專利名稱：城市排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置及測算方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)保領域，具體涉及一種廢氣監(jiān)測的裝置和方法，特別涉及一種城市污水排水系統(tǒng)中廢 氣排放量的模擬測算裝置及測算方法。
背景技術：
城市污水在排水管道中長時間、長距離輸送的過程中既是有機物持續(xù)降解的過程也是城市污水排水系統(tǒng)中廢氣產(chǎn)生的過程。有機物的厭氧或好氧生物降解都會產(chǎn)生溫室氣體C02。在厭氧的下水道中，含有硫蛋白質的污水被硫酸鹽還原菌(SRB)分解產(chǎn)生H2S氣體，H2S不僅會腐蝕污水管道設施或其他污水處理設備，還會產(chǎn)生惡臭。污水中其他有機物在厭氧條件下經(jīng)甲烷菌和氨化菌作用會產(chǎn)生CH4、NH3等氣體，這些氣體在下水道中長期累積達到臨界濃度時極易引起爆炸、產(chǎn)生惡臭，CH4氣體的爆炸極限為5%。同時在有機質分解過程中還會產(chǎn)生一些揮發(fā)性有機氣體如碳氫化合物、含氧烴類等。目前國內外很多學者對城市污水排水系統(tǒng)污水的厭氧降解產(chǎn)氣過程、機理和控制技術進行了大量研究，且控制技術研究主要集中在通過化學或生物技術控制城市污水排水系統(tǒng)中H2S或CH4等有害氣體的產(chǎn)生。而對城市排水系統(tǒng)中特征廢氣如H2S、CH4、CO2、NH3的排放情況研究甚少。城市排水系統(tǒng)不僅存在水污染，同時，城市排水系統(tǒng)產(chǎn)生的酸性廢氣一方面腐蝕污水管道設施和污水輸送、處理設備，縮短其使用壽命，造成嚴重的經(jīng)濟損失；另一方面在運行和維護過程中的爆炸或是中毒傷亡事故時有發(fā)生；再者有些溫室氣體如CH4、CO2通過檢查井等半封閉節(jié)點擴散到空氣中，增加溫室氣體貢獻，同時對城市大氣環(huán)境質量和影響城市居民的人體健康造成影響。但是，目前針對下水道氣體逸散到城市空氣中的研究還是空白。同時，下水道屬半封閉空間，對于其中擴散到大氣中的廢氣量的測定，目前尚無規(guī)范的方法可以采用。

發(fā)明內容
為了填補現(xiàn)有技術的空白，本發(fā)明的首要目的在于提供一種城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的測算方法。本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)一種城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置，包括氮氣瓶、反應器、氣體收集罐和氣體檢測儀；氮氣瓶分別連通到反應器底部和氣體收集罐底部,氮氣的比重比空氣大，將氮氣瓶連通至反應器底部是為了在反應開始前排空反應器中的空氣，以更好地模擬下水道的厭氧環(huán)境，而將氮氣瓶連通至氣體收集罐底部則是為了在收集待測廢氣前排空空氣，以免干擾待測廢氣的檢測；反應器與氣體收集罐連接、氣體收集罐與氣體檢測儀連接；反應器頂部密封，密封是為了保證反應器的氣密性，以提高檢測結果的準確性和更好地模擬厭氧環(huán)境；反應器頂部可以用塑料泡沫密封，塑料泡沫上可以加壓重物，以保證密封；
反應器中還裝有攪拌器，使反應后的廢氣可以充分排出；反應器底部裝有恒溫器，以模擬下水道的恒溫環(huán)境；所述的氣體收集罐還與尾氣處理裝置連接，以吸收有毒有害氣體；所述的氣體檢測儀為現(xiàn)有技術公知公用的儀器，比如可以是美國iBiRDMX6便攜式下水道多氣體檢測儀。各個連接管道上設有閥門。一種基于上述裝置的測算廢氣排放量的方法，包括以下步驟(I)向反應器中裝入污水和污泥的混合物，然后向反應器中通入氮氣，排空反應器中的空氣；向氣體收集罐中通入氮氣，排空其中的空氣； (2)設定恒溫器的溫度后污水和污泥進行反應，反應3(T50min后打開攪拌器，攪拌5 IOmin ;然后打開閥門，反應器內產(chǎn)生的廢氣通入到氣體收集罐，通氣時間為5 lOmin，然后用氣體檢測儀檢測特征廢氣的濃度；所述的特征廢氣為H2S、NH3、CH4和CO2 ；(3)根據(jù)檢測到的特征廢氣濃度和氣體收集罐的體積來計算單位體積的污水和污泥的混合物的廢氣排放量；重復步驟(2)，每隔Ih檢測一次特征廢氣濃度；步驟(I)所述污水和污泥的混合物占反應器體積的三分之二以上； 步驟(I)所述污水和污泥的混合物中污泥占5 10% (體積比)；步驟(2)所述恒溫器的溫度設定為15 30°C。