《生活垃圾焚燒煙氣二噁英激光電離飛行時間質譜在線檢測系統技術要求》解讀

李曉東，陸勝勇，尚凡杰

（1.浙江大學，杭州 310058；2.浙江富春江環保科技研究有限公司，杭州 311401）

二噁英（PCDD/Fs）作為各種工業燃燒及熱處理過程中產生的痕量有機污染物的代表，具有極強的生物毒性、持久性和生物累積性，是生活垃圾焚燒廠煙氣排放控制的重要指標。當前，生活垃圾焚燒煙氣二噁英的檢測完全依賴于高分辨氣相色譜—高分辨質譜（HRGC/HRMS）的離線檢測分析方法，所依據的國內離線檢測標準也僅有《環境空氣和廢氣 二噁英類的測定 同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質譜法》（HJ 77.2—2008）[1]，其檢測周期長（2～4 周/樣）、檢測成本高，不能連續、及時地反映焚燒爐的二噁英排放情況，無法實現對垃圾焚燒爐進行快速有效的運行工況調控，因此，垃圾焚燒行業二噁英連續、穩定、長期達標排放面臨巨大挑戰。

激光電離飛行時間質譜在線檢測技術以其選擇性優、干擾少、檢測能力強、準確性高、穩定性好等特點[2,3]，實現了生活垃圾焚燒煙氣二噁英的在線檢測。至今，基于該技術的設備系統已成功應用于國內5 家大型生活垃圾焚燒企業（3 家爐排爐企業和2 家循環流化床企業），并通過3 年多良好的連續運行，完成了對生活垃圾焚燒煙氣二噁英的長期日常在線檢測。但當前國內外尚無公開的二噁英在線檢測技術的相關標準或指導性文件，無法規范和指導二噁英在線檢測技術及設備的發展，二噁英在線檢測技術標準的制定迫在眉睫。生活垃圾焚燒企業現場應用及二噁英日常檢測見如圖1、圖2。

基于此需求，2018 年2 月中國環境保護產業協會下達了“生活垃圾焚燒煙氣二噁英排放在線檢測系統技術要求”的標準編制任務。浙江大學作為主編單位承擔了該標準的編制工作，參編單位有浙江富春江環保科技研究有限公司、浙能錦江環境控股有限公司、上海康恒環境股份有限公司、重慶三峰環境集團股份有限公司。經兩年多的努力，團體標準《生活垃圾焚燒煙氣二噁英激光電離飛行時間質譜在線檢測系統技術要求》（T/CAEPI 28—2020）[4]于2020 年12 月22 日正式發布。

1 標準制定的意義及作用

二噁英在線檢測系統技術相關標準的制定有利于規范二噁英在線檢測方法和檢測儀器的關鍵參數指標，提升了在線檢測系統獲得的監測數據的可靠性，彌補了傳統離線分析檢測方法的不足，為焚燒爐運行操控人員直觀、快速、量化地了解焚燒爐煙氣實時二噁英排放狀況提供支持，可極大提高焚燒爐二噁英污染物排放控制水平，進一步提高垃圾焚燒的清潔性、安全性和經濟性，對解決垃圾焚燒的“鄰避效應”具有重要意義。

圖1 二噁英在線檢測系統在生活垃圾焚燒廠的現場應用

圖2 某生活垃圾焚燒企業煙氣二噁英排放在線檢測

當前，二噁英激光電離飛行時間質譜在線檢測技術在國外仍處于實驗研究階段，并未在實際現場進行長期應用。而該技術在我國已逐漸成熟，并成功在多個生活垃圾焚燒現場進行了長期穩定的應用。與此相對的，國內外僅有傳統的涉及各類環境介質中二噁英的現場采樣和實驗室分析檢測的相關標準，尚無涉及焚燒煙氣排放二噁英的在線檢測的相關標準。本標準的出臺填補了國內外無二噁英在線檢測標準可依的空白，其操作性強、覆蓋面全，可有效指導二噁英在線檢測系統的制造、安裝和使用，規范二噁英在線檢測技術在行業中的應用，推動二噁英在線檢測技術進一步發展，改變當前焚燒煙氣二噁英排放檢測依靠傳統的現場取樣和實驗室分析檢測的形勢，促進實現對生活垃圾焚燒煙氣二噁英排放的日常性監測，實現我國對重點二噁英排放源的長期、持續監控，為政府監管、企業自檢、民眾監督提供切實有效的工具和手段。

2 主要技術內容和說明

2.1 適用范圍

《生活垃圾焚燒煙氣二噁英激光電離飛行時間質譜在線檢測系統技術要求》（T/CAEPI 28—2020）規定了生活垃圾焚燒煙氣二噁英激光電離飛行時間質譜在線檢測系統（以下簡稱在線檢測系統）的組成、技術要求、檢測方法、運行期質量保證、檢驗規則及產品標志、包裝、運輸和貯存，適用于生活垃圾焚燒煙氣二噁英激光電離飛行時間質譜在線檢測系統的生產、安裝和應用。

2.2 在線檢測系統的組成和技術要求

2.2.1 在線檢測系統組成及功能

在線檢測系統的基本原理是連續檢測生活垃圾焚燒煙氣中二噁英指示物的含量，通過關聯模型將其換算為基準氧含量二噁英毒性當量濃度，并通過數據、圖文等方式顯示結果。基于在線檢測系統基本原理和功能，本標準規定了樣品采集預處理、激光電離飛行時間質譜檢測、數據采集處理與系統控制等三個基本組成單元，并分別介紹了各單元應具備的功能，其組成示意如圖3 所示。

