Zastosowanie matrycy półprzewodnikowych czujników gazu do ciągłego monitoringu poprawności procesu oczyszczania ścieków

• Autorzy: Guz Ł.

Identyfikatory

DOI

10.5604/20830157.1176581

Warianty tytułu

UK

Застосування матриці напівпровідникових датчикв газу для безперервного контролю регулярності очищення стічних вод

EN

Application of semiconductor gas sensors array for continuous monitoring of sewage treatment process regularity

• Języki publikacji: PL UK

Abstrakty

PL

Urządzenia z matrycą złożoną z różnych czujników gazu, nazywane również elektronicznym nosem, umożliwiają wyznaczenie dla badanego gazu unikalnego wzoru sygnałów (ang. gas fingerprint). W ściśle określonych warunkach można go skorelować z wieloma parametrami fizykochemicznymi badanych próbek gazowych, jak również cieczy z fazą nadpowierzchniową. Matrycę złożoną z ośmiu półprzewodnikowych rezystancyjnych czujników gazu typu MOS wykorzystano do kontroli poprawności procesu oczyszczania ścieków, prowadzonego w półautomatycznym laboratoryjnym reaktorze SBR. Próbki powietrza pobierane były nad zwierciadłem ścieków z zamkniętej komory reaktora a następnie pozbawiane wilgoci za pomocą osuszacza z rurką nafionową. Do analizy wielowymiarowych wyników pomiarów zastosowano sztuczne sieci neuronowe (SSN), klasyfikujące stany procesu. Wyniki badań wykazały wysoką przydatność matrycy czujników MOS oraz SSN do ciągłej kontroli poprawności prowadzonego procesu. W przypadku podłączenia urządzenia do sieci komputerowej możliwy jest wgląd w stan procesu z dowolnego miejsca.

UK

Пристрої з матрицею, яка складається з різних газових датчиків, звані також електронічний ніс, дозволяють визначити для досліджуваного газу унікальний зразок сигналів (анг. gas fingerprint). У конкретних умовах можна його співвіднести з низкою фізико-хімічних параметрів досліджуваних зразків газу, а також з рідиною із фазою вільного простору. Матриця складається з вісьми напівпровідникових резистивних газових датчиків типу MOS, використовуються для контролю точності процесу очищення стічних вод, який проводиться в напівавтоматичному лабораторному реакторі SBR. Проби повітря були зібрані над поверхнею стічних вод з закритої камери реактора, а потім позбавлені вологи за допомогою осушувача з трубкою nafion. Для аналізу багатовимірних оцінок вимірів використовуються штучні нейронні мережі (ШНМ), які класифікують стан процесу та оцінюють значення постійно вибираних параметрів якості стічних вод. Результати досліджень показали високу користь матриці MOS і ШНМ для безперервного моніторингу правильності проведеного процесу. При підключенні пристрою до комп'ютерної мережі можна побачити стан процесу з довільного місця.

EN

Devices with a array composed of various gas sensors, also called electronic noses, allow to determine the unique pattern of signals (gas fingerprint) for the analyzed gas samples. When the strict measurement conditions are obeyed, signals can be correlated with several physico-chemical parameters of the gas samples, as well as liquids with a headspace phase. The array composed of eight MOS type resistive semiconductor gas sensors was used to control wastewater treatment process regularity, conducted in semi-automated laboratory SBR reactor. Gaseous phase was sampled above the wastewater surface in closed reactor chamber and afterward dehumidified using a nafion tube dryer. For the analysis of multidimensional data there were used artificial neural networks (ANN) which evaluated the status of the process. The research results revealed high usefulness of MOS sensors and SSN for continuous monitoring of wastewater treatment process regularity. In case of the devices connected to world wide web, there is a possibility of remote viewing of the process status.

Słowa kluczowe

PL

ścieki; elektroniczny nos; matryca czujników; sztuczne sieci neuronowe

EN

wastewater; electronic noses; sensor array; artificial neural networks

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 85--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Guz Ł.

