1、中国科学院合肥物质科学研究院应用型成果汇编（续）二一四年一月环境保护便携式高灵敏大气 NO2 监测仪本项目针对不同环境大气中的 NO2 气体，采用发光二极管（LED）为光源的非相干宽带腔体增强吸收光谱技术研发便携式高灵敏大气 NO2 监测仪。通过结合 LED 光源，光学增强腔，微型光纤光谱技术以及差分吸收光谱（DOAS）数据反演方法，实现对大气中 NO2 高精度、高灵敏、高时间分辨率实时在线探测，具有体积小、功耗低、安全可靠、维护成本低等诸多优势。解决我国环境监测中高灵敏连续在线自动监测问题，为气象与环保部门提供科学的测量数据和技术支持。本项目研发的高灵敏大气 NO2 监测仪将满足城市大气环境
2、、农村背景空气质量、各种污染源(工业、交通) 、无组织排放等的现场自动监测。在节能减排、总量控制的环境政策下，各排放工矿企业、环境管理部门为主要的用户单位。我国目前进一步对环保的投入，在空气质量监测、污染源监督性监测、以及污染监测方面都具有巨大的市场，因此，本项目具有良好的产业化前景，将解决我国环境监测中痕量气体高灵敏度在线连续自动监测问题，为气象与环保部门提供科学的测量数据。便携式水体藻类原位荧光快速监测仪针对我国内陆湖库水质富营养化在线监测需求，研制了具有自主知识产权的便携式水体藻类原位荧光快速监测仪，实现了蓝藻、绿藻和褐藻三种藻的叶绿素 a 浓度原位测量，填补了国内在水体藻类原位分类测量
3、领域的空白。便携式水体藻类原位荧光快速监测仪应用于第 25 次南极科考中，解决了以往南极科考中由于不具备实验室分析条件而无法对藻类浓度进行测量的问题。将便携式水体藻类原位快速荧光监测仪安装在浮标系统上，对巢湖西半湖蓝藻爆发重灾区的藻类浓度进行了两年多的原位分类测量，取得较好的效果。本套设备可以用作环境监测部门对水体藻类浓度的野外快速调查，也可安装于浮标或者自动监测站上用于对固定监测点藻类浓度的长期连续监测。解决了传统的水样采集实验室分析存在的监测频率低、成本高、步骤繁琐、无法分类测量等问题，为蓝藻爆发的预警提供了可靠的数据支持。目前，便携式水体藻类原位荧光快速监测仪获得了国家计量许可认证，进行
4、了小规模试生产，已销售 3 台，分别在福建闽江、广东茂名玉屏湖水库进行长期在线监测，产生经济效益约 50 万元。餐厨废弃物能源化处置成套技术“餐厨废弃物能源化处置成套技术”是等离子体物理研究所科技成果转化项目，为城市餐厨废弃物的资源化利用和无害化处理提供成套的解决方案。通过科学研究、技术攻关和技术集成，设计完整的能源化处置工艺路线。餐厨废弃物经该技术处理后，减量化水平达到 95%，可生产出乙醇、生物柴油、沼气等可再生能源，为生物质废弃物的资源化和无害化处置提供了新的思路和发展方向。该技术已通过省级科技成果鉴定，申请发明专利 6 项，其中已授权 4 项；在国内外期刊上发表了相关论文 6 篇，其中
5、 SCI 论文 3 篇，会议论文 3 篇。厨废弃物具有典型的“资源和污染物”双重特性。近年来，随着对泔水猪、地沟油等危害的认识，国家开始重视餐厨废弃物的无害化和资源化利用等工作，2010 年开始，我国启动了餐厨废弃物资源化利用和无害化处理城市试点工作，目前我国餐厨垃圾试点城市数目已达 60 多个，但是试点工作进展较缓。 “十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划指出到 2015 年，全国 50%的设区城市初步实现餐厨垃圾分类收运处理。该项目具有广阔的前景。目前主要存在的问题在于市场推广中存在一定难度。但该技术具有显著的社会效益、环境效益和经济效益，应用前景良好。大气污染多组分排放通量快速
6、遥测系统针对国家节能减排的需求，特别是 VOCs 等无组织排放难以定量监测的难题，研制了拥有自主知识产权的大气污染多组分排放通量快速遥测系统，实现了工业区域（厂界）VOCs、SO2、NO2 、CO、NH3 等多组分气体排放通量的车载快速遥感监测。本项目开展了针对工业区域（厂界）VOCs 等多组分污染气体排放的掩日通量测量新方法研究。研究了基于掩日法的红外光谱测量与处理技术，提出了基于太阳辐射传输和模拟校准算法的区域排放多组分气体垂直柱浓度分布算法，开发了拥有自主知识产权的基于掩日法的污染气体排放通量遥测算法软件。本项目的研究成果可应用于快速对化工行业、无组织源 VOCs 排放量的监测，从而为环
