Este trabalho objetivou estudar a possibilidade de se utilizar líquen como bioindicador de poluição atmosférica para regiões impactadas por radionuclídeos, metais e elementos terras raras. Foram escolhidas como áreas de estudo a região de Pirapora do Bom Jesus, onde se localiza uma indústria de produção de estanho e chumbo metálicos e a região de Cubatão, onde se localiza o complexo industrial de produção de fertilizantes fosfatados. As duas instalações escolhidas são consideradas como indústrias TENORM - Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material, pois podem ocasionar um aumento significativo na concentração dos radionuclídeos naturais nas várias etapas do processo industrial, ocasionando um aumento potencial de exposição à radiação natural em produtos, subprodutos e resíduos gerados. Para tanto foram analisados os radionuclídeos 238U, 226Ra, 210Pb, 232Th e 228Ra, os elementos terras raras e metais em amostras de matéria prima e resíduo das instalações, liquens e solos na área de influência. As amostras de líquen e solo foram analisadas para a determinação de urânio, tório, elementos terras raras e metais por análise por ativação com nêutrons. Os radionuclídeos 226Ra, 228Ra e 210Pb em amostras de solo foram determinados por espectrometria gama, e em amostras de liquens por separação radioquímica e contagem alfa e beta total em contador proporcional de fluxo de gás constante. As concentrações de 238U (de 19 a 473 Bq kg-1), 226Ra (de 21 a 265 Bq kg-1), 210Pb (de 401 a 1461 Bq kg-1), 232Th (de 15 a 574 Bq kg-1), 228Ra (de 176 a 535 Bq kg-1), elementos terras raras, Hf e Ta determinadas nas amostras de liquens ao redor da indústria de produção de estanho e chumbo metálicos mostram que todos estes elementos se concentram significativamente e, portanto, os liquens fornecem uma assinatura da contaminação atmosférica. Os resultados obtidos nas amostras de liquens da região de Cubatão mostram uma assinatura mais evidente do radionuclídeo 210Pb, proveniente de todo parque industrial da região. Os resultados obtidos no presente estudo mostraram que os liquens podem ser usados como bioindicadores de poluição atmosférica por radionuclídeos e elementos traço. / The main aim of this thesis is to study the possibility of using lichen as bioincicator of atmospheric pollution in regions contaminated by radionuclides, metals and rare earth elements. Two regions were chosen, one in Pirapora do Bom Jesus, where a tin and lead industry is located, and a second one in Cubatão, where a phosphate fertilizer industrial complex is located. The two industries chosen are considered as TENORM - Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material, since they can cause a significant increase in the natural radionuclides concentration in the industrial process, and consequently a potential increase in the radiation exposure in products, byproducts and residue. To achieve this aim, the radionuclides 238U, 226Ra, 210Pb, 232Th and 228Ra, rare earth elements and metals were analyzed in samples of raw material an residue from the installations, lichens and soils. Lichens and soil samples were analyzed by instrumental neutron activation analysis for the determination of uranium, thorium, rare earth elements and metals. The radionuclides 226Ra, 228Ra and 210Pb in soil samples were determined by gamma spectrometry and in lichen sample by radiochemical separation and gross alpha and beta counting on a gas flow proportional counter. The concentrations of 238U (from 19 to 473 Bq kg-1), 226Ra (from 21 to 265 Bq kg-1), 210Pb (from 401 to 1461 Bq kg-1), 232Th (from 15 to 574 Bq kg-1), 228Ra (from 176 to 535 Bq kg-1), rare earth elements, Hf and Ta determined in lichen samples around the tin and lead industry show an enrichment in these elements. Therefore, the lichens can be used as a fingerprint of the atmospheric contamination. The results obtained for the lichen samples, in the Cubatão region, present a fingerprint mainly of 210Pb, from industries of the region. The results obtained in this study showed that the lichens can be used as bioindicators of atmospheric pollution by radionuclides and trace elements.

