O的收集裝置和采樣方法
【專利摘要】污水處理廠處理單元水面N2O的收集裝置和采樣方法，屬于污水采樣【技術(shù)領(lǐng)域】。收集通量箱上部為半球頂型，下部為圓筒型，其連接處設(shè)有一擋板，擋板下部可套入浮板中，頂部設(shè)有一小型風(fēng)扇，裝置將氣體采樣系統(tǒng)和液體采樣系統(tǒng)的相關(guān)傳感器和泵分別集成在兩個(gè)小型設(shè)備箱中，密封性良好。裝置還設(shè)有箱內(nèi)氣壓計(jì)、氣體溫度計(jì)、液體溫度計(jì)，可以實(shí)時(shí)測(cè)定相關(guān)參數(shù)，并在在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)上的文本顯示器中顯示，同時(shí)可以通過(guò)在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)的控制面板開啟和設(shè)定氣體采樣泵和液體采樣泵的流量。本發(fā)明提供的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成性好，便于攜帶，操作簡(jiǎn)便?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)污水處理單元釋放性和溶解性N2O的收集和測(cè)定。
【專利說(shuō)明】污水處理廠處理單元水面N2O的收集裝置和采樣方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理廠處理單元水面釋放性N2O以及溶解性N2O的收集裝置及采樣方法，適用于監(jiān)測(cè)污水處理廠N2O溫室氣體排放，屬于污水采樣【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]N2O是一種強(qiáng)力的溫室氣體，其溫室效應(yīng)約是CO2的310倍，并且會(huì)對(duì)臭氧層造成強(qiáng)有力的破壞。近年來(lái)，人類活動(dòng)導(dǎo)致的N2O溫室氣體排放逐年增大，其中污水處理廠脫氮過(guò)程中排放的N2O值得引起注意。到目前為止，全世界對(duì)N2O的源和匯進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作，但由于研究方法和研究條件的限制，對(duì)污水處理系統(tǒng)中N2O的排放仍缺乏細(xì)致、定量的研究。目前，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室及中試反應(yīng)器污水處理過(guò)程產(chǎn)生的N2O收集和測(cè)定已有一定的研究基礎(chǔ)，但對(duì)于實(shí)際規(guī)模的污水處理廠排放的N2O還缺少深入研究。
[0003]對(duì)污水處理廠排放的N2O進(jìn)行收集與測(cè)定，不僅具有一定的研究意義，而且具有重要的實(shí)際意義，它為污水處理廠溫室氣體減排技術(shù)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有通量箱的改進(jìn)，利用便攜式通量箱體進(jìn)行釋放性和溶解性N2O的同時(shí)采集，并記錄相關(guān)參數(shù)。
[0005]本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的:
[0006](I)水面N2O收集裝置:
[0007]污水處理廠處理單元水面N2O收集裝置，該裝置包括通量箱體系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)、液體收集系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)；所述的N2O收集裝置的通量箱體系統(tǒng)主要由通量箱體(12)、小型風(fēng)扇(13)、固定環(huán)(10)、浮板(11)組成；氣體收集系統(tǒng)由氣體取樣管(3)、氣體米樣袋(I)、氣體溫度計(jì)(4)、箱內(nèi)氣壓計(jì)(5)和第一設(shè)備箱(2)組成,其中第一設(shè)備箱
(2)包括氣體溫度傳感器、氣體取樣泵、氣體流量傳感器和氣體壓力傳感器；液體收集系統(tǒng)由液體取樣管出)、液體收集瓶(7)、液體溫度計(jì)(9)和第二設(shè)備箱(8)組成，其中第二設(shè)備箱(8)包括液體溫度傳感器、液體取樣泵、液體流量傳感器；
