CN116990088B - 城镇污水系统温室气体释放监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体为城镇污水系统温室气体释放监测装置及方法，其中装置具有通量箱箱体和设在通量箱箱体顶部的通量箱箱盖；通量箱箱盖固定在通量箱箱体上方。方法包括S1：根据所需监测的污水系统的实际情况，选择合适的监测点，将城镇污水系统温室气体释放监测装置进行组装；S2：连续抽取所需监测的污水水体，使其在通量箱箱体内形成稳定的污水水体流场。本发明中的监测时通量箱箱体无需置入水体中，使用条件简单，空间限制少，适用于普通污水处理厂、地埋式污水处理厂、加装除臭系统的污水处理厂等各类所需监测的污水系统；通量箱箱体和通量箱箱盖在监测时组合形成密闭空间，气密性好，污水中释放的所有气体均收集监测，结果更为准确。
Description
技术领域
本发明涉及市政环保技术领域，具体为一种城镇污水系统温室气体释放监测装置及方法。
背景技术
温室气体排放导致的气候变化是人类面临的重大挑战之一。为了实现“双碳”目标，亟需精确评估主要行业的碳排放规模。研究表明，污水处理行业是温室气体排放不可忽略的排放源，污水处理行业碳排放量占全社会碳排放总量的1％～2％，涉及的主要温室气体有二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)。
其中，在污水输送和处理过程中，通过气—液界面交互作用直接释放到大气环境中的温室气体占有重要比例。因此，监测监测污水系统温室气体直接释放通量是进行污水行业碳排放估算的重要基础。目前，气—液界面气体释放通量监测的方法主要有箱体法和微气象学法。其中，微气象学法对监测环境条件和仪器设施的要求都较高；而箱体法具有操作简便、灵敏度高、成本较低等优点，应用更为广泛。
传统箱体法通过将通量箱装置放置到液面上漂浮，通过测定通量箱气体中温室气体的浓度来计算气—液界面的温室气体释放通量。通量箱体积一般较大，对监测环境有一定要求，通常需要有较大液面空间放置装置。
传统通量箱下部为开放结构，气密性较差，特别在污水中气体释放量较大的情况下，易造成气体泄漏；同时，传统通量箱放置到液面后，无法直观的观察箱内液位高度和气体气压，尤其当通量箱静置较长时间后由于箱体内气体富集可能造成监测箱内气压和液位发生改变，忽略气压和液位的变化，易导致监测结果误差。
虽然目前已经开展了部分污水处理温室气体排放通量估算研究，但是受限于现有研究方法，研究成果主要集中在有一定液面空间的部分污水处理工艺环节，应用场景受到极大限制，无法对所需监测的污水系统、地埋式污水处理厂等开展系统的温室气体排放原位监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城镇污水系统温室气体释放监测装置及方法，已解决上述背景技术中提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种城镇污水系统温室气体释放监测装置，具有通量箱箱体、所需监测的污水系统和设在通量箱箱体顶部的通量箱箱盖，通量箱箱盖固定在通量箱箱体上方，并在通量箱箱体内形成密封空间；通量箱箱体上靠近其底部处设有两第一接口，两第一接口对称分布在通量箱箱体的两侧部；其中一第一接口上相通连接有污水进水管，另一第一接口上相通连接有污水排出管，污水进水管和污水排出管均与所需监测的污水系统相通连接；污水进水管上安装有用于将所需监测的污水系统内的污水提升输送至通量箱箱体内的进水泵，污水排出管上安装有流量控制阀；通量箱箱盖上分别设置有三个与通量箱箱体内部相通的第二接口，三个第二接口对应与进气装置、气体采集装置和气体在线分析装置连接；通量箱箱盖的下表面设有用于采集监测装置中的参数附属数据的监测装置；通量箱箱盖下表面中心处安装有用于对通量箱箱体内的空气流通进行加速的微型风扇。
