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专利名称：用于污水处理不曝气单元释放温室气体采集装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于污水处理不曝气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。
背景技术：
研究表明，温室气体排放量增加是引起气候变暖的主要原因。《京都议定书》中规定了 C02、CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6等六种温室气体，其中以C02、CH4, N2O三种气体为主。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C02、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。而污水处理厂不曝气处理单元属于一种水体环境，该装置无法实现在不曝气处理单元的固定以及对温室气体样品准确有效地采集。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，携带不便，不利于在污水处理厂不曝气处理单元实行大规模采样。污水处理单元分为曝气单元和不曝气单元，不曝气单元主要有选择池、初沉池、二沉池、浓缩池和不曝气池，在整个水厂处理单元中所占比例很大。目前，我国还没有专用于污水处理不曝气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，研究可准确采集污水处理不曝气单元释放温室气体的装置和采样方法具有非常重要的意义。

发明内容
1、目的:针对当前相关技术的研究现状以及污水不曝气处理过程温室气体释放特点，本发明提供一种气密性好、结构简单、易于操作的用以采集污水不曝气处理过程产生的温室气体装置。该温室气体采集装置采集的气体样品更具有代表性，它能实现对污水不曝气生物处理过程温室气体及时、准确、批量采集。2、技术方案(1)温室气体采集装置
本发明一种用于污水处理不曝气单元释放的温室气体采集装置，它是由浮体、气体收集箱、温度监测组件、压力监测组件和气体采样组件组成。所述的浮体主要为气体收集箱提供浮力及维持气体收集箱在液面上的平衡，保证气体收集箱的底部在样品采集过程中始终浸没在水面下。本发明的浮体通常选取汽车的内胎，其易得、浮力大、便于携带和更换，亦可选择泡沫板等。所述的气体收集箱由浮体限位挡板、固定挂件、温度探头接口、采气接口、搅拌装置组成。其中浮体限位挡板设置在集气桶下部，与集气桶下沿的距离由选择的浮体的厚度决定；4个固定挂件均勻分布在气体收集箱顶部，其主要是固定气体收集箱及实现气体收集箱的移动；为了实现接口的密封，在气体收集箱顶部设有和8号胶塞等大的橡胶塞固定出嘴，用以固定橡胶塞，橡胶塞上有两个打孔，连接温度探头的导线和连接搅拌器的导线穿过胶塞孔分别与与数显温度计和搅拌装置电源相连；气体采样口与气体采集组件相连实现气体采集；气体搅拌装置是电力驱动的搅拌器，其作用是使集气桶内收集的气体混合均勻， 采集到的气体更具有代表性。所述的温度监测组件主要由温度探头和数显温度计组成，温度探头与数显温度计通过温度探头导线相连，以实现箱内气体温度实时监控。所述的压力监测组件主要由压力探头和高精密数字气压计组成，压力探头与高精密数字气压计通过压力探头导线相连，以实现箱内气体压力实时监控。所述的气体采样组件包括三通阀、小型气体采样泵、气体采样袋，其通过硅胶管与气体采样口依次相连。采气泵功率、采气袋容积由现场试验情况决定。其中，浮体可以选择汽车内胎或泡沫板；其中，气体收集箱为不锈钢材质，其体积由污水不曝气处理过程温室气体产量强度、采样频率等决定，通常直径为300-600mm，高400-700mm ；其中，胶塞固定出嘴为8号胶塞口尺寸；其中，气体采集口直径为60mm;其中，小型气体采样泵为负压式抽真空泵，抽取流量为4L/min ；其中，气体采样袋为铝箔材质，容积为500ml ；其中，气体搅拌装置为电力驱动的风扇，可采用CPU风扇。其中，数显温度计精度达到0. 1°C。其中，高精密数字气压计分辨率达到lPa。(2)采用本发明所属的温室气体采集装置用于污水不曝气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。针对不同污水不曝气处理工艺以处理单元构筑物特点， 选取具有代表性的监测点，将本装置固定于该监测点，装置利用浮体漂浮在水面上，浮体下部集气桶部分没入水中，确保与水体密封。