7、境管理部门掌握 VOC 排放状况，污染减排放提供方法和技术方案，满足公众日益增强的环境需求，具有良好的社会效益和环境效益。同时，工业区(厂界)VOCs 排放通量监测技术系统，提高我国对非组织面污染监测的技术水平，促使我国先进环境监测技术体系的新突破，具有显著的经济效益。目前，大气污染多组分排放通量快速遥测系统已经参加了上海世博会等多次实验，通过了科技成果鉴定，预计最近进行技术转让和产品化仪器研制。等离子体对工业有机废气治理等离子体对工业有机废气治理项目主要利用低温等离子体中含有的大量高能电子、离子、活性自由基和激发态分子等高化学活性粒子，将有机污染物分子键断裂使得以转化或分解，形成无污染的水、
8、二氧化碳等物质，从而达到净化有机废气的目的。本项目是由中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所与安徽中维环保联合研制，旨在与对大流量工业有机废气进行无害化处置，目前已经有成套装置产品面市。此项目的关键技术是通过智能控制技术，利用高压高频电源激发产生高密度的低温等离子体，实现电源与等离子体负载的动态高效匹配，从而在低能耗的条件下，实现等离子体高效处置大流量有机废气。该废气治理成套装置具备“高效治理、动态匹配、模块设计、智能监控、安全节能”等特点。该技术已通过了由安徽省科技厅组织的科技成果鉴定（公报登记号 12630，证书编号 12-630-01） 。鉴定结论为：“技术整体达到国内先进水平，部分
9、关键技术属国内领先” 。其核心技术形成发明专利 3 项，实用新型专利3 项。该废气治理成套装置适用于众多存在恶臭异味气体和挥发性有机污染物治理需求的工业行业、公共卫生行业等，按照国家环保部牵头制定了全国大气污染防治行动计划 ，未来 5 年，预计投资 1.7 万亿元用于改善当前大气污染状况，基于此，等离子体处置工业有机废气的市场前景很可观。目前该装置已在安徽桐城市大桥垃圾中转站和安庆市少年宫东路垃圾运转站安装并投入运行；四川宜宾烟叶复烤厂、安徽舒美特纤维股份有限公司及安利合成革股份有限公司利用该技术治理废气工程等正在建设；同时，中维公司也与多家公司达成了利用该技术处理废气的合作意向。低温等离子体
10、技术在有机废物治理中的应用等离子体技术在有机废气、工厂尾气及环境污染物治理，治理后达到国家排放的标准，如烟厂、化工厂、橡胶厂等环保达标排放，已经成功用于多个工厂尾气和废水治理。项目优势：等离子体是物质的第四态，在等离子体条件下，含有大量的活性自由基，活性自由基能够把有机物中的化学键打断，从而实现将有机物降解为二氧化碳和水的主要成分，根据不同的污染物组成，可以控制和产生不同强度的等离子体，将工厂排放的废气和废水中的有机污染物降解，最终达到直接排放的目的和要求。应用前景：本项目中的等离子体主要由电源产生高压放电后产生等离子体，而且污染物经过等离子体处理后产生的污染物主要为二氧化碳和水，因此可以直接
11、排放。另外，等离子体技术不会产生二次污染，是一种环境友好的技术。应用领域：环保，工厂有机废水排放治理，废气治理等放电等离子体处理含多种复杂成分污水的方法和技术水污染是环境污染重要来源之一，严重威胁人类健康。水污染主要来源有工业废水、生活污水等，一般工业污水含有有毒的无机和有机污染物、重金属等，民用水源污染包括含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等，也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵。治理污水是当前环境污染亟待解决的问题。应用放电产生低温等离子体可产生反应活性高的自由基，可以降解有机物、杀死病菌和病毒、还原、氧化、去除重金属，是一种适用性广、去除率高、多功能、高效绿色处理技术。本项目中国
12、科学院“百人计划”、中国科学院知识创新工程重要方向性项目（KJCX2-YW-N34）、科技部973项目（2013CB934304）、国家自然科学基金（10975152、21207137）等项目的支持。技术特点：等离子体是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，当等离子体发生在气液界面或者液体内部的时候，会伴随有一系列物理效应和化学效应。物理效应如发出紫外光，化学效应则主要是活性自由基的形成。其中氧化型自由基能高效处理难降解有机污染物、灭菌等，还原型自由能还原废水中重金属污染。另外，根据需要向反应体系内加入添加剂可以达到一些特殊的治理效果。市场分析：该技术处理污水可以达到降解有机物、去除重