进一步的，进气装置包括氮气瓶，氮气瓶的输出端相通连接有进气管，进气管对应与其中一第二接口连通，进气管上安装有进气管阀；气体采集装置包括气体采集装置，气体采集装置的输入端相通连接有气体采样管，气体采样管对应与其中一第二接口连通，气体采样管上安装有气体采样管阀；气体在线分析装置包括温室气体在线分析仪，温室气体在线分析仪的输入端相通连接有出气管，出气管对应与其中的一第二接口连通，出气管上安装有出气管阀。
进一步的，监测装置包括依次安装在通量箱箱盖下表面的液位传感器、气温传感器和气压传感器，液位传感器、气温传感器和气压传感器的采集端头均朝向正下方。
进一步的，污水进水管和污水排出管均贯穿延伸至所需监测的污水系统内，且均插入至所需监测的污水系统内的污水液面以下部位。
本发明还提供了一种城镇污水系统温室气体释放监测方法，采用上述任一项的城镇污水系统温室气体释放监测装置，包括以下步骤：
S1：根据所需监测的污水系统的实际情况，选择合适的监测点，将城镇污水系统温室气体释放监测装置进行组装；
S2：连续抽取所需监测的污水水体，使其在通量箱箱体内形成稳定的污水水体流场；
S3：采用静态法或动态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测；
S4：采用静态法或动态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算。
进一步的，S2具体操作步骤如下：
S21:将污水进水管和污水排出管置入与所需监测的污水系统连通，并保证污水进水管和污水排出管插入至所需监测的污水系统内的污水液面以下位置处；
S22：启动进水泵，持续抽取所需监测的污水系统中的污水并经污水进水管导入至通量箱箱体内，流量控制在5-8L/min；
S23：实时记录通量箱箱体内由液位传感器采集的液位数据，当液位高度达到通量箱箱体高度的1/2时，调整进水泵的进水流量至1-2L/min，调整污水排出管开合，控制通量箱箱体内的液位位于通量箱箱体高度的1/2到2/3之间；
S24：持续观察通量箱箱体内的污水水体流场，直至流场稳定，流态呈层流或过渡流。
进一步的，S3中采用静态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测的具体操作步骤如下：
S31 a：检查进气管阀和出气管阀处于打开状态，气体采样管阀处于关闭状态，检查出气管与温室气体在线分析仪之间的连接断开；
S32a：检查微型风扇处于启动状态，风速在3m/s左右，打开氮气瓶向通量箱内注入清洁氮气，流量控制为约5L/min，持续约2min，确保通量箱箱体与通量箱箱盖内残留的温室气体全部排出；
S33a：关闭进气管阀和氮气瓶，关闭出气管阀，调整微型风扇的风速至0.3-0.5m/s,在通量箱箱体内形成微弱的环流风场，保证通量箱箱体内的气体均匀混合，实时读取气温传感器和气压传感器采集的数据，直至数据稳定；
S34a：根据实际情况，每隔一定时间，打开气体采样管阀，采集气体样品，每次采样量为0.05-0.2L，完成所有采样后，停止监测；
S35a：采集的气体样品在48小时内完成温室气体浓度分析。
进一步的，S3中采用动态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测的具体操作步骤如下：
步骤S31 b：检查进气管阀和出气管阀打开状态，气体采样管阀处于关闭状态，断开出气管与温室气体在线分析仪的连接；
步骤S32b：检查微型风扇处于启动状态，风速在3m/s左右，打开进气管阀，向通量箱箱体内注入清洁氮气，流量控制为约5L/min，持续约2min，确保通量箱箱体内残留温室气体全部排出；
步骤S33b：连接出气管与温室气体在线分析仪，设定温室气体在线分析仪的进气流量为0.5L/min左右，同时调整进气管阀的开合使进气流量达到相同流量，调整微型风扇风速至0.3-0.5m/s，在通量箱箱体内形成微弱的环流风场，保证通量箱箱体内气体混合均匀，定时读取通量箱箱体内的气温传感器和气压传感器采集的数据，直至数据稳定；
步骤S34b：实时读取温室气体在线分析仪检测的温室气体浓度，直至满足监测需求，停止监测。
