CN105424423B

CN105424423B - 温室气体排放通量采集装置

Info

Publication number: CN105424423B
Application number: CN201510871047.XA
Authority: CN
Inventors: 陈贵; 赵国华; 方应森; 李勇; 程旺大; 沈亚强; 张红梅; 张辉
Original assignee: ZHEJIANG JIAXING AGRICULTURAL SCIENCE RESEARCH INSTITUTE; Jiaxing University
Current assignee: ZHEJIANG JIAXING AGRICULTURAL SCIENCE RESEARCH INSTITUTE; Jiaxing University
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: CN105424423A

Abstract

本发明公开了一种温室气体排放通量采集装置；本发明的目的是提出一种操作简便、采集方法科学、准确的温室气体排放通量采集装置；它包括浮筒、集气管、采气管、气体采样硅胶塞、温度感应器、气样采集器、拉绳、气样采集器；所述的集气管贯穿过浮筒，且集气管的管壁仍将浮筒密封，位于浮筒的下端部分的集气管设有开口，集气管的另一端设有封闭盖帽，集气管靠近封闭盖帽端的外侧壁的同一高度对称位置上设有管壁环，管壁环上固定拉绳；采气管采气开口端和连接导线的温度感应器通过封闭盖帽进入集气管，采气管的另一端与气体采样硅胶塞连接；它具有效果好、使用方便、采样准确度高等特点。

Description

温室气体排放通量采集装置

技术领域

本发明涉及一种气体样品采集器，尤其是一种在城市污水管道中用于温室气体排放能量采集用的装置。

背景技术

据估算在全球温室气体（CO₂,CH₄和N₂O）排放中，人类下水道系统的排放量占相当大的比例。城市污水管道作为人类社会一种最主要的下水道系统，其中的温室气体排放正受到越来越多的关注和研究。城市污水管道的污水中存在相当高浓度的碳、氮含量，同时存在多种微生物，包括大量产甲烷菌和硝化反硝化菌等，这些微生物利用碳氮作为能源物质而产生大量温室气体。曾有外国研究者通过对进污水处理厂前未加任何处理污水的氮素形态、转化及N₂O排放进行监测后，认为污水管网是一个尚未被深刻认识到的N₂O排放源。但是，到目前为止，有关城市污水管网中的温室气体排放通量（单位时间单位面积的排放量）及由通量计算的总量究竟如何，尚不明确。主要原因可能是城市污水管网的温室气体排放，特别是N₂O排放的关注和研究刚刚起步，尚未引起人们的足够重视；另外，尚无基于定量污水管网温室气体排放通量的气体样品采集装置。因此，发明一种适于城市污水管网气体样品的采集装置，不仅是明确城市污水管网温室气体排放通过和总量的基础设置，而且对环境领域温室气体排放和减控相关科学研究工作具有现实意义。城市污水管道中的温室气体排放正日益受到科研工作者和政府相关部分的关注。因此，研究和明确城市污水管道中的温室气体排放通量、排放总量及外界不同因素对城市污水管道温室气体排放的影响就显得尤为重要。

目前，已公开的气体采集装置均无法满足明确城市污水管道中温室气体排放通量的要求。温室气体排放通量是指单位时间内在单位监测面积上的排放量。因此，气体样品采集必须在某一特定污水面积上进行。另外，气体样品采集空间必须是一个封闭空间，这样才能确保在相同时间间隔点所采气体样品中的温室气体浓度随采集时间延长而增加，这样方可计算出温室气体排放通量。

图1为说明现有技术中可在城市污水管道中进行气体样品采集的一种装置，名称为悬浮式气体侦测器样品采集管（申请号：2006100307.5）。如图1所示，所述悬浮式气体侦测器样品采集管包括：两端口开放的集气管（1），集气管管壁处刻度（2），集气管下悬浮部（3），悬浮部气孔及胶塞（4），悬浮部底端配重物（5），连接集气管和悬浮部的连接部（6），连接部上的集气口（7）等组成。此采集管亦可应用于城市污水管道气体样品采集。然而，由于城市污水管道阴井口深浅不一，深阴井管道达10米左右，浅阴井管道也有1米左右。因此，此采集管中集气管管壁上的刻度是无法看到的。最关键的是所述采集管所采气体并非为特定（污）水面积上排放的气体，而是由污水管道系统中气体通过集气口（7）扩散进入集气管（1）的，且整个采集管装置为开放体系，无法模拟城市污水管道阴井口的封闭状态，无法确保在相同时间间隔点所采气体样品中的温室气体浓度随采集时间延长而增加，计算温室气体排放通量的要求。