• Politechnika Lubelska, Zakład Jakości Powietrza Zewnętrznego i Wewnętrznego

Bibliografia

• [1] Arshak K., Moore E., Lyons G.M., Harris J., Clifford S.: A review of gas sensors employed in electronic nose applications. Sensor Review 24(2)/2004, 181–198, [DOI: 10.1108/02602280410525977].
• [2] Bourgeois W., Burgess J.E., Stuetz R.M.: On-line monitoring of wastewater quality: a review, Journal of Chemical Technology and Biotechnology 76, 2001, 337–348, [DOI: 10.1002/jctb.393].
• [3] Bourgeois W., Gardey G., Servieres M., Stuetz R.M.: A chemical sensor array based system for protecting wastewater treatment plants, Sensors and Actuators B 91 (1-3), 2003, 109–116, [DOI: 10.1016/S0925-4005(03)00074-1].
• [4] Bourgeois W., Stuetz R.M.: Use of a chemical sensor array for detecting pollutants in domestic wastewater. Water Research 36(18)/2002, 4505–4512, [DOI: 10.1016/S0043-1354(02)00183-5].
• [5] Capelli L., Sironi S., Centola P., Rosso R.D., Grande M.I.: Electronic noses for the continuous monitoring of odours from a wastewater treatment plant at specific receptors: Focus on training methods. Sensors and Actuators B 131(3)/2008, 53–62, [DOI: 10.1016/j.snb.2007.12.004].
• [6] Dewettinck T., Hege K.V., Verstraete W.: The electronic nose as a rapid sensor for volatile compounds in treated domestic wastewater. Water Research 35(10)/2001, 2475–2483, [DOI: 10.1016/S0043-1354(00)00530-3].
• [7] El-Din G.A., Smith D.W.: A neural network model to predict the wastewater inflow incorporating rainfall events. Water Research 36(5)/2002, 1115–1126, [DOI: 10.1016/S0043-1354(01)00287-1].
• [8] Guz Ł., Sobczuk H., Suchorab Z.: Pomiar odorów za pomocą przenośnego miernika z matrycą półprzewodnikowych czujników gazu, Przemysł Chemiczny 89 (4), 2010, 378–381.
• [9] Hecht-Nielsen R.H.: Kolmogorov’s mapping neural network existence theorem, Proceedings of the IEEE First International Conference on Neural Networks, San Diego, 1987, 11–13.
• [10] Micone P.G., Guy C.: Odour quantification by a sensor array: An application to landfill gas odours from two different municipal waste treatment works. Sensors and Actuators B 120(2)/2007, 628–637, [DOI: 10.1016/j.snb.2006.03.026].
• [11 ] Nake A., Dubreuil B., Raynaud C., Talou T.: Outdoor in situ monitoring of volatile emissions from wastewater treatment plants with two portable technologies of electronic noses. Sensors and Actuators B 106(1)/2005, 36–39, [DOI: 10.1016/j.snb.2004.05.034].
• [12] Onkal-Engin G., Demir I., Engin S.N.: Determination of the relationship between sewage odour and BOD by neural networks. Environmental Modelling & Software 20(7)/2005, 843–850, [DOI:10.1016/j.envsoft.2004.04.012].
• [13] Sironi S., Capelli L., Centola P., Del Rosso R., Grande M.I.: Continuous monitoring of odours from a composting plant using electronic noses. Waste Management 27/2007, 389–397, [DOI: 10.1016/j.wasman.2006.01.029].
• [14] Sohn J.H., Dunlop M., Hudson N., Kim T.I., Yoo Y.H.: Non-specific conducting polymer-based array capable of monitoring odour emissions from a biofiltration system in a piggery building. Sensors and Actuators B 135(2)/2009, 455–464, [DOI: 10.1016/j.snb.2008.10.007].
• [15] Stuetz R. M., Fenner R.A., Engin G.: Characterisation of wastewater using an electronic nose. Water Research 33(2)/1999, 442–452, [DOI: 10.1016/S0043-1354(98)00245-0].
• [16] Figaro USA INC., General information for TGS sensors, www.figarosensor.com, 2005.