CN104857815B - 一种适用于下水道有害气体原位控制的装置及其吸附剂制备方法 - Google Patents

一种适用于下水道有害气体原位控制的装置及其吸附剂制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于下水道有害气体原位控制的装置及其吸附剂制备方法，该装置包括滤网，以及设置在滤网上的上盖，滤网内部装填有用于吸附下水道有害气体的吸附剂。一种吸附剂的制备方法，步骤为：将硅胶置于碱溶液中，充分浸泡，取出硅胶，洗涤、干燥即可；所制备的吸附剂用于装填到装置的滤网中。本发明的装置可以十分方便的安装固定在下水井盖下面，装置中盛放本发明制备的吸附剂，可以有效的原位吸附下水道中的氨气与硫化氢气体。本发明的装置结构简单清晰，吸附剂的制备方法简单易行，在城市污水臭气的处理上，本发明的装置与吸附剂具有较好的前景。

Description

一种适用于下水道有害气体原位控制的装置及其吸附剂制备 方法
技术领域
本发明涉及适用于一种适用于下水道有害气体原位控制的装置及其吸附剂制备方法。
背景技术
城市排水管网是城市基础设施中必不可少的组成部分，近年来，随着城市的快速发展，城市污水量也逐渐增大，排水管网的规模也相应增大，然而污水运输的过程中，在生物化学作用下，一些有机质会释放出有毒有害气体，如H2S、NH3。H2S和NH3都是恶臭气体，且具有较强的毒性和腐蚀性，对人体和环境具有严重的威胁。这些有毒、恶臭气体聚集在城市排水管道人工井内，会逐渐逸散到地上，从而严重影响城市环境，危害民众健康。
目前，国内对于下水道有害气体的控制技术研究极少，进入应用阶段的几乎没有。在处理有害气体方面，吸附法是一种行之有效的方法。然而，由于缺乏专用的原位控制装置和可适应下水道潮湿环境的廉价吸附剂，目前有害气体吸附法并未得到广泛应用。
在吸附材料选择中，硅胶和活性碳是常用的吸附剂。但是，活性炭对于H2S的吸附能力仅为3.76mg/g。硅胶由于其具有多孔的无定形结构和表面存在大量对大多物质都具有吸附性的硅羟基，其对H2S的吸附效果和对NH3的吸附能力均较活性炭强，如图3、图4。但是，普通未改性硅胶在潮湿环境中的吸湿性会减小其对有害气体的吸附容量。
现有技术中，缺乏一种有效的、安装方便、且不耗费额外电能的装置及有效的吸附剂，能较好的适应下水道的潮湿腐蚀环境，并较好的原位吸附下水道中的臭气，特别是氨气与硫化氢气体。
发明内容
本发明的目的在于一种适用于下水道有害气体原位控制的装置及其吸附剂制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
适用于下水道有害气体原位控制装置，包括滤网，以及设置在滤网上的上盖，滤网内部装填有用于吸附下水道有害气体的吸附剂。
该原位控制装置通过可拆卸铁柱或铁链悬挂于下水道井盖下方。
滤网为圆形，其直径为600-650mm。
所述的滤网的网孔孔径＜3mm。
所述的上盖为有坡度的上盖，坡度为5-20°。
所述的上盖的顶端设有开孔。
一种吸附剂的制备方法，步骤为：将硅胶置于碱溶液中，充分浸泡，取出硅胶，洗涤、干燥即可；所制备的吸附剂为用于吸附下水道有害气体的吸附剂。
碱溶液为氢氧化钠或碳酸钠溶于水所制备的溶液，其pH为8-10。
硅胶、碱溶液的用量比为1g:(1-10)mL。
浸泡时间为20-30小时。
本发明的有益效果是：
本发明的装置可以十分方便的安装固定在下水井盖下面，装置中盛放本发明制备的吸附剂，可以有效的原位吸附下水道中的氨气与硫化氢气体。
本发明的装置结构简单清晰，吸附剂的制备方法简单易行，在城市污水臭气的处理上，本发明的装置与吸附剂具有较好的前景。
具体来说：
本发明的装置，结合本发明制备的吸附剂，可以：
1、有效的吸附去除下水道中的有害气体，尤其是H2S和NH3；
2、在不影响人工井的排水、检查功能的同时，最大限度地控制有害气体在人工井内部的积聚，避免有害气体逸散出地表；
3、安装简易，制作简单，成本低廉；
4、可长效使用，至少半年不需要更换内置吸附剂；
5、所制备的吸附剂可较好适应下水道潮湿环境，有效吸附有害气体如H2S和NH3；
6、该吸附剂的制备方法比较简单。
附图说明
图1是本发明的装置的截面示意图；
图2是硅胶改性效果评价的测试流程。
图3是改性前后硅胶对H2S的吸附效果对比；
图4是改性前后硅胶对NH3的吸附效果对比。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于下水道有害气体原位控制装置，包括滤网1，以及设置在滤网1上的上盖2，滤网内部装填有用于吸附下水道有害气体的吸附剂。
优选的，所述的滤网的网孔孔径＜3mm；优选的，所述的滤网用于装填用于吸附下水道有害气体的吸附剂，并允许气体通过；进一步优选的，吸附剂的粒径＞网孔的孔径。
优选的，所述的上盖为有坡度的上盖，坡度为5-20°；进一步优选的，为10-15°；更进一步优选的，为11°。
优选的，所述的上盖的顶端设有开孔；进一步优选的，所述的开孔为圆形开孔，其直径为300mm；设置开孔便于气体流通；
优选的，滤网为圆形，其直径为600-650mm；可覆盖下水道井道面积的73-88%。
优选的，整个装置的上盖顶端到滤网底端的距离为151mm；
