會飛的電子鼻—— 污水處理4.0時代的無人機應用
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？這個現狀確實讓人心疼，畢竟談到污水廠，老百姓都難免聯想到臭雞蛋和屎尿的味道。而長年在污水廠工作的朋友，衣服也難免吸附臭氣。這樣的人設在當今這個“靠臉吃飯”的時代，無疑是自設hard模式。
另一方面，隨著城市化進程的深入，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。
說到專業治理，必須先從追蹤溯源開始。那你知道我國目前都是靠什么來辨識污水廠的臭氣來源的嗎？
答案可能出乎你的意料——臭氣識別還是靠人鼻來完成的。
小編真沒開玩笑，人工的氣味嗅聞評價是分析處理污水廠產生氣體的主要方法。大概流程就是先在污水廠用袋子收集空氣樣品，再送到當地的環境監測中心，由一群持證上崗的嗅辨員進行嗅探和分析，盡管這樣的操作又貴又慢，但這操作仍被認為是“黃金標準“，其中一個原因是臭氣涉及人的主觀感受，所以目前的臭氣測定的國標就是得靠人聞。
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？
其實是有的，而且這玩意已經有好多年了。至于為什么還沒應用到污水處理領域，小編不敢妄下定論，但一定跟m o n e y這個五個英文字母有關。
不過還是有人拿到經費進行了這方面的嘗試，歐盟地平線2020(HORIZON 2020)就資助了一個名叫SNIFFDRONE的項目。
SNIFFDRONE，顧名思義，就是一臺會辨識氣味的無人機。為了幫助讀者了解這個技術的原理，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傳感器。
其實很多大型石油和天然氣跨國公司，已經使用無人機來監測甲烷排放。但那些電子鼻使用的鐳射技術，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(mercaptans)或者其他揮發性有機物(VOCs)造成的。
目前污水處理廠的氣味評估方法主要有兩種，一種是靠人背帶便攜式探測器在調查場地做行走式的測量，下邊這個就是澳大利亞某水廠的實例：
第二種方法需要用到氣相色譜質譜儀等高級化學分析儀器，以及人的嗅聞感官測量。
和上述兩種方法相比，使用無人機來監測臭氣排放有許多優點，例如它們可以測量污水廠不同位置的關鍵嗅味化合物的濃度，包括一些過去操作人員難以到達的位置。這意味更高的空間分辨率、更低的風險和更低的成本。這些數據信息能為處理工藝提供建議反饋，優化氣體擴散模型，更好地預測對污水廠周圍的臭氣影響，幫助廠區更好地識別無組織排放。
聽上去一切都OK了，為什么要做這個研究？SNIFFDRONE項目的負責人Javier Burgués表示，這種技術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. 無人機的螺旋槳形成的氣流會干擾傳感器周圍的氣體濃度，尤其是檢測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傳感器主要有電化學電池和金屬氧化物傳感器，前者主要用于檢測一氧化碳、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，并提到了目前三種商用產品，包括了芬蘭的Aeromon BH-12、加拿大的Scentroid DR1000和美國Teledyne FLIR Muve C360。
這些設備都配置了一條長為1-2米的水平采樣管，這種剛性的采樣管對一些煙囪類的氣體排放還是非常方便的，但對于污水廠這種場景就顯得有些短了，無人機必須飛得非常靠近地面或目標物才能對釋放源的正上方空間進行采樣。
SNIFFDRONE想到什么方法解決這個問題呢？
解決方案
在傳感器方面，他們同時配備了電化學和金屬氧化物傳感器，將兩者的優點都結合到一起。封裝好的裝置可以測量多種氣體：
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