Airsense電子鼻探究污水處理廠還原硫化物和臭氣濃度

  隨著城市化進程的不斷推進，污水處理廠逐漸被新建住宅區包圍，其排放的惡臭氣體引發的環境投訴呈逐年上升趨勢。污水處理廠惡臭氣體成分復雜，其中還原硫化物（如硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲等）因揮發性強、嗅閾值低，成為主要致臭物質，且難以實現精準檢測與有效控制。傳統惡臭監測方法存在明顯局限：儀器分析法受設備限制無法捕捉低濃度惡臭物質，且難以反映人體實際嗅覺感受；感官測試法雖能體現人體感受，卻無法實現連續在線監測，難以真實反映惡臭污染的動態變化。為此，本研究采用德國 PEN 3.5 型電子鼻系統，結合響應面分析法（RSM）和偏最小二乘法（PLS），構建還原硫化物質量濃度與臭氣濃度的預測模型，并通過實際樣品驗證，旨在為污水處理廠惡臭污染的高效監測與管理提供技術支持。

01試驗設計

01主要儀器與試劑
儀器：德國Airsense公司PEN 3.5 型電子鼻。

試劑：20g/m³ 混合硫化物標準氣（含 H?S、CH?SH、DMS、DMDS）及單標氣，經 4-250 倍稀釋為 20 個濃度梯度，其中 80% 用于建模，20% 用于驗證。
02測定條件
電子鼻：清洗時間 100s，測試時間 60s，進樣流量 300mL/min，溫度 25℃，相對濕度 25%，每個樣品重復測定 5 次。
臭氣測定：依據《空氣質量 惡臭測定 三點比較式臭袋法》（GB/T 14675-93），測定混合硫化物臭氣濃度，按稀釋倍數推算不同濃度對應值。
03數據處理
選取 51-60s 穩定數據進行主成分分析（PCA）、響應面分析（RSM）和偏最小二乘法（PLS）分析。

02結果與討論

傳感器篩選與 PCA 分析
篩選出W5S、W1W、W2W傳感器，對硫化物靈敏度最高，用于模型構建。
PCA 分析顯示，第一主成分貢獻率 86.54%，前兩主成分累計貢獻率 94.08%，可有效區分不同濃度硫化物（除個別低濃度外）。

還原硫化物預測模型（RSM）

臭氣濃度預測模型（PLS）

將電子鼻響應值與對應臭氣濃度通過 PLS 建模，預測值偏度小。經某污水處理廠5個點位（沉砂池、粗格柵等）驗證，預測準確度為85.6%-99.6%，與實測值趨勢吻合。

03結論

Airsense電子鼻結合 RSM 和 PLS 可準確預測污水處理廠還原硫化物和臭氣濃度，具備便攜、快速、實時在線監測優勢，為惡臭污染管理及治理系統開發提供技術支持。