Electronic noses for environmental monitoring applications

Electronic nose applications in environmental monitoring are nowadays of great interest, because of the instruments’ proven capability of recognizing and discriminating between a variety of different gases and odors using just a small number of sensors. Such applications in the environmental field include analysis of parameters relating to environmental quality, process control, and verification of efficiency of odor control systems. This article reviews the findings of recent scientific studies in this field, with particular focus on the abovementioned applications. In general, these studies prove that electronic noses are mostly suitable for the different applications reported, especially if the instruments are specifically developed and fine-tuned. As a general rule, literature studies also discuss the critical aspects connected with the different possible uses, as well as research regarding the development of effective solutions. However, currently the main limit to the diffusion of electronic noses as environmental monitoring tools is their complexity and the lack of specific regulation for their standardization, as their use entails a large number of degrees of freedom, regarding for instance the training and the data processing procedures

Applications and Advances in Electronic-Nose Technologies

Electronic-nose devices have received considerable attention in the field of sensor technology during the past twenty years, largely due to the discovery of numerous applications derived from research in diverse fields of applied sciences. Recent applications of electronic nose technologies have come through advances in sensor design, material improvements, software innovations and progress in microcircuitry design and systems integration. The invention of many new e-nose sensor types and arrays, based on different detection principles and mechanisms, is closely correlated with the expansion of new applications. Electronic noses have provided a plethora of benefits to a variety of commercial industries, including the agricultural, biomedical, cosmetics, environmental, food, manufacturing, military, pharmaceutical, regulatory, and various scientific research fields. Advances have improved product attributes, uniformity, and consistency as a result of increases in quality control capabilities afforded by electronic-nose monitoring of all phases of industrial manufacturing processes. This paper is a review of the major electronic-nose technologies, developed since this specialized field was born and became prominent in the mid 1980s, and a summarization of some of the more important and useful applications that have been of greatest benefit to man

Low cost artificial noses with communication and collaboration capabilities

An artificial nose sensor network has been successfully installed and used for monitoring a biodiesel plant for two years. The network is composed of different low-cost artificial noses distributed in several locations of the factory. Changing or adding noses during this time was possible, demonstrating that the system is modular and flexible. Communications stabilized by serial cables have been operating continuously without failure, as it has also made the data acquisition program except for some outages, being these external to the system. This work describes the main features found in the signals recorded by the artificial noses during loading task, leak and routine events, including inactivity periods. A set of automatic classification experiments based in support vector machine (SVM) classifiers (a generic one (SVM), a cross validation SVM (CSVM), an autoregressive kernel SVM (ARSVM) and a dynamic systems kernel SVM (DSVM)) have been developed for five different event types at two sampling rates. Different variables depending on the classifier have been sweep to find their best values: for SVM gamma, cost and tolerance and for CSVM ARSVM and DSVM only tolerance. Artificial noses have noise, drift and also history-dependent sensitivity, so the defined environment is complex. Nevertheless, for almost all events, the classifiers reach a 75% of detection or higher. The results reported in this work show that these noses can detect leak and routine events in the plant. Furthermore, continuous monitoring seem to indicate that low-cost artificial noses can be used to characterize the activity of the plant in a non-invasive manner, suggesting new uses for machine olfaction

Air Quality Monitoring, Assessment and Management

Human beings need to breathe oxygen diluted in certain quantity of inert gas for living. In the atmosphere, there is a gas mixture of, mainly, oxygen and nitrogen, in appropriate proportions. However, the air also contains other gases, vapours and aerosols that humans incorporate when breathing and whose composition and concentration vary spatially. Some of these are physiologically inert. Air pollution has become a problem of major concern in the last few decades as it has caused negative effects on human health, nature and properties. This book presents the results of research studies carried out by international researchers in seventeen chapters which can be grouped into two main sections: a) air quality monitoring and b) air quality assessment and management, and serves as a source of material for all those involved in the field, whether as a student, scientific researcher, industrialist, consultant, or government agency with responsibility in this area

Strumentazione multisensore selettiva per il monitoraggio in continuo degli odori nel settore ambientale

