CN114314868A - 一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置及方法，涉及污水处理技术领域。包括箱体系统、气体收集系统和气体测量系统，箱体系统包括气体采集箱，气体采集箱外侧套设泡沫浮子，气体采集箱底部设置气体样品收集口，气体采集箱侧壁设置出气口，出气口处设置连接管，气体收集系统包括苏玛罐，苏玛罐通过连接管与气体采集箱连通。本发明提供的挥发性硫化物气体实时收集装置及方法，可以实时收集污水处理厂曝气动态液面自然释放的VSCs气体，避免因压力变化干扰液面VSCs气体的自然释放，同时聚四氟乙烯连接管‑苏玛罐惰性收集系统减少化学性质活泼的VSCs气体在收集过程中被装置吸附，精确测量气体释放速率、释放通量、吨水排放量及日排放量参数。

Description

一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置及方法。

背景技术

城市污水处理厂在水污染防治中发挥着重要作用。随着我国城市化进程的推进，我国城市污水处理率逐年提高，城市中污水处理厂数量和规模不断上升，与此同时，污水处理过程中的恶臭污染正成为一个严重的环境问题。污水处理厂正常运行过程中释放出大量的恶臭气体不仅会带来严重的气味滋扰，而且对人体健康也存在着许多潜在的危害。确定污水处理厂各处理单元VSCs气体的释放速率、释放通量、吨水释放量及日排放量对于污水处理厂VSCs气体的释放特征及影响因素、生成/释放机制以及恶臭治理具有重要的意义。

现有技术中对污水处理厂曝气动态水面释放的气体的收集方法主要有静态箱法、顶空法、气袋法。静态箱法是将箱体(无盖)倒置放入曝气水面一段时间后开始计时并连接标有容积的气袋(待箱体内空气被水面释放气体置换完全)，直到气体充满气袋后停止计时，将气袋容积视为采集的气体体积的采集方法，该方法需待气体充满气袋后手动停止集气及计时，并将气袋标签上的容积视为实际采集气体的体积。在实际集气过程中，随着气袋内气体汇入，气袋内压强随之增加，连通箱体内压强增加，抑制了气体的释放，同时，气袋被气体充满的临界状态不易判断，故收集的气体体积计算不够准确，同时箱体内压强的增加使气体的自然释放收到干扰，进而对分析结果产生较大误差。顶空法是将配有浮球支架的气体采集装置放置于水面采样点上，打开集气箱出气口的阀门与空气相通，将箱体(无盖)倒置放入水中，覆盖一定面积的水体，等待一段时间至箱体中气体几乎全部排出后，关闭与空气相通的出气阀门，将集气瓶装满水，瓶口用橡皮塞密封，倒挂于浮球支架顶端，集气瓶进气管与箱体的出气口相连，集气瓶排水管直接垂入水中与水体相通。箱体覆盖的下方水体产生的气体沿进气管在浮力作用下进入集气瓶，根据排水集气原理，集气瓶中的水通过排水管排入水体中，从而实时收集水体释放的气体，将集气瓶容积视为采集的气体体积，集气时间等效于集气瓶中水全部排出的时间。该方法在集气过程中会因集气瓶中水的重力而在箱体内形成正压或负压，干扰气体的自然释放，同时，收集的气体(如H₂S、NH₃)会部分溶解在集气瓶内的水中，导致最终的测量结果存在较大误差。气袋法是将抽干空气的轻薄气袋置于限位固定组件(固定框架)中并放置在水面上，放入曝气水面后开始计时，直到气体充满气袋后停止计时。该方法通过限位固定组件(固定框架)控制集气气袋形状进而控制集气体积，在实际集气过程中会因气袋自身重力对气袋内气体产生压强、气袋被气体充满至限位固定组件的临界状态不易判断、轻薄气袋自身对VSCs的吸附等因素导致分析结果产生较大的误差。

目前关于污水处理厂恶臭气体的研究较少，针对应用于计算污水处理厂各构筑物单元液面释放VSCs气体的释放速率及释放通量的实时收集装置与方法更是处于相对空白的状态。本发明结合以往气体收集与测量方法的经验以及VSCs气体的特征设计出一套应用于污水处理厂曝气动态水面释放VSCs气体的实时收集装置与方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，包括箱体系统、气体收集系统和气体测量系统，

