崭新TDLAS方案应用于垃圾填埋场排放监测

可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）可以为垃圾填埋场运营商提供一种更安全、更有效的方式来进行表面排放监测。

美国环境保护署（EPA）发布的新源性能标准（New Source Performance Standards, NSPS）规定垃圾填埋场运营商必须捕获和控制垃圾填埋场气体（Landfill gas, LFG），其中针对新的、改造的和重建的城市固体废物（municipal solid waste, MSW）填埋场，重点目标是减少填埋场中富含甲烷的填埋气体排放。法规要求垃圾填埋场执行表面排放监测（surface emission monitoring, SEM）以识别潜在的排放超标。相较于几种常见的SEM技术，包含火焰离子化检测器（flame ionization detectors, FID）和光电离检测器（photoionization detectors, PID），崭新的可调谐二极管激光吸收光谱（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）技术可以提供优于其他选择的几个优势。

垃圾填埋场的排放监测要求

EPA的新源性能标准法规要求垃圾填埋场运行气体控制和收集系统（gas control and collection system, GCCS），以大限度地减少甲烷排放。法规要求垃圾填埋场每季度执行一次排放监测已排查大于体积上百万分之 500（即ppmv）的排放。运营商还必须确保他们的收集和控制系统正常运行。如果检测到超标，垃圾填埋场必须采取一切必要措施来纠正问题。

当前可用于SEM的仪器受EPA指南“挥发性有机化合物泄漏的测定方法21（Method 21 Determination of Volatile Organic Compound Leaks）”监管。关于仪器规格，指南要求仪器必须符合以下要求：

l 对目标气体甲烷响应，能够测量法规中规定的泄漏定义浓度

l 仪器刻度为指定浓度的 +/- 2.5%

l 配备电动泵，确保样品以恒定流速输送至检测器

l 配备外径不超过 1.25 英寸的采样探头或探头延长件，并有一个供样品进入的开口

l 在爆炸性环境中操作具有本质安全性

l 响应时间等于或小于 30 秒

SEM监测技术简介

方法 21 指出几种技术适用于 SEM，包含催化氧化、火焰电离、红外吸收和光电离的设备。

从历史上看，火焰离子化检测器（FID）通常被认为是SEM的标准技术。其工作原理是检测氢火焰中有机化合物燃烧过程中形成的离子，这些离子的产生与样品气流中有机物质的浓度成正比。

FID的缺点之一在于使用明火，在发生熄火的情况下FID可能难以重启。同时，技术人员必须随身携带瓶装氢气，然而因为氢气高度易燃，运送和获取的过程都存在一定的挑战，不能像标准校准气体便于使用。FID仪器也可能很重（有些重达 12 磅），整天配备这样的仪器在垃圾填埋场周围巡检，即使是放在背包里，也会给操作员带来压力和疲劳。

其他许多检测方法测需要使用两个独立的设备：一个用于采集样本，另一个用于保存数据和 GPS 坐标。排除其他使用便利性的考量，这代表技术人员必须跟踪两块电池的状态，以确保每块电池都已充电并可以使用。虽然FID可以分析范围广泛的碳氢化合物，但它们可能容易受到交叉气体效应的影响，使得输出的甲烷浓度数据存在偏差。

另一种可用于 SEM 的技术是光电离检测器（PID），它使用紫外线（UV）范围内的高能光子将分子分解为带正电的离子。当化合物进入检测器时，它们会受到高能紫外光子的轰击，并在吸收紫外光时被电离，导致电弹出并形成带正电的离子。离子产生的电流便是检测器的信号输出。目标气体组分的浓度越大，产生的离子越多、电流越大。电流被放大并显示在电流表或数字浓度显示器上。

PID可以检测多种气体，通常用于检测挥发性有机化合物（VOC）。PID的优势是快速响应，但需要经常清洁维护。此外，紫外线灯会因为耗损需要更换。

TDLAS的技术优势

TDLAS是近期用于SEM的新技术，利用了红外激光吸收光谱对气体的高选择性，将设备准确聚焦在样品中的甲烷成分，避免受到其他碳氢化合物和VOC的干扰而影响甲烷读数。一个很重要的优势是准确性，TDLAS技术可以检测低至0.5 ppm的读数。此外，对于在潜在爆炸性环境中进行采样分析，TDLAS无需明火也是其一大优势。操作无需外置气瓶，激光技术也消除了熄火的风险，用户无需浪费时间停止测量并进行重启。通过集成GPS和蓝牙通信，精心设计的TDLAS分析系统避免额外用于数据存储和GPS等辅助设备，其内部存储并可以保存长达480小时、或大约3个月的扫描数据。紧凑的TDLAS系统设计使其重量还不到其他SEM监控技术的一半，大大减小了操作员的负担。

总体来说，TDLAS仪器和其配套软件可以帮助用户更好地遵守环境法规。数据可以保存到计算机中，并且可以根据用户需求生成数据报告，提供站点地图、扫描路径等更详细的信息。这些软件程序还可以格式化扫描数据并自动生成行业标准的报告，使操作员的工作更轻松。

SEM技术展望

鉴于现行的垃圾填埋场排放法规，捕获、控制和测量过量垃圾填埋场气体的努力至关重要。虽然EPA要求使用SEM，但并非所有批准用于执行SEM的技术都是相同的。新的激光技术可以帮助操作员达到、甚至超过EPA方法21中对每个季度SEM监测的要求。TDLAS技术避免了传统方法在安全性、效率和易用性方面的缺点，以其功能性和便利性可帮助垃圾填埋场运营商满足EPA的SEM要求。