ניתוח הבזבוז של On-Site Waste Analysis

בזבוז - תהליך זיהוי וזיהוי החומרים הקיימים בזרם פסולת - היה באופן מסורתי מאמץ מרכזי במעבדה.דגימות נאספו, נשלח למתקן, יבש, קרקע וניתח במשך שעות או ימים. בתחום, עיכוב זה משמעו פספס הזדמנויות להתאמות מיידיות תהליך, שיקום יעיל של פסולת, למשל, לא יכול לעצור את קו ההמתנה שלה לתוצאות מעבדה, דורש ירידה של פסולת חומר ניקוי יעיל, אפילו טוהר יעיל, כמו גם טיהור יעיל של פסולת, החלת חומר שיקום יעיל, וסיכון של פסולת, החל מנקה, החל מנקה, 000.

קרוב ל-NIR (spectroscopy) התגלתה ככלי רב עוצמה לזיהוי חומרים מהיר, לא הרסני.כאשר מכשירים מיניורינג וקשוח לשימוש בשטח, מכשירים NIR יכולים לספק את אותה תובנה ברמה מעבדה בשניות, ישירות בנקודה של דור פסולת או עיבוד.פיתוח מכשירים ניידים NIR עבור בזבוז שדה אינו רק הנדסה; הוא פונקציה קריטית בבקבוק מבצעי קריטי בתוך צוואר הרחם הזה, לחקור את האתגרים הטכניים של המבנה הנוכחי.

המדע שמאחורי NIR Spectroscopy עבור חומרי פסולת

NIR spectroscopy מודד את הקליטה של אור בטווח 780-2500 Nm גל אורכי תרכובות אורגניות - תרכובות אורגניות, צלולוז, ליפופים וחלבונים - להקות ספיגה אופייניות אקסביט עקב גוונים ושילובים של רטטים מולקולריים בסיסיים (C-H, O-H, N-H), אגרות חוב של חומר, כמה גל אור נספגים נספגים, ומזהיר את טביעת הרגל שונה של צבע מתכתיפטים, או "לקט" (pic) בין סוג זה יכול לשמש צבע מתכתיפטים, אפילו ספקטרום של צבע מתכתיפטים, PPT) של צבע מתכתיפטים, אפילו ספקטרום של צבע מתכתיפטים, PPT (pic) של צבעומים, PPE, PPE, אפילו ספקטרום של צבעומים, P.

באופן קריטי, NIR הוא לא הרסני ודורש הכנה מדגם. מכשיר NIR נייד ניתן להצביע על ערימה של פסולת, חגורת העברה, או אוסף בן ולהחזיר סיווג חומר בתוך שניות.מהירות זו ונוחות להפוך אותו אידיאלי עבור פריסת שדה.עם זאת, הפיזיקה של NIR גם מטילה מגבלות: הטכניקה היא רגישה פני השטח (הוא רק מזחלת כמה העליון), ומחייב את זה בצורה הטובה ביותר, עיבוד כהה, או לא סביר, אנו יכולים לספוגים, כמו גם עיבוד כלי נגינה, או עיבוד כהה.

יתרונות מרכזיים של אלקטרוניקה NIR על שיטות מבוססות מעבדה

בעוד מעבדה Fourier-Transform Infrared (FTIR) או מערכות Hyperspectral NIR לספק פתרון ספקטרלי מעולה, הם יקרים, מסיביים, שבריריים.מכשירים ניידים NIR לסחור כמה פתרון ספקטרלי בגודל, rחוסנות, ופשטות תפעולית, אבל ה- Trading-off הוא קטן יותר ויותר. המודרנית NIR spectrometers, כגון אלה המבוססים על MEMS (Micro-S) פתרונות NPT-me-me סטנדרטיים של פילטרים 8.

