda försöket ger underlag att bedöma metodens känslighet och metod- en har demonstrerats med ett full- skaleförsök.

AG

I

(18)

15

REFERENSFÖRTECKNING 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

BERGSTRÖM, S O W et al.

A Method for the determination of long- range transport of atmospheric sulphur.

Proceedings of the 4 th Intern. Conf on the peaceful use of Atomic Energy Geneva 6-16 Sept 1971 Vol 14 p 481-492.

TOVEDAL, H

AB Atomenergi, 1975. (Intern rapport TPM-DS-137).

SUNDGREN, O

AB Atomenergi, 1975. (Intern rapport TPM-DS-155).

ANDERSSON, C

AB Atomenergi, 1975. (Internt meddelan- de) .

WIDEMO, U

AB Atomenergi, 1975. (Internt meddelan- de) .

SLÄDE, D

U S Atomic Energy Commission. 1968.

Meteorology and atomic energy.

HÄGG, G

Allmän och oorganisk kemi.

(19)

w

o

CO

iO

1 km.

• v/

3O

• 21

z w

O

i- cn

~J C OB O

o <i cn

U» M

J

09 OS

Figur I. Nätplan med plymens väg, och med bredden 2 3y angiven.

Uppmätta halter S35 angivna i pCi/lit regnvatten.

(20)

I

M I

2 <

g >c O

u n

s. **

c» <

m

s

JP 3

Studsviké

AB ATOMENERGI SWEDEN

StwMvik

5 61101 Nyköping

fhoo» 01SS 80000 Tfit» 6 4 0 1 3 t » f 9 i CaWC: Mtnj ny köping