CN218766216U - 化粪池温室气体采集装置 - Google Patents

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CN218766216U CN202222524706.0U CN202222524706U CN218766216U CN 218766216 U CN218766216 U CN 218766216U CN 202222524706 U CN202222524706 U CN 202222524706U CN 218766216 U CN218766216 U CN 218766216U
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宋广清
李站峰
王军强
曾明骁
夏训峰
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Abstract

本实用新型属于环保技术领域，本实用新型公开了一种化粪池温室气体采集装置，包括：采气箱，采气箱用于采集化粪池温室气体，采气箱为圆柱形，底部开口，顶部封口；集气袋，集气袋与采气箱的采气口通过采气管连通，采气管由采气箱到集气袋依次设有采气泵和电磁阀；电磁阀依次包括第一电磁阀和第二电磁阀，第一电磁阀和第二电磁阀之间的采气管上连接有真空泵；浮球，浮球通过浮球连杆连接在采气箱的外壁上，浮球连杆与采气箱的外壁之间的角度可调；牵引部，牵引部固定在采气箱上，用于牵引采气箱。本实用新型的装置适用于操作空间狭小的户用化粪池温室气体排放收集。

Description

化粪池温室气体采集装置
技术领域
本实用新型涉及环保技术领域，具体涉及一种化粪池温室气体采集装置。
背景技术
本实用新型对于背景技术的描述属于与本实用新型相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本实用新型的实用新型内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本实用新型在首次提出申请的申请日的现有技术。
近年来，随着国家大力推进农村厕所革命，三格化粪池因构造简单、建设成本低廉及无害化效果好等优点，成为大部分地区推广的资源型卫生厕所适宜技术之一。我国化粪池的数量每年以较高增长率持续攀升。文献报道，化粪池是重要的潜在温室气体来源。因此，准确测算来自化粪池的温室气体排放通量对双碳战略实施起到至关重要的作用。
温室气体采集是其排放通量测算的关键环节，国内外学者开展了方形化粪池温室气体排放通量计算方法的研究，而对于目前通用整体式圆柱形化粪池温室气体排放通量的测算方法还未见报道。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的是提供一种化粪池温室气体采集装置，本实用新型的装置适用于操作空间狭小的户用化粪池温室气体排放收集装置。
一种化粪池温室气体采集装置，包括：
采气箱，所述的采气箱用于采集化粪池温室气体，所述的采气箱为圆柱形，底部开口，顶部封口；
集气袋，所述的集气袋与所述的采气箱的采气口通过采气管连通，所述的采气管由采气箱到集气袋依次设有采气泵和电磁阀；所述的电磁阀依次包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述的第一电磁阀和第二电磁阀之间的采气管上连接有真空泵。
浮球，所述的浮球通过浮球连杆连接在所述的采气箱的外壁上，所述的浮球连杆与所述的采气箱的外壁之间的角度可调；
牵引部，所述的牵引部固定在所述的采气箱上，用于牵引所述的采气箱；所述的化粪池温室气体采集装置还包括气压传感器和温度传感器，所述的气压传感器和温度传感器设置在所述的采气箱内；
所述的采气箱的外壁上设有限位器，所述的限位器用于浮球连杆与所述的采气箱的外壁之间的角度调节的限位。
进一步的，所述的化粪池温室气体采集装置还包括浮渣分离装置，用于阻挡浮渣堵塞所述的采气箱。
进一步的，所述的采气箱内设有风扇，所述的风扇设置在距离所述的采气箱顶部30-50cm处。
进一步的，所述的第二电磁阀的数量为3个，3个所述的第二电磁阀并联。
一种化粪池温室气体采集方法，采用上述的装置完成，具体包括如下步骤：
采气前，将浮球收置于采气箱下，然后用牵引部将桶体和浮球一起吊入三格化粪池清掏口内，采气箱下部的浮球在接触液面后，由于浮力的作用，展开分布于筒体四周，为采气箱提供浮力；待浮球，采气箱漂浮稳定好后，开始采气；
采气时：打开第一电磁阀和第二电磁阀，采气泵充气后关闭，电磁阀1关闭，真空泵启动，排空气体后关闭，完成洗袋；然后，第一电磁阀打开，采气泵采气，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，完成一次采集。
