保護國家供水系統

自9月11日以來，已經過去六週了，美國人不再認為許多事情是理所當然的。在眾多擔憂中，我們不再認為我們的機場免受劫機者襲擊，或者我們的郵件免受生物恐怖分子襲擊。聯邦機構正在迅速採取行動，實施新的、更嚴格的安全措施。但在保護水庫方面，能源部桑迪亞國家實驗室的研究人員已經領先一步。在過去的幾年裡，他們一直致力於開發複雜的方法來識別國家水基礎設施的脆弱性，以及即時檢測供水汙染的技術。

桑迪亞科學家傑弗裡·丹尼爾斯說：“早在9月11日襲擊世界貿易中心和五角大樓之前，我們就開始探索與[環境保護署（EPA）和美國供水工程協會研究基金會（AwwaRF）]合作的可能性，以加強美國水基礎設施——供水、處理和分配——的安全性。”他的努力自最近的恐怖襲擊以來變得更加緊迫，重點是建立一個計劃，以針對公用事業公司的現場問題區域，並培訓人員以最大限度地降低任何風險。他於去年11月為AwwaRF和美國供水工程協會（AWWA）舉辦了一次研討會，並計劃在本月開始更多的研討會。

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丹尼爾斯的計劃仿照了桑迪亞最初建立的計劃，以支援美國核安全任務，此後該計劃已進行調整，以評估恐怖襲擊對政府大樓、空軍基地、核電站、核處理設施、監獄和聯邦水壩的威脅。環保署最感興趣的是分析為該國340個最大城市供水的水分配系統。由於這些系統中的許多系統已經有60多年的歷史，因此它們具有不同的結構，因此也存在不同的安全問題。丹尼爾斯說，公用事業公司必須遵循三個基本步驟來評估其自身的個別脆弱性：他們必須評估其系統檢測問題的能力、延遲問題擴散的能力以及最終應對問題的能力。

就至少第一個步驟——檢測而言，丹尼爾斯在桑迪亞的同事可能很快會提供真正的幫助。克利夫·何和鮑勃·休斯建立了一種新型的即時氣體和水質監測系統，該系統由微型感測器陣列和防風雨外殼組成。傳統的監測方法包括收集水、氣體或土壤樣本並將其送去實驗室分析，這可能花費100到1000美元，而新裝置可在原位進行測試，並透過收集站的計算機將其結果傳送到互動式網站。

何解釋說：“電子嗅探器是一種獨特的監測器，可以直接放置在地下——在溼度接近100%的地下水或土壤中——並在現場檢測有毒化學物質，而無需將樣品送到實驗室進行分析。”“它能夠即時檢測意外或故意泵入供水系統的有害化學物質。它將能夠監測含有有毒化學品洩漏、地下儲罐洩漏和化學廢物堆放點的場所，每年可能節省數百萬美元。”

感測器陣列包含一系列不同的化學電阻器，用於檢測各種揮發性有機化合物（VOC）。為了製造化學電阻器，休斯首先將溶解在溶劑中的商業聚合物與導電碳顆粒混合。然後，他將這種類似墨水的混合物塗在專門設計的微細加工電路中的電極上。如果存在VOC，聚合物會吸收這些化合物並膨脹，從而改變電路中的電阻。膨脹和電阻變化與VOC的濃度相對應。一旦化學物質被移除，聚合物就會縮回到正常狀態。“透過使用四種不同的聚合物——每個感測器一種——我們認為我們可以檢測到所有感興趣的溶劑，”休斯說。

何和其他團隊成員設計了化學電阻器晶片的防風雨包裝——沒有它，該裝置就無法放置在水或地下。“該包裝是模組化的，就像一個防水手電筒，並配有O形圈，”何解釋說。“它可以擰開，方便更換元件。”總而言之，不鏽鋼製成的外殼直徑僅為三釐米。化學蒸汽透過外殼上的一個小視窗（覆蓋著防水戈爾特斯膜）傳遞到化學電阻器陣列。當裝置放置在水中時，VOC將透過膜分配到氣相中。

科學家們最近將感測器放置在桑迪亞的化學廢物填埋場，以觀察該裝置在實驗室外的執行情況。在那裡，它懸掛在一個篩網井中約60英尺深處，並每小時記錄一次資料。這項現場測試將持續數週或數月，並且計劃在愛德華茲空軍基地和內華達試驗場進行其他測試。透過這些實驗，何、休斯及其同事希望確定感測器的壽命，以及溫度、壓力和溼度變化時的效能。

何補充說：“在未來幾年內，我預計我們將看到這項發明應用於需要監測、修復和/或長期管理汙染場地的能源部場地，這些場地目前每年花費數百萬美元用於對人工樣本進行場外分析。”“該裝置還可以應用於眾多的商業場所和應用，例如加油站，其中包括超過200萬個需要監測以滿足環保署要求的地下儲罐。”

電子嗅探器可能至少為保障國家水基礎設施提供部分解決方案。丹尼爾斯說：“低安全級別可能意味著僱用一名保安，並在關鍵資產周圍安裝一些檢測功能，這不會花費很多錢。”“但要阻止一個相當有組織的團體實施恐怖主義行為可能會非常昂貴。”