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熒光技術(shù)是近 20 年來興起的新型分析方法，靈敏度高、適用范圍廣。污水和水體的熒光光譜是多物質(zhì)產(chǎn)生的復(fù)合光譜，它們與水樣唯一對(duì)應(yīng)，被稱為“水質(zhì)熒光指紋”，簡稱“水紋”。該法在污染性質(zhì)快速判斷方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。熒光指紋是水樣內(nèi)蘊(yùn)特征的反映，還攜帶了有機(jī)物總量信息，可作為新型的水質(zhì)表征方法。課題組從 2003年開始從事水紋研究，在清華大學(xué)基礎(chǔ)研究基金、教育部科技重點(diǎn)項(xiàng)目、清華大學(xué)自主研究項(xiàng)目、國家重大水專項(xiàng)等項(xiàng)目資助下，掌握了數(shù)百種水紋，創(chuàng)新性開發(fā)出基于水紋比對(duì)的新型預(yù)警和污染識(shí)別原理，并研發(fā)出污染預(yù)警溯源儀。獲得 2 項(xiàng)發(fā)明專利，第 16 屆中國國際工業(yè)博覽會(huì)高校展區(qū)二等獎(jiǎng)。

1 成果簡介我國水污染事故頻發(fā)， 以有機(jī)污染為主。現(xiàn)有技術(shù)不能迅速確定污染類型，因此事故發(fā)生后無法迅速采取恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)， 是產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失以及負(fù)面國際影響的主要原因。為維護(hù)水環(huán)境安全，保障人民生活和生產(chǎn)， 需要一種能迅速確定污染類型的、環(huán)境友好的水體有機(jī)污染預(yù)警技術(shù)。 水質(zhì)指紋與水樣唯一對(duì)應(yīng)， 簡稱水紋。課題組從 2003 年開始從事水紋研究，在清華大學(xué)基礎(chǔ)研究基金、教育部科技重點(diǎn)項(xiàng)目、教育部清華大學(xué)自主研究項(xiàng)目、國家十一五重大水專項(xiàng)等項(xiàng)目資助下， 掌握了上百種水紋，創(chuàng)新性開發(fā)出基于水紋比對(duì)的新型污染識(shí)別原理，并研發(fā)出有機(jī)污染溯源儀，填補(bǔ)了迅速確定污染類型的儀器的空白。該儀器由水紋采集儀、水紋比對(duì)軟件和豐富的水紋數(shù)據(jù)庫組成，可以識(shí)別數(shù)十種有機(jī)污染類型。儀器的特點(diǎn)如下：自動(dòng)取樣，自動(dòng)測量，自動(dòng)比對(duì)；數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)人性化，可以自動(dòng)添加新指紋；數(shù)據(jù)自動(dòng)保存；水紋采集儀性能穩(wěn)定，使用、維護(hù)簡便，當(dāng)儀器光源老化時(shí)，自動(dòng)提示更換等。上述優(yōu)點(diǎn)表明該儀器既適合在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，也可以作為監(jiān)測車和實(shí)驗(yàn)室的專用儀器。查新表明，國內(nèi)外目前尚未發(fā)現(xiàn)有相似原理的儀器。 性能參數(shù)：靈敏度高，信噪比達(dá)到 250；完成一次溯源任務(wù)不足 15 分鐘，測量時(shí)間短，重現(xiàn)性好；工作溫度/濕度 15-350℃， 45-80%（不可有冷凝現(xiàn)象，350℃以上時(shí)濕度為 70%以下)；不加任何試劑，取樣量少，不產(chǎn)生二次污染；連續(xù) 24 小時(shí)使用耗電僅數(shù)度，成本低。 圖1 有機(jī)污染預(yù)警溯源儀2 應(yīng)用說明2011 年 7 月至 2012 年 3 月，水質(zhì)有機(jī)污染溯源預(yù)警儀在京杭運(yùn)河江蘇蘇州段進(jìn)行了為期 3 個(gè)月的實(shí)地連續(xù)測試運(yùn)行， 儀器檢測出數(shù)次水質(zhì)異常，并及時(shí)進(jìn)行了報(bào)警， 現(xiàn)場測試表明，該儀器能夠靈敏、及時(shí)地監(jiān)測到污染的發(fā)生和變化， 預(yù)警迅速，并能給污染類型的信息，對(duì)于快速確定有針對(duì)性的采取污染應(yīng)對(duì)措施大有益處。 目前正在太湖水源地進(jìn)行示范運(yùn)行。 儀器經(jīng)過了權(quán)威第三方的檢測。3 效益分析由于目前國內(nèi)外尚無同類產(chǎn)品，而污染預(yù)警和溯源的需求比較迫切，因此本儀器具有較大的推廣空間。本儀器價(jià)格每臺(tái)約 60 萬元。而本儀器運(yùn)行穩(wěn)定、靈敏。總體上，儀器成本低，維護(hù)省，快速，無二次污染， 24 小時(shí)連續(xù)使用，運(yùn)行費(fèi)每月在 3000 元左右，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