2010 - 2011L’odore indotto dall’esercizio degli impianti di ingegneria sanitaria ambientale è ritenuto la causa principale di disturbo che la popolazione residente nelle vicinanze avverte. Sebbene alle emissioni odorigene sia solo raramente associato un reale rischio tossicologico-sanitario, sia per la natura raramente pericolosa degli odoranti che per le concentrazioni generalmente molto basse, nell’immaginario collettivo, ai cattivi odori si associano spesso condizioni di “non salubrità” dell’aria; anzi, molte volte ad essi si attribuisce una valenza superiore rispetto a quella di inquinanti più pericolosi, ma non direttamente percepiti dai nostri sensi. E’ stata, quindi, da tempo avvertita la necessità di monitorare la qualità dell’aria in relazione ai livelli ambientali di odore. Tuttavia, la particolare e complessa natura delle sostanze responsabili dell’impatto odoroso, la loro variabilità, nel tempo ed in riferimento alle condizioni meteoclimatiche, e la soggettività della percezione olfattiva, sono fattori che ne ritardano la regolamentazione. La misura degli odori costituisce un problema di difficile soluzione, in quanto, non è facile ricavare una misura oggettiva della quantità di odore che definisca limiti tali da contenere le molestie di natura olfattiva. Ne consegue, pertanto, la necessità di approfondite attività sperimentali, da parte del mondo tecnico scientifico, per la quantificazione oggettiva delle emissioni odorigene prodotte dalle diverse tipologie di sorgenti ed, in particolare, dagli impianti di ingegneria sanitaria ambientale, vista la loro crescente diffusione in questi ultimi anni, associata ad un contemporaneo aumento delle attività di protesta da parte dei residenti circostanti. I metodi presenti attualmente allo stato dell’arte nella letteratura scientifica per la misura degli odori si raggruppano in 3 classi: metodi sensoriali (olfattometria dinamica, questionari sociologici ed investigazioni di campo); metodi analitici (gascromatografia/ spettrometria di massa, fiale colorimetriche e rilevatori multigas); senso – strumentali (GC/MS con porta ODP, naso elettronico). I metodi sensoriali considerano la miscela nel suo insieme, indipendentemente dai singoli componenti al contrario delle tecniche analitiche. I sistemi misti, invece, sono di recente sperimentazione ed applicazione nell’ambito dell’ingegneria sanitaria ambientale. Tra questi ultimi, notevole importanza sta assumendo l’utilizzo del naso elettronico, uno strumento in grado di caratterizzare e memorizzare l’impronta olfattiva di una miscela odorosa ed offrire il vantaggio sostanziale di poter effettuare misure in continuo rispetto agli altri metodi. Pur evidenti, le enormi potenzialità nella misura e monitoraggio degli odori tramite naso elettronico, fino ad oggi risultano poche le applicazioni reali e gli utilizzi in campo ambientale. L'attenzione del mondo scientifico è, pertanto, volta conseguentemente all’implementazione di nuovi sistemi che permettano il monitoraggio in continuo degli odori. In questo senso si è innestata l’attività di ricerca svolta, che dà allo stato dell’arte dei sistemi di misura in continuo degli odori un sostanziale contributo, attraverso la progettazione e realizzazione di una strumentazione multisensore innovativa. In particolare, il lavoro è stato affrontato chiarendo anzitutto i problemi connessi alla determinazione degli odori ed ai fattori che ne determinano la soggettività. Quindi, sono state passate in rassegna tutte le tecniche di campionamento e quantificazione degli odori ad oggi conosciute. Le attività sperimentali, invece, svolte applicando in campo direttamente un naso elettronico hanno evidenziato le problematiche presenti, legate principalmente alle interferenze delle condizioni atmosferiche (temperatura, umidità) con i sensori chimici, al fenomeno di “deriva” dei sensori e l’assenza di procedure standardizzate per la fase di addestramento, acquisizione ed elaborazione dei dati. Il naso elettronico è stato testato, con riferimento all’utilizzo, con prove in laboratorio e direttamente applicato in campo presso il centro di trattamento rifiuti solidi urbani di Habay-la-Neuve (Belgio). Alla luce dell’attività sperimentale svolte con il naso elettronico è stata progettata e realizzata una strumentazione multisensore selettiva per il monitoraggio in continuo degli odori nel settore ambientale, denominata seedOA® (Sanitary environmental electronic device for odour application). Gli aspetti di particolare innovatività della strumentazione brevettata riguardano il numero e la tipologia dei sensori utilizzati, specificamente individuati per gli impianti di ingegneria sanitaria ambientale, la progettazione fluidodinamica della camera di misura. Tali innovazioni sono state realizzate curando la nuova strumentazione anche in riferimento ai potenziali aspetti commerciali quali: la robustezza, le ridotte dimensioni, la facile trasportabilità, l’affidabilità e la semplicità di utilizzo che ne fanno prevedere una possibile diffusione. La strumentazione, in particolare, impiega una matrice di 12 sensori di gas ad ossidi metallici semiconduttori aspecifici e 2 specifici, collocati all'interno della camera di misura. I sensori scelti hanno caratteristiche tali da avere elevata efficienza nel settore ambientale. La camera di misura è stata progettata ottimizzando il percorso del flusso di gas in entrata ed in uscita, attraverso la realizzazione di un diffusore posto al centro della camera, mediante uno studio fluidodinamico. L’attività di ricerca si è poi completata con la definizione di una procedura integrata innovativa specificamente rivolta al monitoraggio degli odori prodotti dagli impianti di ingegneria sanitaria ambientale. Le attività svolte hanno consentito la validazione del modello. [a cura dell'autore]X n.s

Sustainable Smart Cities and Smart Villages Research

ca. 200 words; this text will present the book in all promotional forms (e.g. flyers). Please describe the book in straightforward and consumer-friendly terms. [There is ever more research on smart cities and new interdisciplinary approaches proposed on the study of smart cities. At the same time, problems pertinent to communities inhabiting rural areas are being addressed, as part of discussions in contigious fields of research, be it environmental studies, sociology, or agriculture. Even if rural areas and countryside communities have previously been a subject of concern for robust policy frameworks, such as the European Union’s Cohesion Policy and Common Agricultural Policy Arguably, the concept of ‘the village’ has been largely absent in the debate. As a result, when advances in sophisticated information and communication technology (ICT) led to the emergence of a rich body of research on smart cities, the application and usability of ICT in the context of a village has remained underdiscussed in the literature. Against this backdrop, this volume delivers on four objectives. It delineates the conceptual boundaries of the concept of ‘smart village’. It highlights in which ways ‘smart village’ is distinct from ‘smart city’. It examines in which ways smart cities research can enrich smart villages research. It sheds light on the smart village research agenda as it unfolds in European and global contexts.

ESSE 2017. Proceedings of the International Conference on Environmental Science and Sustainable Energy

Environmental science is an interdisciplinary academic field that integrates physical-, biological-, and information sciences to study and solve environmental problems. ESSE - The International Conference on Environmental Science and Sustainable Energy provides a platform for experts, professionals, and researchers to share updated information and stimulate the communication with each other. In 2017 it was held in Suzhou, China June 23-25, 2017

Integrated Waste Management

This book reports research on policy and legal issues, anaerobic digestion of solid waste under processing aspects, industrial waste, application of GIS and LCA in waste management, and a couple of research papers relating to leachate and odour management