Este trabalho objetivou estudar a possibilidade de se utilizar líquen como bioindicador de poluição atmosférica para regiões impactadas por radionuclídeos, metais e elementos terras raras. Foram escolhidas como áreas de estudo a região de Pirapora do Bom Jesus, onde se localiza uma indústria de produção de estanho e chumbo metálicos e a região de Cubatão, onde se localiza o complexo industrial de produção de fertilizantes fosfatados. As duas instalações escolhidas são consideradas como indústrias TENORM - Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material, pois podem ocasionar um aumento significativo na concentração dos radionuclídeos naturais nas várias etapas do processo industrial, ocasionando um aumento potencial de exposição à radiação natural em produtos, subprodutos e resíduos gerados. Para tanto foram analisados os radionuclídeos 238U, 226Ra, 210Pb, 232Th e 228Ra, os elementos terras raras e metais em amostras de matéria prima e resíduo das instalações, liquens e solos na área de influência. As amostras de líquen e solo foram analisadas para a determinação de urânio, tório, elementos terras raras e metais por análise por ativação com nêutrons. Os radionuclídeos 226Ra, 228Ra e 210Pb em amostras de solo foram determinados por espectrometria gama, e em amostras de liquens por separação radioquímica e contagem alfa e beta total em contador proporcional de fluxo de gás constante. As concentrações de 238U (de 19 a 473 Bq kg-1), 226Ra (de 21 a 265 Bq kg-1), 210Pb (de 401 a 1461 Bq kg-1), 232Th (de 15 a 574 Bq kg-1), 228Ra (de 176 a 535 Bq kg-1), elementos terras raras, Hf e Ta determinadas nas amostras de liquens ao redor da indústria de produção de estanho e chumbo metálicos mostram que todos estes elementos se concentram significativamente e, portanto, os liquens fornecem uma assinatura da contaminação atmosférica. Os resultados obtidos nas amostras de liquens da região de Cubatão mostram uma assinatura mais evidente do radionuclídeo 210Pb, proveniente de todo parque industrial da região. Os resultados obtidos no presente estudo mostraram que os liquens podem ser usados como bioindicadores de poluição atmosférica por radionuclídeos e elementos traço. / The main aim of this thesis is to study the possibility of using lichen as bioincicator of atmospheric pollution in regions contaminated by radionuclides, metals and rare earth elements. Two regions were chosen, one in Pirapora do Bom Jesus, where a tin and lead industry is located, and a second one in Cubatão, where a phosphate fertilizer industrial complex is located. The two industries chosen are considered as TENORM - Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material, since they can cause a significant increase in the natural radionuclides concentration in the industrial process, and consequently a potential increase in the radiation exposure in products, byproducts and residue. To achieve this aim, the radionuclides 238U, 226Ra, 210Pb, 232Th and 228Ra, rare earth elements and metals were analyzed in samples of raw material an residue from the installations, lichens and soils. Lichens and soil samples were analyzed by instrumental neutron activation analysis for the determination of uranium, thorium, rare earth elements and metals. The radionuclides 226Ra, 228Ra and 210Pb in soil samples were determined by gamma spectrometry and in lichen sample by radiochemical separation and gross alpha and beta counting on a gas flow proportional counter. The concentrations of 238U (from 19 to 473 Bq kg-1), 226Ra (from 21 to 265 Bq kg-1), 210Pb (from 401 to 1461 Bq kg-1), 232Th (from 15 to 574 Bq kg-1), 228Ra (from 176 to 535 Bq kg-1), rare earth elements, Hf and Ta determined in lichen samples around the tin and lead industry show an enrichment in these elements. Therefore, the lichens can be used as a fingerprint of the atmospheric contamination. The results obtained for the lichen samples, in the Cubatão region, present a fingerprint mainly of 210Pb, from industries of the region. The results obtained in this study showed that the lichens can be used as bioindicators of atmospheric pollution by radionuclides and trace elements.