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果本發(fā)明的裝置和方法適用于城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的測算，該裝置簡單、操作方便，不僅能模擬污水在排水系統(tǒng)中的厭氧降解過程，還能測算城市排水系統(tǒng)中污水廢氣的排放量。


圖I是本發(fā)明的城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的測算裝置的結構示意圖；其中，I-氮氣瓶，2-轉子流量計，3-閥門，4-砝碼，5-攪拌器，6_塑料泡沫，7_有機玻璃反應器，8-恒溫器，9-連接管道，10-氣體檢測儀，11-尾氣處理裝置，12-氣體收集罐。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實施例I一種城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置，其結構和組成如圖I所示，包括氮氣瓶I、有機玻璃反應器7、氣體收集罐12、氣體檢測儀10和尾氣處理裝置11 ;氮氣瓶I分別連通到有機玻璃反應器7底部和氣體收集罐12底部；有機玻璃反應器7與氣體收集罐12連接，氣體收集罐12分別與氣體檢測儀10和尾氣處理裝置11連接；氮氣瓶I的出口處安裝有轉子流量計2，以控制氮氣流速；氮氣瓶I與有機玻璃反應器7的連接管道上設有閥門3，一是為了控制氮氣的進入，二是為了保證有機玻璃反應器7的密封性；
有機玻璃反應器7上方用塑料泡沫6密封，塑料泡沫6上可以加壓砝碼4 ;有機玻璃反應器7中還裝有攪拌器5和恒溫器8 ；氣體檢測儀是美國iBiRD MX6便攜式下水道多氣體檢測儀，該氣體檢測儀能同時監(jiān)測 02、NH3、H2S、CH4#P CO2。實施例2一種基于實施例I所述裝置的測算廢氣排放量的方法，包括以下步驟(I)取樣在以居民生活污水為主的排水管道的檢查井內取污水和污泥；(2)向有機玻璃反應器7中裝入污水和污泥的混合物，污水和污泥的混合物占反應器體積的三分之二 ；然后向有機玻璃反應器7中通入氮氣，排空有機玻璃反應器7中的空氣；向氣體收集罐12中通入氮氣，排空其中的空氣；
所述污水和污泥的混合物中污泥占5% (體積比)；(3)設定恒溫器8的溫度(20°C )后污水和污泥進行反應，反應50min后打開攪拌器5，攪拌IOmin ;然后打開閥門，有機玻璃反應器7內產(chǎn)生的廢氣通入到氣體收集罐12，通氣時間為lOmin，然后用氣體檢測儀10檢測特征廢氣的濃度；所述的特征廢氣為H2S、NH3>CH4 和 CO2 ；(4)通過檢測到的特征廢氣濃度和氣體收集罐12的體積來計算單位體積的污水和污泥的混合物的廢氣排放量；重復步驟(3)，每隔Ih檢測一次特征廢氣濃度。在模擬試驗過程中，H2S, NH3> CH4和CO2四種特征廢氣的排放濃度是由氣體檢測儀監(jiān)測出來的，單位體積的污水和污泥的混合物的廢氣排放量的計算公式如下排放量(E)=特征廢氣的質量濃度(C) X氣體收集罐體積(V) /污水和污泥混合物的體積(V。)E—g/m3 · h C—g/m3V0—m3單位體積的污水和污泥的混合物的廢氣排放量如表I所示。表I特征廢氣的排放量
H2S排放量CH4排放量CO2排放量
(g/m3污水污泥· h)(g/m3污水污泥*h) (g/m3污水污泥· h)
時[ Π
^ 范圍值平均值范圍值平均值范圍值平均值