[0008]在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)(14)主要由文本顯示器、控制面板、開關(guān)電源、PLC構(gòu)成。
[0009]所述的通量箱體(12)由有機(jī)玻璃材質(zhì)制作，質(zhì)量相對(duì)較輕，便于攜帶，同時(shí)能保證箱體內(nèi)外溫度一致。通量箱體(12)的頂蓋是半球體，頂蓋下面是圓筒，連接構(gòu)成空腔；圓筒底部的外面設(shè)有一擋板，擋板下部套入浮板(11)中，保證通量箱體在水面上能漂浮，不使用時(shí)可將浮板拆除，方便攜帶，同時(shí)浮板中的有孔與通量箱體(12)的空腔相通。
[0010]所述的通量箱半球體頂蓋設(shè)有小型風(fēng)扇(13)，取樣時(shí)開啟以保證箱內(nèi)氣體均勻。
[0011]所述的通量箱體上設(shè)有固定環(huán)10,用于捆綁固定通量箱體。
[0012]所述的浮板(11)采用輕質(zhì)材料泡沫板，易于攜帶，形狀可隨意調(diào)整。
[0013]所述的第一設(shè)備箱(2)內(nèi)集成了氣體采樣系統(tǒng)相關(guān)的氣體溫度傳感器、氣體取樣泵、氣體流量傳感器和氣體壓力傳感器，設(shè)備箱密封性良好，可防止液體濺入，便于管理和維護(hù)。
[0014]所述的第二設(shè)備箱(8)集成了液體采樣系統(tǒng)相關(guān)的液體溫度傳感器、液體取樣泵、液體流量傳感器，設(shè)備箱密封性良好，可防止液體濺入，便于管理和維護(hù)。
[0015]所述的第一設(shè)備箱(2)中的氣體采樣泵和第二設(shè)備箱(8)中的液體取樣泵可同時(shí)開啟，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，也可以根據(jù)環(huán)境條件的需要單獨(dú)啟動(dòng)。
[0016]所述的氣體溫度計(jì)(4)、箱內(nèi)氣壓計(jì)(5)、第一設(shè)備箱(2)中的氣體采樣泵分別與第一設(shè)備箱(2)中的氣體溫度傳感器、氣體壓力傳感器和氣體流量傳感器連接，并將數(shù)據(jù)傳輸至在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)(14)，在其文本顯示器上顯示，氣體溫度計(jì)(4)、箱內(nèi)氣壓計(jì)
(5)位于通量箱體(12)內(nèi)。
[0017]通量箱體(12)中的液體溫度計(jì)(9)、第二設(shè)備箱(8)中的液體取樣泵分別與第二設(shè)備箱(8)中的液體溫度傳感器、液體流量傳感器連接，并將數(shù)據(jù)傳輸至在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)(14)，在其文本顯示器上顯示。
[0018]氣體米樣袋(I)通過(guò)氣體米樣管(3)和第一設(shè)備箱(2)中的氣體取樣泵與通量箱體(12)相連通；液體收集瓶(7)通過(guò)液體取樣管(6)和第二設(shè)備箱(8)中的液體取樣泵與通量箱體(12)相連通。
[0019]所述的在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)有文本顯示器，可以實(shí)時(shí)讀出通量箱內(nèi)的氣體溫度、氣體壓力以及液體溫度以及顯示氣體流量和液體流量。
[0020]所述的在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)有控制面板，可以根據(jù)環(huán)境條件的需要調(diào)整氣體采樣泵和液體采樣泵的流量，對(duì)于其他生態(tài)系統(tǒng)也有很好的適用性。
[0021](2)采用本發(fā)明所屬的污水處理廠處理單元水面隊(duì)0的收集裝置的采樣方法，其特征步驟如下:
[0022]第一步:收集裝置的安裝，將裝置各部分管路連接好。
[0023]第二步:收集裝置的固定，將收集裝置套入所述浮板中，放置在選取好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，并固定在池邊；
