Att bevisa kriminella intriger kan vara svårt – till exempel när de inblandade i hemlighet släpper ut farligt avloppsvatten i avlopp. Ett nytt sensorsystem utvecklat av Fraunhofer-forskare och deras partners kan snart hjälpa säkerhetsbyråer att fastställa fel:placerat i en avloppskanal, den upptäcker relevanta ämnen och hjälper till att isolera och exponera förorenare.

Det finns alltid ett svart får, och industrin är inget undantag. Medan majoriteten av företagen tar hand om sitt avloppsvatten på rätt sätt, ett fåtal vill undvika de relaterade kostnaderna, så de släpper tyst och i smyg ut sitt farliga avloppsvatten i avloppskanalerna. I stort sett, Säkerhetsbyråer har för närvarande inga möjligheter att upptäcka den här typen av miljöbrott i bred skala – det skulle vida överskrida deras arbetskraftskapacitet. Men detta illegala avloppsvatten utgör stora utmaningar för operatörer av avloppsreningsanläggningar och kan till och med resultera i omsättning av de drabbade reningsdammar.

Upptäcka föroreningar i avloppsvatten

Ett nytt sensorsystem kan snart göra det lättare för säkerhetsbyråer att avslöja den här typen av brott. Tekniken utvecklades av forskare vid Fraunhofer Institutes for Integrated Circuits IIS och för Reliability and Microintegration IZM, tillsammans med sina partners i EU:s microMole-projekt. "Sensorsystemet är utformat för att upptäcka vissa ämnen som vanligtvis finns i påverkat avloppsvatten, " förklarar Dr Matthias Völker, gruppchef på Fraunhofer IIS. "Den består av två sensorkomponenter - fysiska sensorer och en kemisk sensor - samt ett energiledningssystem, ett kontroll- och kommunikationssystem och ett provtagningssystem." Om smutsigt avloppsvatten upprepade gånger orsakar problem vid avloppsreningsverk, säkerhetsmyndigheter kan undersöka avloppssystemet vid vissa punkter och, genom att ta flera mätningar, gradvis närma sig och i slutändan avslöja gärningsmannen.

För att ta måtten, en robot placerar tre ringar i avloppsröret. Den första ringen är placerad direkt framför det misstänkta företagets inlopp och den andra direkt bakom den. Båda ringarna är utrustade med en fysisk sensor för mätning av olika parametrar, såsom temperatur, pH och vattenledningsförmåga. De två ringarna kommunicerar trådlöst med varandra och jämför mätdata från sina sensorer. Olika mått kan bero på att farligt avloppsvatten har släppts ut från den aktuella byggnaden. Den tredje ringen, som är monterad en bit längre bak i avloppskanalen, är utrustad med en kemisk sensor och ett provtagningssystem. Om den andra ringen sänder en speciell signal, dessa system "vaknar". En mikropump drar ut några mikroliter av avloppsvattnet, späder ut det och kanaliserar det till kemikaliesensorn, som har sex elektroder som var och en är belagd med en speciell polymerbeläggning. Det unika med detta system är att dessa polymerskikt innehåller olika luckor som var och en har perfekt storlek för att rymma vissa föroreningar - ungefär som pusselbitar. När dessa föroreningar binder till polymerskiktet, deras elektriska kapacitet förändras, så när elektroderna känner av en sådan förändring, det tyder på att avloppsvattnet innehåller vissa föroreningar. Dock, detta kan inte användas som bevis i en domstol, så systemet tar också ett litet prov av avloppsvattnet som sedan kan testas noggrant för hand i labbet. För att den kemiska sensorn ska kunna användas för flera mätningar, en rengöringslösning spolar ut de fästa molekylerna igen efter varje mätning.

Sensorsystemet skapades i ett samarbete mellan flera forskningsinstitutioner och andra partners. Fraunhofer IIS-forskarna utvecklade elektroniken, sensormodulens signalinsamling och utvärdering, och systemets energiförsörjning. Deras kollegor på Fraunhofer IZM ansvarade för BUS-systemet på metallringen och för utformningen av de vattentäta kontakterna för de enskilda komponenterna och det vattentäta och kemikaliesäkra höljet. De miniatyriserade också de fysiska sensorerna.

Storskalig provkörning planerad

Komponenterna testades först individuellt i projektpartners labb, sedan allt tillsammans i ett konstgjort avloppssystem med riktigt avloppsvatten. I det tredje steget, olika komponenter testades i ett riktigt avloppsrör. De första resultaten är lovande:"Systemet upptäckte misstänkt avloppsvatten och utlöste ett motsvarande larm, sammanfattar Harald Pötter, avdelningschef på Fraunhofer IZM. Som en del av ett uppföljningsprojekt, Fraunhofer IZM-forskarna vill nu genomföra en storskalig testkörning av systemets fysiska sensorer med partners i fem europeiska städer.