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　　工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體光學(xué)檢測儀器設(shè)備工程化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用
　　編者按
　　1月16日，中國科學(xué)院2020年度工作會議在京召開。循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，新一代工業(yè)菌種的創(chuàng)制及應(yīng)用，海洋工程重腐蝕防護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用，工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)及產(chǎn)業(yè)化，超快激光微加工裝備及應(yīng)用，物流智能分揀裝備系統(tǒng)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，泥石流災(zāi)害預(yù)判與綜合防控關(guān)鍵技術(shù)，馬鈴薯化肥農(nóng)藥減施增效技術(shù)研究、產(chǎn)業(yè)化與科技扶貧，中國科學(xué)院南京分院科技合作與成果轉(zhuǎn)化等9個項目團(tuán)隊捧得2019年度“科技促進(jìn)發(fā)展獎”。他們背后的技術(shù)應(yīng)用，都是一股股促進(jìn)社會發(fā)展的不竭動力。本報設(shè)立“科技促進(jìn)發(fā)展獎”系列專欄，選取其中的典型，呈現(xiàn)他們“面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場”所付出的汗水和努力。
　　數(shù)九寒冬，在甘肅定西招金礦幾十米高的高塔上，裹著三件羽絨服調(diào)試儀器設(shè)備；三伏酷暑，在海螺水泥上千攝氏度的高溫窯室旁，汗流如注地執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)……寒來暑往，近幾年項目團(tuán)隊成員追夢的足跡已經(jīng)走遍了全國20多個省市的工業(yè)園區(qū)。
　　在1月16日召開的中國科學(xué)院2020年度工作會議上，來自中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的這支團(tuán)隊獲得2019年中國科學(xué)院“科技促進(jìn)發(fā)展獎”表彰，前不久，他們還摘得了2019年度國家科技進(jìn)步獎二等獎。
　　“我們開辟了一個又一個惡劣復(fù)雜現(xiàn)場的成功應(yīng)用案例?！表椖繄F(tuán)隊帶頭人、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長劉建國告訴《中國科學(xué)報》，團(tuán)隊所研發(fā)的工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)在儀器設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性和長期運(yùn)行穩(wěn)定性方面，已經(jīng)超過行業(yè)同類設(shè)備，達(dá)到國際先進(jìn)水平。
　　瞄準(zhǔn)園區(qū)環(huán)境監(jiān)測需求
　　自2007年以來，我國工業(yè)園區(qū)數(shù)量開始呈現(xiàn)井噴式增長，同時，園區(qū)有毒有害氣體的環(huán)境風(fēng)險也日益凸顯，工業(yè)園區(qū)的環(huán)境監(jiān)測和有效管理拉響警報。
　　劉建國向《中國科學(xué)報》介紹道，傳統(tǒng)的現(xiàn)場采樣、離線分析方法，無法連續(xù)監(jiān)測園區(qū)污染；固定（點）污染源排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，無法全方位監(jiān)測無組織（面源）污染排放；地面監(jiān)測設(shè)備無法全過程監(jiān)測園區(qū)排放強(qiáng)度以及區(qū)域輸送規(guī)律。
　　十多年前，劉建國就敏銳地察覺到國家對園區(qū)有毒有害氣體監(jiān)測的重大需求。
　　“當(dāng)年，我國新興的監(jiān)測儀器市場被國外設(shè)備所占領(lǐng)，國產(chǎn)儀器設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性亟須提高?！眲⒔▏嬖V《中國科學(xué)報》，“而光學(xué)監(jiān)測技術(shù)具有測量范圍寬、檢測靈敏度高、反應(yīng)速度快等特點，可以實現(xiàn)快速、多組分非接觸式遙測，其檢測精度已接近質(zhì)譜色譜技術(shù)，是未來有毒有害氣體在線監(jiān)測技術(shù)的主要發(fā)展方向。”
　　在國家“863”計劃重點項目、國家科技支撐計劃等項目的支持下，他開始帶領(lǐng)團(tuán)隊開展工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)的研究工作。