A indústria produtora de estanho e chumbo metálicos localizada em Pirapora do Bom Jesus, estado de São Paulo é responsável pela produção anual de cerca de 7000 toneladas de estanho e 350 toneladas de chumbo. A matéria prima utilizada nesse processamento é a cassiterita a qual apresenta em sua composição concentrações de radionuclídeos naturais de urânio e tório de 660 kBq kg-1 e 450 kBq kg-1 respectivamente. O processamento metalúrgico de redução e refino permite que esses radioanuclídeos fiquem concentrados principalmente no material particulado gerado pelas chaminés e pela dispersão da escória gerada que é estocada a céu aberto. A quantidade dessa escória rejeito atualmente estocada é estimada em 600000 toneladas. Esse trabalho pretende estudar o impacto radiológico ambiental da operação desse processamento e estabelecer seu Programa de Monitoramento Radiológico Ambiental (PMRA). Visando à realização desse trabalho, os contaminantes radioativos foram determinados na matéria prima, produtos, subprodutos, resíduo, lagoas e sistemas de exaustão. Na matéria prima os radionuclídeos provenientes da série de decaimento do urânio e do tório, apresentam-se praticamente em equilíbrio; durante o processamento esse equilíbrio é quebrado e os radionuclídeos migram de acordo com suas propriedades químicas. Concentrações de 31 kBq kg-1 para 238U, 69 kBq kg-1 para 226Ra, 2.5 kBq kg-1 para 210Pb, 130 kBq kg-1 para 232Th e 120 kBq kg-1 para 228Ra foram obtidas para escória rejeito. O impacto radiológico ambiental foi estabelecido pelo monitoramento dos radionuclídeos nos compartimentos críticos os quais podem causar doses de exposições ao público. Se a pilha de escória rejeito for considerada, os caminhos críticos são a exposição interna devido à inalação da poeira e a ingestão de água, decorrentes da re-suspensão e dispersão da pilha e da contaminação do lençol freático, respectivamente. Exposições externas se devem à imersão na nuvem radioativa e aos solos contaminados. Para a emissão de efluentes gasosos e materiais particulados das chaminés, os caminhos críticos são a exposição interna oriunda da inalação do radônio e exposição externa devido à imersão na nuvem radioativa e ao solo contaminado. As matrizes ambientais críticas definidas foram: águas subterrâneas, solo e ar, e os radionuclídeos U, Th, 226Ra, 228Ra e 210Pb. / The tin and lead industry located in Pirapora do Bom Jesus in the state of São Paulo, Brazil, is responsible for the production of about 7000 ton year-1 of tin and 350 ton year-1 of lead. The raw material used in this facility is cassiterite, which presents in its composition concentrations of natural radionuclides from the uranium and thorium series up to 660 kBq kg-1 and 450 kBq kg-1, respectively. The smelting and refining processes may lead to concentrations of these radionuclides, mainly in the precipitated dust and in slag. In the operational process, intermediate refining and final slag are obtained and are stored in piles in open air. It is estimated that the amount of waste stored is about 600000 ton. This work aims to study the environmental radiological impact of the operation of this facility and to establish its Environmental Radiological Monitoring Program. In order to accomplish this task the content of radioactivity was determined in the raw material, products, byproducts, residue, deposition pond and exhausting systems. Although in the raw material the radionuclides from the uranium and thorium series are almost in equilibrium, during the processing this equilibrium is disrupted and the radionuclides migrate according to their chemical properties. Concentrations up to 31 kBq kg-1 for 238U, 69 kBq kg-1 for 226Ra, 2.5 kBq kg-1 for 210Pb, 130 kBq kg-1 for 232Th and 120 kBq kg-1 for 228Ra were obtained in the slag. The environmental radiological impact was established by measuring the radionuclides in the critical compartments that is the ones that may cause exposure to the public. If the residue pile is considered, the critical pathways are the internal exposition from the dust inhalation and the water ingestion, due to re suspension and dispersion of the pile dust and groundwater contamination, respectively; and external exposure due to immersion in the radioactive cloud and soil contamination. For the emission of gaseous and particulate effluents from the chimneys, the critical pathways are the internal exposition from the radon inhalation and external exposure due to immersion in the radioactive cloud and due to soil contamination. The environmental matrices defined as critical were: ground water, soil and air; and the critical radionuclides were U, Th, 226Ra, 228Ra and 210Pb.