一种化粪池温室气体排放通量的测算方法，其特征在于，采用上述的采集方法采集化粪池温室气体采集后温室气体通量的测算采用如下公式：
Figure BDA0003861201080000031
其中，FS是单位气体通量(mg/m2/h或μg/m2/h)；
dc/dt是采气箱内气体浓度随时间的变化率(mg/m3/h)；
M是气体的摩尔质量(g/mol)；
P是采气箱的气压(Pa)；
T是采气箱内的温度(K)；
h是采气箱高出液面的高度(m)；
V0、P0和T0分别是标准状况下气体的体积(22.4L)、压力(101325Pa)和温度(293.15K)；
液面平均深度计算公式：
Figure BDA0003861201080000032
Figure BDA0003861201080000033
Figure BDA0003861201080000034
S液面＝L·D
Figure BDA0003861201080000035
Figure BDA0003861201080000036
气体通量矫正公式：
Figure BDA0003861201080000037
Figure BDA0003861201080000038
Figure BDA0003861201080000039
/>
其中，FH是校正气体通量(mg/m2/h或μg/m2/h)；
dc/dt是集气箱内气体浓度随时间的变化率(mg/m3/h)；
L是1/2化粪池液面宽度(m)
V液是化粪池液体体积(m3)
S截面是化粪池液体截面面积(m2)
D是化粪池长度(m)
M是气体的摩尔质量(g/mol)；
P是采气箱的气压(Pa)；
T是采气箱内的温度(K)；
h是采气箱高出液面的高度(m)；
V0、P0和T0分别是标准状况下气体的体积(22.4L)、压力(101325Pa)和温度(293.15K)；
H是化粪池液面实际深度(m)；
HV是矫正后的深度(m)；
R是化粪池半径(m)。
本实用新型实施例具有如下有益效果：
本实用新型的装置适用于操作空间狭小的户用化粪池温室气体排放收集。
附图说明
图1为本实用新型一种化粪池温室气体采集装置的结构示意图；
图2为本实用新型一种化粪池温室气体采集装置的另一结构示意图；
图3为本实用新型一种化粪池温室气体采集装置使用状态示意图；
图4为本实用新型一种化粪池温室气体采集装置中化粪池内部测算参数位置示意图。
1、采气箱；2、浮球；3、限位器；4、温度传感器；5、气压传感器；6、风扇；7、采气口；8、牵引绳；9、采气管；10、采气泵；11、电磁阀；12、真空泵、13、集气袋；14浮渣分离装置
具体实施方式
下面结合实施例对本申请进行进一步的介绍。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。不同实施例之间可以替换或者合并组合，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，还可以根据这些实施例获得其他的实施方式。
结合附图1-4，一种化粪池温室气体采集装置，包括：
采气箱1，所述的采气箱1用于采集化粪池温室气体，所述的采气箱1为圆柱形，底部开口，顶部封口；
集气袋13，所述的集气袋13与所述的采气箱1的采气口通过采气管9连通，所述的采气管9由采气箱1到集气袋13依次设有采气泵10和电磁阀；所述的电磁阀依次包括第一电磁阀11和第二电磁阀15，所述的第一电磁阀11和第二电磁阀15之间的采气管9上连接有真空泵12。
浮球2，所述的浮球2通过浮球连杆连接在所述的采气箱1的外壁上，所述的浮球连杆与所述的采气箱1的外壁之间的角度可调；
牵引部8，所述的牵引部8固定在所述的采气箱1上，用于牵引所述的采气箱1。
在本实用新型的一些实施例中，所述的化粪池温室气体采集装置还包括气压传感器5和温度传感器4，所述的气压传感器5和温度传感器4设置在所述的采气箱内。
在本实用新型的一些实施例中，所述的采气箱1的外壁上设有限位器3，所述的限位器3用于浮球连杆与所述的采气箱1的外壁之间的角度调节的限位。
在本实用新型的一些实施例中，限位器结构如下，利用绳索连接箱体与浮球连杆，绳索一头固定于箱体与浮球连杆连接处下方6cm处，另外一头固定于浮球连杆中间处。
在本实用新型的一些实施例中，所述的化粪池温室气体采集装置还包括浮渣分离装置14，用于阻挡浮渣堵塞所述的采气箱1。
在本实用新型的一些实施例中，浮渣分离装置下部网面由PVC板材制成圆锥状，并打孔成为网状结构，用于排开其上连接一PVC圆筒，此外浮渣分离装置外联连接杆，用于作业时收容浮球，穿过化粪池清掏口。
在本实用新型的一些实施例中，所述的采气箱内设有风扇6，所述的风扇6设置在距离所述的采气箱1顶部30-50cm处。
在本实用新型的一些实施例中，所述的第二电磁阀15的数量为3个，3个所述的第二电磁阀并联。
每部分组成及其功能介绍：
