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嶄新TDLAS方案應(yīng)用于垃圾填埋場(chǎng)排放監(jiān)測(cè)
可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）可以為垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商提供一種更安全、更有效的方式來進(jìn)行表面排放監(jiān)測(cè),。
美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）發(fā)布的新源性能標(biāo)準(zhǔn)（New Source Performance Standards, NSPS）規(guī)定垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商必須捕獲和控制垃圾填埋場(chǎng)氣體（Landfill gas, LFG）,，其中針對(duì)新的、改造的和重建的城市固體廢物（municipal solid waste, MSW）填埋場(chǎng)，重點(diǎn)目標(biāo)是減少填埋場(chǎng)中富含甲烷的填埋氣體排放,。法規(guī)要求垃圾填埋場(chǎng)執(zhí)行表面排放監(jiān)測(cè)（surface emission monitoring, SEM）以識(shí)別潛在的排放超標(biāo),。相較于幾種常見的SEM技術(shù)，包含火焰離子化檢測(cè)器（flame ionization detectors, FID）和光電離檢測(cè)器（photoionization detectors, PID）,，嶄新的可調(diào)諧二極管激光吸收光譜（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）技術(shù)可以提供優(yōu)于其他選擇的幾個(gè)優(yōu)勢(shì),。
垃圾填埋場(chǎng)的排放監(jiān)測(cè)要求
EPA的新源性能標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)行氣體控制和收集系統(tǒng)（gas control and collection system, GCCS），以最大限度地減少甲烷排放,。法規(guī)要求垃圾填埋場(chǎng)每季度執(zhí)行一次排放監(jiān)測(cè)已排查大于體積上百萬(wàn)分之 500（即ppmv）的排放,。運(yùn)營(yíng)商還必須確保他們的收集和控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果檢測(cè)到超標(biāo),，垃圾填埋場(chǎng)必須采取一切必要措施來糾正問題,。
當(dāng)前可用于SEM的儀器受EPA指南“揮發(fā)性有機(jī)化合物泄漏的測(cè)定方法21（Method 21 Determination of Volatile Organic Compound Leaks）"監(jiān)管。關(guān)于儀器規(guī)格,，指南要求儀器必須符合以下要求：
l 對(duì)目標(biāo)氣體甲烷響應(yīng),，能夠測(cè)量法規(guī)中規(guī)定的泄漏定義濃度
l 儀器刻度為特定濃度的 +/- 2.5%
l 配備電動(dòng)泵，確保樣品以恒定流速輸送至檢測(cè)器
l 配備外徑不超過 1.25 英寸的采樣探頭或探頭延長(zhǎng)件,，并有一個(gè)供樣品進(jìn)入的開口
l 在爆炸性環(huán)境中操作具有本質(zhì)安全性
l 響應(yīng)時(shí)間等于或小于 30 秒
SEM監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介
方法 21 指出幾種技術(shù)適用于 SEM,，包含催化氧化、火焰電離,、紅外吸收和光電離的設(shè)備,。
從歷史看，火焰離子化檢測(cè)器（FID）通常被認(rèn)為是SEM的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),。其工作原理是檢測(cè)氫火焰中有機(jī)化合物燃燒過程中形成的離子,，這些離子的產(chǎn)生與樣品氣流中有機(jī)物質(zhì)的濃度成正比。
FID的缺點(diǎn)之一在于使用明火,，在發(fā)生熄火的情況下FID可能難以重啟,。同時(shí)，技術(shù)人員必須隨身攜帶瓶裝氫氣,，然而因?yàn)?/span>氫氣高度易燃,，運(yùn)送和獲取的過程都存在一定的挑戰(zhàn)，不能像標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)氣體便于使用,。FID儀器也可能很重（有些重達(dá) 12 磅）,，整天配備這樣的儀器在垃圾填埋場(chǎng)周圍巡檢，即使是放在背包里,，也會(huì)給操作員帶來壓力和疲勞,。
