专利名称：城市排水系统中废气排放量的模拟测算装置及测算方法
技术领域：
本发明属于环保领域，具体涉及一种废气监测的装置和方法，特别涉及一种城市污水排水系统中废 气排放量的模拟测算装置及测算方法。
背景技术：
城市污水在排水管道中长时间、长距离输送的过程中既是有机物持续降解的过程也是城市污水排水系统中废气产生的过程。有机物的厌氧或好氧生物降解都会产生温室气体C02。在厌氧的下水道中，含有硫蛋白质的污水被硫酸盐还原菌(SRB)分解产生H2S气体，H2S不仅会腐蚀污水管道设施或其他污水处理设备，还会产生恶臭。污水中其他有机物在厌氧条件下经甲烷菌和氨化菌作用会产生CH4、NH3等气体，这些气体在下水道中长期累积达到临界浓度时极易引起爆炸、产生恶臭，CH4气体的爆炸极限为5%。同时在有机质分解过程中还会产生一些挥发性有机气体如碳氢化合物、含氧烃类等。目前国内外很多学者对城市污水排水系统污水的厌氧降解产气过程、机理和控制技术进行了大量研究，且控制技术研究主要集中在通过化学或生物技术控制城市污水排水系统中H2S或CH4等有害气体的产生。而对城市排水系统中特征废气如H2S、CH4、CO2、NH3的排放情况研究甚少。城市排水系统不仅存在水污染，同时，城市排水系统产生的酸性废气一方面腐蚀污水管道设施和污水输送、处理设备，缩短其使用寿命，造成严重的经济损失；另一方面在运行和维护过程中的爆炸或是中毒伤亡事故时有发生；再者有些温室气体如CH4、CO2通过检查井等半封闭节点扩散到空气中，增加温室气体贡献，同时对城市大气环境质量和影响城市居民的人体健康造成影响。但是，目前针对下水道气体逸散到城市空气中的研究还是空白。同时，下水道属半封闭空间，对于其中扩散到大气中的废气量的测定，目前尚无规范的方法可以采用。
发明内容
为了填补现有技术的空白，本发明的首要目的在于提供一种城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置。本发明的另一目的在于提供一种城市污水排水系统中废气排放量的测算方法。本发明的目的通过下述技术方案实现一种城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置，包括氮气瓶、反应器、气体收集罐和气体检测仪；氮气瓶分别连通到反应器底部和气体收集罐底部,氮气的比重比空气大，将氮气瓶连通至反应器底部是为了在反应开始前排空反应器中的空气，以更好地模拟下水道的厌氧环境，而将氮气瓶连通至气体收集罐底部则是为了在收集待测废气前排空空气，以免干扰待测废气的检测；反应器与气体收集罐连接、气体收集罐与气体检测仪连接；反应器顶部密封，密封是为了保证反应器的气密性，以提高检测结果的准确性和更好地模拟厌氧环境；反应器顶部可以用塑料泡沫密封，塑料泡沫上可以加压重物，以保证密封；
反应器中还装有搅拌器，使反应后的废气可以充分排出；反应器底部装有恒温器，以模拟下水道的恒温环境；所述的气体收集罐还与尾气处理装置连接，以吸收有毒有害气体；所述的气体检测仪为现有技术公知公用的仪器，比如可以是美国iBiRDMX6便携式下水道多气体检测仪。各个连接管道上设有阀门。一种基于上述装置的测算废气排放量的方法，包括以下步骤(I)向反应器中装入污水和污泥的混合物，然后向反应器中通入氮气，排空反应器中的空气；向气体收集罐中通入氮气，排空其中的空气； (2)设定恒温器的温度后污水和污泥进行反应，反应3(T50min后打开搅拌器，搅拌5 IOmin ;然后打开阀门，反应器内产生的废气通入到气体收集罐，通气时间为5 lOmin，然后用气体检测仪检测特征废气的浓度；所述的特征废气为H2S、NH3、CH4和CO2 ；(3)根据检测到的特征废气浓度和气体收集罐的体积来计算单位体积的污水和污泥的混合物的废气排放量；重复步骤(2)，每隔Ih检测一次特征废气浓度；步骤(I)所述污水和污泥的混合物占反应器体积的三分之二以上； 步骤(I)所述污水和污泥的混合物中污泥占5 10% (体积比)；步骤(2)所述恒温器的温度设定为15 30°C。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果本发明的装置和方法适用于城市污水排水系统中废气排放量的测算，该装置简单、操作方便，不仅能模拟污水在排水系统中的厌氧降解过程，还能测算城市排水系统中污水废气的排放量。
图I是本发明的城市污水排水系统中废气排放量的测算装置的结构示意图；其中，I-氮气瓶，2-转子流量计，3-阀门，4-砝码，5-搅拌器，6_塑料泡沫，7_有机玻璃反应器，8-恒温器，9-连接管道，10-气体检测仪，11-尾气处理装置，12-气体收集罐。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例I一种城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置，其结构和组成如图I所示，包括氮气瓶I、有机玻璃反应器7、气体收集罐12、气体检测仪10和尾气处理装置11 ;氮气瓶I分别连通到有机玻璃反应器7底部和气体收集罐12底部；有机玻璃反应器7与气体收集罐12连接，气体收集罐12分别与气体检测仪10和尾气处理装置11连接；氮气瓶I的出口处安装有转子流量计2，以控制氮气流速；氮气瓶I与有机玻璃反应器7的连接管道上设有阀门3，一是为了控制氮气的进入，二是为了保证有机玻璃反应器7的密封性；