היתרונות העיקריים הם:

  • (FLT:0Speed:03:03:03:03:1) ניתוח לוקח שניות, לא שעות מפעילי שדה יכולים לסרוק מספר נקודות בעומס ולקבל הרכב הממוצע מיד.
  • (FLT:0) חיסכון משותף: 1.FLT:1 מבטל משלוח ועלויות מעבדה.אפילו ירידה צנועה בניתוח מעבדה יכול לשלם עבור מכשיר NIR נייד בתוך חודשים.
  • (ב) קבלת ההחלטות של ה-FLT:0) על-החלק: קבלה של 1(FLT:1), קבלת טעינה, מיון התאמות, בדיקות תאימות מתרחשות בזמן אמת.
  • (FLT:0) ,Scalability: 1FLT) ניתן לפרוס יחידות מרובות בנקודות שונות לאורך זרם פסולת (קבלה, מיון, בקרת איכות) ללא בניית יכולת מעבדה נוספת.
  • (FLT:0) חשיפה לפסולת: FLT:1 מפעילי יכול לנתח חומרים מרחוק בטוח, צמצום מגע עם פסולת מסוכנת או זיהומית.

בדיקות טכניות לפיתוח מכשירים ניידים NIR

תכנון מכשיר NIR נייד עבור שפכים של פסולת שדה דורש איזון ביצועים, גודל, צריכת חשמל ועמידות. להלן אנו בודקים את תת-מערכת הליבה שיש צורך להיות מונדס בקפידה.

המונחים: Optical Components

הלב של כל ספקטרומטר NIR הוא הפיזור או סינון אלמנט מעבדה מסורתי להשתמש גרורות דיפרקציה עם מראות מסתובבים או מדפרומטרים. עבור ניידות, יצרנים פיתחו חלופות קומפקטיות:

  • (FLT:0) סורק סריקה מבוסס-MEMS: ההרחבה 1 (ראה זעירה) מראה זעירה, oscillates לסרוק את הספקטרום על גלאי קבוע.גישה זו מציעה פתרון טוב (8-12 nm) בחבילה בגודל של כרטיס אשראי.
  • (FLT:0)פילטרים משתנים (LVF): irFLT:1 ⁇ מסנן ⁇ ממוקם על מערך גלאי ליניארי.כל פיקסל רואה אורכי גל מעט שונה, ומאפשר מבט שלם להיות נתפס בנורה אחת.
  • (FLT:0) ספקטרום המסכות של ה-Hdamard:03FLT) 1 השתמש במערך מיקרו-הערצה בעל תכנות כדי לקודד תבניות מרחביות, המאפשרות מספריות ועלייה יחס אות לרעש בצורת קומפקטית.

בחירת הארכיטקטורה הנכונה תלויה בחומרי היעד, ברזולוציה הנדרשת ובמגבלות עלות.עבור הפלסטיסטיקים של פסולת, החלטה של 10-15 nm מעל 900-1700 nm (אזור "גל קצר" (RIR) הוא לעתים קרובות מספיק.עבור חומרים מאתגרים יותר כמו פלסטיק כהה צבע או מסובבים, טווח רחב יותר (עד 2500 nm) עשוי להיות נחוץ.

המונחים: Spectral Libraries

מכשיר NIR נייד הוא רק טוב כמו זרמי הדליפה שלו. שפכים הם heterogeneous ויכול לשנות עונתי, אזורי, ומקורו. לפתח ספרייה ספקטרלית חזקה המכסה פולימרים נפוצים (PE, PP, PET, PS, PVC, PA, PC), נייר / קרטון, טקסטיל, מתכות (למרות NIR לא יכול לזהות ישירות, לזהות מתכות זה יכול או ציפויים), הוא חיוני מזון).

מדרגות קיגל כוללות:

  • איסוף ספקטרום ההתייחסות מדגימות מאושרות או ידועות.
  • עיבוד באמצעות סטנדרטי variate (SNV), תיקון בסיס, וגזרה הופכת להפחתה של השפעות.
  • בניית מודלים של סיווג באמצעות ניתוח חלקי של ריבועים פחות ממקרינים (PLS-DA), תמיכה במכונות וקטור (SVM), או יותר גישות למידה עמוקות לאחרונה.
  • עדכון קבוע של הספרייה עם דגימות מקודמות שדה כדי ללכוד וריאציות עונתיות ואגדות.

