Пробоотбор сточных вод: правила, ошибки и оборудование

Пробоотбор сточных вод - это правила, по которым нужно отбирать пробу воды, перевозить её и готовить к хранению. Если эти правила систематически не соблюдаются, результат анализа будет неверным, даже при технически корректном выполнении лабораторных измерений. Главное правило - проба должна быть представительной - показывать, что на самом деле происходит в этой точке, а не случайное отклонение в один конкретный момент. Правила отбора в России прописаны в ГОСТ 31861-2012 "Вода. Общие требования к отбору проб" и в специальных указаниях для сточных вод, ПНД Ф 12.15.1-08 [1][2]. Оба документа соответствуют международному стандарту ISO 5667. Большинство ошибок в анализах сточных вод возникают именно на этапе отбора пробы.

Зачем нужны правила пробоотбора сточных вод

Состав сточной воды неоднороден. Меняется во времени: возможны резкие разовые сбросы, а нагрузка на производство в течение суток может быть разной. Меняется и по сечению потока: тяжёлые частицы оседают на дно, а нефтепродукты, наоборот, скапливаются у поверхности. Если не учитывать это при отборе пробы, результат анализа будет искажен. При некорректном отборе и последующем анализе проб возможно занижение реальных показателей выбросов загрязняющих веществ.

Где применяется пробоотбор сточных вод

• Производственный экологический контроль. Регулярный отбор проб на выходе предприятия, чтобы подтвердить, что сброс не превышает разрешённые нормы (ПДК - предельно допустимая концентрация).
• Контроль на очистных сооружениях. Пробы берут до и после каждого этапа очистки, чтобы понять, насколько хорошо работает технология, и быстро заметить сбой.
• Контроль предприятий, сбрасывающих стоки в городскую канализацию. Пробу берут на границе сетей предприятия и города. По этим данным рассчитывают плату за сброс и проверяют, не превышает ли предприятие лимиты на загрязняющие вещества, которые установлены для приема стоков в городскую канализацию.
• Экологический мониторинг водоемов. Пробы берут до и после места сброса, чтобы оценить, как сброс влияет на реку или озеро.
• Аварийный контроль. Если есть подозрение на резкий разовый сброс загрязнений или произошла авария, пробу нужно взять быстро и точно в нужном месте.

Ключевые параметры при выборе способа и оборудования отбора

• Тип точки отбора. Открытый канал, колодец, резервуар, скважина или водоём - для каждого нужен свой пробоотборник и своя длина погружения.
• Глубина и доступность точки. Насос автоматического пробоотборника поднимает пробу с ограниченной высоты (обычно до нескольких метров), поэтому пробоотборник нужно устанавливать достаточно близко к уровню воды в точке отбора.
• Однородность потока. Если в потоке есть расслоение (например, взвешенные частицы оседают на дно, а нефтепродукты скапливаются у поверхности), одной пробы недостаточно: нужно брать пробы на нескольких уровнях.
• Материал пробоотборника. Нержавеющая сталь подходит для большинства задач. Но если нужно измерить следовые количества металлов или особую химию, материал тары нужно проверять отдельно: он может искажать результат.
• Нужна ли усреднённая проба. Если сброс неравномерный (то больше, то меньше), одна проба не покажет реальную картину. Нужно взять несколько проб через равные промежутки времени и объединить их в одну.
• Как быстро портится показатель. Некоторые показатели (растворённый кислород, летучие вещества, активный хлор) меняются за считанные минуты после отбора. Их нужно измерять сразу на месте, а не привозить пробу в лабораторию.

Точечная и составная проба: в чём разница

Есть два основных способа взять пробу: один раз в одной точке (точечная проба) или несколько раз с объединением в одну (составная проба). ГОСТ 31861-2012 описывает несколько видов проб, но на практике для сточных вод чаще всего используют именно эти два подхода [1].

Нормативная база пробоотбора сточных вод

ПНД Ф 12.15.1-08 - это методические указания, которые собирают требования к отбору проб сточных вод в одном документе. Они основаны на международном стандарте ISO 5667-10 (часть про сточные воды) и на ГОСТ 31861-2012 [1][2]. Документ касается всех видов сточных вод, которые сбрасываются организованно: через трубу, лоток или канал [2]. Главное правило: пробу берут до точки сброса, то есть там, где предприятие ещё может на что-то повлиять, а не после того, как сток уже смешался с рекой или озером [2]. ГОСТ 31861-2012 отдельно описывает, как готовить тару для пробы, как её консервировать (добавлять реагенты, чтобы проба не испортилась до анализа) и хранить - для разных групп показателей: общих, химических, по запаху и вкусу, микробиологических и биологических. Также в нём прямо запрещено использовать для консервации ртутные реагенты (хлорид и фенилацетат ртути), а ещё нельзя добавлять реагент, который содержит то самое вещество, которое потом будут измерять в этой же пробе [1].