[0024]第三步:樣品的收集，接通電源，打開氣體采樣泵和液體采樣泵，連接氣體采樣袋和液體采樣瓶，記錄氣體流量和液體流量，并記錄采樣時(shí)間，同時(shí)記錄相關(guān)的環(huán)境參數(shù)，收集完成后，將氣體采樣袋和液體采樣瓶密封；
[0025]第四步:樣品的測(cè)定，將收集好的樣品通過(guò)帶有電子捕獲器的氣相色譜測(cè)定。
[0026]本發(fā)明設(shè)計(jì)的裝置和方法與現(xiàn)有發(fā)明相比，具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)和有益效果:
[0027]裝置的兩個(gè)設(shè)備箱，分別集成了氣體取樣系統(tǒng)和液體取樣系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備和傳感器，方便維護(hù)；在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)采樣條件，實(shí)時(shí)讀數(shù)，保證了采樣的準(zhǔn)確性。氣體采樣泵和液體采樣泵分開控制，并可以調(diào)整流量，適用于多種環(huán)境條件下的溫室氣體米集。
[0028]本發(fā)明提供的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成性好，便于攜帶，操作簡(jiǎn)便。其中采樣方法:將裝置各部分管路連接好后，套入浮板中，在選擇好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)放入并固定，連接氣體采樣袋和液體采樣瓶，開啟氣體采樣泵和液體采樣泵后收集樣品并用帶有電子捕獲器的氣相色譜測(cè)定。運(yùn)用本發(fā)明提供的采樣方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理單元釋放性和溶解性N2O的收集和測(cè)定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為污水處理廠處理單元水面N2O收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖中:1_氣體米樣袋、2-第一設(shè)備箱、3-氣體取樣管、4-氣體溫度計(jì)、5-箱內(nèi)氣壓計(jì)、6-液體取樣管、7-液體收集瓶、8-第二設(shè)備箱、9-液體溫度計(jì)、10-固定環(huán)、11-浮板、12-通量箱體、13-小型風(fēng)扇、14-在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明專利的【具體實(shí)施方式】加以說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0032]參閱圖1所示，本發(fā)明涉及污水處理廠處理單元水面N2O收集裝置和采樣方法。收集裝置包括通量箱體系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)、液體收集系統(tǒng)和在線檢測(cè)及控制系統(tǒng)。通量箱體12、小型風(fēng)扇13、固定環(huán)10、浮板11。箱體主體由是半球體頂蓋和圓筒底部構(gòu)成，半球體內(nèi)頂部設(shè)有一小型風(fēng)扇13 ;底部圓筒外部伸有一擋板，擋板下部套入浮板11中，保證通量箱體在水面上能漂浮，不使用時(shí)可將浮板拆除，方便攜帶；擋板上設(shè)有固定環(huán)10，利用繩子穿過(guò)固定環(huán)可以固定在池邊。氣體收集系統(tǒng)包括氣體取樣管3、氣體采樣袋1、氣體溫度計(jì)4、箱內(nèi)氣壓計(jì)5和第一設(shè)備箱2，第一設(shè)備箱2安裝在通量箱體擋板上，設(shè)備箱整體密封性良好，可以防止液體濺入，其包括氣體溫度傳感器、氣體取樣泵、氣體流量傳感器和氣體壓力傳感器。