אתגר אחד הוא כי קליברציה שפותחה על מכשיר מעבדה לא יכול להעביר ישירות למכשיר נייד עקב הבדלים ב דגימה ספקטרלית, פתרון, ותגובה גלאי. לכן, יש צורך למקם מכשירים ניידים באמצעות חומרת חומרתם, או שיטות העברה חזקות של קיליברציה יש להשתמש.

ניהול כוח

מכשירים שדה NIR חייבים לפעול לפחות יום עבודה מלא ללא קידוד.זה מטיל תקציבי חשמל קפדניים.מקור תאורה - באופן חד-משמעי מנורת halogen halogen או לייזר supercontinuum - במקום אופטימיזציה של מערכות כוח יותר.Newer להשתמש LEDs הדופק או halogen עם מסננים צר-bands, צמצום אנרגיה שואבת את ה-peraperaperatratretretretretretretretretretretretretretret מופעלת, במיוחד אם יש צורך ב-inated לחץ דם (מחץ) אבל צריך לקחת רק כדי להוסיף את ה-inated לחץ דם מוגבל יותר ויותר) כדי להוסיף את ה-to-to-to-to-to-to-totra-to-to-inated LEDs (מסלולארי) כדי להוסיף את ה-intextra-intro מופעל על ידי לוחמתקנן (מחדש) או לחץ דם גמישהרכב) אבל צריך להוסיף את ה-intro מופעל על ידי לוחמתיקים) מאשר לוחמתקנן (מתאים (מחדש) כדי להוסיף את ה-to-inated עומס) כדי להוסיף את ה-intro

בחירת סוללות היא גם קריטית. סוללות ליתיום-יון מציעות צפיפות אנרגיה גבוהה, אבל הם חייבים להיות מוגנים מפני over-temperature ונזק פיזי. חלק מהעיצובים משלבים ערכות סוללות חמות שעושות שימוש כדי לאפשר הפעלה אינסופית.

אזהרות והגנת הסביבה

סביבות פסולת שדה הן קשות.אבק, לחות, רטטים, טמפרטורות קיצוניות, ונשפיות כימיות נפוצים.מכשיר NIR נייד חייב לעמוד לפחות IP54 (אבק והתנגדות מתיז) החלון האופטי חייב להיות עשוי מחומר קשה, שריטה-resistant (sapphire או borosilicate זכוכית). המתחם צריך להיות מתוכנן כדי לנתק חום מן המנורה ואלקטרוניקה ללא עצירות פנימית, מצמדים, או מסטיק, הם מדביקים מעשיים.

כמה יצרנים מציעים "ערכת שדות" אופציונלית הכוללים שריד מגן כדי לחסום אור מסובך, אשר יכול להפריע במדידות NIR. אור Ambient עשוי לשנות את ספקטרום הבסיס ולהקטין את הדיוק, כך סביבת מדידה מבוקרת - אפילו מכסה פשוטה - מומלץ מאוד.

ציוד מסחרי סלולארי

כמה חברות כבר לייצר ספקטרום NIR מתאים לזיהוי חומרי.דוגמאות כוללות את סדרת ASD שדהSpec (כיום חלק מ- Malvern Panalytical), המיקרו-PHAZIR המדעי של Thermo, ו-Viavi MicroNIR, ואת האוקיינוס Insight NIRQuest + קו.עם זאת, מכשירים אלה נועדו לעתים קרובות עבור זיהוי כללי (חקלאות פרמצבטית,) ודורשים סטנדרטיים עבור צמחים כגון לא סדירים, אך הם באמת קיימים (למשל, כגון מינרלים מיוחדים), אך הם למעשה, אך הם לא קבועים, כגון: Tomacarremecremecremecremecreative) אך הם למעשה, אך הם למעשה, אך הם למעשה, אך הם למעשה, אך הם קיימים עבור תאים מיוחדים, אך הם למעשה, אך הם לא קבועים עבור תאים מיוחדים.

