中科宇图科技股份有限公司
科学研究
环境监测仪器设备研发

(1)基于MFC的水质生物毒性预警监测仪器研发:

微生物燃料电池(Microbial fuel cell, 简称MFC)是一种以阳极上的产电菌为生物催化剂,在降解有机物的同时产生电能的装置。其原理如图 1 所示。阳极产电菌在降解基质中有机物的过程中产生质子和电子,质子通过阳离子交换膜传递到阴极室,电子通过外电路传递到阴极碳棒,被阴极室中还原态的电子受体接受,形成闭合回路。在这个过程中,外电路中的电子流动产生了电流,实现了微生物燃料电池的产电功能。



利用MFC的电信号可以指示水质状况,构建水污染生物预警系统和方法。由于MFC的产电能力(以固定外阻条件下的输出电压表征)由阳极微生物的代谢状况直接决定。当阳极来水中存在有毒污染物时,阳极产电菌的代谢活性受到抑制,从而使MFC的输出电压信号产生迅速下降的响应。这种基于MFC的预警系统能够实现对多类有毒污染物的预警,反应迅速,指示准确,能够突破传统化学监测仪器预警对象过于专一的局限,还可以实现MFC技术应用范围的扩展。

中科宇图与清华大学合作,采用“三合一”型空气阴极微生物燃料电池为传感器,开展水质生物毒性预警监测设备研发。“三合一”型MFC 是将阳极、阴极和分隔材料全部压合在一起,最大限度地减小了阴阳极的间距,提高了产电功率,设备具有良好的水质生物毒性预警能力。



(2)基于无人机平台的环境应急监测技术:

环境污染事故的发生并造成的重大损失与我们对环境保护重视不够、措施不力有关,但也与我们缺少预警机制与应急监测技术手段有直接的关系,由于缺少有效的应急监测手段,我们往往无法及时和全面的了解污染源分布、污染物种类、污染浓度、污染范围、污染面积、持续时间、空间分布、扩散迁移、影响范围和程度等,延误了污染事故处置的战机、降低了污染事故处置的效率。

目前我国环境污染事故应急监测还主要以单点采样分析的人工监测方法为主,受到地况、交通、监测条件等限制较多,响应慢、效率低。遥感监测具有范围大、速度快、受限少等特点,在反映环境变化的时序性、空间性和规律性方面具有明显优势,因此,遥感技术在国内外环境监测中开始得到大量的应用,并在区域环境空气污染监测、水质监测、生态环境状况调查、近海赤潮监测、沙尘暴监测、全球变化监测与预警等应用中发挥了重要作用。与卫星遥感相比,航空遥感具有响应快、受天气影响小、使用便捷、成本费用低等突出优点,特别是在机动性、遥感设备的可更换性、可重复观测性、以及立体观测等很多方面都具卫星遥感所不及的明显的优势,航空遥感所具有的密集、高频度连续成像能力显然非常适合对突发环境污染事故和污染区域的持续动态监测,因此航空遥感在环境污染事故应急监测中具有巨大的应用潜力,有望发展成为突发性环境污染事故应急监测和预警的最有效工具之一。

通过航空遥感监测技术的应用,可在污染事故发生前对污染源分布、重点风险源和事故隐患区域进行有效的预警;一旦污染事故发生可及时接警、快速响应,迅速对污染事故发生现场状况、染事故范围、污染物种类、污染浓度、扩散迁移等进行及时监测;污染事故发生后可通过航空遥感信息分析,对污染事故的发展趋势、影响和事故损失等做出迅速的判断和评估。



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