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无人机电子鼻能“嗅探”污水厂

注:本文由Cell Press授权转载


西班牙研究人员研制出一种便携式电子鼻,它几乎和人类鼻子一样灵敏,能嗅出污水处理厂的臭味。与无人机配合使用,电子鼻可以测量不同气味的浓度,进而预测强度,并生成实时工厂气味图供管理部门使用。


11月17日,相关论文刊登于细胞出版社(Cell Press)旗下期刊iScience(《交叉科学》)。


传统上,污水厂气味通过动态嗅觉测定法测量:由一个人类团队嗅闻并分析从污水厂收集的空气袋。尽管该方法一直被认为是黄金标准,但相关过程成本高、速度慢、频率低,操作人员无法迅速对问题做出反应或找到恶臭的根源。


“我住的地方离一家污水厂只有2公里,有时候,人们甚至不能打开窗户,因为气味太可怕了。”论文通讯作者、加泰罗尼亚生物工程研究所的Santiago Marco说,“我们不应低估这些设施对周围居民生活质量的影响,暴露在恶臭中会影响人们生理和心理。”


为了更好地监测污水厂的气味排放,Marco团队设计了一种便携式电子鼻,后者能在人工智能的帮助下进行实时监测和数据可视化。


研究小组从一家污水厂收集了空气袋,并训练电子鼻嗅出气味刺鼻的化学物质,如硫化氢、氨和二氧化硫,它们闻起来分别像臭鸡蛋、尿液和燃烧的火柴。电子鼻还配备了二氧化碳传感器——细菌活动的指示器。研究人员发现,在实验室中,电子鼻的表现几乎和人类鼻子一样好。


然后,研究人员将1.3公斤重的电子鼻绑在一架无人机上,并在今年1月至6月将它送入西班牙南部一家中型污水厂上空。这种“嗅探无人机”在工厂的不同设施上空盘旋,通过一个10米长的管子吸入空气,并在传感器室分析空气。


“气味测量的棘手之处在于它是人类的一种感知,并没有明确的定义。”论文合著者Maria Deseada Esclapez说。Esclapez来自污水和卫生服务公司Depuración de Aguas del。“我们不仅试图量化气味排放的特定或单个成分,还计划预测人类感知到的气味强度。”


结果表明,利用无人机电子鼻对污水气味进行监测是可行的。在现场测试中分析相同空气样本时,电子鼻的13项测量结果中有10项与人类的评估结果一致。借助无人机的机动性和人工智能算法,研究小组还绘制出了气味的时空浓度,并首次根据无人机测量结果预测了气味的强度。


“我们对结果非常满意,但需要更多的验证,以便该设备在实际中更实用。”Marco说。研究人员计划为电子鼻减掉一些重量,并开发一个标准化流程。他们还计划进一步优化设备,以应对温度、湿度和其他环境条件对精度的影响。


“这项工作还可能对其他设施产生影响,比如垃圾填埋场、堆肥厂,甚至是养牛养猪的大型农场,这些地方也会产生各种各样的臭味。”Marco说。


Esclapez补充说:“我们渴望看到这项工作对相关行业产生什么影响。”


This work was supported by from the ATTRACT project funded by the EC, the Departament d’Universitats, Recerca i Societat de la Informació de la Generalitat de Catalunya, the Comissionat per a Universitats I Recerca del DIUE de la Generalitat de Catalunya, the European Social Fund (ESF), and the Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC)

iScience, 作者Burgués等: “RHINOS: A lightweight portable electronic nose for real-time odour quantification in wastewater treatment plants”


文章URL:https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(21)01342-0

DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2021.103371

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