CN114942162A - 一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置及方法，涉及排水检测技术领域，装置包括：依次连接的缓冲室、进料泵、分离室、气泵和测量室。本发明克服现有污水管网中污水对膜分离溶解态甲烷方法的限制，能够在污水管网中原位测量并且能够长期在线运行测定溶解态甲烷浓度；结构简单，一次投资能够长期运行，且测定结果准确可靠。

Description

一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置与方法

技术领域

本发明涉及排水检测技术领域，尤其涉及一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置与方法。

背景技术

污水管网能够将生产生活中产生的污水收集后运输至污水处理厂进行后续处理，因此是污水系统的重要组成部分。在污水管网内的厌氧条件下，产甲烷菌会将污水中有机物厌氧发酵的产物转化成甲烷，而甲烷是一种强效的温室气体，虽然甲烷在大气中的浓度远低于CO₂，但其单个分子的全球增温潜势约为CO₂的30倍，甲烷减排也是应对全球变暖问题的重要策略之一。

通过手动采样后用离线测定方法对污水管网中的污水进行溶解态甲烷浓度检测显示其中甲烷的含量很高，这表明在污水管网的输送过程会产生大量的甲烷，具有排放到环境中的潜在危害，因此对管网中甲烷的量化可作为数据支撑为后续实施甲烷减排提供保证。管网系统是动态变化的，不同的时间下污水的流量变化较大，进而使得甲烷的变化也具有动态性，因此需要连续监测甲烷的浓度才能更准确地定量描述污水管网中甲烷的产生与排放。

目前已有能够检测溶解态甲烷的传感器，主要是用渗透膜材料将溶解在水中的甲烷气体分离出来再利用气体检测方法测量气相溶解气体含量，但是在污水管网中污水含有大量的杂质和高浓度的硫化物会使膜材料堵塞失效。

因此，提出一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置与方法，能够在污水管网中原位测量并且能够长期在线运行测定溶解态甲烷的方法与装置来对污水管网中甲烷排放进行量化和评定，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置与方法，克服现有污水管网中污水对膜分离溶解态甲烷方法的限制，能够在污水管网中原位测量并且能够长期在线运行测定溶解态甲烷浓度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，所述测定装置安装在所述污水管网上，包括：依次连接的缓冲室、进料泵、分离室、气泵和测量室；

所述缓冲室，设置于所述污水管网的污水流向方向，用于所述污水流入并保持溢流；

所述进料泵，用于将所述污水输送至所述分离室；

所述分离室，用于所述污水中溶解态甲烷向气相转移，达到气液平衡；

所述气泵，用于将所述分离室中达到气液平衡的气体输送至所述测量室；

所述测量室设置有气相甲烷传感器，所述气相甲烷传感器用于测定进入所述测量室内的所述气液平衡的气体中气相甲烷浓度。

可选的，所述分离室的顶部设置有布水器，所述布水器设置有多个布水孔，用于所述污水从上至下进行喷洒，实现所述分离室内气液平衡。

可选的，所述分离室的底部设置有搅拌器，所述搅拌器用于将所述污水中的所述溶解态甲烷分离到气相中。

可选的，所述分离室的底部还设置有排水通道，用于将所述污水排除所述分离室。

可选的，还设置有与所述测量室连接的空气泵，所述空气泵用于向所述测定装置内通入空气，冲洗所述分离室、所述测量室以及连通管路。

可选的，在所述缓冲室与所述进料泵之间设置有第一电磁阀，用于控制所述污水的通断；

所述分离室与所述气泵之间设置有第二电磁阀，用于控制所述汽液平衡的气体的通断；

所述测量室与所述空气泵之间设置有第三电磁阀，用于控制所述空气泵泵入空气的通断。

可选的，还设置有PLC控制器，所述PLC控制器与所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述布水器、所述搅拌器连接，用于控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀的通断，以及控制所述布水器和所述搅拌器的工作过程。