有机玻璃反应器7上方用塑料泡沫6密封，塑料泡沫6上可以加压砝码4 ;有机玻璃反应器7中还装有搅拌器5和恒温器8 ；气体检测仪是美国iBiRD MX6便携式下水道多气体检测仪，该气体检测仪能同时监测 02、NH3、H2S、CH4#P CO2。实施例2一种基于实施例I所述装置的测算废气排放量的方法，包括以下步骤(I)取样在以居民生活污水为主的排水管道的检查井内取污水和污泥；(2)向有机玻璃反应器7中装入污水和污泥的混合物，污水和污泥的混合物占反应器体积的三分之二 ；然后向有机玻璃反应器7中通入氮气，排空有机玻璃反应器7中的空气；向气体收集罐12中通入氮气，排空其中的空气；
所述污水和污泥的混合物中污泥占5% (体积比)；(3)设定恒温器8的温度(20°C )后污水和污泥进行反应，反应50min后打开搅拌器5，搅拌IOmin ;然后打开阀门，有机玻璃反应器7内产生的废气通入到气体收集罐12，通气时间为lOmin，然后用气体检测仪10检测特征废气的浓度；所述的特征废气为H2S、NH3>CH4 和 CO2 ；(4)通过检测到的特征废气浓度和气体收集罐12的体积来计算单位体积的污水和污泥的混合物的废气排放量；重复步骤(3)，每隔Ih检测一次特征废气浓度。在模拟试验过程中，H2S, NH3> CH4和CO2四种特征废气的排放浓度是由气体检测仪监测出来的，单位体积的污水和污泥的混合物的废气排放量的计算公式如下排放量(E)=特征废气的质量浓度(C) X气体收集罐体积(V) /污水和污泥混合物的体积(V。)E—g/m3 · h C—g/m3V0—m3单位体积的污水和污泥的混合物的废气排放量如表I所示。表I特征废气的排放量
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)
时[ Π
^ 范围值平均值范围值平均值范围值平均值
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备注在整个试验过程中未监测到NH3上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、 简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置，其特征在于包括氮气瓶、反应器、气体收集罐和气体检测仪,氮气瓶分别连通到反应器底部和气体收集罐底部,反应器与气体收集罐连接、气体收集罐与气体检测仪连接，反应器顶部密封； 所述的反应器底部装有恒温器。
2.根据权利要求I所述的城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置，其特征在于反应器顶部用塑料泡沫密封，塑料泡沫上加压重物。
3.根据权利要求I所述的城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置，其特征在于所述的反应器中装有搅拌器。
4.根据权利要求I所述的城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置，其特征在于所述的气体收集罐与尾气处理装置连接。
5.根据权利要求I所述的城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置，其特征在于各个连接管道上设有阀门。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述装置的测算废气排放量的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)向反应器中装入污水和污泥的混合物，然后向反应器中通入氮气，排空反应器中的空气；向气体收集罐中通入氮气，排空其中的空气； (2)设定恒温器的温度后污水和污泥进行反应，反应3(T50min后打开搅拌器，搅拌5 IOmin ;然后打开阀门，反应器内产生的废气通入到气体收集罐，通气时间为5 lOmin，然后用气体检测仪检测特征废气的浓度；所述的特征废气为H2S、NH3、CH4和CO2 ； (3)通过检测到的特征废气浓度和气体收集罐的体积来计算单位体积污水和污泥的混合物的废气排放量； 重复步骤(2)，每隔Ih检测一次特征废气浓度。
7.根据权利要求6所述的测算废气排放量的方法，其特征在于步骤(I)所述污水和污泥的混合物占反应器体积的三分之二以上。
8.根据权利要求6所述的测算废气排放量的方法，其特征在于步骤(I)所述污水和污泥的混合物中污泥的体积百分比占5 10%。
9.根据权利要求6所述的测算废气排放量的方法，其特征在于步骤(2)所述恒温器的温度设定为15 30°C。
全文摘要
本发明公开了一种城市污水排水系统中废气排放量的模拟测算装置及测算方法，该装置包括氮气瓶、反应器、气体收集罐和气体检测仪，氮气瓶分别连通到反应器底部和气体收集罐底部，反应器与气体收集罐连接、气体收集罐与气体检测仪连接，反应器顶部密封。本发明的城市污水排水系统中废气排放量的测算装置简单、操作方便，不仅能模拟污水在排水系统中的厌氧降解过程，还能测算城市排水系统中污水废气的排放量。
文档编号G01N7/14GK102879296SQ20121039016
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者黄建洪, 杨丽萍, 许振成, 周瑜, 郝妮燕, 周新云, 虢清伟 申请人:环境保护部华南环境科学研究所