По заказу ФГБУ Государственного научно-исследовательского института промышленной экологии (ФГБУ ГосНИИЭНП) сотрудники Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра РАН (СПб ФИЦ РАН) разработали и успешно апробировали метод оперативного обнаружения незаконного слива отходов предприятий в канализацию и водоёмы на основе технологии пассивной радиочастотной идентификации с использованием капсулированных RFID-меток. Часть результатов проекта опубликована в ведущем научном журнале «Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН».

Защита водоёмов от промышленных загрязнений является критически важной задачей, поскольку сегодня они являются основными источниками питьевой воды для миллионов людей, животных и растений. Их загрязнение может привести к серьёзным проблемам со здоровьем населения, а также к гибели флоры и фауны и разрушению целых экосистем. Чистые водоёмы — 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, тяжёлые металлы, масла и другие загрязнители, которые в итоге через ливневую канализацию попадают в водоёмы.

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

«Мы исследовали возможность применения технологии пассивной радиочастотной идентификации стандарта EPC Class 1 Gen2 для оперативного выявления несанкционированных подключений и сбросов сточных вод промышленных предприятий в ливневую канализацию. В его основе использование дешёвых датчиков со встроенной RFID-меткой, перемещение которых по трубам канализации можно отслеживать в автоматическом режиме», — рассказывает старший научный сотрудник СПб ФИЦ РАН Владимир Дашевский.

Ключевым элементом созданного специалистами СПб ФИЦ РАН датчика является пассивная RFID-метка. Она представляет собой чип в сборе с небольшой печатной антенной, который хранит информацию об объекте и позволяет считывать её с помощью специального RFID-считывателя с расстояния в несколько метров. Пассивные RFID-метки характеризуются лёгкостью, компактностью и дешевизной. Однако в условиях канализации чтение RFID-меток существенно затрудняется поглощением радиосигнала толщей земли, а также экранирующим эффектом воды. Поэтому основные исследования были направлены на поиск оптимальной конструкции датчика и способов их надёжного чтения в трубах ливневой канализации.

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 каждого датчика. В случае наличия незаконного подключения промышленного стока к ливневой канализации датчик через некоторое время оказывается в контрольном колодце ливневой канализации, где его код EPC считывается при помощи опущенного в колодец считывателя и передаётся 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 займёт 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 натурный эксперимент на прямом участке реальной ливневой канализации, расположенной на площадке индустриального партнёра СПб ФИЦ РАН — ООО «ЭКОПРОМ», отвечающей за эксплуатацию канализационных сетей промзоны Обухово в Санкт-Петербурге.

«Эксперименты показали, что технология RFID надёжно работает под землёй: все датчики, которые приплыли в контрольный колодец, были многократно и надёжно прочитаны считывателем. Однако время их путешествия по трубам через мели и засоры может быть большим и плохо предсказуемым. Для повышения скорости и удобства развёртывания системы мониторинга мы оборудовали место оператора в микроавтобусе. Тем не менее, в общем случае 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 водоёмы. Автоматизированный мониторинг ливневой канализации позволит оперативно обнаруживать наличие перетока бытовой и промышленной канализации в ливневую и штрафовать нарушителей, сливающих свои выбросы в обход очистных сооружений.

Пресс-служба СПб ФИЦ РАН.