CN104807678A - 一种畜禽废弃物管理气体排放测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种畜禽废弃物管理气体排放测定装置，由动态箱供气系统，动态箱气体收集系统、气体采集系统，气体实时分析系统组成；动态箱供气系统与动态箱气体收集系统通过供气管路连接，动态箱气体收集系统固定在被测畜禽废弃物的表面上，动态箱气体收集系统通过采气管路与气体采集系统连接，气体采集系统采集的样品通过采样管路与气体实时分析系统连接；该装置设计巧妙，可以实现一套分析仪器对多个采样箱的动态循环采样，自动化程度高，能够动态测定被测废弃物气体排放的日变化规律，减少人为采样造成的误差，具有较高的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体排放通量的测定装置，尤其涉及一种采用采用动态箱法测定畜禽废弃物管理气体排放的装置，属于农业领域气体排放监测技术领域。
背景技术
人类活动排放的温室气体导致的气候变化是目前全球关注的热点问题，由于人类活动导致的CH4、N2O等温室气体排放呈逐年上升的趋势，是导致全球温室气体浓度增加的重要因素。在人类活动中，农业活动包括水稻种植，旱地施肥、动物肠道发酵和动物粪便管理等是主要的温室气体排放源，根据最新发布的《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》数据显示，2005年农业总体温室气体排放约占全国的12.3％，是我国重要的温室气体排放源，由于是热点研究领域，目前有大量=关于温室气体排监测和减排技术的文献报告和测定方法的专利，但是基本集中在农田等陆地生态系统中。但是我国畜牧业温室气体排放量估算，尤其废弃物管理过程中温室气体排放因子计算基本来自于国外文献报道的结果，我们目前很少有关于畜牧废弃物管理过程中温室气体排放因子及其测定方法报道，而测定气体排放通量的准确与否，会给评估温室气体的排放通量和监测措施的实施带来较大影响。
在气体排放通量测定方法和装置中，箱法测定是目前主要的测定方法，如CN201464251授权公开了在采样箱的采气口使用单向阀和气泵的农田温室气体取样装置，CN1258079C授权公开了一种利用气体平衡袋采样进行温室气体排放通量测量的方法，CN102331484A申请公开了一种流动水体温室气体排放量的测定方法，CN102749228A申请公开了浅水湖泊温室气体原位采集装置，但是这些申请人都是基于静态箱法原理的公开的相关内容，由于农田土壤等特性比较稳定，一定时间段排放通量变化不大，采样频率和采样周期较长，使用静态箱比较合适，但是畜禽废弃物由于稳定性差，随环境条件变化气体排放通量呈现显著的波动，如果每天采用静态箱法只测定一次，无法正确反映各种气体的日变化情况，此外，如果在畜禽粪便等废弃物处理过程中使用静态箱采样，环境条件较为恶劣，测定结果的可靠性难以得到保证。
发明内容
本发明正是针对以上技术问题，提供一种针对畜禽废弃物管理气体排放的测定装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现：
畜禽废弃物管理气体排放测定装置，由动态箱供气系统，动态箱气体收集系统、气体采集系统，气体实时分析系统组成；其特征在于，动态箱供气系统与动态箱气体收集系统通过供气管路连接，动态箱气体收集系统固定在被测畜禽废弃物的表面上，动态箱气体收集系统通过采样管路与气体采集系统连接，气体采集系统采集的样品通过采样管路与气体实时分析系统连接。
所述的动态箱供气系统由空气压缩机、稳压阀、质量流量计、流量分配器、恒流阀、温度传感器、压力传感器组成，稳压阀安装在空气压缩机的出口处，稳压阀的出气口通过连接管路与质量流量计进气口连接；质量流量计的出气口由连接管路与流量分配器的进气口连接，在流量分配器的出气口安装若干恒流阀，组成若干恒定流量的供气支路；在流量分配器密闭腔内安装温度传感器和压力传感器，用于换算标准状态下的气体流量；为保证各恒流阀流量稳定，所述的流量分配器进气口和出气口垂直布置，其进气口内径大于出气口内径。