2.2.2 在線檢測系統一般要求

本標準規定了在線檢測系統可穩定、連續運行的基本要求，主要包括室內溫度、濕度等系統所處環境要求，儀器本身的電磁兼容性能、介電強度（耐壓）等環境適應性要求，以及在安裝過程中所需的用電需求、氣源要求和安全性能要求等，并給出對應的檢測方法。通過上述一般要求的關鍵指標性能的規定，保證了在線檢測系統的安裝和運行。

2.2.3 在線檢測系統各組成單元的基本要求

在線檢測系統包括樣品采集預處理單元、激光電離飛行時間質譜檢測單元、數據采集處理與系統控制單元等，具備相關性和整體性。各單元性能表現的優劣均直接關系到檢測結果的準確性。因此，本標準對在線檢測系統各單元的組成和關鍵控制參數提出了較高要求，并給出了對應的檢測方法，從樣品采集預處理起即保證了在線檢測系統檢測結果的準確性。各單元檢測要求如下：

（1）樣品采集預處理單元是在線檢測系統中負責從煙道中采集煙氣樣品并進行分析檢測前準備過程的重要單元。樣品采集預處理單元由樣品引入、樣品采集和樣品分離三部分組成，實現對煙氣樣品的引入、加熱除塵脫水和富集分離等功能，以提升和保證在線檢測系統檢測結果的準確性和穩定性。樣品采集預處理單元的各組成部分的關鍵過程參數要求及檢測方法主要包括：采樣要求、管路要求、引入參數要求、加熱除塵的效果要求、管路氣密性要求、樣品除水富集的過程參數要求和樣品分離氣相色譜模塊要求等。通過對上述樣品采集預處理單元的完整流程關鍵參數的控制，排除其他雜質的干擾，滿足檢測要求，進而保證檢測結果的準確性。

（2）激光電離飛行時間質譜檢測單元是對經樣品采集預處理單元后的被測樣品進行檢測的重要單元，由激光電離源和飛行時間質譜組成。本標準對波長調諧范圍、線寬和峰值功率等3 項激光電離源的關鍵技術指標提出限制要求，保證待測樣品可被充分電離；通過對質量范圍、質量分辨率和質量穩定性等3 項表征飛行時間質譜儀功能特性的重要技術指標提出要求，使被電離后的樣品可被靈敏檢測，以保證在線檢測系統的檢測能力。

（3）數據采集處理與系統控制單元是在線檢測系統中對各種電信號進行收集和數字化處理的重要單元，也是關系檢測結果準確性的關鍵單元，主要由數據采集與系統控制、數據處理和數據存儲、顯示和傳輸等部分組成。本標準對數據采集與系統控制單元應具備的功能提出了要求，如數據采集、系統控制、數據存儲、顯示和傳輸等，并對滿足其最低使用要求的數據采集卡的性能參數提出要求，以保證在線檢測系統對各個單元的控制與數據采集處理。此外，對表征二噁英關聯模型可靠性的兩項關鍵指標即關聯模型數據量和決定系數進行了嚴格要求，以保證二噁英關聯模型的可靠性和準確性，進而保證了在線檢測系統檢測結果的準確性和可靠性。

圖3 在線檢測系統組成示意

2.2.4 在線檢測系統技術性能要求

本標準對在線檢測系統正常運行時應達到的關鍵技術要求進行了規定，分別從在線檢測系統的檢測效率、檢測能力、穩定性及對檢測結果的相關性、準確性和可靠性等方面進行了規定，列出了測量周期、重復性、檢出限、線性誤差、線性相關系數和比對誤差等6 項指標并給出對應檢測方法，結合多臺在線檢測系統在多個焚燒現場長期運行所收集的大量數據，總結分析得出這6 項關鍵指標數值，進而獲得較為完善的表征在線檢測系統性能優劣的整體技術指標。

2.3 運行期質量保證

本標準對在線檢測系統連續穩定運行的時間及條件提出基本要求，保證其在生活垃圾焚燒企業的運行質量，進而實現對垃圾焚燒煙氣二噁英排放的日常性檢測。

3 結語

《生活垃圾焚燒煙氣二噁英激光電離飛行時間質譜在線檢測系統技術要求》（T/CAEPI 28—2020）作為國內外首項公開的針對二噁英在線檢測技術要求而制定的產品標準，填補了二噁英在線檢測領域的標準空白。在編制過程中，基于現有關于二噁英在線檢測技術的理論研究與實際二噁英在線檢測系統的研發，整合二噁英在線檢測系統的大量實驗室研究及其在多個不同大型生活垃圾焚燒廠的長期現場應用經驗，從二噁英在線檢測系統的制造、安裝、運行和使用等多個過程進行規范和完善，并對關鍵性能指標進行了大量、長期的數據搜集與論證，形成了針對生活垃圾焚燒煙氣二噁英激光電離飛行時間質譜在線檢測系統從出廠到現場安裝、應用、運行維護等完整過程的關鍵技術規范，具有較強的可操作性和指導性。該標準的發布實施，推動了二噁英在線檢測技術的發展，有助于我國對重點二噁英排放源的長期、持續在線監控，進而實現二噁英的實時反饋控制和達標排放。