第二步，采样前准备。采样前使硅胶管与小型气体采样泵相连，根据小型气体采样泵的流量和硅胶管的体积，确定好抽取气样时间，旋转三通阀，开启小型气体采样泵，抽取与硅胶管体积相同的气体，以排除硅胶管内原有气体对气体样品的干扰，关闭三通阀，准备气体样品的采集。第三步，气体样品的采集。采样装置固定好并排净硅胶管内的气体后，立即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，将气体收集箱中的气体通过小型气体采样泵中采集到气体采样袋中(零时采样)，在60分钟内，每隔相同时间进行采样，采气过程中，根据数显温度计的读数，同步记下采样时气体收集箱内温度和压力，并且要一直开启气体搅拌装置，使气体收集箱内的气体混合均勻。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，主要优点在于减少了气体收集箱上打孔数量，应用伸缩性良好的橡胶塞，加强了密封性；对传统的静态箱法进行了改进，在气体收集箱下部，通过浮体使装置漂浮在水面上，气体收集箱下部深入水体内部，利用水体实现装置的绝对密封，本发明适合应用在影响参数多水体环境下进行各个不曝气处理单元温室气体大规模采集。(2)本发明设备和方法，设备结构简单、浮体部件易于更换、装置密封性强、操作简便、灵敏度高，可广泛应用于各种污水处理工艺不曝气处理单元释放的温室气体的批量采集，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。


图1本发明污水处理不曝气单元释放的温室气体采集装置的平面图；图2本发明污水处理不曝气单元释放的温室气体采集装置俯视图。图中符号说明如下1、温度探头；2、固定挂件；3、采气接口 ；4、硅胶管；5、三通阀；6、小型气体采样泵； 7、气体采样袋；8、气体收集箱；9、浮体；10、浮体固定挡板；11、搅拌装置；12、橡胶塞；13、 搅拌装置电源；14、搅拌装置电源线；15、压力探头；16、高精密数字气压计；17、压力探头导线；18、温度探头导线；19、数显温度计。(五)实施方式举例下面结合附图对本发明专利进行详述。如图所示，本发明一种用于污水处理不曝气单元释放的温室气体采集装置，它是由浮体(9)、气体收集箱(8)、温度监测组件、压力监测组件和气体采样组件组成。其中气体收集箱(8)由浮体固定挡板(10)、固定挂件O)、温度探头接口、采气接口(3)、搅拌装置 (11)组成；温度监测组件由温度探头⑴、数显温度计(19)、温度探头导线(18)组成；压力监测组件由压力探头(15)、高精密数字气压计(16)、压力探头导线(17)组成；气体采样组件由硅胶管G)、三通阀(5)、小型气体采样泵(6)和气体采样袋(7)组成。所述各部件之间的位置连接关系是浮体(9)通过气体收集箱(8)上的浮体固定挡板(10)固定在气体收集箱⑶上；气体收集箱⑶上端的采气接口(3)由硅胶管⑷ 依次连接三通阀(5)、小型气体采样泵(6)、气体采样袋(7)；气体收集箱(8)内部连接温度探头的导线(18)、连接压力探头的导线(17)和连接搅拌器的电源线(14)穿过气体收集箱 (8)顶部的胶塞(1 分别与与数显温度计(19)、高精密数字气压计(16)和搅拌装置电源 (13)相连。其中，浮体(9)装置选择汽车内胎；其中，气体收集箱(8)为不锈钢材质，其直径为400mm，高550mm ；其中，橡胶塞(12)固定出嘴为8号胶塞口 ；
其中，采气接口(3)直径为6mm ；其中，小型气体采样泵(6)为负压式抽真空泵，其型号为ASF THOMAS 712250，抽取流量为4L/min ；其中，气体采样袋(7)为铝箔材质，容积为500ml，最大压力为3KPa ；其中，气体搅拌装置(11)为CPU风扇。其中，数显温度计(19)精度达到0. 1°C。其中，高精密数字气压计(16)分辨率达到lPa。利用本发明采样装置采样过程如下第一步，采样装置的固定。针对不同污水不曝气处理工艺以处理单元构筑物特点， 选取具有代表性的监测点，将本装置固定于该监测点，装置利用浮体(9)漂浮在水面上，浮体(9)下部气体收集箱(8)部分没入水中，确保与水体密封。第二步，采样前准备。采样前使硅胶管(4)与小型气体采样泵(6)相连，根据小型气体采样泵(6)的流量和硅胶管(4)的体积，确定好抽取气样时间，旋转三通阀(5)，开启小型气体采样泵(6)，抽取与硅胶管(4)体积相同的气体，以排除硅胶管内原有气体对气体样品的干扰，关闭三通阀( ，准备气体样品的采集。第三步，气体样品的采集。