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　　工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體光學(xué)檢測(cè)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(guó)科學(xué)院2020年度工作會(huì)議在京召開(kāi)。循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)開(kāi)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(chǎng)監(jiān)測(cè)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(guó)科學(xué)院南京分院科技合作與成果轉(zhuǎn)化等9個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)捧得2019年度“科技促進(jìn)發(fā)展獎(jiǎng)”。他們背后的技術(shù)應(yīng)用，都是一股股促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的不竭動(dòng)力。本報(bào)設(shè)立“科技促進(jìn)發(fā)展獎(jiǎng)”系列專欄，選取其中的典型，呈現(xiàn)他們“面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)”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(cè)任務(wù)……寒來(lái)暑往，近幾年項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員追夢(mèng)的足跡已經(jīng)走遍了全國(guó)20多個(gè)省市的工業(yè)園區(qū)。
　　在1月16日召開(kāi)的中國(guó)科學(xué)院2020年度工作會(huì)議上，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的這支團(tuán)隊(duì)獲得2019年中國(guó)科學(xué)院“科技促進(jìn)發(fā)展獎(jiǎng)”表彰，前不久，他們還摘得了2019年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
　　“我們開(kāi)辟了一個(gè)又一個(gè)惡劣復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用案例?！表?xiàng)目團(tuán)隊(duì)帶頭人、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長(zhǎng)劉建國(guó)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)在儀器設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性和長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性方面，已經(jīng)超過(guò)行業(yè)同類設(shè)備，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
　　瞄準(zhǔn)園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)需求
　　自2007年以來(lái)，我國(guó)工業(yè)園區(qū)數(shù)量開(kāi)始呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，同時(shí)，園區(qū)有毒有害氣體的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也日益凸顯，工業(yè)園區(qū)的環(huán)境監(jiān)測(cè)和有效管理拉響警報(bào)。
　　劉建國(guó)向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹道，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)采樣、離線分析方法，無(wú)法連續(xù)監(jiān)測(cè)園區(qū)污染；固定（點(diǎn)）污染源排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無(wú)法全方位監(jiān)測(cè)無(wú)組織（面源）污染排放；地面監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)法全過(guò)程監(jiān)測(cè)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(guó)就敏銳地察覺(jué)到國(guó)家對(duì)園區(qū)有毒有害氣體監(jiān)測(cè)的重大需求。
　　“當(dāng)年，我國(guó)新興的監(jiān)測(cè)儀器市場(chǎng)被國(guó)外設(shè)備所占領(lǐng)，國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性亟須提高?！眲⒔▏?guó)告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，“而光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)具有測(cè)量范圍寬、檢測(cè)靈敏度高、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)快速、多組分非接觸式遙測(cè)，其檢測(cè)精度已接近質(zhì)譜色譜技術(shù)，是未來(lái)有毒有害氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要發(fā)展方向?！?br/>　　在國(guó)家“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家科技支撐計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，他開(kāi)始帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的研究工作。
　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)工業(yè)園區(qū)污染來(lái)源識(shí)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(kù)及分析方法，以及惡劣工業(yè)環(huán)境條件下的光譜信號(hào)測(cè)量與處理等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)集成自主研發(fā)的有毒有害氣體光學(xué)監(jiān)測(cè)方法、光譜數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)整體解決方案，實(shí)現(xiàn)了“點(diǎn)—線—面—區(qū)域+移動(dòng)監(jiān)測(cè)”四位一體的全方位光學(xué)監(jiān)測(cè)。
　　“沒(méi)有條件就創(chuàng)造條件”
　　“工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體監(jiān)測(cè)面臨惡劣環(huán)境條件的巨大影響，在國(guó)際上也缺乏成熟的解決方案。”劉建國(guó)介紹說(shuō)，尤其是國(guó)際上尚無(wú)成熟的高溫多組分光譜數(shù)據(jù)庫(kù)可以直接借鑒。
　　為此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)專門設(shè)計(jì)的工業(yè)環(huán)境高溫氣體光譜參數(shù)精準(zhǔn)測(cè)量裝置，精確測(cè)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(wú)機(jī)成分的光譜數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中還存在另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：高溫、高濕、高粉塵、高振動(dòng)、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(duì)設(shè)計(jì)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(wèn)題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了全光纖信號(hào)傳輸裝置，為了克服高振動(dòng)的擾動(dòng)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(chǎng)使用環(huán)境還是給儀器安裝調(diào)試帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
　　劉建國(guó)回憶道，在四川普光氣田監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，所有的儀器設(shè)備安裝點(diǎn)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(wú)法進(jìn)入，常常需要沿盤山路行走數(shù)小時(shí)才能將儀器運(yùn)送到安裝現(xiàn)場(chǎng)。“最終，我們團(tuán)隊(duì)通過(guò)肩挑背扛的方式，將100多套儀器全部安全運(yùn)送到安裝點(diǎn)位?！?br/>　　另外，安裝現(xiàn)場(chǎng)的每條隧道長(zhǎng)度都是公里級(jí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(méi)有任何訊號(hào)，給調(diào)試增加了諸多不便。
　　“沒(méi)有條件就創(chuàng)造條件。通過(guò)默契配合，我們團(tuán)隊(duì)完成了儀器的安裝、維護(hù)、巡檢工作。”劉建國(guó)說(shuō)，“自儀器安裝后，已連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行了6年多的時(shí)間，圓滿完成了天然氣泄漏檢測(cè)的任務(wù)?！?br/>　　大展拳腳的舞臺(tái)
　　當(dāng)前，國(guó)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(xiǎn)預(yù)警體系，并出臺(tái)了《有毒有害氣體環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（征求意見(jiàn)稿）》。
　　這對(duì)劉建國(guó)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，可謂提供了大展拳腳的舞臺(tái)。
　　2012年，隨著國(guó)家園區(qū)有毒有害氣體環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系建設(shè)試點(diǎn)工作的開(kāi)展，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)的工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(yáng)石化園區(qū)、四川普光氣田天然氣傳輸隧道及站場(chǎng)等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。
　　隨著我國(guó)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(shí)對(duì)工業(yè)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)提出了“數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、響應(yīng)更加及時(shí)、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(gè)試點(diǎn)省份全面推進(jìn)園區(qū)有毒有害氣體環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系建設(shè)，其他省份要選取2至3個(gè)園區(qū)開(kāi)展預(yù)警體系建設(shè)試點(diǎn)。
　　“我國(guó)工業(yè)園區(qū)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系建設(shè)剛起步，對(duì)園區(qū)有毒有害氣體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備有巨大的需求，這也為項(xiàng)目未來(lái)的推廣應(yīng)用提供了廣闊前景。”劉建國(guó)滿懷希望。
　　（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2020-01-17 第3版 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化）