可选的，所述PLC控制器还与气相甲烷传感器连接，用于根据预设时间存储并显示测得所述测量室内的所述气液平衡的气体中气相甲烷浓度。

一种利用一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置的溶解态甲烷的测定方法，

所述污水从所述污水管网流入到安装在所述污水管网上的所述缓冲室中，通过所述进料泵将所述污水输入至所述分离室中，再通过所述分离室顶部的所述布水器以水流或液滴的形态流下，在所述分离室中实现所述污水中溶解态甲烷向气相转移，达到气液平衡后通过气泵输送至所述测量室内，利用所述气相甲烷传感器测定分离出的气相甲烷浓度，再通过所述PLC控制器进行存储和显示，最后利用亨利定律计算污水中溶解态甲烷浓度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置与方法：通过缓冲室的沉降功能去除污水中的大颗粒杂质，再通过圆孔型布水器将污水喷淋到分离室中达到溶解态甲烷快速向气相扩散，并用搅拌器搅拌加速气液分离过程，实现溶解态甲烷转移到气相再通过气相甲烷传感器测定，测定后利用亨利定律计算污水管网中溶解态甲烷的浓度，在需要时还可以对污水管网中的氧化亚氮进行测定，通过PLC 控制器的自动控制和储存数据，获取污水管网中溶解态甲烷等温室气体的长期在线测定数据；为污水管网中溶解态甲烷的测定提供了有效的方法及装置保障，设备简单，一次投资能够长期运行，且测定结果准确可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明溶解态甲烷测定装置在污水管网中安放示意图；

图2为本发明提供的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置示意图；

图3为本发明提供的布水器结构示意图；

图4为本发明提供的可同时测定甲烷和氧化亚氮的测量室示意图。

其中，1-污水管网，2-测定装置，21-缓冲室，22-第一电磁阀，23-进料泵， 24-分离室，241-圆孔形布水器，2411-圆形布水孔，242-搅拌器，243-排水通道，25-第二电磁阀，26-气泵，27-测量室，271-气相甲烷传感器，272-气相氧化亚氮传感器，28-第三电磁阀，29-空气泵，3-PLC控制器，16-布水孔，17- 气相氧化亚氮传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，本发明公开了溶解态甲烷测定装置2在污水管网1中安放示意图。

参照图2所示，本发明公开了一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，测定装置2安装在污水管网1上，包括：依次连接的缓冲室21、进料泵23、分离室24、气泵26和测量室27；

缓冲室21，设置于污水管网1的污水流向方向，用于污水流入并保持溢流；

进料泵23，用于将污水输送至分离室24；

分离室24，用于污水中溶解态甲烷向气相转移，达到气液平衡；

气泵26，用于将分离室24中达到气液平衡的气体输送至测量室27；

测量室27设置有气相甲烷传感器271，气相甲烷传感器271用于测定进入测量室27内的气液平衡的气体中气相甲烷浓度。

进一步的，分离室24的顶部设置有布水器，布水器设置有多个布水孔，用于污水从上至下进行喷洒，实现分离室24内气液平衡。具体的，参见图3 所示，布水器为圆孔形布水器241，设有多个圆形布水孔2411。

进一步的，分离室24的底部设置有搅拌器242，搅拌器242用于将污水中的溶解态甲烷分离到气相中。

进一步的，分离室24的底部还设置有排水通道243，用于将污水排除分离室24。

进一步的，还设置有与测量室27连接的空气泵29，空气泵29用于向测量装置2内通入空气，冲洗分离室24、测量室27以及连通管路。

进一步的，在缓冲室21与进料泵23之间设置有第一电磁阀22，用于控制污水的通断；

分离室24与气泵26之间设置有第二电磁阀25，用于控制汽液平衡的气体的通断；

测量室27与空气泵29之间设置有第三电磁阀28，用于控制空气泵29泵入空气的通断。

进一步的，还设置有PLC控制器3，PLC控制器3与第一电磁阀22、第二电磁阀25、第三电磁阀28、布水器241、搅拌器242连接，用于控制第一电磁阀22、第二电磁阀25和第三电磁阀28的通断，以及控制布水器241和搅拌器242的工作过程。