进一步的，S4中采用静态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算具体包括：
根据S35a中分析的样品温室气体浓度，进行采样时间序列与温室气体浓度的相关性分析，进行线性回归拟合，并进行统计学检验，当R2>0.9且p<0.05时，认为两者线性显著相关，即得：
Ci＝slopei×(t-t0)
式中，Ci为拟合曲线计算的目标温室气体某一时刻的气体浓度，单位为ppmv，其中i代表CO2、CH3或N2O；slopei为目标温室气体的分析浓度与取样时间线性回归拟合的斜率，表示单位时间内静态箱内目标温室气体浓度的变化量，单位为ppmv/min；t为积累时间，单位为min；t0为初始时间，单位为min，默认为0。
根据气体状态方程，通过以下公式换算为所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量。
Fi＝λ×(Mi/VM)×[V-(H×A)]/A×(P/P0)×[T0/(T0+T)]×slopei
式中，Fi为25℃标准大气压下目标温室气体的释放通量，单位为μg/(m2·h)；λ为单位转换系数；Mi为目标温室气体的摩尔质量数，单位为g/mo l；VM为标准摩尔体积，为22.4L/mo l；V为通量箱容积，单位为m3；H为通量箱箱体(1)内液位高度，单位为m；A为通量箱箱体(1)内液面面积，单位为m2；P为通量箱箱体(1)内的气压，单位为Pa；P 0为标准状态下的大气压，为1.013×105Pa；T为通量箱箱体(1)内气温，单位为℃；T0为25℃对应的绝对温度，为298.15K。
进一步的，S4中采用动态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算具体包括：
根据S34b中分析的样品温室气体浓度，计算所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量，根据气体状态方程，通过以下公式换算为所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量。
Fi＝η×Q×(Mi/VM)×(Ci-C0)/A
其中，Fi为25℃标准大气压下目标温室气体的释放通量，单位为μg/(m2·h)；η为单位转换系数；Q为通过通量箱的气体流量，单位为L/s；Mi为目标温室气体的摩尔质量数，单位为g/mo l；VM为标准摩尔体积，为22.4L/mo l；Ci为气体在线分析仪监测的目标温室气体浓度，单位为ppmv；Co为进入通量箱的气体中温室气体浓度，默认为0；A为通量箱箱体(1)内液面面积，单位为m2。
与现有技术相比，本发明具有的优点如下。
监测时通量箱箱体无需置入水体中，使用条件简单，空间限制少，适用于普通污水处理厂、地埋式污水处理厂、加装除臭系统的污水处理厂等各类所需监测的污水系统；通量箱箱体和通量箱箱盖在监测时组合形成密闭空间，气密性好，污水中释放的所有气体均收集监测，结果更为准确；可根据实际需要采用静态法或动态法开展温室气体释放监测，监测准确度高，灵活性强；通通量箱箱体内根据实际需要安装多个传感器，同步获取装置运行数据，可根据监测环境和监测目的灵活调整装置运行参数，改变通量箱箱体内水体、气体流动状态，优化监测条件；此外，监测时通量箱位于地面上，人员操作便捷。
附图说明
图1为本发明的监测装置整体结构立体示意图；
图2为本发明的监测装置剖面结构示意图；
图3为本发明的通量箱箱盖上表面局部结构示意图；
图4为本发明的通量箱箱盖下表面局部结构示意图；
图5为本发明的城镇污水系统温室气体释放监测方法流程图；
图6为图5中步骤S2的子流程示意图；
图7为图5中步骤S3的子流程示意图；
图8为图5中步骤S3的另一个子流程示意图；
图9为实施例中采用静态箱法的二氧化碳浓度监测数据时间序列图；
图10为实施例中采用动态箱法的二氧化碳浓度监测数据时间序列图。
