CN102353563A

CN102353563A - 一种污水好氧处理单元释放温室气体采集装置和采样方法

Info

Publication number: CN102353563A
Application number: CN2011101572536A
Authority: CN
Inventors: 孙德智; 李莎; 柳岩; 齐飞; 伦小秀
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-06-13
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明涉及一种污水处理好氧处理单元释放温室气体采集装置和采样方法。装置组件之间连接关系是：浮体被限位固定组件固定在整个装置的下部；气体收集袋位于限位固定组件的内部，下端被限位固定组件密封固定；气体采集组件与气体收集袋顶部相连，用以及时、连续采集气体样品。本发明提供的用于污水处理好氧处理单元释放温室气体采集装置，结构简单、便于携带、操作简便、易于更换浮体和气袋。其中采样方法：将气体采集袋压瘪，抽成真空，连接固定装置，采集气体样品。运用本发明提供的采样方法，采集的气样更具代表性，能实现对污水好氧处理单元释放的温室气体及时、准确采集，可广泛应用于各种污水处理工艺中好氧处理单元所放的温室气体采集。

Description

一种污水好氧处理单元释放温室气体采集装置和采样方法

(一)技术领域

本发明涉及一种用于污水处理厂好氧处理单元释放的温室气体采集装置和采样方法。属于气体采样技术领域。

(二)背景技术

全球气候变暖带来冰川消失、海平面上升等一系列危及人类生存的地球环境变化，大气中温室气体浓度的升高被认为是引起全球气候变暖的因素之一。温室气体主要包括CO₂、CH₄、N₂O等七种气体，其中以CO₂、CH₄、N₂O三种气体为主，特别是CO₂所占体积比例约为75％，明显高于其它两种温室气体含量。但是CO₂、CH₄、N₂O三种气体的全球变暖潜能值(GWP)分别为1、21、310，表明CH₄和N₂O的增温潜势不能忽略，

污水处理厂是温室气体的主要排放源之一，污水处理过程中主要产生CO₂、CH₄和N₂O三种温室气体，而且不同处理工艺中这三种温室气体的产生量和产生环节差异很大。随着我国污水排放总量、处理率和排放标准的不断提高，污水处理过程中产生的温室气体量必将随之增加，势必导致在我国温室气体总排放量中所占份额会越来越大。自2000年以来，国外已针对不同污水处理单元、不同生物处理过程和工艺产生的温室气体情况开展研究。我国虽然在温室气体监测方面也有了一些进展，但主要集中在农田、湿地、森林、裸露土壤和低矮植被等相对稳定的环境系统中，如申请号为97111901.5，名称为一种测定农田温室气体排放量的方法，公开号为CN1203364的发明专利利用封闭式箱罩住农田作物，测定农田作物在较长时间内温室气体的积累排放量，利用该方法可对农田作物释放的温室气体进行长期稳定的监测，而污水处理厂好氧处理单元的温室气体排放规律相对于农田、湿地、森林、裸露土壤和低矮植被等相对稳定的环境系统来说，其影响因素较多，而且环境稳定性差，不适宜用以上装置和方法对温室气体进行采集。再如申请号为200710026451.2，名称为一种水体、土壤表面挥发性气体采样装置及其采样方法，公开号为CN101008592的发明专利，公开了一种水体、土壤表面挥发性气体采样装置及其采样方法，可采集天然或人工水体、裸露土壤、低矮植被和滩涂湿地等环境中所稳定释放的挥发性气体。但是该气体采集装置组件较多、连接繁杂，难以实现快速采样。目前，我国还没有专用于污水好氧处理单元释放的温室气体的标准采集装置和采样方法，导致我国缺少污水处理厂温室气体排放数据和减排策略。因此，研究准确、便携的污水好氧处理单元释放的温室气体采集装置和采样方法具有非常重要的意义。

(三)发明内容

1、目的：

本发明的目的在于提供一种污水处理厂各种处理工艺中好氧处理单元所释放的温室气体采集装置和采样方法。其中温室气体采集装置结构简单、便于携带、部件易于更换、操作简便；运用此装置采集的温室气体样品准确、及时。

2、技术方案：

(1)温室气体采集装置

本发明所研制的污水处理厂各种处理工艺中好氧处理单元所释放的温室气体采集装置，其系统结构包括浮体、限位固定组件、气体收集袋、气体采集组件和气体监测组件。它们之间的位置连接关系是：浮体被限位固定组件固定在整个装置的下部；气体收集袋位于限位固定组件的内部，同时其下端被限位固定组件密封固定，用以收集气体样品；气体采集组件与气体收集袋顶部相连，用以采集气体样品；气体监测组件位于气体收集袋的顶部，用以及时监测气体收集袋内的温度和压力。