1、采气箱：圆柱形，采用PVC板材制作，直径200mm，高度250mm，底部开口，顶部封口，其上固定有牵引绳8、温度传感器4、气压传感器5、小风扇6以及采气口7。箱体外部附有限位器3，浮球2通过限位器3半固定于箱体上。采气箱吃水深度通过调节浮球大小与浮球连接杆调角度控制在50mm。
2、浮球：浮球2通过连接杆固定于采气箱1外部的限位器3上。浮球在采样前收置于箱体下部，方便采样箱出入化粪池清掏口。采气时，将浮球收置于采气箱下，然后用牵引绳将采气箱1吊入三格化粪池清掏口内，浮球2在接触液面后，由于浮力的作用，展开分布于筒体四周，为采气箱1提供浮力；采样结束后，用牵引绳8吊出采气箱，浮球2在重力的作用下自动收置于采气箱体1下部。
3、限位器：限位器3固定于采气箱1外部，连接采气箱与浮球连杆，同时用于限制浮球连杆与采气箱的角度，保持采气箱稳定，控制采气箱吃水深度。
4、温度传感器：温度传感器4固定在采气箱1的顶部并延伸到采气箱1的内部，距离采气箱1的顶部15-20mm的位置处。保证温度传感器4可以准确地测量采气箱1内的温度。对箱内的温度值进行实时自动测量。
5、气压传感器：气压传感器5固定在采气箱1的顶部并延伸到采气箱1的内部，距离采气箱1的顶部15-20mm的位置处。保证气压传感器5可以准确地测量采气箱1内的气压。对箱内的压力值进行实时自动测量，对提高气体通量计算结果的准确性，消除了因箱内压力条件改变带来的误差，提高温室气体通量测算准确性。
6、风扇：风扇6固定在采气箱1的顶部并延伸到采气箱1的内部，距离采气箱1的顶部30-50mm的位置处。保证可混匀采气箱1内的气体。
7、采气口：采气口7，由直径2mm，长150mm的铁管制成,固定于采气箱1的顶部，并插入采气箱1中，保证采集到采气箱1中间位置的气体。
8、牵引绳：牵引绳8用于采样时吊入吊出采气箱1。
9、采气管：采气管9用于气路连接，采集气体。
10、采气泵：采气泵10用于采集气体，泵入集气袋13。
11、电磁阀：电磁阀11用于控制气路开关。
12、真空泵：真空泵12用于排空气路及集气袋13中的气体。充分冲洗气袋，防止气样受到污染，提高监测精度。
13、集气袋：集气袋13用于收集化粪池气体。
14、浮渣分离装置：浮渣分离装置14用于化粪池液面浮渣过多时破开浮渣的阻碍。避免浮渣堵塞采气箱，减少浮渣对采集过程的影响。
一种化粪池温室气体采集方法，采用上述的装置完成，具体包括如下步骤：
采气前，将浮球收置于采气箱下，然后用牵引部将桶体和浮球一起吊入三格化粪池清掏口内，采气箱下部的浮球在接触液面后，由于浮力的作用，展开分布于筒体四周，为采气箱提供浮力；待浮球，采气箱漂浮稳定好后，开始采气；
采气时：打开第一电磁阀和第二电磁阀，采气泵充气后关闭，电磁阀1关闭，真空泵启动，排空气体后关闭，完成洗袋；然后，第一电磁阀打开，采气泵采气，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，完成一次采集。
采气前，将浮球收置于采气箱下，然后用牵引绳将桶体和浮球一吊入三格化粪池清掏口内，桶下部的浮球在接触液面后，由于浮力的作用，展开分布于筒体四周，为采气箱提供浮力。待浮球，采气箱漂浮稳定好后，开始采气
采气时：电磁阀1、2打开(电磁阀3，4，用于多次采气时代替电磁阀2的作用，即封闭气袋口，由于需要连续监测，可设立多个采气袋及气袋口电磁阀，在采气前并联安装多个采气袋及封口电磁阀，便于自动化多次采样，采样结束后一次性收取多个气袋，实现无人值守，节约人力，自动多次采样。)，采气泵充气后关闭，电磁阀1关闭，真空泵启动，排空气体后关闭，完成洗袋(置换集气袋气体，减小测算误差)。然后，电磁阀1打开，采气泵采气，电磁阀1、2关闭，完成一次采样。
采气结束后，用牵引绳吊出采气箱，浮球在重力的作用下自动收置于采气箱体下部，通过狭窄的清掏口。采气后及时清洗以及消毒装置。
化粪池温室气体采集后温室气体通量的测算采用如下公式：
Figure BDA0003861201080000081
其中，FS是单位气体通量(mg/m2/h或μg/m2/h)；
dc/dt是采气箱内气体浓度随时间的变化率(mg/m3/h)；
M是气体的摩尔质量(g/mol)；
P是采气箱的气压(Pa)；
T是采气箱内的温度(K)；
h是采气箱高出液面的高度(m)；
V0、P0和T0分别是标准状况下气体的体积(22.4L)、压力(101325Pa)和温度(293.15K)；
液面平均深度计算公式：
Figure BDA0003861201080000091
Figure BDA0003861201080000092
Figure BDA0003861201080000093
S液面＝L·D
Figure BDA0003861201080000094
Figure BDA0003861201080000095
气体通量矫正公式：