图中标号说明：1、通量箱箱体；11、第一接口；2、通量箱箱盖；201、液位传感器；202、气温传感器；203、气压传感器；21、第二接口；4、污水进水管；41、进水泵；5、污水排出管；51、流量控制阀；6、进气管；61、进气管阀；62、氮气瓶；7、气体采样管；71、气体采样管阀；72、气体采集装置；8、出气管；81、出气管阀；82、温室气体在线分析仪；9、微型风扇。
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。
实施例一
请参阅图1-4，本发明提供了一种城镇污水系统温室气体释放监测装置，具有通量箱箱体1和设在通量箱箱体1顶部的通量箱箱盖2；通量箱箱盖2固定在通量箱箱体1上方，并在通量箱箱体1内形成密封空间；通量箱箱体1上靠近其底部处设有两第一接口11，两第一接口11对称分布在通量箱箱体1的两侧部；其中一第一接口11上相通连接有污水进水管4，另一第一接口11上相通连接有污水排出管5，污水进水管4和污水排出管5均与所需监测的污水系统相通连接；污水进水管4上安装有用于将所需监测的污水系统内的污水提升输送至通量箱箱体1内的进水泵41，污水排出管5上安装有流量控制阀51；通量箱箱盖2上分别设置有三个与通量箱箱体1内部相通的第二接口21，三个第二接口21对应与进气装置、气体采集装置和气体在线分析装置连接；通量箱箱盖2的下表面设有用于采集监测装置中的参数附属数据的监测装置；通量箱箱盖2下表面中心处安装有用于对通量箱箱体1内的空气流通进行加速的微型风扇9。
优选的，进气装置包括氮气瓶62，氮气瓶62的输出端相通连接有进气管6，进气管6对应与其中一第二接口21连通，进气管6上安装有进气管阀61；气体采集装置包括气体采集装置72，气体在线分析装置应配置进气系统、气体预处理系统和温室气体在线分析模块。可选的，根据实际监测目的，温室气体在线分析模块可为二氧化碳在线分析模块、氧化亚氮在线分析模块和甲烷在线分析模块中任意一个模块或任意多个模块组合，气体采集装置72由真空泵、气体采样袋和可抽至负压的气体采样箱组成，采用的是现有技术，具体的构造和工作原理不再赘述，气体采集装置72的输入端相通连接有气体采样管7，气体采样管7对应与其中一第二接口21连通，气体采样管7上安装有气体采样管阀71；气体在线分析装置包括温室气体在线分析仪82，温室气体在线分析仪82主要由进气系统、气体预处理系统和温室气体在线分析模块组成，采用的是现有技术，具体的构造和工作原理不再赘述，可选的，根据实际监测目的，温室气体在线分析模块可为二氧化碳在线分析模块、氧化亚氮在线分析模块和甲烷在线分析模块中任意一个模块或任意多个模块组合，温室气体在线分析仪82的输入端相通连接有出气管8，出气管8对应与其中的一第二接口21连通，出气管8上安装有出气管阀81。
优选的，监测装置包括依次安装在通量箱箱盖2下表面的液位传感器201、气温传感器202和气压传感器203，其中，液位传感器201采用的是声波液位传感器，为现有技术，具体构造和工作原理在本申请中不做过多解释，液位传感器201、气温传感器202和气压传感器203的采集端头均朝向正下方。
优选的，污水进水管4和污水排出管5均贯穿延伸至所需监测的污水系统内，且均插入至所需监测的污水系统内的污水液面以下部位。
另外，值得说明的是，本装置还设置有所需监测的污水系统水下传感器模块，所需监测的污水系统水下传感器模块安装在所需监测的污水系统中，用于同步监测所需监测的污水系统运行状态。根据实际监测目的和监测精度要求，安装有一个或多个传感器。传感器，为温度传感器、化学需氧量传感器、压力式液位传感器、流速传感器，或根据实际需求选用其它传感器。根据实际监测目的和监测精度要求，可安装一个或多个传感器。
实施例二
请参阅图5，本发明还提供了一种城镇污水系统温室气体释放监测方法，采用上述任一项的城镇污水系统温室气体释放监测装置，包括以下步骤：
S1：根据所需监测的污水系统的实际情况，选择合适的监测点，将城镇污水系统温室气体释放监测装置进行组装；
