保护国家供水系统

自9月11日以来，已经过去六周了，美国人不再认为许多事情是理所当然的。在众多担忧中，我们不再认为我们的机场免受劫机者袭击，或者我们的邮件免受生物恐怖分子袭击。联邦机构正在迅速采取行动，实施新的、更严格的安全措施。但在保护水库方面，能源部桑迪亚国家实验室的研究人员已经领先一步。在过去的几年里，他们一直致力于开发复杂的方法来识别国家水基础设施的脆弱性，以及实时检测供水污染的技术。

桑迪亚科学家杰弗里·丹尼尔斯说：“早在9月11日袭击世界贸易中心和五角大楼之前，我们就开始探索与[环境保护署（EPA）和美国供水工程协会研究基金会（AwwaRF）]合作的可能性，以加强美国水基础设施——供水、处理和分配——的安全性。”他的努力自最近的恐怖袭击以来变得更加紧迫，重点是建立一个计划，以针对公用事业公司的现场问题区域，并培训人员以最大限度地降低任何风险。他于去年11月为AwwaRF和美国供水工程协会（AWWA）举办了一次研讨会，并计划在本月开始更多的研讨会。

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丹尼尔斯的计划仿照了桑迪亚最初创建的计划，以支持美国核安全任务，此后该计划已进行调整，以评估恐怖袭击对政府大楼、空军基地、核电站、核处理设施、监狱和联邦水坝的威胁。环保署最感兴趣的是分析为该国340个最大城市供水的水分配系统。由于这些系统中的许多系统已经有60多年的历史，因此它们具有不同的结构，因此也存在不同的安全问题。丹尼尔斯说，公用事业公司必须遵循三个基本步骤来评估其自身的个别脆弱性：他们必须评估其系统检测问题的能力、延迟问题扩散的能力以及最终应对问题的能力。

就至少第一个步骤——检测而言，丹尼尔斯在桑迪亚的同事可能很快会提供真正的帮助。克利夫·何和鲍勃·休斯创建了一种新型的实时气体和水质监测系统，该系统由微型传感器阵列和防风雨外壳组成。传统的监测方法包括收集水、气体或土壤样本并将其送去实验室分析，这可能花费100到1000美元，而新设备可在原位进行测试，并通过收集站的计算机将其结果发送到交互式网站。

何解释说：“电子嗅探器是一种独特的监测器，可以直接放置在地下——在湿度接近100%的地下水或土壤中——并在现场检测有毒化学物质，而无需将样品送到实验室进行分析。”“它能够实时检测意外或故意泵入供水系统的有害化学物质。它将能够监测含有有毒化学品泄漏、地下储罐泄漏和化学废物堆放点的场所，每年可能节省数百万美元。”

传感器阵列包含一系列不同的化学电阻器，用于检测各种挥发性有机化合物（VOC）。为了制造化学电阻器，休斯首先将溶解在溶剂中的商业聚合物与导电碳颗粒混合。然后，他将这种类似墨水的混合物涂在专门设计的微细加工电路中的电极上。如果存在VOC，聚合物会吸收这些化合物并膨胀，从而改变电路中的电阻。膨胀和电阻变化与VOC的浓度相对应。一旦化学物质被移除，聚合物就会缩回到正常状态。“通过使用四种不同的聚合物——每个传感器一种——我们认为我们可以检测到所有感兴趣的溶剂，”休斯说。

何和其他团队成员设计了化学电阻器芯片的防风雨包装——没有它，该设备就无法放置在水或地下。“该包装是模块化的，就像一个防水手电筒，并配有O形圈，”何解释说。“它可以拧开，方便更换组件。”总而言之，不锈钢制成的外壳直径仅为三厘米。化学蒸汽通过外壳上的一个小窗口（覆盖着防水戈尔特斯膜）传递到化学电阻器阵列。当设备放置在水中时，VOC将通过膜分配到气相中。

科学家们最近将传感器放置在桑迪亚的化学废物填埋场，以观察该设备在实验室外的运行情况。在那里，它悬挂在一个筛网井中约60英尺深处，并每小时记录一次数据。这项现场测试将持续数周或数月，并且计划在爱德华兹空军基地和内华达试验场进行其他测试。通过这些实验，何、休斯及其同事希望确定传感器的寿命，以及温度、压力和湿度变化时的性能。

何补充说：“在未来几年内，我预计我们将看到这项发明应用于需要监测、修复和/或长期管理污染场地的能源部场地，这些场地目前每年花费数百万美元用于对人工样本进行场外分析。”“该设备还可以应用于众多的商业场所和应用，例如加油站，其中包括超过200万个需要监测以满足环保署要求的地下储罐。”

电子嗅探器可能至少为保障国家水基础设施提供部分解决方案。丹尼尔斯说：“低安全级别可能意味着雇用一名保安，并在关键资产周围安装一些检测功能，这不会花费很多钱。”“但要阻止一个相当有组织的团体实施恐怖主义行为可能会非常昂贵。”