所述箱体系统包括气体采集箱，所述气体采集箱外侧套设泡沫浮子，所述气体采集箱底部设置气体样品收集口，所述气体采集箱侧壁设置出气口，所述出气口处设置连接管，

所述气体收集系统包括苏玛罐，所述苏玛罐通过连接管与所述气体采集箱连通，

所述气体测量系统包括电子流量计和气体干燥管，所述气体干燥管和电子流量计依次设置于所述连接管上。

进一步的，所述连接管包括第一连接管、第二连接管和第三连接管，所述第一连接管一端与所述出气口连接，另一端连接三通阀，所述三通阀第一输出端通过第二连接管与所述苏玛罐连通，所述三通阀第二输出端通过第三连接管与外界连通，所述第三连接管上设置气体单向阀。

进一步的，所述气体测量系统还包括第一温感探头和第二温感探头，所述第一温感探头贯穿所述气体采集箱延伸至水面以下，用于测量水体温度，所述第二温感探头设置于所述气体采集箱内部，用于测量气体温度。

进一步的，所述第一温感探头和第二温感探头均与便携式温度传感器电连接。

进一步的，所述气体采集箱底部设置配重块，所述泡沫浮子设置于靠近所述配重块的一端。

进一步的，所述气体采集箱顶部设置固定挂钩。

进一步的，所述气体采集箱内部设置扰动风扇。

进一步的，所述苏玛罐进口处设置限流阀。

进一步的，第一连接管、第二连接管和第三连接管均采用聚四氟乙烯管。

一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集方法，包括以下步骤：

(1)气体置换阶段

在收集气体前将整体装置组装完毕，将气体采集箱放入污水处理厂的相应处理单元的污水池中，记录电子流量计所示气体流量，计算气体采集箱内气体置换所需时间；

(2)气体收集阶段

为保证气体采集箱内空气被液面释放的气体置换完全，等待两倍气体置换所需时间后，将电子流量计置零并开始计时，打开装配有限流阀的苏玛罐进行收集储存气体，同时记录第一温感探头所测得的水体温度和第二温感探头所测得的气体温度。

本发明提供一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置及方法，与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明装置和方法，有效避免了传统静态箱法、顶空法、气袋法采样操作过程中气体采集箱内气体压力变化所致的测量误差较大以及VSCs被溶解或吸附的缺点；本发明装置和方法与传统静态箱法采样对比主要优点在于，一是采用电子流量计对采集的气体体积进行精确测量，避免了传统的采用气袋容积视为采集的气体体积所产生的较大误差；二是采用气体干燥管对所采集的气体进行干燥，避免了待测气体组分溶解于气体所携带的水分中；本发明装置和方法与传统顶空法采样对比主要优点在于，一是避免了集气过程中因集气瓶中水的重力而在瓶内形成正压或负压，干扰气体的自然释放；二是避免了待测气体组分溶解在集气瓶内的水中，导致最终的测量结果存在较大误差；本发明装置和方法与传统气袋法采样对比主要优点在于，一是采用电子流量计对采集的气体体积进行精确测量，避免轻薄气袋被气体充满至限位固定组件的临界状态不易判断而导致气体体积测量出现误差，二是采用聚四氟乙烯连接管及硅烷惰性化处理的苏玛罐收集储存气体，避免轻薄气袋自身对VSCs的吸附而导致分析结果产生较大误差。

2.本发明装置和方法可直接准确实时收集并测定污水处理厂曝气动态液面释放的气体，不受外界因素干扰，如污水处理厂除臭设施；应用本发明装置及方法在实际装配有抽风收集+除臭设施的污水处理厂曝气沉砂池中采集VSCs气体，本发明装置及方法所采集的VSCs气体浓度高于环境空气中VSCs气体浓度，所采集的气体更接近液面实时自然释放气体的状态，且不受外界因素干扰。

3.本发明装置和方法，采用聚四氟乙烯连接管及硅烷惰性化处理的苏玛罐收集VSCs气体，可以减小收集储存装置对化学性质活泼的VSCs的吸附，从而确保检测的准确度；苏玛罐可装配限流阀，通过选取不同规格的限流阀，可实现收集的样品为1h平均值、8h平均值等，更具实用性及代表性。

4.设置第一温感探头、第二温感探头及便携式温度传感器，可实时对液体温度和气体温度进行测量，方便探究液体温度、气体温度对VSCs释放的规律及影响。

5.本发明装置和方法，能够准确量化污水处理厂曝气动态水面VSCs气体释放速率、单位面积VSCs气体的释放通量及处理单元VSCs气体的吨水释放量、日排放量等参数。

6.本发明装置和方法，整体体积较小、组成简单、方便携带运输、成本低廉且对VSCs收集、测量过程产生的误差大大减小。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

其中，1-气体采集箱，2-扰动风扇，3-固定挂钩，4-泡沫浮子，5-配重块，6-气体干燥管，7-电子流量计，8-连接管，9-三通阀，10-气体单向阀，11-限流阀，12-苏玛罐，13-第一温感探头，14-第二温感探头，15-便携式温度传感器。