所述的浮体主要为集气装置提供浮力及维持集气装置的平衡，本发明的浮体通常选取泡沫板，其易得、浮力大、便于携带，亦可根据形状变化选择汽车轮胎等。

所述的限位固定组件由上部的气体收集袋限位支架，下部的四面体及卡扣组成。该部分组件均采用耐污水侵蚀的不锈钢材质，其中限位支架与四面体通过焊接连接到一起。四面体的上边缘四周连接限位挡板，以限制浮体的顶端活动范围；卡扣是由两个U型的角钢组成，其大小比四面体外径稍大，通过调节卡扣两侧的螺栓来调节卡扣的松紧，卡扣主要有两个作用：卡扣上边缘也焊接限位挡板以限制浮体的底端活动范围，同时卡扣可以紧固以实现气体收集袋的固定和密封。卡扣是独立于四面体与限位支架的，其可以随时打开或关闭，从而实现漂浮物和气体收集袋的及时更换，浮体固定挡板与浮体底部间的距离由选择的浮体的厚度决定。采样时，将浮体由四面体下部向上套入直到上限位挡板，然后卡扣套入四面体，固定浮体。

所述的气体收集袋一端是敞开的，另一端是通过硅胶管与气体采集组件相连。采集气体前，气体收集袋敞开端翻套在不锈钢板四面体的外侧，然后套入卡扣，实现气体收集袋的固定。采集气体前，气体收集袋被压瘪，抽成真空，从而实现采样的准确性。

所述的气体采集组件由硅胶管依次与三通阀、小型气体采样泵、气体采样袋连接。采气泵功率、采气袋容积由现场试验情况决定。

所述的监测组件由温度探头、压力探头、温度数据线、压力数据线、温度数字显示表、高精密数字气压计组成。

其中，浮体装置可以选择泡沫板或汽车内胎；

其中，限位固定组件为不锈钢材质，其体积由污水处理厂曝气强度、监测气体种类等决定，下部不锈钢四面体底部边长为300～400mm，高度为200～300mm，上部不锈钢支架侧面由四根不锈钢柱组成，直径为50～60mm，不锈钢支柱顶部由四根长度为300～400mm，直径为50～60mm的不锈钢支柱固定；

其中，小型气体采样泵为负压式抽真空泵，采气流量为0～4L/min；

其中，气体收集袋为长方体形聚乙烯(或聚丙烯)轻质薄膜塑料袋，底部边长为300～400mm，高度为1500～1600mm；

其中，气体采样袋为铝箔材质，容积为500ml；

其中，温度数字显示表精度达到0.1℃。

其中，高精密数字气压计分辨率达到1Pa。

(2)采用本发明所属的温室气体采集装置用于污水好氧处理单元释放的温室气体的采样方法，其特征在于操作步骤如下：

第一步，采样装置的固定。首先将气体收集袋压瘪，抽成真空，然后连接固定装置。针对不同污水好氧处理工艺，选取具有代表性的监测点，将本装置固定于该监测点，记录装置固定的起始时间t₁。

第二步，气体样品的收集。随着好氧池不断曝气，气体收集袋逐渐被气体鼓吹起来，同步记录收集袋内的气压和温度，当气体收集袋内的压力与外界压力达到平衡的时候，开始采样，记录采样时刻t₂。

第三步，气体样品的采集。采样时，使气体收集袋与小型气体采样泵相连，同时将气体采样袋与硅胶管相连，旋转三通阀，开启小型气体采样泵，将气体收集袋中的气体通过小型气体采样泵中采集到气体采样袋中。

本发明具有以下的优点和效果：

(1)本发明所涉及的设备和方法，与传统的静态箱法采样相比，主要优点在于：适合应用在影响参数多、环境不稳定的条件下进行温室气体的采集，同时避免了传统静态箱法采样操作过程中，由于负压所致的操作误差较大的缺点。

(2)本发明设备和方法，设备结构简单、便于携带、部件易于更换、操作简便，可广泛应用于各种污水处理工艺好氧处理单元释放的温室气体的采集，能够准确量化环境表面单位面积各类温室气体的扩散通量。

(四)附图说明

图1本发明污水好氧处理过程释放的温室气体采集装置的立体图

图2本发明污水好氧处理过程释放的温室气体采集装置的各部分构造图

图中符号说明如下：

1、硅胶管；2、三通阀；3、小型气体采样泵；4、气体采样袋；5、气体收集袋；6、卡扣；7、紧固螺栓；8、不锈钢四面体；9、浮体；10、不锈钢四面体上部限位挡板；11、气体收集袋限位支架；12、温度探头；13、压力探头；14、橡胶垫；15、采气接口；16、温度探头数据线；17、压力探头数据线；18、高精密数字气压计；19、温度数字显示表。