13、金属、消毒和灭菌的效果，使用起来方便、安全，可以开发成为一种经济、实用的污水处理技术。工业源多组份气体污染排放现场监测设备项目针对工业源多组份污染废气排放监测的需求，研发便携式污染源现场监测技术及设备，对SO2、NO2、CO、CO2、NO、硫化物、有机污染物等多种污染气体进行现场快速测量，应用于火电、化工、钢铁、矿业等工业排放的现场监测；研发污染源排放遥测技术与系统，实现在几十至数百米距离外对污染气体排放SO2、NO2等现场监测；所研发的设备性价比优于国外同类产品。目前，我国对污染源的监测是采用污染源的定期现场监督性监测和污染源自动在线监测相结合来对污染排放信息跟踪，然而国内生产的污染源现场监
14、测仪器，其中60左右的核心监测仪器采用进口仪器集成。虽然近来加快了污染源现场监测仪器开发，部分产品得到了实际应用，然而各种污染源排放监测系统监测准确性和可靠性问题都没有很好地解决，关键部件国产化中的稳定性和可靠性还有待加强，同时监测的污染物种类也非常有限，而采用遥测技术的高端污染源现场监测技术和专用仪器设备还基本空白，限制了污染源总量控制制度的实施。本课题研发的便携式多组份气体紫外现场分析仪、便携式多组份烟气红外分析仪和污染源排放遥测技术系统，将满足气体泄漏、无组织排放、烟气排放、生产厂区等多种污染源排放方式下，对包括有毒有害有机物在内的多组份污染气进行现场快速监测。这些具有自主知识产权的现场
15、监测仪器应用于污染源的监督性监测，满足国家环境部门对工业排放污染的监督性监测需求。环境辐射监测系统中科院核安全所在中科院先导专项支持下已完成较为完备的环境辐射监测系统，包括低本底高纯锗光子谱仪、超底本低液闪计数器、低本底计数器、谱仪、便携式NaI/LaBr光子谱仪、便携式光子/中子剂量率仪、固定式气体电离室剂量率仪、累积中子/光子/带电粒子剂量卡及读出器、便携式氡测量仪等辐射测量仪器，空气采样器、干燥箱、马弗炉、水采样器、土壤采样器以及化学分离等前处理设施，可以开展空气/水/土壤放射性检测、空气吸收剂量率连续监测与定期巡检、核技术应用装置及放射性操作场所辐射巡检、个人保健物理计划与服务等。目前
16、设备绝大部分产权属于中科院合肥物质科学研究院，少部分属于中国科学技术大学。日本福岛核事故发生后，国家相关部门对境内所有在运和在建核电机组、研究堆、核技术利用装置进行了全面安全检查，并提出整改措施；环保部门第一时间启动全国各省会城市放射性监测与实时剂量水平公布（每天） ，并持续至今。一方面，中国地域面积大，各地区地理环境和人口分布差异巨大，给全国境内的环境辐射监测工作带来很大困难，虽然近年来国家和地方环保部门已加强辐射监测基础能力建设，但目前仅覆盖至省级辐射监督站和少数经济发达地区市级辐射监督站，大部分边远地区难以覆盖；另一方面，我国在辐射防护领域起步较晚，国民对于辐射了解甚少，辐射防护意识较弱
17、，放射性管理体系仍不够完善，部分工矿企业甚至没有意识到矿区的人员辐射防护问题，也未采取任何监测和防护措施。因此该系统可以在安徽省辐射监督站的基础上加以补充，承担部分安徽及临近区域涉核工业、农业、医疗等企事业单位的辐射监测任务，并协助省辐射监督站完善安徽地区辐射监测和环境放射性本底调查工作。机载天然气管道泄漏激光遥感探测仪由于我国天然气分布不平衡，天然气资源主要集中在西部，消费市场集中在东部，为了解决这种不平衡的分布问题，中国政府构建了覆盖全国的五横两纵的天然气主干管网。这些主干管道经过沙漠、高山，通过湿陷性黄土区域及多条地震断裂带。沿线地形地貌复杂，地质灾害类型多、频率高，对这些地带的管线进行
18、日常维护十分困难，主干管网很大一部分都位于车辆难以到达的地方，单靠人工寻线的方式来加以维护，不仅效率低、成本高，而且难度也非常大，因此我国的天然气工业迫切需求快速高效的维护技术。目前我国天然气主干网有 4 万公里长输管线，市场前景极其广阔。基于无人机或直升机天然气管道泄漏激光遥感探测系统具有高空间分辨率、高灵敏度、响应速度快等优点，飞机能够在 50m1000m 的高度以10200km/hr 的飞行速度进行遥感探测，探测灵敏度达到 100ppmm ，探测响应速度5ms。该探测系统具有泄漏浓度探测、泄漏场景捕获、GPS 定位、数据实时发送到控制中心等信息化管理功能。开放空间天然气泄漏激光检测仪开放
