美國環(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)定垃圾填埋場運(yùn)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(diǎn)目標(biāo)是減少填埋場中富含甲烷的填埋氣體排放。法規(guī)要求垃圾填埋場執(zhí)行表面排放監(jiān)測（surface emission monitoring, SEM）以識別潛在的排放超標(biāo)。相較于幾種常見的SEM技術(shù)，包含火焰離子化檢測器（flame ionization detectors, FID）和光電離檢測器（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)于其他選擇的幾個優(yōu)勢。

垃圾填埋場的排放監(jiān)測要求

     EPA的新源性能標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求垃圾填埋場運(yùn)行氣體控制和收集系統(tǒng)（gas control and collection system, GCCS），以*大限度地減少甲烷排放。法規(guī)要求垃圾填埋場每季度執(zhí)行一次排放監(jiān)測已排查大于體積上百萬分之 500（即ppmv）的排放。運(yùn)營商還必須確保他們的收集和控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果檢測到超標(biāo)，垃圾填埋場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)化合物泄漏的測定方法21（Method 21 Determination of Volatile Or*anic 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：

- 對目標(biāo)氣體甲烷響應(yīng)，能夠測量法規(guī)中規(guī)定的泄漏定義濃度

- 儀器刻度為指定濃度的 +/- 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(jìn)入的開口

- 在爆炸性環(huán)境中操作具有本質(zhì)安全性

- 響應(yīng)時間等于或小于 30 秒

SEM監(jiān)測技術(shù)簡介

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。

      從歷史上看，火焰離子化檢測器（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，技術(shù)人員必須隨身攜帶瓶裝氫氣，然而因?yàn)闅錃飧叨纫兹?，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(dú)立的設(shè)備：一個用于采集樣本，另一個用于保存數(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。*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(dǎo)致電子彈出并形成帶正電的離子。離子產(chǎn)生的電流便是檢測器的信號輸出。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可以檢測多種氣體，通常用于檢測揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。PID的優(yōu)勢是快速響應(yīng)，但需要經(jīng)常清潔維護(hù)。此外，紫外線燈會因?yàn)楹膿p需要更換。

TDLAS的技術(shù)優(yōu)勢

TDLAS是近期用于SEM的新技術(shù)，利用了紅外激光吸收光譜對氣體的高選擇性，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衔锖蚔OC的干擾而影響甲烷讀數(shù)。一個很重要的優(yōu)勢是準(zhǔn)確性，TDLAS技術(shù)可以檢測低至0.5 ppm的讀數(shù)。此外，對于在潛在爆炸性環(huán)境中進(jìn)行采樣分析，TDLAS無需明火也是其一大優(yōu)勢。操作無需外置氣瓶，激光技術(shù)也消除了熄火的風(fēng)險，用戶無需浪費(fèi)時間停止測量并進(jìn)行重啟。通過集成GPS和藍(lán)牙通信，精心設(shè)計的TDLAS分析系統(tǒng)避免額外用于數(shù)據(jù)存儲和GPS等輔助設(shè)備，其內(nèi)部存儲并可以保存長達(dá)480小時、或大約3個月的掃描數(shù)據(jù)。緊湊的TDLAS系統(tǒng)設(shè)計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)可以保存到計算機(jī)中，并且可以根據(jù)用戶需求生成數(shù)據(jù)報告，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)并自動生成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的報告，使操作員的工作更輕松。

SEM技術(shù)展望

鑒于現(xiàn)行的垃圾填埋場排放法規(guī)，捕獲、控制和測量過量垃圾填埋場氣體的努力至關(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中對每個季度SEM監(jiān)測的要求。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運(yùn)營商滿足EPA的SEM要求。