S2：连续抽取所需监测的污水水体，使其在通量箱箱体1内形成稳定的污水水体流场；
S3：采用静态法或动态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测；
S4：采用静态法或动态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算。
请参阅图6，S2具体操作步骤如下：
S21：将污水进水管4和污水排出管5置入与所需监测的污水系统连通，并保证污水进水管4和污水排出管5插入至所需监测的污水系统内的污水液面以下位置处；
S22：启动进水泵41，持续抽取所需监测的污水系统中的污水并经污水进水管4导入至通量箱箱体1内，流量控制在5-8L/min；
S23：实时记录通量箱箱体1内由液位传感器201采集的液位数据，当液位高度达到通量箱箱体1高度的1/2时，调整进水泵41的进水流量至1-2L/min，调整污水排出管5开合，控制通量箱箱体1内的液位位于通量箱箱体1高度的1/2到2/3之间；
S24：持续观察通量箱箱体1内的污水水体流场，直至流场稳定，流态呈层流或过渡流。
请参阅图7，S3中采用静态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测的具体操作步骤如下：
S3中采用静态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测的具体操作步骤如下：
S31 a：检查进气管阀61和出气管阀81处于打开状态，气体采样管阀71处于关闭状态，检查出气管8与温室气体在线分析仪82之间的连接断开；
S32a：检查微型风扇9处于启动状态，风速在3m/s左右，打开氮气瓶62向通量箱内注入清洁氮气，流量控制为约5L/min，持续约2min，确保通量箱箱体1与通量箱箱盖2内残留的温室气体全部排出；
S33a：关闭进气管阀61和氮气瓶62，关闭出气管阀81，调整微型风扇9的风速至0.3-0.5m/s,在通量箱箱体1内形成微弱的环流风场，保证通量箱箱体1内的气体均匀混合，实时读取气温传感器202和气压传感器203采集的数据，直至数据稳定；
S34a：根据实际情况，每隔一定时间，打开气体采样管阀71，采集气体样品，每次采样量为0.05-0.2L，完成所有采样后，停止监测；
S35a：采集的气体样品在48小时内完成温室气体浓度分析。
优选的，S4中采用静态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算具体包括：
根据S35a中分析的样品温室气体浓度，如图9所示，进行采样时间序列与温室气体浓度的相关性分析，进行线性回归拟合，并进行统计学检验，当R2>0.9且p<0.05时，认为两者线性显著相关，即得：
Ci＝slopei×(t-t0) (1)
式中，Ci为拟合曲线计算的目标温室气体某一时刻的气体浓度，单位为ppmv，其中i代表CO2、CH3或N2O；slopei为目标温室气体的分析浓度与取样时间线性回归拟合的斜率，表示单位时间内静态箱内目标温室气体浓度的变化量，单位为ppmv/min；t为积累时间，单位为min；t0为初始时间，单位为min，默认为0。
根据气体状态方程，通过以下公式换算为所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量。
Fi＝λ×(Mi/VM)×[V-(H×A)]/A×(P/P0)×[T0/(T0+T)]×slopei (2)
式中，Fi为25℃标准大气压下目标温室气体的释放通量，单位为μg/(m2·h)；λ为单位转换系数；Mi为目标温室气体的摩尔质量数，单位为g/mo l；VM为标准摩尔体积，为22.4L/mo l；V为通量箱容积，单位为m3；H为通量箱箱体(1)内液位高度，单位为m；A为通量箱箱体(1)内液面面积，单位为m2；P为通量箱箱体(1)内的气压，单位为Pa；P 0为标准状态下的大气压，为1.013×105Pa；T为通量箱箱体(1)内气温，单位为℃；T0为25℃对应的绝对温度，为298.15K。
