Считать между стоков: радиометки защитят водоемы от промышленных загрязнений

Ученые из Санкт-Петербурга придумали, как бороться с проблемой, когда промышленные предприятия незаконно подключают свои сточные воды к ливневой канализации, не имеющей сложных очистных сооружений. Стоки часто содержат токсичные реагенты, тяжелые металлы, масла и другие загрязнители, которые в итоге попадают в водоемы. Специалисты предложили использовать для этого радиометки. Экологи отмечают, что говорить об эффективности метода можно будет только после масштабной практической апробации в разных условиях.

Радиометки для экологии

Сотрудники Санкт-Петербургского федерального исследовательского центра РАН (СПб ФИЦ РАН) по заказу ФГБУ «Государственный научно-исследовательский институт промышленной экологии» разработали и успешно апробировали метод оперативного обнаружения незаконного слива отходов предприятий в канализацию и водоемы на основе технологии пассивной радиочастотной идентификации с использованием капсулированных RFID-меток (радиочастотные метки). Это чип в сборе с небольшой печатной антенной, который хранит информацию об объекте и позволяет определять ее с помощью специального RFID-считывателя с расстояния в несколько метров.

Защита водоемов от промышленных загрязнений — критически важная задача, поскольку сегодня они являются основными источниками питьевой воды для миллионов людей, животных и растений, рассказали «Известиям» исследователи. Их загрязнение может привести к серьезным проблемам со здоровьем населения, а также к гибели флоры и фауны и разрушению целых экосистем. Чистые водоемы — важнейший фактор для успешной работы сельского хозяйства, рыболовства, туризма, для комфортной жизни коренных народов, проживающих вблизи. Защита водных ресурсов от попадания токсичных веществ регламентируется множеством законодательных актов.

Однако возникают случаи, когда промышленные предприятия незаконно подключают свои сточные воды к ливневой канализации, не имеющей сложных очистных сооружений. Стоки часто содержат токсичные реагенты, тяжелые металлы, масла и другие загрязнители, которые в итоге через канализацию попадают в водоемы.

Один из способов решения этой проблемы — регулярные проверки промышленных предприятий и мониторинг ливневой канализации для выявления незаконных подключений к ней и предотвращения загрязнения. Однако большая часть методов мониторинга (визуальный осмотр, дымовые тесты, использование красителей, отслеживание потоков и химический анализ вод) либо дорога, либо недостаточно универсальна, чтобы выявить любые виды загрязнений.

— Мы исследовали возможность применения технологии пассивной радиочастотной идентификации для оперативного выявления несанкционированных подключений и сбросов сточных вод промышленных предприятий в ливневую канализацию. В его основе использование дешевых датчиков со встроенной RFID-меткой, перемещение которых по трубам канализации можно отслеживать в автоматическом режиме, — рассказал старший научный сотрудник СПб ФИЦ РАН Владимир Дашевский.

Пассивные RFID-метки характеризуются легкостью, компактностью и дешевизной. Однако в условиях канализации их чтение существенно затрудняется поглощением радиосигнала толщей земли, а также экранирующим эффектом воды. Поэтому основные исследования были направлены на поиск оптимальной конструкции датчика и способов их надежного чтения в трубах ливневой канализации.

Как контролируют токсичные выбросы предприятий

Суть метода заключается в том, что в ходе контрольных мероприятий датчики сбрасываются в сливные колодцы промышленных объектов. При этом в RFID-метку записывается код EPC, характеризующий место и время сброса каждой капсулы. При наличии незаконного подключения промышленного стока к ливневой канализации датчик через некоторое время оказывается в контрольном колодце, где его код считывается и передается на сервер обработки данных.

Предложенный подход позволяет параллельно диагностировать сразу несколько стоков одной канализации, что выгодно отличает его от традиционного метода, связанного с добавлением красителей или изотопов в воду. Время и место сброса, зафиксированное в памяти каждого датчика, позволяет идентифицировать его и однозначно определить путь его миграции, даже если он займет значительное время.

Для того чтобы оценить, насколько успешно датчики преодолевают трубы различного изгиба, диаметра и наполнения, было собрано несколько стендов, имитирующих участки ливневой канализации. В целом эта работа продемонстрировала перспективность предложенного метода. На основании собранной на стендах информации была улучшена конструкция корпуса датчиков.

Затем исследователи провели эксперимент на прямом участке реальной ливневой канализации, расположенной на площадке индустриального партнера СПб ФИЦ РАН — ООО «Экопром», отвечающей за эксплуатацию канализационных сетей промзоны Обухово в Санкт-Петербурге.

— Эксперименты показали, что технология RFID надежно работает под землей: все датчики, которые приплыли в контрольный колодец, были многократно и надежно прочитаны считывателем. Однако время их путешествия по трубам через мели и засоры может быть длительным и плохо предсказуемым. Для повышения скорости и удобства развертывания системы мониторинга мы оборудовали место оператора в микроавтобусе. Тем не менее такого выездного поста явно недостаточно, — отмечает Владимир Дашевский.

Поэтому дальнейшее развитие технологии предполагает создание стационарных автоматизированных комплексов, которые занимались бы отслеживанием датчиков в местах выпусков ливневой канализации в водоемы.

Проследить за сливом отходов

Исследование может найти практическое применение, однако судить об эффективности этого метода и целесообразности практического применения можно только после масштабной практической апробации в разных условиях, подчеркнул член общественного совета при Минприроды, член общественного совета базовой организации государств — участников СНГ по экологическому образованию Владимир Пинаев.

— Важно понимать, что наличие реальных объектов и веществ, которые могут быть в реальных условиях, может вызвать помехи и погрешность, — сказал он.

На практике применяются различные методы контроля стока ливневых канализаций: дымовой тест, тест с добавлением красителя, анализ сточных вод и другие способы, отметила эколог, ассистент департамента рационального природопользования Института экологии РУДН имени Патриса Лумумбы Алена Коновалова.

— Метод пассивной радиочастотной идентификации может занять достойное место в этом ряду, однако следует определить, насколько экономически и технологически эффективным будет его применение на практике, — сказала она.

По задумке разработчиков, в дальнейшем автоматизированный мониторинг ливневой канализации позволит оперативно обнаруживать и штрафовать нарушителей, сливающих свои выбросы в обход очистных сооружений.