(五)实施方式

下面结合附图对本发明专利进行详述。

如图1所示，本发明涉及一种用于污水处理厂好氧处理单元释放的温室气体采集装置和采样方法。采集装置是由浮体(9)、气体收集袋(5)、气体采集组件(硅胶管1、三通阀2、小型采样泵3、气体采样袋4)和限位固定组件(卡扣6、紧固螺栓7、不锈钢四面体8、气体收集袋限位支架11)组成。他们之间的位置连接关系是：不锈钢四面体(8)与气体收集袋限位支架(11)是焊接在一起的。气体收集袋(5)从不锈钢四面体(8)的底部放入气体收集袋限位支架(11)内，同时预留一段以使卡扣(6)紧固；然后把漂浮物(9)从不锈钢四面体(8)底部推入至四面体上限位挡板(10)，再放入卡扣(6)拧紧紧固螺栓(7)以固定气体收集袋(5)及浮体(9)。用硅胶管依次连接气体收集袋(5)、三通阀(2)、小型气体采样泵(3)和气体采样袋(4)。

用本发明的采集装置对污水好氧处理过程中释放温室气体采样方法如下：

第一步，温室气体采集装置的固定。将气体收集袋(5)压瘪，抽成真空，然后连接固定装置。针对不同污水好氧处理工艺，选取具有代表性的监测点，将本装置固定于该监测点，记录装置固定的起始时刻t₁。

第二步，气体样品的收集。随着好氧池不断曝气，气体收集袋(5)逐渐被气体鼓吹起来，同步记录收集袋内的气压和温度，当气体收集袋内(5)的压力达到平衡的时候，开始采样，记录采样时刻t₂。

第三步，气体样品的采集。采样时，使气体收集袋(5)与小型气体采样泵(3)相连，同时将气体采样袋(4)与硅胶管(1)相连，旋转三通阀(2)，开启小型气体采样泵(3)，将气体收集袋(5)中的气体通过小型气体采样泵(3)中采集到气体采样袋(4)中。

本实施案例中样品目标化合物为CO₂、CH₄、N₂O等温室气体，将所采集样品避光保存运回实验室，可直接用气相色谱-质谱联用仪或配有电子捕获检测器的气相色谱仪分析。

Claims

1.一种用于污水处理厂好氧处理单元释放的温室气体采集装置。其中，温室气体采集装置的特征在于：由浮体、气体收集袋、气体采集组件、限位固定组件和监测组件组成。温室气体采样方法其特征包括：将气体采集袋压瘪，将其抽成真空，连接固定装置，然后采集气体样品，最后实现循环采样。

2.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂好氧处理单元释放的温室气体采集装置，其特征在于：所述的限位固定组件由卡扣(6)、紧固螺栓(7)、不锈钢四面体(8)、气体收集袋限位支架(11)组成，其中不锈钢四面体(8)与气体收集袋限位支架(11)是焊接连接的。

3.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂好氧处理单元释放的温室气体采集装置，其特征在于：所述的浮体(9)可以是泡沫板，也可以是汽车轮胎。

4.如权利要求1所述的一种用于用于污水处理厂好氧处理单元释放的温室气体采集装置，其特征在于：所述的气体收集袋(5)为长方体形聚乙烯(或聚丙烯)轻质薄膜塑料袋，一端是敞开的，另一端是通过硅胶管(1)与气体采集组件相连。气体收集袋(5)易于发生形变，可以在采样前将其压瘪，抽成真空，使得采集的样品准确度更高，更具有代表性。

5.如权利要求1所述的一种用于用于污水处理厂好氧处理单元释放的温室气体采集装置，其特征在于：所述的监测组件由温度探头(12)、压力探头(13)、温度数字显示表(19)、高精密数字压力计(18)、温度探头数据线(16)和压力探头数据线(17)组成。

6.一种采用权利要求1所述的温室气体采集装置采集污水好氧处理过程中释放的温室气体的方法，其特征在于操作步骤如下：

第一步，温室气体采集装置的固定。首先将气体收集袋(5)压瘪，抽成真空，然后连接固定装置。针对不同污水好氧处理工艺，选取具有代表性的监测点，将本装置固定于该监测点，记录装置固定的起始时刻t₁。

第二步，气体样品的收集。随着好氧池不断曝气，气体收集袋(5)逐渐被气体鼓吹起来，同步记录收集袋内的气压和温度，当气体收集袋(5)内的压力与外界压力达到平衡的时候，开始采样，记录采样时刻t₂。