Strumenti e tecniche di caratterizzazione degli odori negli impianti di depurazione! T. Zarra, V. Naddeo, V. Belgiorno!

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1 Strumenti e tecniche di caratterizzazione degli odori negli impianti di depurazione! T. Zarra, V. Naddeo, V. Belgiorno!

2 Il Gruppo di Ricerca! Full Professor Vincenzo BELGIORNO Lecturers Vincenzo NADDEO Luigi RIZZO Lab Supervisor Tiziano ZARRA Research Fellows Alessandra CESARO Fabiola FILADORO Stefano GIULIANI Lab Technician Paolo NAPODANO Ph.D. Students Davide SCANNAPIECO Anna FARINA Mona F. SECONDES Moriel PRADO Roberta MAFFETTONE Antonino FIORENTINO Mary A. PANDAN

3 Il Laboratorio del SEED LABORATORIO ANALITICO Acque potabili Acque Reflue Rifiuti Soliti Tossicologia ambientale Analisi microbiologiche Monitoraggio Aria Stazione Sperimentale per il Trattamento delle acque reflue

4 Prodotti della ricerca UDINO (Ultrasound Disinfection and Nom removal) UDINO-cUV (Ultrasound Disinfection and Nom removal in combination with UV light) AUP (Advanced Ultrasound Disinfection and Nom removal in combination with nanoparticles) USAMe Ultrasound, Adsorption, Membrane SeedOA Sanitary Environmental Engineering Device to Odour Assessment Negli ultimi 5 anni oltre 70 pubblicazioni su riviste ISI. N. 5 Brevetti tecnologici

5 Filoni di ricerca e consulenza scientifica del SEED sugli odori! Sanitary Environmental Engineering Division! Strategie di controllo degli odori; Misura delle emissioni; Misura in campo delle esposizioni; Modelli di dispersione in atmosfera; Valutazioni di impatto ambientale.

6 Odori

7 Fattori che influenzano l odore F I D O L

8 Le soglie di odore Substances Odor threshold (OT) (mg/m 3 ) Threshold limit value (TLV) (mg/m 3 ) Hydrogen sulfide Dimetilsolfuro Dimetildisolfuro 16 - Metilmercaptano Etilmercaptano 5, Acetic acid Propionic acid Butirric acid 79 - Metilammine Dimetilammine Trimetilammine Ammonia Formaldhyde Acrolein

9 La caratterizzazione degli odori ppm, ppb, Concentrazione Odor Unit/m 3 (OU/m3) Intensità Tono edonico Qualità

10 Strumentazioni di Analisi

11 Il GC-MS portatile ΔT: " 45 C 225 C" " Range of mass: " #1-300" " Concentrator type: " #Tenax" " Internal standard:" #Pentafluorobenzene" #Trimetilflurobenzen" Vacuum pump NEG Concentrator Internal Standards probe Portable GC-MS

12 ILGC-MS con porta odorimetrica Odour " detection port" Manual" marker" A b u n d a n c e T IC : M R 7 5.D TIC T im e - - > A b u n d a n c e 3.2 e S ig n a l: M R 7 5. D \ A I B 2 B. C H ODP 3 e e e e e e e e e e e T im e - - >

13 Campionamento Analisi

14 BANANA " Syndrome" Anything" Build Absolutely Nothing Anywhere Near Anyone"

15 Metodi di Misura! Analitici! GC-MS!! Metodi Colorimentrici!! Multi Gas! Monitors! MIXED! Electronic! nose!! GC-MS! ODP! Sensoriali! Olfattometria! Dinamica!! Field Assessment! e.nose campi di applicazione:! Valutazione dell impatto da odori mediante la misura delle esposizioni! Classificazione delle sorgenti di odori! Misura della concentrazione, durata e frequenza degli odori! Misura delle emissioni odorigene!

16 Architettura di un Naso Elettronico! Naso! Cervello! Memory! Sampling! Chamber! Sensors! Acquisition! Data processing! system! Reports! Adattato da Gardner and Bartlett (1994)!

17 Obiettivi della ricerca! Progettazione di una nuova generazione di naso elettronico! Monitoraggio ambientale in continuo;! Alta sensibilità agli odori;! Elevata frequenza di rilevamento! Autocontrollo della Misurazione!

18

19 Architettura seedoa! Brain! Signal Processing! Pattern Recognition! Measurement Validation! seedoa! Nose! Narice 1! Narice 2! Filtro! Unspecific Sensors (US)! Specific Sensors (SS)! Control Sensors (CS)! Pompa!