请参阅图8，S3中采用动态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测的具体操作步骤如下：
步骤S31b：检查进气管阀61和出气管阀81打开状态，气体采样管阀71处于关闭状态，断开出气管8与温室气体在线分析仪82的连接；
步骤S32b：检查微型风扇9处于启动状态，风速在3m/s左右，打开进气管阀61，向通量箱箱体1内注入清洁氮气，流量控制为约5L/min，持续约2min，确保通量箱箱体1内残留温室气体全部排出；
步骤S33b：连接出气管8与温室气体在线分析仪82，设定温室气体在线分析仪82的进气流量为0.5L/min左右，同时调整进气管阀61的开合使进气流量达到相同流量，调整微型风扇风速至0.3-0.5m/s，在通量箱箱体1内形成微弱的环流风场，保证通量箱箱体1内气体混合均匀，定时读取通量箱箱体1内的气温传感器202和气压传感器203采集的数据，直至数据稳定；
步骤S34b：实时读取温室气体在线分析仪82检测的温室气体浓度，直至满足监测需求，停止监测。
优选的，S4中采用动态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算具体包括：
根据S34b中分析的样品温室气体浓度，计算所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量，如图10所示，为不同时间分析的温室气体浓度，根据气体状态方程，通过以下公式换算为所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量。
Fi＝η×Q×(Mi/VM)×(Ci-C0)/A (3)
其中，Fi为25℃标准大气压下目标温室气体的释放通量，单位为μg/(m2·h)；η为单位转换系数；Q为通过通量箱的气体流量，单位为L/s；Mi为目标温室气体的摩尔质量数，单位为g/mo l；VM为标准摩尔体积，为22.4L/mo l；Ci为气体在线分析仪监测的目标温室气体浓度，单位为ppmv；Co为进入通量箱的气体中温室气体浓度，默认为0；A为通量箱箱体(1)内液面面积，单位为m2。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.城镇污水系统温室气体释放监测装置，具有通量箱箱体(1)和设在通量箱箱体(1)顶部的通量箱箱盖(2)，其特征在于：
所述通量箱箱盖(2)固定在所述通量箱箱体(1)上方，并在所述通量箱箱体(1)内形成密封空间；
所述通量箱箱体(1)上靠近其底部处设有两第一接口(11)，两所述第一接口(11)对称分布在所述通量箱箱体(1)的两侧部；
其中一所述第一接口(11)上相通连接有污水进水管(4)，另一所述第一接口(11)上相通连接有污水排出管(5)，所述污水进水管(4)和所述污水排出管(5)均与所需监测的污水系统相通连接；
所述污水进水管(4)上安装有用于将所需监测的污水系统内的污水提升输送至所述通量箱箱体(1)内的进水泵(41)，所述污水排出管(5)上安装有流量控制阀(51)；
所述通量箱箱盖(2)上分别设置有三个与所述通量箱箱体(1)内部相通的第二接口(21)，三个所述第二接口(21)对应与进气装置、气体采集装置和气体在线分析装置连接；
所述通量箱箱盖(2)的下表面设有用于采集监测装置中的参数附属数据的监测装置；
所述通量箱箱盖(2)下表面中心处安装有用于对所述通量箱箱体(1)内的空气流通进行加速的微型风扇(9)；
所述进气装置包括氮气瓶(62)，所述氮气瓶(62)的输出端相通连接有进气管(6)，所述进气管(6)对应与其中一所述第二接口(21)连通，所述进气管(6)上安装有进气管阀(61)；
所述气体采集装置包括气体采集装置(72)，所述气体采集装置(72)的输入端相通连接有气体采样管(7)，所述气体采样管(7)对应与其中一所述第二接口(21)连通，所述气体采样管(7)上安装有气体采样管阀(71)；
