Projekt 05997/01

Einsatz der künstlichen Nase zur kontinuierlichen Geruchsüberwachung bei Kompostwerken

Projektdurchführung

Technische Universität DarmstadtInstitut für Wasserversorgung, Abwassertechnik,Abfalltechnik, Umwelt- und Raumplanung (WAR)
Petersenstr. 13
64287 Darmstadt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Aufgrund der zunehmenden Problematik bezüglich Geruchsemissionen bei Kompostierungsanlagen ist es wichtig, eine Methode zur kontinuierlichen Erfassung zu finden, um so auf die Geruchsentstehung einwirken zu können und diese zu mindern. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es daher, eine künstlichen Nase bezüglich ihrer Eignung für den Einsatz zur punktuellen sowie kontinuierlichen Überwachung von Geruchsemissionen an Kompostwerken zu überprüfen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEine künstliche Nase ist ein Meßsystem, bestehend aus einer Messeinheit, die mit zwölf Metalloxid-Sensoren bestückt ist. Die Messeinheit ist mit einem Computer verbunden, auf dem die Erfassung der Daten und deren Verarbeitung mit verschiedenen multivariaten Analysen sowie einem Neuronalen Netz erfolgt. Die Funktionsfähigkeit der künstlichen Nase sollte überprüft und mit anderen Methoden zur Geruchsmessung verglichen werden. Grundlage der selbständigen Erkennung des Messgerätes war das Training eines Neuronalen Netzes mit olfaktometrisch bestimmten Daten. Das Training des Neuronalen Netzes der künstlichen Nase erfolgte in mehreren Schritten. Zuerst wurde mit olfaktometrisch bestimmten Probenahmebeuteln das Netz trainiert, um anschließend die Effizienz und Eignung des Netzes online auf einer Kompostierungsanlage zu überprüfen. Die Proben zum Training mit Probenahmebeuteln wurden von verschiedenen Teilen von Kompostierungsanlagen genommen, um Unterschiede oder Ähnlich-keiten der Anlagenteilen beurteilen zu können.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde festgestellt, dass der Einsatz der künstlichen Nase als Messgerät zur kontinuierlichen Geruchsüberwachung bei Kompostwerken möglich scheint.
Eingesetzt werden kann das Messgerät zur Mustererkennung. Bei bekannten charakteristischen Mustern von Anlagen können damit unbekannte Proben den emittierenden Stellen zugeordnet werden. Damit ist eine genaue Prozessüberwachung möglich, da die emittierenden Stellen ermittelt werden können.
Beim Vergleich der Sensorenverläufe der online Messungen mit den Messungen mit Probenahmebeutel wurden Unterschiede deutlich. Daraus ergeben sich zwei verschiedene Einsatzmöglichkeiten der künstlichen Nase. Zum einen kann die Probenahme mit Probenahmebeuteln erfolgen. Damit wird das Messgerät stationär im Messinstitut eingesetzt und kann so die herkömmliche Olfaktometrie und den Einsatz von Probanden ersetzten. Zum anderen ist der Einsatz des Geräts direkt auf einer Anlage möglich und dient damit zur kontinuierlichen Überwachung. Um dann die Unterschiede in den Sensorenverläufen aufgrund der Probenahme zu reduzieren, sollte das Neuronale Netz mit den Sensorenverläufen der online Überwachung trainiert werden. Die parallel zur kontinuierlichen Messungen gezogenen Proben werden weiterhin mit herkömmlicher Olfaktometrie analysiert und stehen danach dem Neuronalen Netz als Geruchsstoffkonzentrationen als Trainingswerte zur Verfügung.
Für ein effizientes Training des Neuronalen Netzes wird eine ausreichende und reproduzierbare Datenmenge benötigt. Mit der vorhandenen Datenmenge und der vorhandenen Neuronalen Netz Software konnte kein ausreichendes Training erreicht werden, um unbekannten Proben die richtige Geruchsstoffkonzentration zuzuweisen.
Bei dem Einsatz des Messgeräts auf den Anlagen muss die Empfindlichkeit des Messgeräts in Bezug auf Umgebungseinflüsse wie z.B. Luftfeuchtigkeit oder Schwankungen im Stromnetz beachtet werden. Damit ist das Messgerät nicht für einen kurzfristigen Einsatz auf den Anlagen geeignet, sondern sollte stationär verwendet werden.
Weiterhin sollte beachtet werden, dass die Messgenauigkeit der künstlichen Nase in hohem Maße von den Ergebnissen der Olfaktometrie und damit von dem Messgerät menschliche Nase abhängig ist, wel-che die Eingangswerte zum Training des Neuronalen Netz liefert. Daher muss schon bei der Probandenauswahl für die Olfaktometrie auf Qualitätssicherung geachtet werden, da die hier entstehenden Fehler Auswirkungen auf die Effizienz der künstlichen Nase haben.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

A. Bockreis, J. Jager: Einsatz einer künstlichen Nase zur kontinuierlichen Geruchsüberwachung von Kompostierungsanlagen. VDI Berichte 1373. VDI Verlag. Düsseldorf 1998
Bockreis, A.; Jager, J.: Kontinuierliche Geruchsüberwachung von Kompostierungsanlagen durch den kombinierten Einsatz von Sensoren und Neuronalen Netzen. 3. Dresdner Sensor-Symposium. Tagungshandbuch. Dresden 1997


Fazit

Es besteht ein Zusammenhang zwischen den Sensorenausschlägen einer künstlichen Nase und den Geruchsstoffkonzentrationen für einzelne Emissionssituationen. Somit ist es bei bestimmten Anlagenteilen oder Volumenströmen möglich, ein charakteristisches Muster möglich zu erzeugen. Die Zuordnung von unbekannten Immissionen durch den Vergleich der charakteristischen Muster wurde durchgeführt. Damit scheint ein Einsatz der künstlichen Nase als Immissionsmessgerät erfolgreich.