20 Outline! Criteri di Progettazione della camera di flusso! Sensori! Elaborazione e validazione dei dati! e.nose training! Prove in campo!

21 La camera di flusso!

22 Camera di flusso!

23 Camera di Flusso seedoa!

24 Criteri di progettazione! Computational Fluid Dynamics (CFD)!

25 Camera di Flusso seedoa! Computational Fluid Dynamics (CFD)! Teflon! Chamber! D1! D2! Diffusor! FLOW 3D! D3! D4!

26 Sensori!

27 Tipologie di Sensori! Conducting Polymer Sensors (CPS).! Sensori Acustici! Quartz crystal Microbalance (QCM)! Surface Acoustic Wave (SAW)! Metal Oxide Semiconductors (MOS)! (Dutta et al. 2013)!

28 Funzionamento di un sensore! Chemically! Sensitive layer! Trasduttore! Sostanze odorigene! Output!

29 Odor Detect Sensors (ODS)! TGS 822! Organic Solvent Vapors! S 1! S 4! TGS 2611! Methane! TGS 880! Alcool and water vapors! S 2! S 5! TGS 2602! Air Contaminants! TGS 842 Methane! S 3! S 6! TGS 2620! Solvent Vapors! TGS 826! Ammonia! SS 1! SS 2! TGS 825! Hydrogen Sulfide! Unspecific Sensors (S)! Specific Sensors (SS)! Narice! Odor Detect Sensors (ODS)!

30 Schema seedoa! Unspecific Sensors (S)! Specific Sensors (SS)! Odor Detect Sensors (ODS)! Control Sensors (CS)! S 1! S 2! S 3! SS 1! CS 1! S 1! S 2! S 3! S 4! S 5! S 6! SS 2! CS 2! S 4! S 5! S 6! 8 ODS + 2 CS! 8 ODS + 2 CS! Narice 1! Narice 2!

31 seedoa e.nose!

32 Signal Processing (Brain)!

33 (Dutta et al. 2013)! Signal Processing!

34 Pre-Processing!

35 Multivariate data processing! (Dutta et al. 2013)!

36 Data Check Procedure! Check! Processing! Acquisition! Narice 1! Brain! Narice 2! (OC 1 ; Co 1 )! (OC 2 ; Co 2 )! Chamber Check: Temperature and Humidity in the range! Class Check: OC = OC 1 = OC 2 = Source! OC - Odour Class! Co - Odour Concentration! Concentration Check: Co = if ( Co 1 Co 2 /min(co 1, Co 2 ) < SV; (Co 1 Co 2 )/2)!

37 enose training!

38 Sampling Points at Salerno WWTP! Salerno WWTP! ID sampling point! P1 grit! P2 primary sedimentation! P3 sludge thickening! P4 background! P4! P3! P1! P2! Odourless (P4)! Odour from source (P1;P2;P3)! PE! m 3 /h!

39 Programma di Campionamento! Punti di campionamento: n. 3 odour sources n. 1 odorless air Frequenza: 2 volte a settimana Durata: 4 mesi Campionamento: Nalophan Bag Vacuum Pump Campioni prelevati: 96 odour (32 x sorgente); 32 odorless!

40 Concentrazione di Odore! Punti di campionamento: n. 3 odour sources Frequenza: 1 volta a settimana Durata: 4 mesi Misura: Dynamic Olfactometry T08 Ecoma (EN 13725:2003) Dataset: 48 odour samples (16 x source);!

41 Caratterizzazione degli odori (Olfattometria Dinamica)! 1800 OU/m 3! 650 OU/m 3! 150 OU/m 3!

42 Data processing e riconoscimento degli odori! Principal Component Analysis (PCA)! Linear Discriminant Analysis (LDA)!

43 Partial Least Square (PLS)!

44 Validazione in sito!

45 Monitoring by e.nose! P1! P2! P3!

46 Dispersione!

47 Conclusions!

48 Conclusioni! Duplicazione e controllo della misurazione Capacità di distinzione degli odori Elevata sensibilità alle basse concentrazioni Autovalidazione!

49 Work in progress! Studio degli effetti di deriva Ottimizzazione delll auto calibrazione Correlazione con i parametri di processo Sanitary Environmental Engineering Division!

50 ing. Vincenzo Naddeo Sanitary Environmental Engineering Division (SEED) Dipartimento di Ingegneria Civile Università degli Studi di Salerno e.mail: - Tel: !

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