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1 成果簡介水質有機污染預警儀（ FF-WY-01 型） 是在課題組自主開發的水質有機污染熒光指紋技術的基礎上針對突發性水污染的實時預警研制出的第一代成果。預警儀由主機和其控制軟件（ FWY solution 1.0）組成，可用于水體監控斷面、企業排污口、游泳池以及浴場等污染敏感位置的有機污染在線實時監測及預警。2 應用說明儀器實現了自動取樣與過濾，恒溫測量，溫控精度達到±0.3％，可以消除環境溫度變化對測量結果的負面影響。儀器依靠硬件設置和軟件設計實現了對光源的實時監控，消除了光源的瞬時抖動及光源衰減對測量的影響，使測量結果更穩定、精確。軟件設計人性化，能以實時波形圖方式動態顯示測量結果；超過污染閾值時，自動報警；所有監測數據自動保存，數據保存格式為 excel 表格，以便于后續處理；當儀器光源老化時，自動提示更換等。儀器操作簡便靈活，用戶能根據實際情況設定報警閾值或使用推薦的閾值。該儀器完成一次測量僅需 30 秒，不加任何試劑，連續 24 小時使用耗電不足 3 度，維護簡便。儀器主機體積小，僅 450×400×160 mm，便于攜帶和安放，如圖 1 所示。目前二代機也已經問世。  圖 1 水質有機污染預警儀(FF-WY-01 型) 可用于水體監控斷面、企業排污口、游泳池以及浴場等污染敏感位置的有機污染在線實時監測及預警。4 效益分析成本儀器大于 1.5 萬元/臺，運行費 250 元/年。5 合作方式技術轉讓。

研究團隊擁有可進行污染物分析的氣質聯用儀和塵螨分析儀，可對室內 VOC采樣柱、灰塵取樣等進行 SVOC、VOCs、苯系物、塵螨等過敏原進行分析。

水源圖像檢測和分類在監測和識別河流冰災、洪水、垃圾污染和死水等方面有很多應用。然而，海水、河水、湖水和池塘這些稱之為干凈水源的圖像，可能和一些污染水源的圖像重疊，加之冰雪天氣下水體結冰等因素的存在，使得水源圖像分類的問題更加復雜。在這些情況下，精確的水資源圖像檢測和分類就顯得至關重要。本項目基于RGB圖像對水源進行分類，達到水污染檢測的目的。本項目的創新點在于提出一種新的圖像頻率域分塊方法，將圖像之間的細微變化放大，有效地提取圖像的紋理特征，區分污染水源圖像和干凈水源圖像，并且對水體

超濾技術主要用于含分子量100～1000,000的物質的分離，是目前應用最廣的膜分離過程之一。超濾是通過膜的篩分作用，將溶液中粒徑大于膜孔徑的大分子溶質截留，使小分子組分透過超濾膜，達到分離目的的膜過程。超濾作為一種新型高效的膜分離技術，具有無相變、操作條件溫和、無第三組分引入、工藝流程簡單等優點，可代替傳統的分離技術，如精餾、蒸發、萃取、結晶等過程，但是超濾過程中的膜污染嚴重限制了超濾在分離領域的更廣泛應用。國際純粹和應用化學協會 IUPAC 將膜污染定義為由于懸浮物或可溶性物質通過物理化學作用或者機械作用，在膜的表面及膜孔內部吸附或沉積，導致膜孔堵塞或變小、膜通量降低的過程。目前，解決高分子超濾膜污染的根本途徑是開發低污染超濾膜，包括開發新型高分子材料及對現有超濾膜進行表面改性。前者制膜成本較高，并在大規模應用上存在困難。而對現有膜進行表面改性則成為解決高分子超濾膜膜污染的有效途徑。