הפער בשוק הוא מכשיר מאוד מחוספס, באמת מעוות NIR מראש עבור חומרי פסולת נפוצים, עם ממשק משתמש אינטואיטיבי שאינו דורש מומחה ספקטרוסקופיה לפעול.זה מכשיר יהיה צריך לשלב העברת נתונים (Wi-Fi, Bluetooth, או תא) כדי להעלות תוצאות לפלטפורמת ענן עבור הפצת נתונים על פני אתרי סטארט-אפ רבים.

יישומים אמיתיים

תצורת הפסולת של אלקטרוניקה סלולארית אינה היפותטית.מצים מוקדמים פרסו אבטיפוס במספר תחומים:

  • (FLT:0) מתקני מחזור:FLT:1eurs בקרת איכות משתמשים NIR כדי לאמת טוהר bale. סריקה מהירה של פרצוף bale מגלה את אחוז חומר היעד לעומת זיהום.
  • (FLT:0Waste-to- Energyצמחים:FreaLT:1) מפעילי ניתוח פסולת נכנסת כדי להעריך ערך רב. NIR יכול לחזות את שיעור החומר האורגני, הפלסטיק והנייר, אשר תואם עם פלט אנרגיה.זה עוזר לייעל את תנאי הבעירה ולהזנה של התמזגות.
  • (FLT:0) בניית פסולת והריסה: FLT:1 באתר מיון של פסולת מעורבת (conete, Wood, מתכת, פלסטיק) הוא כוח עבודה-רגיש.
  • החוקרים משתמשים ב-NIR כדי לאפיין מיקרופלסטיקים בחופים, במשקעים, או בדגימות מים.הטבע הלא הרסני מאפשר לדידות חוזרות על אותה הדגימה.
  • (FLT:0Legacy Waste Management באתרי מקרקעין: ההרחבה 1:1) , ניתוח ליבות עם מכשיר NIR נייד יכול לספק תמונה מהירה של הבזבוז של צינורות קרקע ישנים, סיוע בתכנון תיווך או שחזור של אנרגיה מחקרים.

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

למרות היתרונות ברורים, כמה מכשולים נותרו לפני NIR נייד הופך ציוד סטנדרטי בכל מתקן פסולת.

  • (FLT:0)Sample heterogeneity:FearLT:1 Waste הוא לעתים נדירות אחיד. a יחיד סריקה מכסה רק אזור קטן. Mitigation: לסרוק מספר נקודות (למשל, דפוס רשת) וממוצע התוצאות, או להשתמש בעיצוב אופטי רחב של אב גדול המאיר נקודה גדולה יותר.
  • (FLT:0) התערבות מותנית: FLT:1 מים סופגים חזק באזור NIR, המסתתרים אותות אחרים.דגימות יבש לפני מדידה היא לא מעשיית בתחום. Mitigation: השתמש באלגוריתמים אשר תת-טרקטי או מודל התרומה מים, או להתמקד בשבריריים יבשים.
  • חומרים שחורים ואפלים: FLT:1 (פחמן סופג אור NIR כמעט לחלוטין, מה שהופך את זיהוי בלתי אפשרי. פריטים רבים פסולת הם שחור (פלסטיק שחור, צמיגים, טקסטיל כהה) מigation: לשלב NIR עם חיישנים אחרים כגון מצלמות צבע גלוי, ראמן spectroscopy, או LIBS (פירוק של ספקטרום מושרה) הם חיישנים פעילים.
  • (FLT:0)Calibration סחף:FLT:1ure טמפרטורה שינויים, מנורת ההזדקנות, והשפלה גלאי יכול לגרום ספקטרום להשתנות לאורך זמן. Mitigation: לשלב בדיקות התייחסות אוטומטיות (למשל, תקן ספקטרלי בנוי כי המכשיר לסרוק מעת לעת) ותוכנה כי דגלים תיקון צריך.
  • (FLT:0User Training:BuildFLT:1) עובדי שדה עשויים להיות לא מוכרים עם ספקטרוסקופיה. Mitigation: עיצוב ממשק "אור פנימי" - ירוק לחומר מקובל, צהוב לא בטוח, אדום עבור דחייה - עם צנצנת טכנית מינימלית. . הזנת תווית פשוטה (למשל, "PET", "Woods"s מספיק).