A indústria produtora de estanho e chumbo metálicos localizada em Pirapora do Bom Jesus, estado de São Paulo é responsável pela produção anual de cerca de 7000 toneladas de estanho e 350 toneladas de chumbo. A matéria prima utilizada nesse processamento é a cassiterita a qual apresenta em sua composição concentrações de radionuclídeos naturais de urânio e tório de 660 kBq kg-1 e 450 kBq kg-1 respectivamente. O processamento metalúrgico de redução e refino permite que esses radioanuclídeos fiquem concentrados principalmente no material particulado gerado pelas chaminés e pela dispersão da escória gerada que é estocada a céu aberto. A quantidade dessa escória rejeito atualmente estocada é estimada em 600000 toneladas. Esse trabalho pretende estudar o impacto radiológico ambiental da operação desse processamento e estabelecer seu Programa de Monitoramento Radiológico Ambiental (PMRA). Visando à realização desse trabalho, os contaminantes radioativos foram determinados na matéria prima, produtos, subprodutos, resíduo, lagoas e sistemas de exaustão. Na matéria prima os radionuclídeos provenientes da série de decaimento do urânio e do tório, apresentam-se praticamente em equilíbrio; durante o processamento esse equilíbrio é quebrado e os radionuclídeos migram de acordo com suas propriedades químicas. Concentrações de 31 kBq kg-1 para 238U, 69 kBq kg-1 para 226Ra, 2.5 kBq kg-1 para 210Pb, 130 kBq kg-1 para 232Th e 120 kBq kg-1 para 228Ra foram obtidas para escória rejeito. O impacto radiológico ambiental foi estabelecido pelo monitoramento dos radionuclídeos nos compartimentos críticos os quais podem causar doses de exposições ao público. Se a pilha de escória rejeito for considerada, os caminhos críticos são a exposição interna devido à inalação da poeira e a ingestão de água, decorrentes da re-suspensão e dispersão da pilha e da contaminação do lençol freático, respectivamente. Exposições externas se devem à imersão na nuvem radioativa e aos solos contaminados. Para a emissão de efluentes gasosos e materiais particulados das chaminés, os caminhos críticos são a exposição interna oriunda da inalação do radônio e exposição externa devido à imersão na nuvem radioativa e ao solo contaminado. As matrizes ambientais críticas definidas foram: águas subterrâneas, solo e ar, e os radionuclídeos U, Th, 226Ra, 228Ra e 210Pb. / The tin and lead industry located in Pirapora do Bom Jesus in the state of São Paulo, Brazil, is responsible for the production of about 7000 ton year-1 of tin and 350 ton year-1 of lead. The raw material used in this facility is cassiterite, which presents in its composition concentrations of natural radionuclides from the uranium and thorium series up to 660 kBq kg-1 and 450 kBq kg-1, respectively. The smelting and refining processes may lead to concentrations of these radionuclides, mainly in the precipitated dust and in slag. In the operational process, intermediate refining and final slag are obtained and are stored in piles in open air. It is estimated that the amount of waste stored is about 600000 ton. This work aims to study the environmental radiological impact of the operation of this facility and to establish its Environmental Radiological Monitoring Program. In order to accomplish this task the content of radioactivity was determined in the raw material, products, byproducts, residue, deposition pond and exhausting systems. Although in the raw material the radionuclides from the uranium and thorium series are almost in equilibrium, during the processing this equilibrium is disrupted and the radionuclides migrate according to their chemical properties. Concentrations up to 31 kBq kg-1 for 238U, 69 kBq kg-1 for 226Ra, 2.5 kBq kg-1 for 210Pb, 130 kBq kg-1 for 232Th and 120 kBq kg-1 for 228Ra were obtained in the slag. The environmental radiological impact was established by measuring the radionuclides in the critical compartments that is the ones that may cause exposure to the public. If the residue pile is considered, the critical pathways are the internal exposition from the dust inhalation and the water ingestion, due to re suspension and dispersion of the pile dust and groundwater contamination, respectively; and external exposure due to immersion in the radioactive cloud and soil contamination. For the emission of gaseous and particulate effluents from the chimneys, the critical pathways are the internal exposition from the radon inhalation and external exposure due to immersion in the radioactive cloud and due to soil contamination. The environmental matrices defined as critical were: ground water, soil and air; and the critical radionuclides were U, Th, 226Ra, 228Ra and 210Pb.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-03-27T17:56:33Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado de ELIZABETH DA COSTA ANHAIA - UFF..pdf: 1042477 bytes, checksum: be29f9090248c95f72b4ed4344942f26 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-27T17:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado de ELIZABETH DA COSTA ANHAIA - UFF..pdf: 1042477 bytes, checksum: be29f9090248c95f72b4ed4344942f26 (MD5) / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica Ambiental. Niterói, RJ / A redistribuição dos radioisótopos presentes em alguns rejeitos industriais, ao provocar aumento na radioatividade natural, representa grave problema para a saúde e para o ambiente. Na produção de ácido fosfórico, o radioisótopo 226Ra é depositado preferencialmente no fosfogesso, resíduo gerado no processo por via úmida. Atualmente, com a produção anual de cerca de 12 milhões de toneladas, há um estoque estimado de mais de 80 