19、空间天然气泄漏激光检测仪为自主研发的本安型仪器，主要利用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)，结合长光程技术、微弱信号检测技术、多点分时采样技术和计算机软硬件技术，实现天然气组成分的在线监测及自动报警。仪器采用工业控制计算机的智能控制，操作简单可靠，主要应用于石油天然气勘探开发集输过程中。仪器已经取得国家制造计量许可证和防爆合格证。天然气是我国使用的主要能源，未来几年内我国天然气需求增长也将大大快于煤炭和石油，天然气市场在全国范围内将得到发展。预计2010年，天然气在能源总需求构成中的比重约为6%，需求量将达到900亿立方米。我国作为天然气开采大国，天然气开采、输送安全问题是目前亟需解决
20、的重大任务。传统的测量方法包括气相色谱法、电化学法和半导体技术等，与这些方法相比，基于TDLAS方法具有实时、高灵敏度、高选择性、多路多组分，以及可集成化和小型化等一系列特点，可望发挥重要作用。目前本仪器已经广泛使用于四川普光气田多个天然气传输隧道和站场中，为维护职工人身安全和保障国家财产免受损失提供技术支持，具有良好的应用前景。 开放式生态环境痕量气体激光在线监测仪开放式生态环境痕量气体激光在线监测仪为自主研发的仪器，主要利用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)，结合长光程技术、微弱信号检测技术、自动增益调节技术和计算机软硬件技术，实现开放大尺度生态环境下痕量气体如CH4 ，CO2，N
21、H3，H2O浓度的高时间分辨率、高灵敏激光在线检测。对于大型生态系统，由于下垫面的非均一性及天气过程的不可重复性，痕量气体的分布存在较大的时空差异，传统的技术手段主要进行局地监测，不便于大范围气体监测。TDLAS 技术是国际上新近发展的一项气体浓度监测技术，具有髙灵敏、高分辨、快速响应的特点。结合开放光路长光程技术，无需气体采样，即可实现大范围空气中痕量气体浓度的实时监测。本单位自主研发的痕量气体激光在线监测仪已经研制多套，目前已经应用在中科院禹城生态试验站和中科院封丘生态站的外场监测中，对于我国温室气体和其他痕量气体的大尺度区域观测和通量监测具有良好的应用前景。空气消毒和除尘等离子体技术治理
22、本项目利用脉冲高压实现微放电等离子体，产生大量的中性活性基团，对室内空气中的微生物进行失活作用，同时利用这些活性基团与空气中的低浓度有毒有机气体进行反应讲解，使之无害化。此外利用放电区域的不均匀强电场，对空气中的灰尘进行吸附处理，从而最终达到对空气消毒除尘。此项目目前申请实用新型专利一项。由本项目衍生出的等离子体空气净化产品，由等离子体所与福州顺康环保科技有限公司共同开发，主要针对室内（尤其是医院）空气净化消毒，经相关卫生部门监测，对空气中微生物灭活效率达到90%，目前此产品已经获得相关卫生许可和资质，正在医疗行业推广销售。 鉴于今年来雾霾天气频发，家居装潢和车内污染，此技术除了在医疗行业具有
23、应用前景外，在家用空气净化方面也具有广泛的前景。纳米技术饮用水砷氟深度处理系统饮用水中砷、氟等微污染物超标是国际性问题，常规的饮用水处理技术难以解决，尽管先前各级政府作了大量的努力，我国华北、东北和西部地区仍有数千万人口饮用高砷/高氟不安全水，导致地方病大量发生。国际上很多地区也存在着同样问题，特别是东南亚地区如巴基斯坦、孟加拉等国家情况更加严重。针对这一备受人们关注的重大民生问题，项目组深入系统地研究了纳米结构与微污染物相互作用机制，设计并合成了兼具常规材料的易处理性和纳米材料高效率、高活性等优点的微纳分级结构复合材料，对于砷、氟等微污染物表现出快速吸附能力和超大吸附容量。在此基础上，项目组在内蒙古呼和浩特托克托县兴旺庄村建立了纳米技术去除饮用水中微污染物的示范基地和饮用水深度处理集成装置，实现了对饮用水中砷/ 氟的有效去除，达到了国家生活饮用水标准。该示范工作在社会上产生了较大影响，得到中国科学报 、中央电视台等新闻媒体的关注，中央电视台为此特别制作了一期走近科学专题节目，参加国家重大科学研究计划中期检查的专家对该研究成果高度评价，是国内首次将纳米技术全面的应用于水环