进一步的，PLC控制器3还与气相甲烷传感器271连接，用于根据预设时间存储并显示测得测量室27内的气液平衡的气体中气相甲烷浓度。

在一个具体实施例中，参见图4所示，测量室27还设置有一个气相氧化亚氮传感器272，由于氧化亚氮在水中溶解度更大需要更长的分离时间，故每隔15分钟第一电磁阀3打开，进料泵23把720mL污水送入分离室24中，污水通过圆孔形布水器241全部喷洒到分离室24后关闭第一电磁阀3，开启搅拌器242后持续搅拌7分钟再停止搅拌，随后打开第二电磁阀8，利用气泵 26使分离室24中的气体进入到测量室27中，测量室27中的气相甲烷传感器271进行甲烷浓度测定，气相氧化亚氮传感器272进行氧化亚氮浓度测定，测定结果储存在PLC控制器3中。完成后进行同样的排水和冲洗过程后再开始下一次进水测定。

通过增加一个气相氧化亚氮传感器272即可实现同时测定污水管网中的溶解态甲烷和溶解态氧化亚氮，通过适当延长分离时间一次进水就可以完成测定，操作简便、测定时间短。

在一个具体实施例中，气泵26是空气循环泵。进料泵23把720mL污水送入分离室24中，污水通过圆孔形布水器241全部喷洒到分离室24后关闭第一电磁阀3，打开空气循环泵(即气泵26)，利用空气循环泵在分离室24 的气液界面处进气对分离室24顶空气相产生扰动作用以促进气液传质来缩短平衡时间，提高装置运行的效率。

在一个具体实施例中，本实施例为对市政压力流污水管网的每日溶解态甲烷产生量与释放量监测的实施例，将本发明中的装置分别设置在污水管网的上游泵站、管道末端、管道末端水井或检修口中，由于压力流管网中的污水充满管道，故所测定的管道末端与上游泵站溶解态甲烷的数据差值乘以污水流量即为这段压力流污水管网的甲烷产生量，所测定的管道末端水井或检修口与管道末端溶解态甲烷的数据差值乘以污水流量即为这段压力流污水管网的甲烷释放量。

本发明还公开了一种污水管网中溶解态甲烷的测定方法，具体内容为：污水从污水管网1流入到安装在污水管网1上的缓冲室21中，通过进料泵23 将污水输入至分离室24中，再通过分离室24顶部的圆孔形布水器241以小水流或液滴的形态流下，在分离室24中实现污水中溶解态甲烷向气相转移，达到气液平衡后通过气泵26输送至测量室27内，利用气相甲烷传感器271 测定分离出的气相甲烷浓度，再通过PLC控制器3进行存储和显示，最后利用亨利定律计算污水中溶解态甲烷浓度。

在一个具体实施例中，污水管网1中的污水进入到缓冲室21中并始终保持溢流，每隔12分钟第一电磁阀3打开，进料泵23把720mL污水送入分离室24中，污水通过分离室24顶部的圆孔形布水器241后沿着圆形布水孔2411 喷洒下去以增大与气体之间的接触面积(如图3所示)，缩短分离室24中气液平衡的时间，污水全部喷洒到分离室24后关闭第一电磁阀3，打开分离室 24底部的搅拌器242来促进污水中的溶解态甲烷被分离到气相中，4分钟后关闭搅拌器242并打开第二电磁阀25，利用气泵26使分离室24中的气体进入到测量室27中，测量室27中的气相甲烷传感器271进行甲烷浓度测定，并把稳定的读数储存到PLC控制器3中。一次测定完成后，分离室24中的污水通过排水通道243排到排水沟中，打开第二电磁阀25和第三电磁阀28，利用空气泵29向系统中通入空气冲洗分离室24、测量室27以及连通的管路以保证下一次测定数据的准确。第一电磁阀3、第二电磁阀25、第三电磁阀28、圆孔形布水器241和搅拌器242的开关均与PLC控制器3连接，PLC控制器 3根据设定的时间对其自动控制并储存和显示测得的测量室27中气相甲烷浓度数据，再计算出污水管网中溶解态甲烷的浓度。