所述气体在线分析装置包括温室气体在线分析仪(82)，所述温室气体在线分析仪(82)的输入端相通连接有出气管(8)，所述出气管(8)对应与其中的一所述第二接口(21)连通，所述出气管(8)上安装有出气管阀(81)。
2.根据权利要求1所述的城镇污水系统温室气体释放监测装置，其特征在于：
所述监测装置包括依次安装在所述通量箱箱盖(2)下表面的液位传感器(201)、气温传感器(202)和气压传感器(203)，所述液位传感器(201)、所述气温传感器(202)和所述气压传感器(203)的采集端头均朝向正下方。
3.根据权利要求1所述的城镇污水系统温室气体释放监测装置，其特征在于：
所述污水进水管(4)和所述污水排出管(5)均贯穿延伸至所需监测的污水系统内，且均插入至所需监测的污水系统内的污水液面以下部位。
4.城镇污水系统温室气体释放监测方法，采用权利要求1-3中任一项的城镇污水系统温室气体释放监测装置，其特征在于：
包括以下步骤：
S1：根据所需监测的污水系统的实际情况，选择合适的监测点，将城镇污水系统温室气体释放监测装置进行组装；
S2：连续抽取所需监测的污水水体，使其在所述通量箱箱体(1)内形成稳定的污水水体流场；
S3：采用静态法或动态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测；
S4：采用静态法或动态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算。
5.根据权利要求4所述的城镇污水系统温室气体释放监测方法，其特征在于：
所述S2具体操作步骤如下：
S21：将所述污水进水管(4)和所述污水排出管(5)置入与所需监测的污水系统连通，并保证所述污水进水管(4)和所述污水排出管(5)插入至所需监测的污水系统内的污水液面以下位置处；
S22：启动所述进水泵(41)，持续抽取所需监测的污水系统中的污水并经所述污水进水管(4)导入至所述通量箱箱体(1)内，流量控制在5-8L/min；
S23：实时记录所述通量箱箱体(1)内由所述液位传感器(201)采集的液位数据，当液位高度达到所述通量箱箱体(1)高度的1/2时，调整所述进水泵(41)的进水流量至1-2L/min，调整所述污水排出管(5)开合，控制所述通量箱箱体(1)内的液位位于所述通量箱箱体(1)高度的1/2到2/3之间；
S24：持续观察所述通量箱箱体(1)内的污水水体流场，直至流场稳定，流态呈层流或过渡流。
6.根据权利要求4所述的城镇污水系统温室气体释放监测方法，其特征在于：
所述S3中采用静态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测的具体操作步骤如下：
S31a：检查所述进气管阀(61)和所述出气管阀(81)处于打开状态，所述气体采样管阀(71)处于关闭状态，检查所述出气管(8)与所述温室气体在线分析仪(82)之间的连接断开；
S32a：检查所述微型风扇(9)处于启动状态，风速在3m/s左右，打开所述氮气瓶(62)向通量箱内注入清洁氮气，流量控制为约5L/min，持续约2min，确保所述通量箱箱体(1)与所述通量箱箱盖(2)内残留的温室气体全部排出；
S33a：关闭所述进气管阀(61)和所述氮气瓶(62)，关闭所述出气管阀(81)，调整所述微型风扇(9)的风速至0.3-0.5m/s,在所述通量箱箱体(1)内形成微弱的环流风场，保证所述通量箱箱体(1)内的气体均匀混合，实时读取所述气温传感器(202)和所述气压传感器(203)采集的数据，直至数据稳定；
S34a：根据实际情况，每隔一定时间，打开所述气体采样管阀(71)，采集气体样品，每次采样量为0.05-0.2L，完成所有采样后，停止监测；
S35a：采集的气体样品在48小时内完成温室气体浓度分析。
7.根据权利要求4所述的城镇污水系统温室气体释放监测方法，其特征在于：
所述S3中采用动态法对所需监测的污水系统温室气体释放进行监测的具体操作步骤如下：