化學(xué)化工與材料、生命科學(xué)類等研究與實(shí)踐應(yīng)用中，在對(duì)樣品進(jìn)行凍干處理時(shí)必須用到冰凍干燥儀，傳統(tǒng)冰凍干燥儀由真空泵（油泵）、制冷壓縮機(jī)（-55℃——-60℃）、保護(hù)瓶及樣品室等主要部件組成。該設(shè)備的凍干原理是：通過油泵創(chuàng)造一個(gè)真空環(huán)境，加速冰凍生物樣品（≤-20℃）中的水分子的升華；通過制冷壓縮機(jī)將升華的水分子再次冷凝于-55℃——-60℃的冷阱中，以免與油泵中起密封作用的機(jī)油混合。近年來，該設(shè)備的改進(jìn)主要僅是將樣品冷凍單元并入，實(shí)現(xiàn)冷凍、干燥、參數(shù)控制一體化的原位制冷但成本高，不便小規(guī)模市場應(yīng)用。 傳統(tǒng)冰凍干燥儀的不足之處主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面：①能耗高，油泵運(yùn)轉(zhuǎn)、制冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)都高耗能；②使用繁瑣，不便捷。機(jī)油需要定期更換；③污染嚴(yán)重，這種污染主要是油泵啟動(dòng)初期，大量油煙從排氣口噴出，造成嚴(yán)重的污染；④不便移動(dòng)，為了將油煙排到戶外，通常要連接并固定一根長管到戶外，導(dǎo)致移動(dòng)不便；⑤噪音大、耗能高，自連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的油泵和短時(shí)停運(yùn)的制冷機(jī)需耗能并產(chǎn)生大量噪音。 與傳統(tǒng)冰凍干燥儀器相比，本實(shí)用新型具有低能耗、低噪音、無污染、便于移動(dòng)、使用與維護(hù)簡單、工作量低等優(yōu)點(diǎn)，在處理不易受溫度制約樣品的小型干燥儀方面有一定的創(chuàng)新性、優(yōu)越性與市場推廣應(yīng)用價(jià)值，有持續(xù)性的市場應(yīng)用前景。目前在本單位內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果。 圖1.本項(xiàng)目自制的一體式凍干機(jī)

一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 近年來隨著我國生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展和長江黃河大保護(hù)等政策的頒布實(shí)施，高污染行業(yè)逐步關(guān)停，產(chǎn)生大量工業(yè)污染場地。化工行業(yè)退役場地由于其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、污染程度較高，亟待合理修復(fù)，降低風(fēng)險(xiǎn)，以滿足土地再利用的要求。然而，這些場地通常具有芳烴、石油烴、鹵代物、重金屬等復(fù)合污染特征，難以通過單一技術(shù)一步完成修復(fù)。因此，針對(duì)工業(yè)遺留場地有機(jī)-重金屬復(fù)合重度污染土壤需要快速修復(fù)的需求。

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