Типичные ошибки при отборе проб сточных вод

• Точка отбора выбрана после смешения потоков. Если пробу взяли уже после того, как сток смешался с ливневой водой или стоком другого цеха, результат не покажет, что реально сбрасывает предприятие. Брать пробу нужно до точки сброса [2].
• Взяли одну пробу вместо нескольких при неравномерном сбросе. Если сброс то больше, то меньше в течение суток, одна случайная проба может попасть на пик или на минимум и не покажет реальную среднюю картину.
• Неподходящая тара. Например, обычный пластик для пробы на нефтепродукты, или тара, к стенкам которой прилипает измеряемое вещество. Это искажает результат ещё до того, как проба попадёт в лабораторию.
• Задержка между отбором и консервацией. Некоторые показатели (БПК, растворенный кислород, сульфиды, активный хлор) меняются за первые минуты. Если их не зафиксировать сразу, результат уже не имеет смысла.
• Промывка тары пробой, когда это запрещено. Тару для проб на микробиологию и на нефтепродукты не ополаскивают пробой. Она поставляется стерильной, в то время как ополаскивание нарушает стерильность, что искажает результат подсчета микроорганизмов. Для нефтепродуктов ополаскивание может оставить часть вещества на стенках тары еще до основного отбора, из-за чего измеренная концентрация получится неточной. Точные требования нужно смотреть в методике на конкретный показатель.
• Нет сопроводительных документов. ГОСТ 31861-2012 требует записывать место и условия отбора, на этикетке или в отдельном документе [1]. Без этого результат сложно объяснить или защитить, если его станут оспаривать.
• Усреднение без учёта расхода воды. Если просто смешать равные порции воды, а расход воды сильно менялся в течение суток, оценка массы загрязнения получится неточной.

Консервация и сроки хранения проб: что важно учитывать

Консервация - это способ сохранить пробу в исходном виде: добавить реагент, охладить или заморозить её, чтобы состав не изменился до того, как пробу проверят в лаборатории. Какой способ нужен, зависит от того, что именно измеряют. ГОСТ 31861-2012 говорит: реагент можно добавить заранее, в пустую тару, или прямо в пробу после отбора [1]. Если в методике не указан срок хранения для нужного показателя, хранить пробу нельзя: анализ нужно делать сразу [1]. Ниже - ориентировочные сроки и условия хранения для нескольких часто проверяемых показателей сточных вод, по общепринятой международной практике (Standard Methods APHA/AWWA/WEF) [3].

Точные требования для конкретного показателя нужно проверять по действующей методике (ПНД Ф или ГОСТ на этот метод). Сроки и условия консервации могут отличаться от общих рекомендаций, в зависимости от того, какая именно вода и какой метод анализа используется.

Точки и периодичность отбора проб сточных вод

1. Точка перед сбросом в водоём или городскую канализацию. Это основная точка контроля по ПНД Ф 12.15.1-08: пробу берут до того, как сток смешается с рекой, озером или городскими стоками [2].
2. Точки до и после каждого этапа очистки. Так можно понять, какой именно узел очистных сооружений работает плохо, и быстро найти причину.
3. Точка на границе сетей предприятия и города. Важна для тех, кто сбрасывает стоки в централизованную канализацию: по этим данным считают плату и проверяют условия приёма стоков.
4. Точки на разной глубине в колодцах и резервуарах. Нужны, если поток расслаивается: например, взвешенные частицы оседают на дно, а нефтепродукты скапливаются у поверхности. Одной точки на одной глубине не хватит.
5. Точки на водоёме до и после сброса. Помогают понять, как сброс реально влияет на качество воды в реке или озере.

Оборудование для отбора проб сточных вод

Для сточных вод чаще всего нужен не разовый ручной отбор, а регулярный, по программе: например, взять пробу каждый час в течение суток и объединить их в одну, или отбирать пробу пропорционально расходу потока. Для этого используют автоматические пробоотборники. Они сами включают насос по заданной программе, набирают нужный объём воды и разливают его в одну или несколько бутылок. У бренда Hach предоставлена линейка AS950 с тремя моделями под разные условия установки.

Портативный пробоотборник для полевых задач

Hach AS950 Portable - облегчённая модель без охлаждения, работает от батареи. Весит около 13 кг, поэтому его легко перевозить и устанавливать прямо на месте: например, над люком колодца шириной 18 дюймов (около 45 см), для которого он специально спроектирован. Объём пробы программируется от 10 до 10 000 мл с шагом 10 мл. Насос поднимает пробу с глубины до 8,5 метра по трубке длиной до 8,8 метра (точная высота подъёма зависит от длины и диаметра трубки, температуры и высоты над уровнем моря). Прибор можно быстро переключить между составной (одна бутылка) и раздельной (несколько бутылок) схемой отбора прямо в поле, без инструментов.