כיוונים עתידיים: AI, IoT, ו- Multi-Sensor Fusion

הדור הבא של מכשירים ניידים NIR יהיה חכם יותר ומחוברת יותר.על מודלים למידת מכונה יכול לסווג חומרים ב- מילימטריים מבלי לדרוש חיבור ענן.זה חשוב במיוחד באזורים מרוחקים עם כיסוי אינטרנטי גרוע.

יתר על כן, היתוך חיישן עם שיטות אחרות - ספקטרום רחב של ספקטרום, באמצע- infrared, Raman, או אפילו הדמיה תרמית ליד- infrared - ירחיב את טווח החומרים הניתנים לזיהוי. גישה רב-סנסורית "אף דיגיטלי" יכול לאפיין זרמי פסולת מורכבים עם דיוק גבוה.

קישוריות תאפשר העלאה של נתונים בזמן אמת.צי של מכשירים ניידים NIR המשמשים בכל רחבי מערכת איסוף הפסולת של העיר יכול ליצור מפה של זרימת חומרים, חשיפת נקודות חמות וקביעת מדיניות מידע. נתונים כאלה אינם ראויים לזרימת מחזור מחזור של לוגיסטיקה ומדידה מדדים כלכלה מעגלית.(Ellen MacArthur Foundation) https: s: ânellemacarationationration for this potential for this materials and Measure for the Nfoundation , and Measure for this material , and Measure , and Measure , and Measure , .org , to the , to the .

מגמה מבטיחה נוספת היא השימוש של מדעי האזרח.פשוט, נמוך NIR החזקות עבור טלפונים חכמים (למשל, SCiO Consumer spectrometer) נעשה שימוש במחקרים פיילוט כדי לזהות פלסטיק.בעוד דיוק נמוך ממכשירים ייעודיים, נתונים שמקורם המונים יכולים להשלים מעקב מקצועי בעלות נמוכה יותר. AEX שפורסם ב *Waste Management & Research* (זמין ב- [Sage8D) x/R.com com com com com com com com com com com com com com com com com עדכון)>

מסקנה

פיתוח מכשירים ניידים NIR עבור שפכים שדה הוא אתגר הנדסי רב-תכליתי עם הביקוש בשוק ברור.הטכנולוגיה בוגרת מספיק כדי לעבור מסקרנות מעבדה כלי שדה מעשי, אבל הצלחה מתפתלת על עיצוב זהיר כי עדיפות את האינטנסיביות, קלות השימוש, ודיוק מדויק של חומר פסולת כדי להשיג את החומרים הדרושים יותר ויותר.ההתכנסות של אופטיקה מצמצם, AI, כוח אלקטרוניקה נמוך עושה את הזמן הנכון עבור פריסה של כוח חיים, כמו גם כן, כמו ניהול חומרים פסולת.

עבור ארגונים בהתחשב באימוץ של NIR נייד, הנתיב קדימה כרוך הערכה של מכשירים זמינים נגד זרמי פסולת ספציפיים, פיתוח מודלים סטנדרטיים calibration עם דגימות ייצוגיות ייצוגיות, וצוות הכשרה על פרוטוקולים מדידה נכונה. בעוד שאף מכשיר אחד לא פותר את כל הצרכים של שפכים, מערכת NIR מעוצב היטב יכול לספק הטבות תפעוליות מיידיות וערך אסטרטגי לטווח ארוך.