Исследователи разработали «электронный нос» для мониторинга запахов на очистных сооружениях
Исследователи из Испании сконструировали портативный электронный нос (e-nose), который почти такой же острый, как человеческий нос в улавливании запахов очистных сооружений. В сочетании с дроном легкий электронный нос может измерять концентрацию различных запахов, прогнозировать интенсивность запаха и создавать карту запахов завода в реальном времени для управления.
Обычно запах завода по очистке сточных вод измеряется с помощью динамической ольфактометрии, когда группа людей нюхает и анализирует мешки с воздухом, собранным с завода. Хотя этот метод считается золотым стандартом, но процесс является дорогостоящим, медленным и нечастым, что не позволяет операторам быстро реагировать на проблемы или определять причину зловония.
«Я живу в двух километрах от очистных сооружений, и время от времени нельзя даже открыть окно, потому что пахнет ужасно. Мы не должны недооценивать влияние на качество жизни людей, окружающих эти объекты, а также есть физические и психологические последствия воздействия неприятных запахов»
Чтобы лучше контролировать испускание запахов очистными сооружениями, Марко и его команда разработали портативный электронный нос для наблюдения и визуализации данных в реальном времени с помощью искусственного интеллекта. Команда собирала мешки с воздухом с растений и обучала электронный нос «унюхивать» едкие химические вещества, такие как сероводород, аммиак и диоксид серы, которые напоминают по запаху тухлые яйца, мочу и сгоревшие спички соответственно.
Электронный нос также оснащен датчиком углекислого газа и индикатором активности бактерий. В лабораторных условиях электронный нос работает почти так же хорошо, как человеческий. Затем исследователи прикрепили электронный нос весом 1,3 кг к дрону и отправили его в небо на станцию очистки сточных вод среднего размера на юге Испании на период с января по июнь. Пролетая над различными объектами на заводе, «дрон с носом» всасывал воздух через десятиметровую трубку и анализировал воздух в камере датчика.
«Сложность измерения запаха заключается в том, что это человеческое восприятие, и оно не совсем четко определено. Мы не только пытаемся количественно оценить отдельные компоненты выбросов, но и предсказать интенсивность запахов, воспринимаемых людьми»
Результаты показали, что электронный нос на дроне можно использовать для мониторинга запаха сточных вод. При анализе одних и тех же проб воздуха в полевых испытаниях 10 из 13 измерений электронного носа совпали с оценками человеческой комиссии. Благодаря мобильности дрона и алгоритму искусственного интеллекта команда также составила карту временной и пространственной концентрации запаха и впервые предсказала интенсивность запаха на основе измерений с дронов.
Марко заявил: «Мы очень довольны результатами, но нам нужны дополнительные проверки, чтобы сделать устройство более надежным для работы на реальном заводе». Команда планирует избавиться от лишнего веса электронного носа и разработать стандартизированный процесс для этого метода. Они также хотят дополнительно оптимизировать устройство против влияния температуры, влажности и других условий окружающей среды, которые могут повлиять на точность.
«Эта работа также может иметь значение для других объектов, таких как свалки, заводы по производству компоста или даже большие фермы с крупным рогатым скотом и свиньями, которые, как известно, производят все типы неприятного запаха»
«Количественная оценка выбросов запахов на очистных сооружениях является ключом к минимизации воздействия запахов на окружающие сообщества. Измерения запаха на очистных сооружениях обычно выполняются либо с помощью дорогостоящих и прерывистых ольфактометрических детекторов сероводорода, либо с помощью фиксированных электронных носов. Мы предлагаем портативный легкий электронный нос, специально разработанный для мониторинга запаха в режиме реального времени на очистных сооружениях с помощью небольших дронов», — говорится в исследовании.
Так называемый электронный нос RHINOS позволяет измерять запахи с высоким пространственным разрешением, а его точность лишь немного хуже, чем у динамической ольфактометрии. Устройство было откалибровано с использованием образцов запаха, собранных на станции очистки сточных вод в Испании в течение шести месяцев и проверенных на той же станции очистки сточных вод через три недели после калибровки.
Полученные многообещающие результаты подтверждают пригодность предложенного инструмента для выявления источников запаха с наибольшими выбросами, что может служить полезным указанием для руководителей предприятия в отношении контроля и устранения запаха.
Электронные носы, также называемые массивами датчиков или инструментальными системами мониторинга запаха (IOMS), в настоящее время считаются наиболее многообещающими инструментами для мониторинга запахов в окружающей среде. Электронный нос — это химическая измерительная система, основанная на множестве неспецифических химических сенсоров (обычно от 5 до 20 сенсоров) с дополнительной чувствительностью к широкому спектру летучих органических соединений и неорганических газов.
Наиболее часто используемые датчики в области мониторинга окружающей среды — это металлооксидные полупроводники, хотя все чаще и чаще существующие системы включают дополнительные полуспецифические датчики (например, электрохимические ячейки) для H2S (сероводород) или NH3 (аммиак). Рассматривая смесь запахов в целом, а не отдельные ее компоненты, устройство может лучше коррелировать с концентрацией запаха, чем любой другой инструментальный метод.