Охлаждаемый пробоотборник для помещений

Hach AS950 R - стационарная модель с холодильной камерой внутри, весит 63,3 кг. Подходит для установки в помещении: на очистных сооружениях, в насосных станциях, в контрольных колодцах с навесом. Холодильная камера держит пробы холодными в течение всего периода накопления составной пробы, что особенно важно для показателей, чувствительных к температуре (БПК, летучие соединения).

Всепогодный пробоотборник для наружной установки

Hach AS950 AWRS (All Weather Refrigerated Sampler) - самая защищённая модель линейки, весит до 86 кг. Корпус рассчитан на работу на улице в любую погоду, круглый год, а холодильная камера запирается на замок (от несанкционированного доступа к собранным пробам). Это решение для постоянных точек контроля под открытым небом: выпуск сточных вод, ливневая канализация, граница сетей предприятия и города.

Все три модели работают с одним и тем же контроллером AS950: настройка программы отбора, перенос данных через USB и копирование программы с одного пробоотборника на другой устроены одинаково. Доступны три режима запуска отбора: по времени (через равные интервалы), по расходу потока (если подключён расходомер) и по событию (например, при превышении заданного уровня или показания датчика). При использовании одной бутылки получается составная (усреднённая) проба, при использовании нескольких бутылок (до 24) - раздельные пробы по каждому отбору.

Как выбрать пробоотборник под задачу

Если нужен разовый или краткосрочный контроль, например для выездной проверки или после аварии, подойдёт AS950 Portable: он лёгкий, работает от батареи и быстро устанавливается прямо у точки отбора. Если точка контроля постоянная и находится внутри здания, скажем, на очистных сооружениях или в насосной станции, выбирают AS950 R: холодильная камера сохраняет пробу холодной всё время накопления составной пробы. Если же точка контроля находится на улице и работает круглый год, нужен AS950 AWRS: его корпус и холодильная камера рассчитаны на работу в любую погоду, а замок на дверце защищает собранные пробы от посторонних. Во всех трёх случаях для составной пробы достаточно настроить программу отбора по времени или по расходу потока и использовать одну бутылку; если нужны раздельные пробы по каждому моменту отбора, используют несколько бутылок и распределитель.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между точечной и составной пробой?

Точечная проба - это один отбор в один момент в одной точке. Она показывает, что происходило именно в этот момент. Составная проба объединяет несколько проб, взятых через равные промежутки времени или с учётом расхода воды. Она точнее показывает среднюю картину за период.

Где нужно брать пробу сточных вод?

По ПНД Ф 12.15.1-08 пробу берут до точки сброса: в водоём или в канализацию. То есть там, где предприятие ещё может повлиять на состав стока, а не после того, как сток уже смешался с рекой или городскими стоками [2].

Можно ли просто заморозить пробу и проверить её позже?

Не всегда. ГОСТ 31861-2012 говорит, что способ хранения должен подходить именно для того показателя, который измеряют. Если для показателя не указан подходящий способ хранения, хранить пробу вообще нельзя: анализ нужно делать сразу [1].

Нужно ли промывать тару пробой перед тем, как её наполнить?

Для большинства химических анализов это можно и даже нужно делать. Но для некоторых показателей, например связанных с микробиологией или нефтепродуктами, методика может это прямо запрещать. Это нужно проверять по конкретной методике.

Что делать, если поток в канале явно неоднородный?

Нужно либо перенести точку отбора в место, где поток уже перемешан и однороден по сечению, либо отбирать пробы на нескольких уровнях/в нескольких точках сечения вручную и объединять их в одну составную пробу.

Как взять пробу из глубокого колодца?

Насос автоматического пробоотборника поднимает пробу с глубины примерно до 8,5 метра (зависит от длины и диаметра трубки). Для более глубоких точек нужно заранее проверить характеристики конкретной модели или предусмотреть установку пробоотборника ближе к точке отбора.

Можно ли использовать один пробоотборник для разных точек?

Автоматический пробоотборник обычно устанавливают на одной постоянной точке: переносить его между разными точками каждый день неудобно. Если нужно контролировать несколько точек, для каждой ставят отдельный пробоотборник либо переносят один портативный пробоотборник между точками, тщательно промывая трубку и бутылки между установками, чтобы не перенести загрязнение с одной точки на другую.

Заключение

Отбор пробы - это этап, от которого зависит, можно ли доверять результату. На практике большинство проблем возникает из-за простых вещей: взяли пробу не там, где нужно, не успели её законсервировать вовремя или не учли изменчивость потока при составной пробе. Соблюдение ГОСТ 31861-2012 и ПНД Ф 12.15.1-08 вместе с правильно подобранной моделью автоматического пробоотборника (портативный AS950 для выездных задач, охлаждаемый AS950 R для помещения или всепогодный AS950 AWRS для постоянной точки на улице) снимает большую часть этих рисков ещё до того, как проба попадёт в лабораторию.