隨著近些年來我國電力事業的快速發展，裝機容量的大幅度提升，供需矛盾已經逐漸不再是電力系統發展的主要矛盾。電網中非線性負載、沖擊性負載和不對稱性負載不斷增加， 同時，信息時代各種精密、敏感的生產設備對傳統的電網電能質量提出了更高要求，這些都 使得電能質量成為日益凸顯的主要問題。大型城市電網一般是負荷集中區域，近年來，各類 微電子、半導體、生物醫藥、精密制造、大型金融數據中心等敏感用戶對電網的供電電能質 量提出了更高要求。對供電企業而言，電能質量問題既是挑戰，也是機遇，電網中大量敏感 負荷也是供電企業潛在的高端用戶，對高品質供電有著強烈需求。本課題立足深圳電網當前面臨的實際問題和迫切需求，主要開展大型城市電網供電電能 質量規范體系的研究、重點區域電能質量問題的分析與治理方案研究、敏感用戶高品質電力 需求分析與對策研究、電能質量治理裝置柔性控制、新型拓撲結構和容量優化等關鍵技術研 究，實現方案定制、裝置研制與工程示范，為深圳電網重點區域和敏感用戶的電能質量綜合 治理提供理論依據和技術支撐，對全面提高大型城市電網的電能質量和提升敏感用戶的電能 體驗具有積極的示范作用及推廣意義。對深圳電網電能質量突出區域進行調查研究與分析，首次完成深圳市 2010~2012 年電能 質量暫態事件分析，繪制了十二個中心站的 ITI(CBEMA)圖表，并結合調度數據分析了 電壓暫降事件原因;通過對多家電能質量敏感用戶的調研走訪，完成了深圳電網高品質電力 需求分析研究，建立了電能質量污染對高品質需求客戶影響的評價指標，完成了深圳干擾源 與敏感客戶分類指引及抗干擾措施指引。建設了 110kV 碧嶺變電站 10kV 動態電壓恢復器示范工程，研制了國內容量最大的 10kV 動態電壓恢復器(DVR)，首次實現區域范圍內電壓暫降問題的綜合治理示范，可同時治理 變電站大供電范圍內多個敏感負荷的電壓跌落問題。所研制 DVR 采用自取電方式，較儲能 方式降低了硬件成本和控制復雜性;采用級聯 H 橋結構直接耦合至中壓線路中，可有效解 決變壓器耦合方式中變壓器非線性及飽和所帶來的問題。采用分相判斷投切晶閘管，分相容 量限幅和分相補償控制，確保了裝置靈活性與安全性。裝置補償容量 5MV，綜合效率大于 96%，電壓補償深度:三相跌落 70%，單相跌落 55%;輸出電壓諧波:THD 小于 5%;動態 響應時間小于 5ms。研制了中國首個統一電能質量調節裝置 UPQC 工業級產品，實現用戶側多種電能質量 問題的差異化、定制化綜合治理示范。直流側采用超級電容+電解電容組合的形式，避免了 系統因電壓跌落能量不足導致系統電壓跌落更深，甚至系統完全癱瘓的問題。提出了 UPQC 運行模型的無縫切換及串并聯側協調控制策略。解決了普通裝置無法解決的電壓暫升情況下 的能量回饋電網問題。建設了深圳長城開發科技股份有限公司電能質量綜合治理示范工程， 裝置電壓等級 380V，補償容量 500kVA~2MVA，綜合效率大于 96%，電壓運行范圍±20%， 電流諧波補償能力 THD 小于 5%，功率因數大于 0.97，不平衡補償能力大于 80%，動態響 應時間小于 5ms。

長期以來，大型板帶粗軋機生產中一直存在著軋件下扣頭現象，影響了軋件后續道次的正常咬入，對軋機、輥道等設備形成較大的沖擊、降低了設備壽命；嚴重時，會使軋件卡死，造成主傳動接軸破斷和齒輪座傾翻等重大事故。造成了巨大的經濟損失，嚴重影響了生產。 本項工作通過在線工藝參數、力能參數及軋制溫度的綜合測試和試驗，找出了軋件扣頭生成的主要原因。摸清了形成扣頭的條件和下扣變形的規律，首次提出了軋件扣頭與上下輥之間力矩不均勻分配、軋制壓下量、軋制線高度、輥徑差與軋件發生下扣之間的定量關系。上述成果填補了軋制理論中的空白，對完善軋機設計和控制理論具有重要理論意義。為控制軋件扣頭的措施的提出和實施提供了科學依據。 基于上述理論提出了控制軋件扣頭問題的技術措施方法。該方法在不改變鋼坯加熱條件的前提下，通過適當調配軋制線高度，并匹配軋機的壓下量和輥徑差等參數即可控制軋件扣頭問題。這一方法不需增加設備投入，即可基本消除軋件扣頭現象，并將上下輥力矩不均控制在10%以內。 該項成果曾通過湖北省技術鑒定，被評定為國際領先水平，并獲得武漢市科技成果二等獎。 自1996年4起此項成果已成功應用于生產。

一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 學號 張文杰 機電工程學院/測控技術與儀器 2020年9月/2024年7月 202031030421 唐浩埔 機電工程學院過程裝備與控制工程 2020年9月/2024年7月 202031030267 羅智儒 機電工程學院/測控技術與儀器 2020年9月/2024年7月 202031030420 于洋 機電工程學院過程裝備與控制工程 2020年9月/2024年7月 202031030212 龔佳禾 機電工程學院/測控技術與儀器 2021年9月/2025年7月 202131032102 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 楊林君 工程訓練中心/機械工程 實驗師 機械工程 游麗 工程訓練中心/電子技術 助理研究員 電子技術 四、項目簡介 產品介紹：拾易科技主打產品為拾荒“蟲”沙灘垃圾清潔機器人。拾荒“蟲”沙灘垃圾清潔機器人是國內首個運用仿生六足機械的沙灘垃圾清潔機器人，實現了對沙灘垃圾識別、收集、分類等功能，填補了國內“沙灘清潔”領域的空白。相較于目前其他已有的沙灘垃圾清潔裝置，本機器人對沙灘下埋藏的垃圾收集效率更高。該沙灘垃圾清理機器人的出現，填補了國內沙灘垃圾智能清掃的空白。其智能化作業，大大減輕了人力成本，實現了清掃高效化，對垃圾進行智能分類，實現了處理綠色化。 用戶群體：由于拾荒“蟲”沙灘垃圾清理車主要應用于沙灘、淺海地帶。目前國內的海灘主要為公共區域，只有少部分承包給了近海的酒店，所以拾易科技的目標群體定位為需要沙灘垃圾清理的政府和酒店等。 項目愿景：拾易科技目前主打拾荒“蟲”沙灘垃圾清潔機器人，最初從三亞、青島等沿海旅游城市進行推廣，后期將產品逐步推進國際市場。此外，公司后期進入成熟期會逐步推進新產品，逐步拓展產品的應用領域，在三年后推出針對海床上垃圾的清潔機器人，在五年后推出針對海面上垃圾的清潔機器人。最后，關于財務方面，公司預計進行三輪融資，逐步發展。