通量箱內(nèi)氣體通過(guò)氣體采樣管3流經(jīng)第一設(shè)備箱2中的氣體取樣泵，之后收集至氣體采樣袋I中；通量箱內(nèi)氣體溫度通過(guò)氣體溫度計(jì)4測(cè)定，其數(shù)據(jù)通過(guò)第一設(shè)備箱2中的氣體溫度傳感器傳輸至在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)的顯示器上；通量箱內(nèi)氣體壓力通過(guò)箱內(nèi)氣壓計(jì)5測(cè)定，數(shù)據(jù)通過(guò)第一設(shè)備箱2中的氣體壓力傳感器傳輸至在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)的顯示器上；氣體取樣泵的流量通過(guò)氣體流量傳感器傳輸至在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)的顯示器上。液體收集系統(tǒng)包括液體取樣管6、液體收集瓶7、液體溫度計(jì)9和第二設(shè)備箱8，第二設(shè)備箱8安裝在通量箱體擋板上，位于第一設(shè)備箱2的對(duì)面，設(shè)備箱整體密封性良好，可以防止液體濺入，其包括液體溫度傳感器、液體取樣泵、液體流量傳感器。處理單元的污水從液體取樣管6流入，流經(jīng)第二設(shè)備箱8中的液體取樣泵，收集至液體收集瓶7中；污水的溫度通過(guò)液體溫度計(jì)9測(cè)定，其數(shù)據(jù)通過(guò)第二設(shè)備箱8中的液體溫度傳感器傳輸至在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)的顯示器上。在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)14的文本顯示器可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)氣體收集系統(tǒng)的第一設(shè)備箱2和液體收集系統(tǒng)的第二設(shè)備箱8將數(shù)據(jù)傳輸并轉(zhuǎn)化至文本顯示器上，可以實(shí)時(shí)讀取通量箱體內(nèi)氣溫、氣壓，氣體流量以及液體溫度，同時(shí)還可以根據(jù)環(huán)境條件在面板上調(diào)整氣體取樣泵和液體取樣泵的流量。
[0033]用本發(fā)明的收集裝置對(duì)污水處理廠處理單元水面N2O的采樣方法如下:
[0034](I)將氣體采樣管3、液體采樣管6分別和氣體采樣泵、液體采樣泵連接好。
[0035](2)將氣體溫度計(jì)4、箱內(nèi)氣壓計(jì)5、液體溫度計(jì)9在相應(yīng)位置安裝好。
[0036](3)將污水處理廠處理單元水面N2O收集裝置從上方裝入浮板11中，通量箱體擋板位于浮板11的上部，并保證氣體取樣管3和液體取樣管6的通暢，液體取樣管6通入液體中。同時(shí)將繩子穿過(guò)固定環(huán)10，以便后續(xù)固定在池邊。
[0037](4)將通量箱整體裝置放入反應(yīng)器中，穿過(guò)固定環(huán)的繩子另一端固定在池邊。
[0038](5)曝氣階段:當(dāng)通量箱體穩(wěn)定后，接通電源，小型風(fēng)扇自動(dòng)開啟，在在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)14的控制面板上，開啟氣體采樣泵和液體采樣泵，并調(diào)整合適流量，分別連接氣體采樣袋I和液體采樣瓶7，此時(shí)開始從箱內(nèi)收集氣體和液體，同時(shí)在顯示器上讀出氣體溫度、箱內(nèi)壓力、液體溫度參數(shù)。取樣結(jié)束后，斷開電源。將收集好的氣體采樣袋I和液體收集瓶7密封保存，送回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。重新接上預(yù)先抽真空的氣體采樣袋I和潔凈的液體收集瓶7。
[0039](6)非曝氣階段:重新接通電源，小型風(fēng)扇自動(dòng)開啟，開啟氣體采樣泵和液體采樣泵，并調(diào)整合適流量，此時(shí)開始從箱內(nèi)同時(shí)收集氣體和液體，同時(shí)在顯示器上讀出氣體溫度、箱內(nèi)壓力、液體溫度參數(shù)。取樣結(jié)束后，斷開電源。將收集好的氣體采樣袋I和液體收集瓶7密封保存，送回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。
[0040](7)完成全部采樣工作后，將通量箱整體裝置從反應(yīng)器中取出。
[0041](8)將樣品通過(guò)帶有電子捕獲檢測(cè)器的氣相色譜測(cè)定出其中的N2O含量。
[0042](9)水面N2O氣體的釋放通量計(jì)算方法如下所示:
η Οχρχc
[0043]F 二 ^^——

Λ.