milhões de toneladas de fosfogesso no Brasil. O presente trabalho buscou determinar as concentrações do 226Ra presente em uma amostra de fosfogesso, determinar um método de extração eficiente, desenvolver uma metodologia para pré-concentração do 226Ra por sorção em colunas trocadoras de íons e comparar a eficiência da hidroxiapatita e da flúorapatita no seu acondicionamento, de forma a possibilitar a remediação do passivo ambiental da indústria de fertilizantes por remoção do 226Ra, principal contribuinte de radiação de meia vida longa no fosfogesso. A média das concentrações de atividade radioativa encontrada para o 226Ra, na amostra de fosfogesso estudada, foi de 168±11 Bq.kg-1, com eficiência de extração de (82±31)%. O carvão ativado apresentou desempenho (32±3)% superior ao da resina chelex-100 na pré-concentração do 226Ra. Para seu acondicionamento, tanto a hidróxiapatita quanto a flúorapatita, apresentaram resultados satisfatórios, com eficiências globais similares, de (49±24)% e de (52±28)%, respectivamente, a nível laboratorial. Se os valores encontrados fossem extrapolados para a pilha de origem, com atividade estimada em (8,4±0,6)x1010 Bq o acondicionamento, tanto na flúorapatita quanto na hidróxiapatita, poderia promover a remoção de cerca de (4,5±2,6)x1010 Bq. / The redistribution of radioisotopes found in some industrial by-products, by the increasing of the natural radioactivity, represents a serious problem for the health and for the atmosphere. The production of phosphoric acid from natural phosphate rock by the wet process gives rise an industrial by-product called phosphogypsum where the radioisotope 226Ra is preferentially deposited. There are an annual production about 12 million tons and a stock of more than 80 million tons of phosphogypsum in Brazil. The present work aims to determinate the 226Ra radioactive activity present in a phosphogypsum sample, an efficient extraction method, development of a methodology for pré-concentration of the 226Ra by sorption in exchange ions columns and compare the global efficiency of the hydroxyapatite and the fluorapatite in its packaging, in order to turn possible the removal of the 226Ra from the phosphogypsum, by-product of the fertilizers industry. As results, the average of the concentrations of radioactive activity found for the 226Ra in the phosphogypsum samples was of 168±11 Bq.kg-1, with extraction efficiency of (82±31)%. Activated charcoal presented sorption (32±3)% higher than the chelex-100 resin in the pré-concentration of the 226Ra. For its packaging, hydroxyapatite and fluorapatite, presented satisfactory results, with similar global efficiencies around (49±24)% and (52±28)%, respectively, at laboratory level. If the found values were extrapolated to the original stack, with estimated activity of (8,4±0,6)x1010 Bq the packaging, in any of both materials, could remove about (4,5±2,6)x1010 Bq.

Naturally occurring radioactive material (NORM), which is present in the oil and gas industry, can pose a risk to the workers engaged in the activities in this field. Nevertheless, to our knowledge, there is no study on NORM presence and NORM measurement in liquefied natural gas (LNG) fuel systems and installations. Therefore, the question on whether NORM, particularly radon and radon progeny, can pose a risk to the health of employees, is still open. This study provides the initial base for further investigation and real NORM measurement. In this study, all stages of radon and radon decay products movement and deposition starting from natural gas production till the final destination are analyzed and reviewed. Several techniques for NORM detection and measurement are proposed. In the case if radon levels exceed the reference level, several actions towards radon reduction are proposed.

Coal-fired power plants constitute a significant source of energy production for the United States, and are projected to do so for decades to come. Most of the scrutiny coal-fired power plants receive is in the form of environmental concerns regarding green house gas emissions of carbon dioxide, sulfur dioxide, and others. It is known that coal fly ash released through the stacks of coal power plants contains concentrated levels of naturally-occurring radiation, such as Radium-226. However, since the source of radiation is natural and the activity levels are low, there are no nuclear regulatory requirements imposed on coal plants. The focus of this study was to use the Nuclear Regulatory Commission’s (NRC) facility release criteria to determine whether the concentration of naturally occurring Radium-226 present in soil surrounding the Centralia Power Plant is elevated relative to soil collected 80 kilometers away. The non-parametric Wilcoxon Rank Sum test was used to compare twenty-eight soil samples collected within 3.4 kilometers of the Centralia Power Plant stacks against an equal number of reference samples collected in Port Orchard, Washington. It was determined that the average concentration of Radium-226 in soil near the power plant was 1.59 pCi/g, while the average concentration in reference soil was 0.59 pCi/g. The study suggests that the area around the power plant would fail to pass the release criteria of a NRC Multi-Agency Radiation Survey and Site Investigation (MARSSIM) Class 3 survey unit. If it is true that coal fired power plants increase background radiation levels measurably, but not at a level sufficient to cause alarm, it may be sensible to revise the strict emissions standards for nuclear facilities or increase requirements for utilities other than nuclear. / Graduation date: 2012