其他許多檢測(cè)方法測(cè)需要使用兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備：一個(gè)用于采集樣本，另一個(gè)用于保存數(shù)據(jù)和 GPS 坐標(biāo),。排除其他使用便利性的考量,，這代表技術(shù)人員必須跟蹤兩塊電池的狀態(tài),，以確保每塊電池都已充電并可以使用。最后,，雖然FID可以分析范圍廣泛的碳?xì)浠衔?，但它們可能容易受到交叉氣體效應(yīng)的影響，使得輸出的甲烷濃度數(shù)據(jù)存在偏差,。
另一種可用于 SEM 的技術(shù)是光電離檢測(cè)器（PID）,，它使用紫外線（UV）范圍內(nèi)的高能光子將分子分解為帶正電的離子。當(dāng)化合物進(jìn)入檢測(cè)器時(shí),，它們會(huì)受到高能紫外光子的轟擊，并在吸收紫外光時(shí)被電離,，導(dǎo)致電彈出并形成帶正電的離子,。離子產(chǎn)生的電流便是檢測(cè)器的信號(hào)輸出。目標(biāo)氣體組分的濃度越大,，產(chǎn)生的離子越多,、電流越大。電流被放大并顯示在電流表或數(shù)字濃度顯示器上,。
PID可以檢測(cè)多種氣體,，通常用于檢測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。PID的優(yōu)勢(shì)是快速響應(yīng),，但需要經(jīng)常清潔維護(hù),。此外，紫外線燈會(huì)因?yàn)楹膿p需要更換,。
TDLAS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
TDLAS是近期用于SEM的新技術(shù),，利用了紅外激光吸收光譜對(duì)氣體的高選擇性，將設(shè)備準(zhǔn)確聚焦在樣品中的甲烷成分,，避免受到其他碳?xì)浠衔锖?/span>VOC的干擾而影響甲烷讀數(shù),。一個(gè)很重要的優(yōu)勢(shì)是準(zhǔn)確性，TDLAS技術(shù)可以檢測(cè)低至0.5 ppm的讀數(shù),。此外,，對(duì)于在潛在爆炸性環(huán)境中進(jìn)行采樣分析，TDLAS無需明火也是其一大優(yōu)勢(shì),。操作無需外置氣瓶,，激光技術(shù)也消除了熄火的風(fēng)險(xiǎn)，用戶無需浪費(fèi)時(shí)間停止測(cè)量并進(jìn)行重啟,。通過集成GPS和藍(lán)牙通信,，精心設(shè)計(jì)的TDLAS分析系統(tǒng)避免額外用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和GPS等輔助設(shè)備，其內(nèi)部存儲(chǔ)并可以保存長(zhǎng)達(dá)480小時(shí),、或大約3個(gè)月的掃描數(shù)據(jù),。緊湊的TDLAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)使其重量還不到其他SEM監(jiān)控技術(shù)的一半,，大大減小了操作員的負(fù)擔(dān)。
總體來說,，TDLAS儀器和其配套軟件可以幫助用戶更好地遵守環(huán)境法規(guī),。數(shù)據(jù)可以保存到計(jì)算機(jī)中，并且可以根據(jù)用戶需求生成數(shù)據(jù)報(bào)告,，提供站點(diǎn)地圖,、掃描路徑等更詳細(xì)的信息。這些軟件程序還可以格式化掃描數(shù)據(jù)并自動(dòng)生成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告,，使操作員的工作更輕松,。
SEM技術(shù)展望
鑒于現(xiàn)行的垃圾填埋場(chǎng)排放法規(guī)，捕獲,、控制和測(cè)量過量垃圾填埋場(chǎng)氣體的努力至關(guān)重要,。雖然EPA要求使用SEM，但并非所有批準(zhǔn)用于執(zhí)行SEM的技術(shù)都是相同的,。新的激光技術(shù)可以幫助操作員達(dá)到,、甚至超過EPA方法21中對(duì)每個(gè)季度SEM監(jiān)測(cè)的要求。TDLAS技術(shù)避免了傳統(tǒng)方法在安全性,、效率和易用性方面的缺點(diǎn),，以其功能性和便利性可幫助垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商滿足EPA的SEM要求。