图2为说明现有技术中可用于城市污水管道中进行气体样品采集的一种装置。如图2所示，所述采集装置包括：采集管（8），抽取装置（9），检测装置（10），样品采集管底部端口（11）作为集气口，连接采集管和抽取装置的软管（12）。此装置虽可用于城市污水管道中的气体样品采集，但仍无法满足明确污水管道中温室气体排放通量的气体样品采集要求。此装置仅能采集污水管道系统中的气体样品，不能采集特定面积（污）水排放的温室气体，不能采集特定面积（污）水在固定间隔时间内累积排放温室气体样品，无法模拟城市污水管道阴井口的封闭状态。

如何有效解决上述问题，成了一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的正是针对定量城市污水管网温室气体排放通量，提出一种操作简便、采集方法科学、准确的城市污水管道中温室气体排放通量采集装置。

本发明提供的城市污水管道中温室气体排放通量采集装置，它包括浮筒、集气管、采气管、气体采样硅胶塞、温度感应器、气样采集器、拉绳和气样采集器；所述的集气管贯穿过浮筒，且集气管的管壁仍将浮筒密封，位于浮筒的下端部分的集气管设有开口，集气管的另一端设有封闭盖帽，集气管靠近封闭盖帽端的外侧壁的同一高度对称位置上设有管壁环，管壁环上固定拉绳；采气管采气开口端和连接导线的温度感应器通过封闭盖帽进入集气管，采气管的另一端与气体采样硅胶塞连接。

为了制作安装方便，所述的集气管可以为PVC材料构成的圆管，从浮筒的上下端中心穿过，集气管和浮筒连接处用塑料焊条焊接。

上述的浮筒当然也可以是由轻质不能吸水且具有浮力的材料构成，这样的浮筒可以是任何形状，可以是实体，集气管贯穿就可以了，只要有浮力支撑其上浮可以了。

为了确保水流通过，集气管位于浮筒下端部分的侧壁上开孔或槽，当然集气管下端部分长度2-5cm较佳。

在集气管的上端有凸起部分，便于放置扶正盖板。在集气管的上端的外侧壁设置有凸起部分，扶正盖板套设在所述集气管的外围且搭放在所述凸起部分上；所述凸起部分的厚度为1cm~2cm，所述的扶正盖板设置在距离集气管上端10cm~20cm处；所述的扶正盖板为圆形PVC板，所述的扶正盖板的直径小于阴井口下阴井管道直径，但是能够封堵阴井口。扶正盖板上距圆中心一定对称距离的两边为可折叠式设计，主要目的是方便其从阴井口进入阴井管道。圆形扶正盖板的作用有两个，一是扶正浮筒，使整个采样装置垂直于下水管道污水之上，另一目的是可以模拟阴井原来的封闭状态。距集气管凸起部分上一定距离装有管壁环，管壁环上可装卸拉绳，目的是将采样装置主体部分放入阴井中和采样结束后从阴井中将其拉出。

采气管管线和实时温度测定仪上的温度感应器电线通过集气管上端封闭盖帽上的钻孔插入集气管中，连接处可用胶类产品将其密封，插入集气管中的采气管管线末端位置至采气管中间位置即可，实时温度测定仪上的温度感应器位置与采气管末端一致。集气管外的采集管长度和温度感应器电线长度应根据阴井管道实际深度而定，集气管外采集管末端装有气体采集硅胶塞，将气样采集器插入硅胶塞中即可采集气体样品。集气管外温度感应器电线末端连接有温度显示器，用于显示集气管中的温度变化。

以上所述的城市污水管道中温室气体排放通量采集装置具有效果好、使用方便、采样准确度高等特点。

附图说明

图1为一种现有的气体样品采集装置；

图2为另一种现有的气体样品采集装置；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明的使用状态图。

具体实施方式

如图3所示，它包括浮筒13、集气管14、采气管15、气体采样硅胶塞16、温度感应器17、气样采集器18、拉绳19；所述的集气管14贯穿过浮筒13，且集气管的管壁仍将浮筒密封，位于浮筒13的下端部分的集气管14设有开口，开口朝下，集气管位于浮筒下端部分的侧壁上开有圆孔20，圆孔的直径为1cm，集气管下端部分长度3cm；集气管14的另一端设有封闭盖帽21，集气管14靠近封闭盖帽端的外侧壁的同一高度对称位置上设有管壁环22，管壁环22上均固定有拉绳23；采气管15采气开口端和连接导线28的温度感应器17穿过封闭盖帽21进入集气管，采气管15的另一端与气体采样硅胶塞24连接，温度感应器17通过导线28与温度显示器23连接，集气管14外的采气管长度和温度感应器的导线28的长度应根据阴井管道实际深度而定，采气管15末端装有气体采集硅胶塞16，将气样采集器18插入气体采集硅胶塞16中即可采集气体样品。所述的集气管14为PVC材料构成的圆管，从浮筒的上下端中心穿过，集气管14和浮筒13连接处用塑料焊条焊接；在集气管14的上端的外侧壁设置有凸起部分25，扶正盖板26套设在所述集气管14的外围且搭放在所述凸起部分25上，所述的扶正盖板26上以圆心为中心对称的两侧设置为折叠部分27；所述凸起部分25的厚度为1cm~2cm，所述的扶正盖板26设置在距离集气管14上端10cm~20cm处；所述的扶正盖板26为圆形PVC板，所述的扶正盖板26的直径小于阴井口下阴井管道直径，但是能够封堵阴井口。