通过能够沉降的缓冲室21、具有喷淋布水结构的分离室24、设有气相甲烷传感器的测量室27，解决了基于膜分离原理传感器的易失效问题，所得到的溶解态甲烷数据准确，能够连续在线量化污水管网内溶解态甲烷的产生，获得不同时间随污水量变化而变化的动态甲烷排放数据，并且装置能够长期稳定运行，保障了经济效益，也为更好的管理和控制污水管网中的甲烷排放提供了更可靠的数据支撑。

对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，其特征在于，所述测定装置安装在所述污水管网上，包括：依次连接的缓冲室、进料泵、分离室、气泵和测量室；

所述缓冲室，设置于所述污水管网的污水流向方向，用于所述污水流入并保持溢流；

所述进料泵，用于将所述污水输送至所述分离室；

所述分离室，用于所述污水中溶解态甲烷向气相转移，达到气液平衡；

所述气泵，用于将所述分离室中达到气液平衡的气体输送至所述测量室；

所述测量室设置有气相甲烷传感器，所述气相甲烷传感器用于测定进入所述测量室内的所述气液平衡的气体中气相甲烷浓度。

2.根据权利要求1所述的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，其特征在于，

所述分离室的顶部设置有布水器，所述布水器设置有多个布水孔，用于将所述污水从上至下进行喷洒，实现所述分离室内气液平衡。

3.根据权利要求2所述的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，其特征在于，

所述分离室的底部设置有搅拌器，所述搅拌器用于将所述污水中的所述溶解态甲烷分离到气相中。

4.根据权利要求3所述的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，其特征在于，

所述分离室的底部还设置有排水通道，用于将所述污水排除所述分离室。

5.根据权利要求4所述的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，其特征在于，

还设置有与所述测量室连接的空气泵，所述空气泵用于向所述测定装置内通入空气，冲洗所述分离室、所述测量室以及连通管路。

6.根据权利要求5所述的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，其特征在于，

在所述缓冲室与所述进料泵之间设置有第一电磁阀，用于控制所述污水的通断；

所述分离室与所述气泵之间设置有第二电磁阀，用于控制所述汽液平衡的气体的通断；

所述测量室与所述空气泵之间设置有第三电磁阀，用于控制所述空气泵泵入空气的通断。

7.根据权利要求6所述的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，其特征在于，

还设置有PLC控制器，所述PLC控制器与所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述布水器、所述搅拌器连接，用于控制所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀的通断，以及控制所述布水器和所述搅拌器的工作过程。

8.根据权利要求7所述的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置，其特征在于，

所述PLC控制器还与所述气相甲烷传感器连接，用于根据预设时间存储并显示测得所述测量室内的所述气液平衡的气体中气相甲烷浓度。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的一种污水管网中溶解态甲烷的测定装置的溶解态甲烷的测定方法，其特征在于，

所述污水从所述污水管网流入到安装在所述污水管网上的所述缓冲室中，通过所述进料泵将所述污水输入至所述分离室中，再通过所述分离室顶部的所述布水器以水流或液滴的形态流下，在所述分离室中实现所述污水中溶解态甲烷向气相转移，达到气液平衡后通过气泵输送至所述测量室内，利用所述气相甲烷传感器测定分离出的气相甲烷浓度，再通过所述PLC控制器进行存储和显示，最后利用亨利定律计算污水中溶解态甲烷浓度。

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