优选的，该原位控制装置通过可拆卸铁柱或铁链悬挂于下水道井盖下方，进一步优选的，整个装置通过可拆卸铁柱悬挂在井盖4下面；进一步优选的，原位控制装置通过两个T型铁柱3悬挂于井盖下端105mm处，每个T型铁柱下端通过螺丝拧合，便于拆卸更换吸附剂。
装填于滤网中的用于吸附下水道有害气体的吸附剂的制备方法，步骤为：将硅胶置于碱溶液中，充分浸泡，取出硅胶，洗涤、干燥即可；所制备的吸附剂用于装填到上述原位控制装置中。
碱溶液为氢氧化钠或碳酸钠溶于水所制备的溶液，其pH为8-10。
硅胶、碱溶液的用量比为1g:(1-10)mL。
充分混合的温度为20-30℃；优选的，为25℃。
改性后的硅胶的粒径为3-5mm。
吸附剂制备方法实施例：
吸附剂的制备方法为：
a、称取4.24g 分析纯的Na2CO3于500ml锥形瓶中，加入去离子水至300ml，调pH=9;
b、再次加去离子水至400ml,再次调节pH至9；
c、加入80g干燥硅胶，摇匀；
d、锥形瓶置于25℃、200转/min恒温震荡箱中震荡24h；
e、倾倒去除余液，取出硅胶，用去离子水反复冲洗3-5次；
f、硅胶置入烘箱，105℃烘干，即可制得改性硅胶。
所制备的硅胶的粒径为4mm。
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
改性效果测试例：
测试流程如图2所示：NH3气体产生器中，加入20ml 25%氨水至2L（模拟下水道潮湿的环境），硫化氢气体产生器中，加入3gNa2S溶解至2L（模拟下水道潮湿的环境），调节pH=9.75， 同时，均以N2以60ml/min的流量进行吹脱，填料吸附器加入40g经过改性的硅胶，H2S检测器为odalog 7000，一级溶液吸收器为0.1mol/L稀硫酸，二级溶液吸收器为NaOH溶液，再经过流量计以观察是否有漏气。H2S的结果可以根据odalog 7000直接记录，NH3的结果可根据分光光度计测出。
吸附剂的吸收效果以单位质量吸附剂所吸附的气体含量表示，如下式：
其中，Q是吹脱气体的流量，L/h；t是吸附时间，h；C0是有害气体背景浓度，mg/L； 是吸附后，尾气平均浓度，mg/L；m是吸附剂重量，g。
结果如下：
硅胶未改性前：
未改性硅胶对高浓度H2S的吸附处理作用仅能维持26h，平均吸附量为168.8mg/g，如图3；对NH3的有效吸附时间达到149h，平均吸附量10.4 mg/g。显然，当下水道中同时存在NH3和H2S污染且H2S浓度较高时，硅胶将很快失去对H2S的吸附能力。由于H2S的臭味和毒性远远超过NH3，这将导致下水道有害气体溢出，从而污染外部环境。因此，此条件下未改性硅胶的有效时长仅有26h。
硅胶改性后：
而改性硅胶的失效时间达到86h，平均吸附量为306.9mg/g，如图4。同时，Na2CO3改性使硅胶对NH3的吸附能力下降了4.8 mg/g，有效吸附时间将为74h。可见，经过改性后，硅胶对毒性更强、臭味更重的H2S的吸附能力大幅增加，而对NH3的吸附能力则有所下降。改性后的硅胶，对NH3和H2S的吸附能力较为平衡，失效时间分别为86h和74h，因此同样剂量的改性硅胶可以比未改性硅胶的有效使用时间提高284%。
同时，由于实验中NH3、H2S系从液体中吹出，湿度可模拟下水道环境，改性硅胶也体现出较强的适应能力，可见其能适应下水道的潮湿环境。
根据原位控制装置的体积，满容积改性硅胶填料寿命可达到近360天，以下为吸附剂寿命计算公式：
其中： T为吸附剂使用寿命，d； M为所需改性硅胶总质量，g；A为每克改性硅胶的吸附能力，mg/g；u为污水的流速，根据GB50014/2006，污水管道流速为0.6m/s；a为气体在竖直方向上的扩散系数取a=0.08；D1为井口直径，D1=0.7m；C为管道中实测气体浓度， 本发明中，CH2S=3ppm，CNH3=0.1ppm，；V1为装置体积，V2为每粒硅胶体积，本发明硅胶粒径D2为0.004m，V2=;m为本发明所用硅胶每粒平均重量，m=0.01g。

Claims (5)

1.一种适用于下水道有害气体原位控制装置，其特征在于：包括滤网，以及设置在滤网上的上盖，滤网内部装填有用于吸附下水道有害气体的吸附剂；该原位控制装置通过可拆卸铁柱或铁链悬挂于下水道井盖下方；
所述的吸附剂制备方法步骤为：将硅胶置于碱溶液中，充分浸泡，取出硅胶，洗涤、干燥即可；所述的制备方法中：碱溶液为氢氧化钠或碳酸钠溶于水所制备的溶液，其pH为8-10；硅胶、碱溶液的用量比为1g:(1-10)mL；浸泡时间为20-30小时。
2.根据权利要求1所述的一种适用于下水道有害气体原位控制装置，其特征在于：滤网为圆形，其直径为600-650mm。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种适用于下水道有害气体原位控制装置，其特征在于：所述的滤网的网孔孔径＜3mm。
4.根据权利要求1所述的一种适用于下水道有害气体原位控制装置，其特征在于：所述的上盖为有坡度的上盖，坡度为5-20°。
5.根据权利要求1或4所述的一种适用于下水道有害气体原位控制装置，其特征在于：所述的上盖的顶端设有开孔。
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