先将采样装置由下至上从阴井口放入，拉住拉绳19，慢慢放下采样装置，当装置上的扶正盖板26到达阴井口时，将扶正盖板26从集气管14上取下，将扶正盖板折叠部分27折起，倾斜后放入阴井口，放入后将扶正盖板26又套入集气管14，放下扶正盖板折叠部分27，使扶正盖板26封盖阴井。继续放下采气装置直至浮筒13接触到污水管道中的污水，使整个采样装置漂浮于污水之上，如图4所示，从采样装置放下的那刻起开始计时，分别于0,15,30,45min将气样采集器18插入硅胶采气塞16采集气体样品，采样前先将采气管15中原来的气体用气样采集器18抽取完毕，方可采集气体样品。采气管15中原来的气体体积可通过采气管15直径和长度计算。采样完毕后，拉动拉绳19，将采样装置拉起，当扶正盖板26到达阴井口时，将扶正盖板26上的可折叠部分27折起，然后从集气管14上取下，倾斜后取出阴井口，将采样装置主体拉出阴井口，一次城市污水管道气体样品采集活动结束。利用本采样装置采集样品的测定值达到预期效果。从采样装置由阴井口放入城市污水管道中开始计时，分别在0,15,30,45min时采集气体样品，采样前先将采气管中原有的气体抽空（通过管长和管内径可计算原采气管中的气体体积，利用气样采集器即可抽出），每个时间点采集气体样品前记录对应温度，分别为：30.2,32.9,34.6和36.0℃通过气相色谱测定分析0,15,30,45min所采气体样品对应N₂O浓度分别为0.348,0.585,0.635和0.760ppm；CH₄浓度分别为2.12,76.87,121.20和167.33ppm；CO₂浓度分别为465.61,524.68,605.24和690.92ppm。以N₂O为例，N₂O排放通量公式：F(N₂O)=P*V/A*△C/△t*273/(273+T)，公式中各字母分别代表：（F(N₂O)：N₂O排放通量，ug·m^-2·h^-1；P：标准状态下N₂O-N密度，1.25kg·m^-3；V：集气管有效空间体积（m³）；A，集气管末端所罩污水水面面积（即集气管横截面积）（m²）；△C：三个取样时间段气体浓度差（ppb）；△t：取样时间间隔，0.25h；T：4个采样时间对应集气管内温度的平均值（℃））。此次采样装置的集气管内径为17cm，高为175cm，因此，V值为0.0397m³，A值为0.0227m²。通过计算所得污水管网中N₂O排放通量为682.09ugN₂O·m^-2·h^-1。

根据以上所述本发明的城市污水管道中温室气体排放通量采集装置为现在的城市提供有效、准确的气体样本。

Claims

1.一种城市污水管道中温室气体排放通量采集装置，其特征在于：它包括浮筒、集气管、采气管、气体采样硅胶塞、温度感应器、气样采集器、拉绳、气样采集器；所述的集气管贯穿过浮筒，且集气管的管壁仍将浮筒密封，位于浮筒的下端部分的集气管设有开口，集气管的另一端设有封闭盖帽，集气管靠近封闭盖帽端的外侧壁的同一高度对称位置上设有管壁环，管壁环上固定拉绳；采气管采气开口端和连接导线的温度感应器通过封闭盖帽进入集气管，采气管的另一端与气体采样硅胶塞连接；所述的集气管位于浮筒下端部分的侧壁上开设有圆孔或槽；在集气管的上端的外侧壁设置有凸起部分，扶正盖板套设在所述集气管的外围且搭放在所述凸起部分上，所述的扶正盖板为圆形PVC板，所述的扶正盖板上距圆中心一定对称距离的两边为可折叠设计。

2.根据权利要求1所述的城市污水管道中温室气体排放通量采集装置，其特征在于：所述的集气管为PVC圆管，从浮筒的上下端中心穿过，集气管和浮筒连接处用塑料焊条焊接。

3.根据权利要求1所述的城市污水管道中温室气体排放通量采集装置，其特征在于：所述的集气管位于浮筒下端部分的长度为2cm-5cm。

4.根据权利要求1所述的城市污水管道中温室气体排放通量采集装置，其特征在于：所述凸起部分的厚度为1cm~2cm，所述的扶正盖板设置在距离集气管上端10cm~20cm处；所述的扶正盖板的直径小于阴井口下阴井管道直径。