TDLAS方案應用于垃圾填埋場排放監測

可調諧二極管激光吸收光譜技術（TDLAS）可以為垃圾填埋場運營商提供一種更安全、更有效的方式來進行表面排放監測。 美國環境保護署（EPA）發布的新源性能標準（New Source Performance Standards, NSPS）規定垃圾填埋場運營商必須捕獲和控制垃圾填埋場氣體（Landfill gas, LFG），其中針對新的、改造的和重建的城市固體廢物（municipal solid waste, MSW）填埋場，重點目標是減少填埋場中富含甲烷的填埋氣體排放。法規要求垃圾填埋場執行表面排放監測（surface emission monitoring, SEM）以識別潛在的排放超標。相較于幾種常見的SEM技術，包含火焰離子化檢測器（flame ionization detectors, FID）和光電離檢測器（photoionization detectors, PID），嶄新的可調諧二極管激光吸收光譜（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）技術可以提供優于其他選擇的幾個優勢。 垃圾填埋場的排放監測要求 EPA的新源性能標準法規要求垃圾填埋場運氣體控制和收集系統（gas control and collection system, GCCS），以大限度地減少甲烷排放。法規要求垃圾填埋場每季度執行一次排放監測已排查大于體積上百萬分之 500（即ppmv）的排放。運營商還必須確保他們的收集和控制系統正常運行。如果檢測到超標，垃圾填埋場必須采取一切必要措施來糾正問題。 當前可用于SEM的儀器受EPA指南“揮發性有機化合物泄漏的測定方法21（Method 21 Determination of Volatile Organic Compound Leaks）”監管。關于儀器規格，指南要求儀器必須符合以下要求： - 對目標氣體甲烷響應，能夠測量法規中規定的泄漏定義濃度 - 儀器刻度為濃度的 +/- 2.5% - 配備電動泵，確保樣品以恒定流速輸送至檢測器 - 配備外徑不超過 1.25 英寸的采樣探頭或探頭延長件，并有一個供樣品進入的 - 在抱閘性環境中操作具有本質安全性 - 響應時間等于或小于 30 秒 SEM監測技術簡介 方法 21 指出幾種技術適用于 SEM，包含催化氧化、火焰電離、紅外吸收和光電離的設備。 從歷史上看，火焰離子化檢測器（FID）通常被認為是SEM的標準技術。其工作原理是檢測氫火焰中有機化合物燃燒過程中形成的離子，這些離子的產生與樣品氣流中有機物質的濃度成正比。 FID的缺點之一在于使用明火，在發生熄火的情況下FID可能難以重啟。同時，技術人員必須隨身攜帶瓶裝氫氣，然而因為氫氣高度易燃，運送和獲取的過程都存在一定的挑戰，不能像標準校準氣體便于使用。FID儀器也可能很重（有些重達 12 磅），整天配備這樣的儀器在垃圾填埋場周圍巡檢，即使是放在背包里，也會給操作員帶來壓力和疲勞。 其他許多檢測方法測需要使用兩個獨立的設備：一個用于采集樣本，另一個用于保存數據和 GPS 坐標。排除其他使用便利性的考量，這代表技術人員必須跟蹤兩塊電池的狀態，以確保每塊電池都已充電并可以使用。后，雖然FID可以分析范圍廣泛的碳氫化合物，但它們可能容易受到交叉氣體效應的影響，使得輸出的甲烷濃度數據存在偏差。 另一種可用于 SEM 的技術是光電離檢測器（PID），它使用紫外線（UV）范圍內的高能光子將分子分解為帶正電的離子。當化合物進入檢測器時，它們會受到高能紫外光子的轟擊，并在吸收紫外光時被電離，導致電子談出并形成帶正電的離子。離子產生的電流便是檢測器的信號輸出。目標氣體組分的濃度越大，產生的離子越多、電流越大。電流被放大并顯示在電流表或數字濃度顯示器上。 PID可以檢測多種氣體，通常用于檢測揮發性有機化合物（VOC）。PID的優勢是快速響應，但需要經常清潔維護。此外，紫外線燈會因為耗損需要更換。 TDLAS的技術優勢 TDLAS是近期用于SEM的新技術，利用了紅外激光吸收光譜對氣體的高選擇性，將設備準確聚焦在樣品中的甲烷成分，避免受到其他碳氫化合物和VOC的干擾而影響甲烷讀數。一個很重要的優勢是準確性，TDLAS技術可以檢測低至0.5 ppm的讀數。此外，對于在潛在抱閘性環境中進行采樣分析，TDLAS無需明火也是其一大優勢。操作無需外置氣瓶，激光技術也消除了熄火的風險，用戶無需浪費時間停止測量并進行重啟。通過集成GPS和藍牙通信，精心設計的TDLAS分析系統避免額外用于數據存儲和GPS等輔助設備，其內部存儲并可以保存長達480小時、或大約3個月的掃描數據。緊湊的TDLAS系統設計使其重量還不到其他SEM剪控技術的一半，大大減小了操作員的負擔。 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境法規。數據可以保存到計算機中，并且可以根據用戶需求生成數據報告，提供站點地圖、掃描路徑等更詳細的信息。這些軟件程序還可以格式化掃描數據并自動生成行業標準的報告，使操作員的工作更輕松。 SEM技術展望 鑒于現行的垃圾填埋場排放法規，捕獲、控制和測量過量垃圾填埋場氣體的努力至關重要。雖然EPA要求使用SEM，但并非所有批準用于執行SEM的技術都是相同的。新的激光技術可以幫助操作員達到、甚至超過EPA方法21中對每個季度SEM監測的要求。TDLAS技術避免了傳統方法在安全性、效率和易用性方面的缺點，以其功能性和便利性可幫助垃圾填埋場運營商滿足EPA的SEM要求。 天禹產品 天禹的激氣體分析儀由氣體檢測氣室單元、數據處理單元及顯示單元組成。系統采用國際、具有高檢測靈敏度的可協調二極管激光吸收光譜技術（TDLAS），并配合獨特光路設計的檢測氣室，通過測量氣體對激光的衰減來測量氣體濃度。

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