Дослідники розробили «електронний ніс» для моніторингу запахів на очисних спорудах
Дослідники з Іспанії сконструювали портативний електронний ніс (e-nose), який майже такий самий чутливий, як людський ніс до виявлення запахів очисних споруд. У поєднанні з дроном легкий електронний ніс може вимірювати концентрацію різних запахів, прогнозувати інтенсивність запаху та створювати карту запахів заводу в реальному часі для керування.
Зазвичай запах на заводі з очищення стічних вод вимірюють за допомогою динамічної ольфактометрії, коли група людей нюхає та аналізує мішки з повітрям, зібраним на заводі. Хоча цей метод вважається золотим стандартом, процес є дорогим, повільним і рідкісним, що не дозволяє операторам швидко реагувати на проблеми або визначати причину смороду.
«Я живу за два кілометри від очисних споруд, і час від часу навіть не можна відчинити вікно, бо смердить жахливо. Ми не повинні недооцінювати вплив на якість життя людей, які оточують ці об'єкти, а також існують фізичні та психологічні наслідки впливу неприємних запахів»
Щоб краще контролювати викиди запахів очисними спорудами, Марко та його команда розробили портативний електронний ніс для спостереження та візуалізації даних у реальному часі за допомогою штучного інтелекту. Команда збирала мішки з повітрям із рослин і навчала електронний ніс «винюхувати» їдкі хімічні речовини, такі як сірководень, аміак і діоксид сірки, які за запахом нагадують, відповідно, тухлі яйця, сечу та обпалені сірники.
Електронний ніс також оснащений датчиком вуглекислого газу та індикатором активності бактерій. У лабораторних умовах електронний ніс працює майже так само добре, як людський. Потім дослідники прикріпили електронний ніс вагою 1,3 кг до дрона і відправили його в небо над станцією очищення стічних вод середнього розміру на півдні Іспанії в період із січня по червень. Пролітаючи над різними об'єктами на заводі, «дрон із носом» засмоктував повітря через десятиметрову трубку та аналізував його в камері датчика.
«Складність вимірювання запаху полягає в тому, що це людське сприйняття, і воно не зовсім чітко визначене. Ми не лише намагаємося кількісно оцінити окремі компоненти викидів, а й передбачити інтенсивність запахів, які відчувають люди»
Результати показали, що електронний ніс на дроні можна використовувати для моніторингу запаху стічних вод. Під час аналізу тих самих проб повітря в польових випробуваннях 10 з 13 вимірювань електронного носа збіглися з оцінками людської комісії. Завдяки мобільності дрона та алгоритму штучного інтелекту команда також склала карту часової та просторової концентрації запаху і вперше передбачила інтенсивність запаху на основі вимірювань із дронів.
Марко заявив: «Ми дуже задоволені результатами, але нам потрібні додаткові перевірки, щоб зробити пристрій надійнішим для роботи на реальному заводі». Команда планує позбутися зайвої ваги електронного носа та розробити стандартизований процес для цього методу. Вони також хочуть додатково оптимізувати пристрій щодо впливу температури, вологості та інших умов навколишнього середовища, які можуть вплинути на точність.
«Ця робота також може мати значення для інших об'єктів, таких як смітники, заводи з виробництва компосту або навіть великі ферми з великою рогатою худобою та свинями, які, як відомо, виробляють усі види неприємного запаху»
«Кількісна оцінка викидів запахів на очисних спорудах є ключем до мінімізації впливу запахів на навколишні громади. Вимірювання запаху на очисних спорудах зазвичай виконуються або за допомогою дорогих і періодичних ольфактометричних детекторів сірководню, або за допомогою стаціонарних електронних носів. Ми пропонуємо портативний легкий електронний ніс, спеціально розроблений для моніторингу запаху в режимі реального часу на очисних спорудах за допомогою невеликих дронів», — говориться в дослідженні.
Так званий електронний ніс RHINOS дозволяє вимірювати запахи з високою просторовою роздільною здатністю, а його точність лише трохи гірша, ніж у динамічної ольфактометрії. Пристрій було відкалібровано з використанням зразків запаху, зібраних на станції очищення стічних вод в Іспанії протягом шести місяців, і перевірено на тій самій станції через три тижні після калібрування.
Отримані перспективні результати підтверджують придатність запропонованого інструменту для виявлення джерел запаху з найбільшими викидами, що може слугувати корисною вказівкою для керівників підприємства щодо контролю та усунення запаху.
Електронні носи, також звані масивами датчиків або інструментальними системами моніторингу запаху (IOMS), наразі вважаються найперспективнішими інструментами для моніторингу запахів у навколишньому середовищі. Електронний ніс — це хімічна вимірювальна система, заснована на множині неспецифічних хімічних сенсорів (зазвичай від 5 до 20 сенсорів) з додатковою чутливістю до широкого спектра летких органічних сполук і неорганічних газів.
Найчастіше використовувані датчики в галузі моніторингу навколишнього середовища — це напівпровідники на основі оксидів металів, хоча все частіше існуючі системи включають додаткові напівспецифічні датчики (наприклад, електрохімічні комірки) для H2S (сірководень) або NH3 (аміак). Розглядаючи суміш запахів загалом, а не окремі її компоненти, пристрій може краще корелювати з концентрацією запаху, ніж будь-який інший інструментальний метод.
