會(huì)飛的電子鼻—— 污水處理4.0時(shí)代的無人機(jī)應(yīng)用
今天我們來聊聊污水處理廠的臭氣問題。
從事污水處理的朋友們有沒有覺得自己社交圈狹窄？這個(gè)現(xiàn)狀確實(shí)讓人心疼，畢竟談到污水廠，老百姓都難免聯(lián)想到臭雞蛋和屎尿的味道。而長(zhǎng)年在污水廠工作的朋友，衣服也難免吸附臭氣。這樣的人設(shè)在當(dāng)今這個(gè)“靠臉吃飯”的時(shí)代，無疑是自設(shè)hard模式。
另一方面，隨著城市化進(jìn)程的深入，居民住得越來越靠近污水廠，污水廠也因臭氣問題收到了越來越多市民投訴。污水廠要扭轉(zhuǎn)在百姓心中的刻板印象，臭氣治理是必須解決的問題。
說到專業(yè)治理，必須先從追蹤溯源開始。那你知道我國(guó)目前都是靠什么來辨識(shí)污水廠的臭氣來源的嗎？
答案可能出乎你的意料——臭氣識(shí)別還是靠人鼻來完成的。
小編真沒開玩笑，人工的氣味嗅聞評(píng)價(jià)是分析處理污水廠產(chǎn)生氣體的主要方法。大概流程就是先在污水廠用袋子收集空氣樣品，再送到當(dāng)?shù)氐?a href="/tags/266.html" >環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，由一群持證上崗的嗅辨員進(jìn)行嗅探和分析，盡管這樣的操作又貴又慢，但這操作仍被認(rèn)為是“黃金標(biāo)準(zhǔn)“，其中一個(gè)原因是臭氣涉及人的主觀感受，所以目前的臭氣測(cè)定的國(guó)標(biāo)就是得靠人聞。
在為偉大的嗅辨員默默心疼三秒鐘后，大家有無想過：都快2022年，難道沒有什么“電子鼻”的玩意嗎？
其實(shí)是有的，而且這玩意已經(jīng)有好多年了。至于為什么還沒應(yīng)用到污水處理領(lǐng)域，小編不敢妄下定論，但一定跟m o n e y這個(gè)五個(gè)英文字母有關(guān)。
不過還是有人拿到經(jīng)費(fèi)進(jìn)行了這方面的嘗試，歐盟地平線2020(HORIZON 2020)就資助了一個(gè)名叫SNIFFDRONE的項(xiàng)目。
SNIFFDRONE，顧名思義，就是一臺(tái)會(huì)辨識(shí)氣味的無人機(jī)。為了幫助讀者了解這個(gè)技術(shù)的原理，小編找到了知乎上的一篇文章《電子鼻的原理是什么啊，能識(shí)別氣味？》給大家參考。如下圖所示，所謂的電子鼻就是各種傳感器，其中又分為了物理傳感器和化學(xué)傳感器。
其實(shí)很多大型石油和天然氣跨國(guó)公司，已經(jīng)使用無人機(jī)來監(jiān)測(cè)甲烷排放。但那些電子鼻使用的鐳射技術(shù)，也就是屬于物理傳感器。污水廠的臭氣問題主要是由硫化氫、氨氣、硫醇類物質(zhì)(mercaptans)或者其他揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)造成的。
目前污水處理廠的氣味評(píng)估方法主要有兩種，一種是靠人背帶便攜式探測(cè)器在調(diào)查場(chǎng)地做行走式的測(cè)量，下邊這個(gè)就是澳大利亞某水廠的實(shí)例：
第二種方法需要用到氣相色譜質(zhì)譜儀等高級(jí)化學(xué)分析儀器，以及人的嗅聞感官測(cè)量。
和上述兩種方法相比，使用無人機(jī)來監(jiān)測(cè)臭氣排放有許多優(yōu)點(diǎn)，例如它們可以測(cè)量污水廠不同位置的關(guān)鍵嗅味化合物的濃度，包括一些過去操作人員難以到達(dá)的位置。這意味更高的空間分辨率、更低的風(fēng)險(xiǎn)和更低的成本。這些數(shù)據(jù)信息能為處理工藝提供建議反饋，優(yōu)化氣體擴(kuò)散模型，更好地預(yù)測(cè)對(duì)污水廠周圍的臭氣影響，幫助廠區(qū)更好地識(shí)別無組織排放。
聽上去一切都OK了，為什么要做這個(gè)研究？SNIFFDRONE項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人Javier Burgués表示，這種技術(shù)組合目前有兩大問題：
1. 氣味傳感器的可靠性、輕便度和成本問題；
2. 無人機(jī)的螺旋槳形成的氣流會(huì)干擾傳感器周圍的氣體濃度，尤其是檢測(cè)污水廠的低濃度嗅味化合物。
改良的電子鼻
目前低成本的商用化學(xué)傳感器主要有電化學(xué)電池和金屬氧化物傳感器，前者主要用于檢測(cè)一氧化碳、二氧化硫、氨氣或一氧化氮和二氧化氮等，但有專一選擇性。金屬氧化物傳感器沒有選擇性，而且更靈敏，成本甚至還低于電化學(xué)電池。
Javier Burgués等人在今年MDPI的期刊《Remote Sensing》里介紹了這方面的技術(shù)，并提到了目前三種商用產(chǎn)品，包括了芬蘭的Aeromon BH-12、加拿大的Scentroid DR1000和美國(guó)Teledyne FLIR Muve C360。
這些設(shè)備都配置了一條長(zhǎng)為1-2米的水平采樣管，這種剛性的采樣管對(duì)一些煙囪類的氣體排放還是非常方便的，但對(duì)于污水廠這種場(chǎng)景就顯得有些短了，無人機(jī)必須飛得非常靠近地面或目標(biāo)物才能對(duì)釋放源的正上方空間進(jìn)行采樣。
SNIFFDRONE想到什么方法解決這個(gè)問題呢？
解決方案
在傳感器方面，他們同時(shí)配備了電化學(xué)和金屬氧化物傳感器，將兩者的優(yōu)點(diǎn)都結(jié)合到一起。封裝好的裝置可以測(cè)量多種氣體：
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