所述的动态箱气体收集系统由包括箱体、底座和浮体，浮体安装在被测废弃物表面上，底座安装在浮体上，动态箱放置在底座上；所述的箱体和底座为不锈钢材质的正方形，为保证密闭性，所述的底座设有水封槽；所述的箱体顶部中心点设置有进气管，在箱体顶部还有排气管，排气管一端接有三通，三通一端空置，另一端连接采样管路，所述的进气管在箱体内的长度为采样箱高度的一半，在进气管末端下方2厘米处焊接一个直径是进气管直径5倍的进气均匀盘，所述的进气管直径比排气管直径小2毫米以上；同时为防止太阳辐射造成密闭箱体内部的温度变化，所述的箱体外表面设有厚度大于5厘米的泡沫板，在泡沫板的外表面还设有一层锡箔的反光层；动态箱气体收集系统与被测废弃物表面组合成一个密封系统，用来实时收集从废弃物中释放的温室气体和氨气等有害气体。
所述的气体采集系统由电磁阀、气路分配器、流量计、采样泵和控制系统组成，若干单通道电磁阀安装在气路分配器的进气口上，气路分配器的出口通过连接管路与流量计进气口连接，流量计的出口通过连接管路与采样泵的进气口连接，控制系统控制每个时间段只有一个采样电磁阀为打开状态，其余电磁阀为关闭状态。
所述的气体实时分析系统由气路分配器和各种气体在线分析仪器组成，所述的气体分配器其由一个进气口和若干个出气口组成，进气口通过采样管路与气体采样系统中采样泵的出气口连接，气路分配器的出气口通过采样管与各分析仪器连接，其中预留一个排气口为开敞状态。
所述的畜禽废弃物管理气体排放测定装置中的供气管路可以使用普通塑料管，采样管路为TEFLON材料的管路。
本发明使用动态箱采样分析方法实时采集样品并在线测定样品浓度，本发明的主要优点如下所述：
1.该装置通过质量流量计和恒流阀等组成的动态箱供气系统可以为多个动态箱同步提供恒定流量的新鲜空气；
2.动态箱气体收集系统采用开放式结构，新鲜的空气从箱体的进气口进入，与被测废弃物表面挥发的气体混合后从排气口直接排出，只有对应采样箱的采样电磁阀打开后，该动态箱的排气口气体才送入分析仪器进行分析，实现了一套分析仪器能对多个采样点循环实时分析；
3.采样泵通过流量计控制其采样流量小于供气流量，保证采集的气体样品全部来自排气口排出的气体，确保测定结果的准确性。
4.采样管路采用TEFLON管路，减少管路的吸附性，提高检测结果的精度。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明动态箱供气系统结构示意图。
图3为本发明动态箱气体收集系统结构示意图。
图4为本发明实时例测定的不同处理阶段污水N2O日变化曲线
图中各标号分别为：1.动态箱供气系统，2.动态箱气体收集系统，3.气体采样系统，4.气体实时分析系统，5.采样管路，6.供气管路，7.空压机，8.稳压阀，9.质量流量计，10.流量分配器，11.恒流阀，12.温度传感器，13.压力传感器，14.流量分配器底座，15连接管路，16.动态箱，17.底座，18.浮体，
19.进气管，20.排气管，21.三通接头，22.温度传感器，23.进气均匀盘，24.浮体固定环，25.动态箱把手。
具体实施方式
本发明结构组成如图1所示，主要由动态箱供气系统，动态箱气体收集系统、气体采集系统，气体实时分析系统组成，动态箱供气系统(1)与若干动态箱气体收集系统(2)由供气管路(6)连接，动态箱气体收集系统(2)固定在被测废弃物的表面上，气体采样系统(3)通过采样管路(5)与动态箱气体收集系统(2)连接，气体实时分析系统(4)与气体采样系统(3)通过采样管路(5)连接；动态箱供气系统(1)、气体采集系统(2)和气体实时分析系统(3)安装在试验现场的房间里。
动态箱供气系统由空压机(7)、稳压阀(8)、质量流量计(9)、流量分配器(10)和恒流阀(11)组成；空压机(7)的压缩气体通过连接管路(15)与稳压阀(8)连接，稳压阀(8)通过连接管路(15)与质量流量计(9)的进气口连接，质量流量计(9)的出气口通过连接管路(15)与流量分配器(10)的进气口连接，在流量分配器(10)的出气口上安装若干恒流阀(11)，各恒流阀(11)可以独立关闭或者开启，在流量分配器(10)内部放置温度传感器(12)和压力传感器(13)；为了便于流量分配器(10)的固定安装，在流量分配器(10)与出气口垂直的底部焊接有安装底座(14)。
动态箱气体收集系统由动态箱(16)、底座(17)和浮体(18)组成；浮体(18)安装在被测废弃物的表面上，底座(17)安装在浮体(18)上，动态箱(16)放置在底座上；在动态箱(16)内部放置温度传感器(22)。在动态箱(16)顶部中心位置安装进气管(19)，进气管(19)穿过动态箱(16)内部，其深度约为动态箱(17)高度的一半；动态箱(16)顶部中心稍偏的位置安装排气管(20)，排气管在外部的连接有三通接头(21)；为了便于搬运动态箱(16)，在动态箱(16)两侧焊接有把手(25)；同时为了固定整个动态箱气体收集系统，在浮体(18)侧面焊接有浮体固定环(24)。