0-4 0-5.01 XIO"6 2.5 XIO"60.01-0.082 0.0460.073-0.138 0.1064-8 O-1,48XIO"6 0.72XIO-60,013-0.023 0.0180.089-0.144 0.1178-12 0-1.56X10·6 0.78 XIO-60,016-0.026 0.0210.039-0.165 0,10212-16 O 2.51 ΧΙΟ-6 1.25 X IO'60.018-0.03 0.0240.044 0.216 0.1316-20 0-2.23 X IO'5 1.1X10"50.013 0.037 0.0250.052 0.183 0.11820-24 0-3.23 X IO"5 1.6X IO'50.021 0.163 0.1870.064 0.163 0.114備注在整個試驗過程中未監(jiān)測到NH3上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、 簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置，其特征在于包括氮氣瓶、反應器、氣體收集罐和氣體檢測儀,氮氣瓶分別連通到反應器底部和氣體收集罐底部,反應器與氣體收集罐連接、氣體收集罐與氣體檢測儀連接，反應器頂部密封； 所述的反應器底部裝有恒溫器。
2.根據(jù)權利要求I所述的城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置，其特征在于反應器頂部用塑料泡沫密封，塑料泡沫上加壓重物。
3.根據(jù)權利要求I所述的城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置，其特征在于所述的反應器中裝有攪拌器。
4.根據(jù)權利要求I所述的城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置，其特征在于所述的氣體收集罐與尾氣處理裝置連接。
5.根據(jù)權利要求I所述的城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置，其特征在于各個連接管道上設有閥門。
6.一種基于權利要求1-5任一項所述裝置的測算廢氣排放量的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)向反應器中裝入污水和污泥的混合物，然后向反應器中通入氮氣，排空反應器中的空氣；向氣體收集罐中通入氮氣，排空其中的空氣； (2)設定恒溫器的溫度后污水和污泥進行反應，反應3(T50min后打開攪拌器，攪拌5 IOmin ;然后打開閥門，反應器內產(chǎn)生的廢氣通入到氣體收集罐，通氣時間為5 lOmin，然后用氣體檢測儀檢測特征廢氣的濃度；所述的特征廢氣為H2S、NH3、CH4和CO2 ； (3)通過檢測到的特征廢氣濃度和氣體收集罐的體積來計算單位體積污水和污泥的混合物的廢氣排放量； 重復步驟(2)，每隔Ih檢測一次特征廢氣濃度。
7.根據(jù)權利要求6所述的測算廢氣排放量的方法，其特征在于步驟(I)所述污水和污泥的混合物占反應器體積的三分之二以上。
8.根據(jù)權利要求6所述的測算廢氣排放量的方法，其特征在于步驟(I)所述污水和污泥的混合物中污泥的體積百分比占5 10%。
9.根據(jù)權利要求6所述的測算廢氣排放量的方法，其特征在于步驟(2)所述恒溫器的溫度設定為15 30°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的模擬測算裝置及測算方法，該裝置包括氮氣瓶、反應器、氣體收集罐和氣體檢測儀，氮氣瓶分別連通到反應器底部和氣體收集罐底部，反應器與氣體收集罐連接、氣體收集罐與氣體檢測儀連接，反應器頂部密封。本發(fā)明的城市污水排水系統(tǒng)中廢氣排放量的測算裝置簡單、操作方便，不僅能模擬污水在排水系統(tǒng)中的厭氧降解過程，還能測算城市排水系統(tǒng)中污水廢氣的排放量。
文檔編號G01N7/14GK102879296SQ20121039016
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權日2012年10月15日
發(fā)明者黃建洪, 楊麗萍, 許振成, 周瑜, 郝妮燕, 周新云, 虢清偉 申請人:環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所