近年來，我國突發性重大環境污染事件頻繁發生，對國民健康、生態環境產生了嚴重影響。從我國當前重大環境污染事件發生的實際狀況出發，研究開發重大環境污染事件特征污染物現場快速檢測技術系統，是提升我國環境保護技術水平，推進環境友好型社會建設的迫切要求。特征污染物現場快速檢測作為應對突發性環境污染事件的前提，首先要求判斷污染物的種類，利用快速檢測手段給出定性、半定量和定量的檢測結果，確認污染事件的危害程度和污染范圍等。開發一套功能完善、便攜、快速的特征污染物現場檢測技術系統，對于現場決策、減少污染危害程度等具有極其重要的意義。本課題采用納米生物技術、電化學或光化學傳感技術和信息技術，并將其有機組合，建立環境污染事件的現場快速檢測技術系統，最終形成具有自主知識產權的環境污染物現場快速檢測技術和儀器裝備，為國家環境安全和人民健康提供保障。

熒光技術是近 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產生的復合光譜，它們與水樣唯一對應，被稱為“水質熒光指紋”，簡稱“水紋”。該法在污染性質快速判斷方面具有獨特優勢。熒光指紋是水樣內蘊特征的反映，還攜帶了有機物總量信息，可作為新型的水質表征方法。課題組從 2003年開始從事水紋研究，在清華大學基礎研究基金、教育部科技重點項目、清華大學自主研究項目、國家重大水專項等項目資助下，掌握了數百種水紋，創新性開發出基于水紋比對的新型預警和污染識別原理，并研發出污染預警溯源儀。獲得 2 項發明專利，第 16 屆中國國際工業博覽會高校展區二等獎。

1 成果簡介我國水污染事故頻發， 以有機污染為主。現有技術不能迅速確定污染類型，因此事故發生后無法迅速采取恰當的應對， 是產生重大經濟和環境損失以及負面國際影響的主要原因。為維護水環境安全，保障人民生活和生產， 需要一種能迅速確定污染類型的、環境友好的水體有機污染預警技術。 水質指紋與水樣唯一對應， 簡稱水紋。課題組從 2003 年開始從事水紋研究，在清華大學基礎研究基金、教育部科技重點項目、教育部清華大學自主研究項目、國家十一五重大水專項等項目資助下， 掌握了上百種水紋，創新性開發出基于水紋比對的新型污染識別原理，并研發出有機污染溯源儀，填補了迅速確定污染類型的儀器的空白。該儀器由水紋采集儀、水紋比對軟件和豐富的水紋數據庫組成，可以識別數十種有機污染類型。儀器的特點如下：自動取樣，自動測量，自動比對；數據庫設計人性化，可以自動添加新指紋；數據自動保存；水紋采集儀性能穩定，使用、維護簡便，當儀器光源老化時，自動提示更換等。上述優點表明該儀器既適合在線實時監測，也可以作為監測車和實驗室的專用儀器。查新表明，國內外目前尚未發現有相似原理的儀器。 性能參數：靈敏度高，信噪比達到 250；完成一次溯源任務不足 15 分鐘，測量時間短，重現性好；工作溫度/濕度 15-350℃， 45-80%（不可有冷凝現象，350℃以上時濕度為 70%以下)；不加任何試劑，取樣量少，不產生二次污染；連續 24 小時使用耗電僅數度，成本低。 圖1 有機污染預警溯源儀2 應用說明2011 年 7 月至 2012 年 3 月，水質有機污染溯源預警儀在京杭運河江蘇蘇州段進行了為期 3 個月的實地連續測試運行， 儀器檢測出數次水質異常，并及時進行了報警， 現場測試表明，該儀器能夠靈敏、及時地監測到污染的發生和變化， 預警迅速，并能給污染類型的信息，對于快速確定有針對性的采取污染應對措施大有益處。 目前正在太湖水源地進行示范運行。 儀器經過了權威第三方的檢測。3 效益分析由于目前國內外尚無同類產品，而污染預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。本儀器價格每臺約 60 萬元。而本儀器運行穩定、靈敏。總體上，儀器成本低，維護省，快速，無二次污染， 24 小時連續使用，運行費每月在 3000 元左右，具有明顯的經濟和技術優勢。