实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

结合图1提供一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，包括箱体系统、气体收集系统和气体测量系统，

所述箱体系统包括气体采集箱1，所述气体采集箱1外侧套设泡沫浮子4，所述气体采集箱1底部设置气体样品收集口，所述气体采集箱1侧壁设置出气口，所述出气口处设置连接管8，本实施例中，出气口设置于气体采集箱1的一侧上端，泡沫浮子4设置于距气体采集箱1底部一定距离处，使气体采集箱1置于液面采集气体时保持漂浮在液面上状态，同时使泡沫浮子4以下的箱体部分浸没液面以下，防止气体采集箱1覆盖区域气体溢出。所述气体采集箱1内部设置扰动风扇2，扰动风扇2为一可连接移动电源的小型CPU风扇，用于搅拌扰动气体采集箱1内收集的气体，使其浓度分布均匀；所述气体采集箱1顶部设置固定挂钩3，固定挂钩3用于连接绳索或伸缩杆，使气体采集箱1可以置于液面各处位置进行气体采集，以满足不同采样点位需求。

本实施例中气体采集箱1为一长方形有机玻璃箱体，长、宽、高分别为40cm、20cm、25cm，底部不封闭，形成气体样品收集口。所述气体采集箱1底部设置配重块5，所述泡沫浮子4设置于靠近所述配重块5的一端，配重块5可以降低气体采集箱1的重心，使气体采集箱1处于曝气动态液面上保持一定稳定性。

所述气体收集系统包括苏玛罐12，所述苏玛罐12与所述连接管8的输出端连通。苏马罐12内部的涂层经过硅烷化惰性处理，收集VSCs气体时，可以避免由于VSCs具有较高的化学反应活性导致的吸附。

优选的，所述连接管8包括第一连接管、第二连接管和第三连接管，所述第一连接管一端与所述出气口连接，另一端连接三通阀9，所述三通阀9第一输出端通过第二连接管与所述苏玛罐12连通，所述三通阀9第二输出端通过第三连接管与外界连通，所述第三连接管上设置气体单向阀10。气体单向阀10可以使未经苏玛罐12收集储存的多余气体排出至空气中，使未经苏玛罐12收集储存的气体只能排出不能被倒吸回真空苏玛罐12。所述气体测量系统包括电子流量计7气体干燥管6，所述气体干燥管6和电子流量计7依次设置于所述连接管8上，所述电子流量计7设置于所述连接管8靠近出气口的一端，所述电子流量计7和所述出气口之间设有气体干燥管6。气体干燥管6用于干燥收集的气体，减小电子流量计7对气体流量测量值的误差，可以使用硅胶干燥管，电子流量计7可测定通过气体的瞬时流量及累计流量。

所述气体测量系统还包括第一温感探头13和第二温感探头14，所述第一温感探头13贯穿所述气体采集箱1延伸至水面以下，用于测量水体温度，所述第二温感探头14设置于所述气体采集箱1内部，用于测量气体温度。所述第一温感探头13和第二温感探头14均与便携式温度传感器15电连接。第一温感探头13长度大于气体采集箱1高度，第二温感探头14长度小于气体采集箱1高度。

优选的，所述苏玛罐12进口处设置限流阀11。限流阀11用于控制气体进入苏玛罐12的流量，使采集的气体具有固定时间段内的平均值属性，限流阀11可选用1h限流阀、8h限流阀或不采用限流阀，使苏玛罐12收集储存的气体分别代表1h平均值、8h平均值、瞬时值。

优选的，第一连接管、第二连接管和第三连接管均采用聚四氟乙烯管，聚四氟乙烯管即PTFE管，PTFE具有较高惰性的特点，可以减少输送过程中对VSCs的吸附。

实施例2

一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集方法，包括以下步骤：

(1)气体置换阶段

在收集气体前将整体装置组装完毕，将气体采集箱1放入污水处理厂的相应处理单元的污水池中，记录电子流量计7所示气体流量，计算气体采集箱1内气体置换所需时间；计算公式为：t＝V/Q，其中，t为气体置换所需时间，V为气体采集箱的体积，Q为电子流量计所示气体流量；

(2)气体收集阶段

为保证气体采集箱1内空气被液面释放的气体置换完全，等待两倍气体置换所需时间后，将电子流量计7置零并开始计时，打开装配有限流阀11的苏玛罐12进行收集储存气体，同时记录第一温感探头13所测得的水体温度和第二温感探头14所测得的气体温度：

