AIRSENSE电子鼻英文文献 | 电子鼻用于对污水处理厂气味监测

电子鼻用于对污水处理厂气味监测

城市污水进水水质波动大，工业废水间歇性偷排会破坏污水处理工艺，污染物还会随出水进入自然水体、威胁取水安全。传统水质化学检测手段设备昂贵、采样与检测周期长，难以快速识别污水突发污染；AIRSENSE电子鼻依靠金属氧化物传感器阵列模拟人体嗅觉，可快速识别复杂气味混合物，已在水质监测领域展现出良好重复性，具备污水实时预警潜力。

三大研究目标

1、验证电子鼻对国外三座二级污水处理厂进、出水气味的监测能力。

2、探究 7 个月监测周期内，季节变化对不同来源污水样本气味特征的影响。

3、结合标准实验室水质检测，分析电子鼻传感器信号与致臭污染物的相关性。

采样与传统理化检测

研究对象：国外三座污水厂。

采样周期： 3—11 月，每月采集进水、出水水样，持续 7 个月。

水样分装：2L 水样用于常规理化指标检测（BOD、COD、硫化氢、氨氮、硝酸盐、磷酸盐、油脂、悬浮物等），遵循《水和废水标准检测方法》；4mL 低温冷藏水样用于电子鼻气味检测。

前处理：水样密封静置 2 小时，使顶空气相富集挥发性致臭物质后上机测试。

AIRSENSE电子鼻检测方案

采用AIRSENSE便携式电子鼻，搭载 10 种非特异性金属氧化物传感器：

1、测试流程：零气冲洗 50s→基线校准 10s→水样顶空气体检测 60s，每组样本重复 2 次；

2、差分检测原理：对比洁净参考空气与污水气相信号，抵消传感器漂移干扰；

3、数据记录：保存全部传感器响应曲线，计算各厂进、出水平均响应值用于相关性分析。

数据分析手段

1、主成分分析（PCA）：将 10 维传感器信号降维至二维坐标系，区分不同来源、不同时期污水样本气味特征；

2、统计学分析：计算水质指标均值 ± 标准差，P<0.01 判定厂间 / 进出水指标差异显著；计算传感器响应与致臭物质的相关系数 R，P<0.05 代表相关性显著。

试验结果与讨论

01、传统理化检测结果

三座污水厂进水所有理化指标均显著高于出水（P<0.01）；其中一厂进水 BOD、COD、硫化氢、氨氮、悬浮物浓度显著高于另外两座厂区；出水硝酸盐浓度普遍高于进水，源于生物硝化作用；各厂检测数值与过往研究结果吻合。

02、PCA 气味聚类结果

三座污水厂出水 PCA 聚类大范围重叠，证明各厂二级处理工艺污染物去除效率相近，出水气味特征差异小。

03、传感器与致臭物质相关性

7 支传感器（R1/R2/R3/R5/R6/R8/R9）与硫化氢（H₂S）、氨氮（NH₃）、硝酸盐（NO₃）存在显著相关（P<0.05）：

R1、R5、R6 对硫化氢、氨氮响应相关性突出；

R6、R8 与硝酸盐相关性极强；

印证金属氧化物传感器可捕捉污水中微生物分解产生的挥发性致臭组分，适用于污水厂入口长期气味动态监测。

结论

1、搭载 10 组金属氧化物传感器的AIRSENSE电子鼻，结合 PCA 分析，可在 7 个月监测周期内区分三座污水厂不同来源、不同时期的进 / 出水样本气味。

2、AIRSENSE电子鼻传感器信号与硫化氢、氨氮、硝酸盐三类污水核心致臭污染物显著相关。

3、AIRSENSE电子鼻可作为快速预警设备，在污水深度处理、再生水生产工艺中实时监测挥发性污染物质，弥补传统化学检测滞后、成本高的短板。