研究者らが下水処理施設の臭気を監視する「電子鼻」を開発
スペインの研究者らは、下水処理施設の臭気を人間の鼻とほぼ同じ鋭さで捉えられる携帯型の電子鼻（e-nose）を作製しました。ドローンと組み合わせると、この軽量な電子鼻は様々な臭気の濃度を測定し、臭気の強さを予測して、工場の臭気マップをリアルタイムで作成し、管理に役立てることができます。
通常、排水処理工場の臭気は動的臭気測定法で測定されます。これは、工場から採取した空気の入った袋を人が嗅いで分析する方法です。この方法はゴールドスタンダードとみなされていますが、費用がかかり、時間も要し、頻繁には実施できないため、オペレーターが問題に迅速に対応したり、悪臭の原因を特定したりすることが困難です。
「私は下水処理施設から2キロメートルのところに住んでいて、時々ひどい臭いがするため窓を開けることすらできません。こうした施設の周辺住民の生活の質への影響を過小評価すべきではなく、不快な臭いにさらされることには身体的・心理的な影響もあります」
下水処理施設からの臭気の放出をより適切に管理するため、マルコ氏らのチームは、人工知能を用いてリアルタイムでデータを観測・可視化する携帯型の電子鼻を開発しました。チームは処理施設から空気の入った袋を採取し、電子鼻に硫化水素、アンモニア、二酸化硫黄などの刺激性化学物質の臭いを学習させました。これらはそれぞれ腐った卵、尿、マッチを擦った後の臭いに似ています。
電子鼻には二酸化炭素センサーと細菌活動のインジケーターも搭載されています。実験室の条件下では、電子鼻は人間とほぼ同じくらい良く機能します。その後、研究者らは重さ1.3キロの電子鼻をドローンに取り付け、1月から6月までの期間、スペイン南部の中規模の下水処理場上空に飛ばしました。ドローンは工場内の様々な施設の上空を飛行しながら、10メートルのチューブを通して空気を吸い込み、センサーチャンバー内で分析しました。
「臭いの測定が難しいのは、それが人間の知覚によるものであり、完全に明確に定義されていないからです。私たちは排出物の個々の成分を定量化するだけでなく、人が感じる臭いの強さを予測しようとしています」
結果から、ドローン搭載の電子鼻は下水の臭気の監視に使用できることが示されました。フィールド試験で同じ空気サンプルを分析したところ、13回の測定のうち10回で、電子鼻の結果が人間の審査委員会の評価と一致しました。ドローンの機動性と人工知能アルゴリズムにより、チームは時間的・空間的な臭気濃度のマップも作成し、ドローンによる測定に基づいて臭気の強さを初めて予測しました。
マルコ氏は「結果には非常に満足していますが、実際の工場で信頼性高く使用するためには、さらなる検証が必要です」と述べています。チームは、電子鼻の重量を減らし、この手法の標準化されたプロセスを開発する計画です。また、精度に影響しうる温度、湿度、その他の環境条件の影響に対して、装置をさらに最適化したいと考えています。
「この研究は、埋立地、堆肥化工場、さらには様々な種類の不快な臭いを発生させることで知られる大規模な牛や豚の農場など、他の施設にも重要な意味を持つ可能性があります」
「下水処理施設における臭気排出の定量化は、周辺地域への臭気の影響を最小限に抑えるための鍵です。下水処理施設の臭気測定は、通常、高価で断続的な硫化水素の臭気検出器による方法か、固定式の電子鼻によって行われています。私たちは、小型ドローンを使って下水処理施設の臭気をリアルタイムで監視するために特別に設計された、携帯型の軽量電子鼻を提案します」と研究には書かれています。
RHINOSと呼ばれるこの電子鼻は、高い空間分解能で臭気を測定でき、その精度は動的臭気測定法にわずかに劣る程度です。この装置は、スペインの下水処理場で6か月間採取された臭気サンプルを用いて校正され、校正から3週間後に同じ処理場で検証されました。
得られた有望な結果は、提案されたツールが最大の排出源となる臭気の発生源を特定するのに適していることを裏付けており、施設の管理者が臭気の抑制と除去を行う上で有用な指針となり得ます。
電子鼻は、センサーアレイまたは計器式臭気監視システム（IOMS）とも呼ばれ、現在、環境臭気を監視するための最も有望な装置とみなされています。電子鼻は、幅広い揮発性有機化合物や無機ガスに対する追加の感度を持つ、多数の非特異的化学センサー（通常5〜20個）に基づく化学測定システムです。
環境モニタリング分野で最も一般的に使用されるセンサーは金属酸化物半導体ですが、既存のシステムには、H2S（硫化水素）やNH3（アンモニア）に対する追加の準特異的センサー（例えば電気化学セル）を組み込んだものが次第に増えています。個々の成分ではなく臭気の混合物全体を考慮することで、この装置は他のどの計器的手法よりも臭気の濃度とよく相関させることができます。