[0044]式中:F-溫室氣體N2O的釋放通量
[0045]Q-氣體流量
[0046]P-氣體密度
[0047]c——?dú)怏w濃度
[0048]A——被罩住的水面面積
[0049]10、根據(jù)亨利定律計(jì)算溶解態(tài)N2O濃度，計(jì)算方法如下所示:
「 ^ 廠(\+Κ{))(θΡβΜ
[0050]C = --~-——
…RT
[0051]式中:Ktl——N2O的奧斯托瓦爾溶解度系數(shù)
[0052]ω —上部空間中N2O的濃度分?jǐn)?shù)
[0053]P——大氣壓力
[0054]β——液體收集瓶上部空間體積和水樣體積的比值
[0055]M-N2O中N的質(zhì)量數(shù)
[0056]R——理想氣體常數(shù)
[0057]T——室溫。
【權(quán)利要求】
1.污水處理廠處理單元水面N2O的收集裝置，其特征在于，該裝置包括通量箱體系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)、液體收集系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)；所述的N2O收集裝置的通量箱體系統(tǒng)主要由通量箱體(12)、浮板(11)組成；氣體收集系統(tǒng)由氣體取樣管(3)、氣體采樣袋(I)、氣體溫度計(jì)(4)、箱內(nèi)氣壓計(jì)(5)和第一設(shè)備箱(2)組成,其中第一設(shè)備箱(2)包括氣體溫度傳感器、氣體取樣泵、氣體流量傳感器和氣體壓力傳感器；液體收集系統(tǒng)由液體取樣管(6)、液體收集瓶(7)、液體溫度計(jì)(9)和第二設(shè)備箱(8)組成，其中第二設(shè)備箱(8)包括液體溫度傳感器、液體取樣泵、液體流量傳感器； 在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)(14)主要由文本顯示器、控制面板、開關(guān)電源、PLC構(gòu)成； 通量箱體(12)的頂蓋是半球體，頂蓋下面是圓筒，連接構(gòu)成空腔；圓筒底部的外面設(shè)有一擋板，擋板下部套入浮板(11)中，保證通量箱體在水面上能漂浮，同時(shí)浮板中的有孔與通量箱體(12)的空腔相通； 所述的氣體溫度計(jì)(4)、箱內(nèi)氣壓計(jì)(5)、第一設(shè)備箱(2)中的氣體采樣泵分別與第一設(shè)備箱(2)中的氣體溫度傳感器、氣體壓力傳感器和氣體流量傳感器連接，并將數(shù)據(jù)傳輸至在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)(14)，在其文本顯示器上顯示，氣體溫度計(jì)(4)、箱內(nèi)氣壓計(jì)(5)位于通量箱體(12)內(nèi)； 通量箱體(12)中的液體溫度計(jì)(9)、第二設(shè)備箱(8)中的液體取樣泵分別與第二設(shè)備箱(8)中的液體溫度傳感器、液體流量傳感器連接，并將數(shù)據(jù)傳輸至在線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)(14)，在其文本顯示器上顯示； 氣體采樣袋(I)通過(guò)氣體采樣管(3)和第一設(shè)備箱(2)中的氣體取樣泵與通量箱體(12)相連通；液體收集瓶(7)通過(guò)液體取樣管(6)和第二設(shè)備箱(8)中的液體取樣泵與通量箱體(12)相連通。
2.按照權(quán)利要求1的收集裝置，其特征在于，所述的通量箱體半球體頂蓋設(shè)有小型風(fēng)扇(13),取樣時(shí)開啟以保證箱內(nèi)氣體均勻。
3.按照權(quán)利要求1的收集裝置，其特征在于，通量箱體上設(shè)有固定環(huán)10，用于捆綁固定通量箱體。
4.按照權(quán)利要求1的收集裝置，其特征在于，所述的浮板(11)采用輕質(zhì)材料泡沫板。
5.利用權(quán)利要求1-4的任一裝置進(jìn)行采樣的方法，其特征在于，包括步驟如下: 第一步:收集裝置的安裝，將裝置各部分管路連接好； 第二步:收集裝置的固定，將收集裝置套入所述浮板中，放置在選取好的監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，并固定在池邊； 第三步:樣品的收集，接通電源，打開氣體采樣泵和液體采樣泵，連接氣體采樣袋和液體采樣瓶，記錄氣體流量和液體流量，并記錄采樣時(shí)間，同時(shí)記錄相關(guān)的環(huán)境參數(shù)，收集完成后，將氣體采樣袋和液體采樣瓶密封； 第四步:樣品的測(cè)定，將收集好的樣品通過(guò)帶有電子捕獲器的氣相色譜測(cè)定。
【文檔編號(hào)】G01N1/22GK104236954SQ201410484644
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】楊慶, 黃斯婷, 劉旭, 王子健, 張碩 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)