采样装置固定好并排净硅胶管(5)内的气体后，立即将气体采样袋(7)与硅胶管(4)相连，旋转三通阀(5)，开启小型气体采样泵(6)，将气体收集箱(8)中的气体通过小型气体采样泵(6)中采集到气体采样袋(7)中(零时采样)，在60 分钟内，每隔相同时间进行采样，采气过程中，根据数显温度计(19)和高精密数字气压计 (16)的读数，同步记下采样时气体收集箱(8)内温度和压力，并且要一直开启气体搅拌装置(11)，使气体收集箱(8)内的气体混合均勻。针对不同污水不曝气处理工艺，选取具有代表性监测点，通过固定挂件O)固定采样桶于该监测点。根据采样频率采集气体样品。本实施案例中样品目标化合物为C02、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。
权利要求
1.一种用于污水处理不曝气单元释放的温室气体采集装置，其特征在于由浮体(9)、 气体收集箱(8)、温度监测组件、压力监测组件和气体采样组件组成。
2.如权利要求1所述的一种用于污水处理不曝气单元释放的温室气体采集装置，其特征在于所述的浮体(9)可以选择泡沫板和汽车轮胎。
3.如权利要求1所述的一种用于污水处理不曝气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箱(8)由浮体固定挡板(10)、固定挂件O)、采气接口(3)、搅拌装置(11)组成。
4.如权利要求1所述的一种用于污水处理不曝气单元释放的温室气体采集装置，其特征在于所述的温度监测组件由温度探头(1)和数显温度计(19)组成，温度探头(1)与数显温度计(19)通过温度探头导线(18)相连，以实现箱内气体温度实时监控。
5.如权利要求1所述的一种污水不曝气处理过程温室气体采集装置，其特征在于所述的温度监测组件由压力探头(1 和高精密数字气压计(16)组成，压力探头(1 与高精密数字气压计(16)通过压力探头导线(17)相连，以实现箱内气体压力实时监控。
6.如权利要求1所述的一种用于污水处理不曝气单元释放的温室气体采集装置，其特征在于所述的气体采样组件包括三通阀(5)、小型气体采样泵(6)、气体采样袋(7)，其通过硅胶管(4)与采气接口( 依次相连。
7.如权利要求3所述的搅拌装置(11)，其特征在于可以选择CPU风扇。
8.一种采用权利要求1所述的温室气体采集装置采集污水处理不曝气单元释放的温室气体的方法，其特征在于操作步骤如下第一步，采样装置的固定。针对不同污水不曝气处理工艺以处理单元构筑物特点，选取具有代表性的监测点，将本装置固定于该监测点，装置利用浮体(9)漂浮在水面上，浮体 (9)下部气体收集箱(8)部分没入水中，确保与水体密封。第二步，采样前准备。采样前使硅胶管(4)与小型气体采样泵(6)相连，根据小型气体采样泵(6)的流量和硅胶管(4)的体积，确定好抽取气样时间，旋转三通阀(5)，开启小型气体采样泵(6)，抽取与硅胶管(4)体积相同的气体，以排除硅胶管⑷内原有气体对气体样品的干扰，关闭三通阀(5)，准备气体样品的采集。第三步，气体样品的采集。采样装置固定好并排净硅胶管(5)内的气体后，立即将气体采样袋(7)与硅胶管(4)相连，旋转三通阀(5)，开启小型气体采样泵(6)，将气体收集箱(8)中的气体通过小型气体采样泵(6)中采集到气体采样袋(7)中(零时采样)，在60 分钟内，每隔相同时间进行采样，采气过程中，根据数显温度计(19)和高精密数字气压计 (16)的读数，同步记下采样时气体收集箱(8)内温度和压力，并且要一直开启气体搅拌装置(11)，使气体收集箱(8)内的气体混合均勻。
全文摘要
本发明一种污水不曝气处理过程温室气体采集装置，它是由浮体、气体收集箱、温度监测组件和气体采样组件组成。它们之间的位置连接关系是浮体通过气体收集箱上的浮体固定挡板固定在集气桶下部；气体收集箱上端的采气接口由硅胶管依次连接三通阀、小型气体采样泵、气体采样袋；连接温度探头的导线、连接压力探头的导线和连接搅拌器的导线穿过气体收集箱上的胶塞分别与数显温度计、高精密数字气压计和搅拌装置电源相连。本发明的提供的污水不曝气处理过程温室气体采集装置，不但结构简单、密封性好、、操作简便，而且采集的气体样品更具有代表性，它能实现对污水不曝气处理过程温室气体及时、准确、批量采集。可广泛应用于各种污水不曝气处理工艺单元温室气体的采集。
文档编号G01N1/24GK102507273SQ20111030312
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者伦小秀, 孙德智, 李莎, 柳岩, 王宇, 程翔, 齐飞 申请人:北京林业大学