步骤S31b：检查所述进气管阀(61)和所述出气管阀(81)打开状态，所述气体采样管阀(71)处于关闭状态，断开所述出气管(8)与所述温室气体在线分析仪(82)的连接；
步骤S32b：检查所述微型风扇(9)处于启动状态，风速在3m/s左右，打开所述进气管阀(61)，向所述通量箱箱体(1)内注入清洁氮气，流量控制为约5L/min，持续约2min，确保所述通量箱箱体(1)内残留温室气体全部排出；
步骤S33b：连接所述出气管(8)与所述温室气体在线分析仪(82)，设定所述温室气体在线分析仪(82)的进气流量为0.5L/min左右，同时调整所述进气管阀(61)的开合使进气流量达到相同流量，调整微型风扇风速至0.3-0.5m/s，在所述通量箱箱体(1)内形成微弱的环流风场，保证所述通量箱箱体(1)内气体混合均匀，定时读取所述通量箱箱体(1)内的所述气温传感器(202)和所述气压传感器(203)采集的数据，直至数据稳定；
步骤S34b：实时读取所述温室气体在线分析仪(82)检测的温室气体浓度，直至满足监测需求，停止监测。
8.根据权利要求4所述的城镇污水系统温室气体释放监测方法，其特征在于：
所述S4中采用静态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算具体包括：
根据所述S35a中分析的样品温室气体浓度，进行采样时间序列与温室气体浓度的相关性分析，进行线性回归拟合，并进行统计学检验，当R2>0.9且p<0.05时，认为两者线性显著相关，即得：
Ci＝slopei×(t-t0)
式中，Ci为拟合曲线计算的目标温室气体某一时刻的气体浓度，单位为ppmv，其中i代表CO2、CH3或N2O；slopei为目标温室气体的分析浓度与取样时间线性回归拟合的斜率，表示单位时间内静态箱内目标温室气体浓度的变化量，单位为ppmv/min；t为积累时间，单位为min；t0为初始时间，单位为min，默认为0；
根据气体状态方程，通过以下公式换算为所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量:
Fi＝λ×(Mi/VM)×[V-(H×A)]/A×(P/P0)×[T0/(T0+T)]×slopei
式中，Fi为25℃标准大气压下目标温室气体的释放通量，单位为μg/(m2·h)；λ为单位转换系数；Mi为目标温室气体的摩尔质量数，单位为g/mol；VM为标准摩尔体积，为22.4L/mol；V为通量箱容积，单位为m3；H为通量箱箱体(1)内液位高度，单位为m；A为通量箱箱体(1)内液面面积，单位为m2；P为通量箱箱体(1)内的气压，单位为Pa；P0为标准状态下的大气压，为1.013×105Pa；T为通量箱箱体(1)内气温，单位为℃；T0为25℃对应的绝对温度，为298.15K。
9.根据权利要求4所述的城镇污水系统温室气体释放监测方法，其特征在于：
所述S4中采用动态法对所需监测的污水系统温室气体释放通量进行计算具体包括：
根据所述S34b中分析的样品温室气体浓度，计算所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量，根据气体状态方程，通过以下公式换算为所需监测的污水系统单位液面面积的温室气体排放通量:
Fi＝η×Q×(Mi/VM)×(Ci-C0)/A
其中，Fi为25℃标准大气压下目标温室气体的释放通量，单位为μg/(m2·h)；η为单位转换系数；Q为通过通量箱的气体流量，单位为L/s；Mi为目标温室气体的摩尔质量数，单位为g/mol；VM为标准摩尔体积，为22.4L/mol；Ci为气体在线分析仪监测的目标温室气体浓度，单位为ppmv；C0为进入通量箱的气体中温室气体浓度，默认为0；A为通量箱箱体(1)内液面面积，单位为m2。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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