　　項目團(tuán)隊瞄準(zhǔn)工業(yè)園區(qū)污染來源識別、污染總量監(jiān)控、污染應(yīng)急預(yù)警等技術(shù)需求，突破了高溫、復(fù)雜組分下的光譜數(shù)據(jù)庫及分析方法，以及惡劣工業(yè)環(huán)境條件下的光譜信號測量與處理等關(guān)鍵技術(shù)難點，通過系統(tǒng)集成自主研發(fā)的有毒有害氣體光學(xué)監(jiān)測方法、光譜數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、光譜分析軟件系統(tǒng)，結(jié)合大氣痕量氣體成分衛(wèi)星反演算法軟件，形成了一套工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體光學(xué)監(jiān)測整體解決方案，實現(xiàn)了“點—線—面—區(qū)域+移動監(jiān)測”四位一體的全方位光學(xué)監(jiān)測。
　　“沒有條件就創(chuàng)造條件”
　　“工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體監(jiān)測面臨惡劣環(huán)境條件的巨大影響，在國際上也缺乏成熟的解決方案?！眲⒔▏榻B說，尤其是國際上尚無成熟的高溫多組分光譜數(shù)據(jù)庫可以直接借鑒。
　　為此，項目團(tuán)隊通過專門設(shè)計的工業(yè)環(huán)境高溫氣體光譜參數(shù)精準(zhǔn)測量裝置，精確測量了60余種有毒有害氣體在高溫下（100～1500℃）的吸收光譜，并建立和完善了包含300余種有機(jī)和無機(jī)成分的光譜數(shù)據(jù)庫。
　　項目研發(fā)過程中還存在另一個技術(shù)難點：高溫、高濕、高粉塵、高振動、易燃易爆等復(fù)雜惡劣環(huán)境條件下的光譜應(yīng)用。為了消除高溫高粉塵的影響，團(tuán)隊設(shè)計了收發(fā)一體式光學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)；為了解決易燃易爆問題，團(tuán)隊設(shè)計了全光纖信號傳輸裝置，為了克服高振動的擾動，團(tuán)隊設(shè)計了雙臂掃擺式干涉儀結(jié)構(gòu)。
　　盡管如此，在應(yīng)用示范中，惡劣的工業(yè)現(xiàn)場使用環(huán)境還是給儀器安裝調(diào)試帶來了極大的挑戰(zhàn)。
　　劉建國回憶道，在四川普光氣田監(jiān)測現(xiàn)場，所有的儀器設(shè)備安裝點都在群山峻嶺之中，由于盤山路狹窄且極為陡峭，遇雨天道路濕滑，施工車輛無法進(jìn)入，常常需要沿盤山路行走數(shù)小時才能將儀器運(yùn)送到安裝現(xiàn)場?！白罱K，我們團(tuán)隊通過肩挑背扛的方式，將100多套儀器全部安全運(yùn)送到安裝點位?！?br/>　　另外，安裝現(xiàn)場的每條隧道長度都是公里級，項目團(tuán)隊需要在隧道的一端安裝激光發(fā)射裝置后，再背負(fù)幾十斤重的設(shè)備步行至隧道另一端安裝接收裝置，而隧道中沒有任何訊號，給調(diào)試增加了諸多不便。
　　“沒有條件就創(chuàng)造條件。通過默契配合，我們團(tuán)隊完成了儀器的安裝、維護(hù)、巡檢工作?！眲⒔▏f，“自儀器安裝后，已連續(xù)無故障運(yùn)行了6年多的時間，圓滿完成了天然氣泄漏檢測的任務(wù)。”
　　大展拳腳的舞臺
　　當(dāng)前，國家生態(tài)環(huán)境部要求園區(qū)建設(shè)有毒有害氣體環(huán)境風(fēng)險預(yù)警體系，并出臺了《有毒有害氣體環(huán)境風(fēng)險預(yù)警體系建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（征求意見稿）》。
　　這對劉建國團(tuán)隊來說，可謂提供了大展拳腳的舞臺。
　　2012年，隨著國家園區(qū)有毒有害氣體環(huán)境風(fēng)險預(yù)警體系建設(shè)試點工作的開展，項目團(tuán)隊研發(fā)的工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)先后在水泥、石化、鋼鐵冶金、煤化等企業(yè)，以及山東京博化工園區(qū)、揚(yáng)州化工園區(qū)、甘肅慶陽石化園區(qū)、四川普光氣田天然氣傳輸隧道及站場等工業(yè)現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。
　　隨著我國工業(yè)園區(qū)集約化發(fā)展和“退城入園”工作的推進(jìn)，現(xiàn)實對工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)提出了“數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、響應(yīng)更加及時、覆蓋更為全面、儀器更加穩(wěn)定”的新要求。
　　自2019年始，生態(tài)環(huán)境部要求河北、山東、江蘇、廣東、青海和寧夏6個試點省份全面推進(jìn)園區(qū)有毒有害氣體環(huán)境風(fēng)險預(yù)警體系建設(shè)，其他省份要選取2至3個園區(qū)開展預(yù)警體系建設(shè)試點。
　　“我國工業(yè)園區(qū)的環(huán)境風(fēng)險預(yù)警體系建設(shè)剛起步，對園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場監(jiān)測先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備有巨大的需求，這也為項目未來的推廣應(yīng)用提供了廣闊前景。”劉建國滿懷希望。
　?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2020-01-17 第3版 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化）