为便于理解，下面结合具体实施例和附图4对本发明进一步说明。
本具体实施例选择在湖南某规模化猪场的污水处理系统中，采用本发明共监测猪场污水的厌氧处理、一级氧化塘和二级氧化塘三个处理阶段，每个处理阶段设置三个重复，具体的操作步骤如下：每个处理阶段的污水表面上均匀布置3个动态箱气体收集系统(2)，共设置9个，每个动态箱气体收集系统(2)的进气口(19)通过供气管路(6)与动态箱供气系统(1)中的一个恒流阀(11)的出口连接，而每个动态箱气体收集系统(2)在排气管(20)上的三通接头(21)的垂直出气口通过采样管路(5)与气体采样系统(3)中的某一电磁阀连接，以此方式共连接9套供气管路和9套采气管路，形成一个实时采样分析系统，在本实施例中，各个动态箱的供气流量为8l／min，采样泵的采样流量由流量计控制在6l／min，在采样系统中通过控制系统控制每次只有一个电磁阀开启，该动态箱连续采气10分钟，由气体采集系统(3)采集的气体送入气体实时分析系统(4)中进行在线浓度分析，每个动态箱气体收集系统(2)连续10分钟，切换到下一个动态箱气体收集系统(2)中进行分析，一个循环包括9个动态箱气体收集系统和一个供气管路气体本底值的测定，共计100分钟，依次循环采样，由各动态箱气体收集系统出气口气体浓度减去供气管路气体浓度的差值乘以供气流量就可以计算得出该动态箱被测表面的气体排放通量，根据本实施例，每个动态箱气体收集系统每天可以测定获得约14个排放通量日变化规律情况。
Claims (6)
1.一种畜禽废弃物管理气体排放测定装置，由动态箱供气系统，动态箱气体收集系统、气体采集系统，气体实时分析系统组成；其特征在于，动态箱供气系统与动态箱气体收集系统通过供气管路连接，动态箱气体收集系统固定在被测畜禽废弃物的表面上，动态箱气体收集系统通过采样管路与气体采集系统连接，气体采集系统采集的样品通过采样管路与气体实时分析系统连接。
2.根据权利要求1所述的畜禽废弃物管理气体排放测定装置，其特征在于：所述的动态箱供气系统由空气压缩机、稳压阀、质量流量计、流量分配器、恒流阀、温度传感器、压力传感器组成，稳压阀安装在空气压缩机的出口处，稳压阀的出气口通过连接管路与质量流量计进气口连接；质量流量计的出气口由连接管路与流量分配器的进气口连接，在流量分配器的出气口安装若干恒流阀，组成若干恒定流量的供气支路；在流量分配器密闭腔内安装温度传感器和压力传感器，用于换算标准状态下的气体流量；为保证各恒流阀流量稳定，所述的流量分配器进气口和出气口垂直布置，其进气口内径大于出气口内径。
3.根据权利要求1所述的畜禽废弃物管理气体排放测定装置，其特征在于：所述的动态箱气体收集系统包括箱体、底座和浮体，浮体安装在被测废弃物表面上，底座安装在浮体上，动态箱放置在底座上；所述的箱体和底座为不锈钢材质的正方形，为保证密闭性，所述的底座设有水封槽；所述的箱体顶部中心点设置有进气管，在箱体顶部还有排气管，排气管一端接有三通，三通一端空置，另一端连接采样管路，所述的进气管在箱体内的长度为采样箱高度的一半，在箱体内进气管末端下方2厘米处焊接一个直径是进气管直径5倍的进气均匀盘，所述的进气管直径比排气管直径小2毫米以上；同时为防止太阳辐射造成密闭箱体内部的温度变化，所述的箱体外表面设有厚度大于5厘米的泡沫板，
在泡沫板的外表面还设有一层锡箔的反光层。
4.根据权利要求1所述的畜禽废弃物管理气体排放测定装置，其特征在于：所述的气体采集系统由电磁阀、气路分配器、流量计、采样泵和控制系统组成，若干电磁阀安装在气路分配器的进气口上，气路分配器的出口通过连接管路与流量计进气口连接，流量计的出口通过连接管路与采样泵的进气口连接，控制系统控制每个时间段只有一个采样电磁阀为打开状态，其余电磁阀为关闭状态。
5.根据权利要求1所述的畜禽废弃物管理气体排放测定装置，其特征在于：所述的气体实时分析系统由气路分配器和各种气体在线分析仪器组成，所述的气体分配器其由一个进气口和若干个出气口组成，进气口通过采样管路与气体采样系统中采样泵的出气口连接，气路分配器的出气口通过采样管与各分析仪器连接，其中预留一个出气口为开敞状态。
6.根据权利要求1所述的畜禽废弃物管理气体排放测定装置，其特征在于：供气管路可以使用普通塑料管，采样管路为TEFLON材料的管路。
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