其中，本发明装置覆盖区域VSCs气体释放速率的计算方法如下所示：

V＝c×q/t

V为本发明装置覆盖区域VSCs释放速率，mg/min

c为苏玛罐12中收集的VSCs浓度，mg/m³

q为电子流量计7所测得气体总体积，m³

T为电子流量计7测量过程的时间，min。

其中，某构筑物VSCs气体释放通量的计算方法如下所示：

F＝c×(q/t)/S

F为某构筑物VSCs气体释放通量，mg/(m²·min)

c为苏玛罐12中收集的VSCs浓度，mg/m³

q为电子流量计7所测得气体总体积，m³

t为电子流量计7测量过程的时间，min

S为气体采集箱1底面积，m²。

其中，某构筑物VSCs气体释放速率的计算方法如下所示：

K＝F×A×10^-3÷60

K为某构筑物VSCs气体释放速率，g/s

F为某构筑物VSCs释放通量，mg/(m²·min)

A为某构筑物液面暴露面积，m²。

其中，某构筑物VSCs气体日排放量的计算方法如下所示：

M＝F×A×60×24×10^-6

M为某构筑物VSCs日排放量，kg/d

F为某构筑物VSCs释放通量，mg/(m²·min)

A为某构筑物液面暴露面积，m²。

其中，某构筑物VSCs气体吨水释放量的计算方法如下所示：

G＝M/Q

G为某构筑物VSCs气体吨水释放量，kg/t(水)

M为某构筑物VSCs日排放量，kg/d

Q为某构筑物日处理水量，t/d

本发明可以对污水处理厂曝气单元动态液面释放的VSCs进行收集，并准确测量其中VSCs的排放释放速率、释放通量、吨水释放量、日释放量以及时间尺度、空间尺度、不同温度下的变化情况。

采用本发明装置和方法可直接准确实时收集并测定污水处理厂曝气动态液面释放的气体，不受污水处理厂除臭设施的影响；应用本发明装置及方法在实际装配有抽风收集+除臭设施的污水处理厂曝气沉砂池中采集VSCs气体，所采集的VSCs气体浓度高于环境空气中VSCs气体浓度，即所采集的气体更接近液面实时自然释放气体的状态，没有受到外界因素的干扰。

以下表格是开启除臭系统和关闭除臭系统两种状态下，使用本装置采集气体中硫化氢和自然状态下气体中硫化氢含量的数据对比。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，包括箱体系统、气体收集系统和气体测量系统，

所述箱体系统包括气体采集箱，所述气体采集箱外侧套设泡沫浮子，所述气体采集箱底部设置气体样品收集口，所述气体采集箱侧壁设置出气口，所述出气口处设置连接管，

所述气体收集系统包括苏玛罐，所述苏玛罐通过连接管与所述气体采集箱连通，

所述气体测量系统包括电子流量计和气体干燥管，所述气体干燥管和电子流量计依次设置于所述连接管上。

2.如权利要求1所述的一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，所述连接管包括第一连接管、第二连接管和第三连接管，所述第一连接管一端与所述出气口连接，另一端连接三通阀，所述三通阀第一输出端通过第二连接管与所述苏玛罐连通，所述三通阀第二输出端通过第三连接管与外界连通，所述第三连接管上设置气体单向阀。

3.如权利要求1所述的一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，所述气体测量系统还包括第一温感探头和第二温感探头，所述第一温感探头贯穿所述气体采集箱延伸至水面以下，用于测量水体温度，所述第二温感探头设置于所述气体采集箱内部，用于测量气体温度。

4.如权利要求3所述的一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，所述第一温感探头和第二温感探头均与便携式温度传感器电连接。

5.如权利要求1所述的一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，所述气体采集箱底部设置配重块，所述泡沫浮子设置于靠近所述配重块的一端。

6.如权利要求1所述的一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，所述气体采集箱顶部设置固定挂钩。

7.如权利要求1所述的一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，所述气体采集箱内部设置扰动风扇。

8.如权利要求1所述的一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，所述苏玛罐进口处设置限流阀。

9.如权利要求2所述的一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集装置，其特征在于，第一连接管、第二连接管和第三连接管均采用聚四氟乙烯管。

10.一种用于曝气动态水面释放VSCs气体实时收集方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)气体置换阶段

在收集气体前将整体装置组装完毕，将气体采集箱放入污水处理厂的相应处理单元的污水池中，记录电子流量计所示气体流量，计算气体采集箱内气体置换所需时间；

(2)气体收集阶段

为保证气体采集箱内空气被液面释放的气体置换完全，等待两倍气体置换所需时间后，将电子流量计置零并开始计时，打开装配有限流阀的苏玛罐进行收集储存气体，同时记录第一温感探头所测得的水体温度和第二温感探头所测得的气体温度。

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