Figure BDA0003861201080000096
Figure BDA0003861201080000097
Figure BDA0003861201080000098
其中，FH是校正气体通量(mg/m2/h或μg/m2/h)；dc/dt是集气箱内气体浓度随时间的变化率；
L是1/2化粪池液面宽度(m)
V液是化粪池液体体积(m3)
S截面是化粪池液体截面面积(m2)
D是化粪池长度(m)
M是气体的摩尔质量(g/mol)；
P是采气箱的气压(Pa)；
T是采气箱内的温度(K)；
h是采气箱高出液面的高度(m)；
V0、P0和T0分别是标准状况下气体的体积、压力和温度；
H是化粪池液面实际深度(m)；
HV是矫正后的深度(m)；
R是化粪池半径(m)。
实施案例1：温室气体通量测算方法：
下面对本测算方法进行详细描述。
一种化粪池温室气体采集装置及排放通量核算方法：
在作业使用时，操作人员打开化粪池清掏口将一种化粪池温室气体采集装置用牵引绳放置在化粪池液面上。通过按键对所述装置程序进行设置。开始自动采样工作时，通过温度传感器、压力传感器记录采气箱压强、温度信息。等到预设采样时间段时，采气系统开始自动采气工作。多时段采集检测完成后，开始进行化粪池温室气体测算。
温室气体通量计算：
温室气体(二氧化碳、甲烷)排放量(FS)通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003861201080000101
式中：FS是气体通量(mg/m2/h或μg/m2/h)，dc/dt是采气箱内气体浓度随时间的变化率，M(g/mol)是气体的摩尔质量，P(Pa)是采气箱的气压，T(K)是采气箱内的温度，h(m)是采气箱高出液面的高度，V0、P0和T0分别是标准状况下气体的体积、压力和温度，V0、P0和T0分别是标准状况下气体的体积(22.4L)、压力(101325Pa)和温度(293.15K)。
化粪池温室气体(甲烷)排放通量矫正计算：
由《农村三格式户厕建设规范》(GB/T38836-2020)及对典型整体式化粪池生产建设调研得到小型户用化粪池规格参数。
表1小型户用化粪池规格参数
Figure BDA0003861201080000102
Figure BDA0003861201080000111
以北京地区的三格户用化粪池为例进行实例演算
采样检测时集气箱内气压为100000pa，温度为303.15K(30℃)。
化粪池规格参数如表1所示
Figure BDA0003861201080000112
FH是校正气体通量(mg/m2/h或μg/m2/h)，dc/dt是采气箱内气体浓度随时间的变化率CO2(200mg/m3/h)、CH4(250mg/m3/h)，M(g/mol)是气体的摩尔质量，CO2(44g/mol)、CH4(16.043g/mol)、N2O(30.01g/mol)，P(Pa)是采气箱的气压100000pa，T(K)是采气箱内的温度303.15K(30℃)，h(m)是采气箱高出液面的高度0.2m，V0、P0和T0分别是标准状况下气体的体积(22.4L)、压力(101325Pa)和温度(293.15K)。H是化粪池液面实际深度，HV是矫正后的化粪池平均深度，R是化粪池半径。
经计算后得到三格化粪池各格二氧化碳和甲烷排放通量如表2、表3所示：
表2三格化粪池各格二氧化碳排放通量
Figure BDA0003861201080000113
表3三格化粪池各格甲烷排放通量
Figure BDA0003861201080000121
一般小型户用化粪池中氧化亚氮生成量极低，可忽略不计。
目前化粪池甲烷气体通量监测主要监测化粪池第一格通气口甲烷浓度，或者监测化粪池液面上部空间甲烷浓度，这些监测方法监测出来的甲烷浓度是化粪池上部空间长时间汇集的甲烷，无法监测化粪池液体及底泥甲烷气体即时产量。本装置及测算方法可监测小型户用化粪池甲烷即时通量，且针对目前大量使用的小型圆柱形整体式户用化粪池进行矫正计算，使小型户用化粪池甲烷通量监测更加精准。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上介绍仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种化粪池温室气体采集装置，其特征在于，包括：
采气箱，所述的采气箱用于采集化粪池温室气体，所述的采气箱为圆柱形，底部开口，顶部封口；
集气袋，所述的集气袋与所述的采气箱的采气口通过采气管连通，所述的采气管由采气箱到集气袋依次设有采气泵和电磁阀；所述的电磁阀依次包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述的第一电磁阀和第二电磁阀之间的采气管上连接有真空泵；
浮球，所述的浮球通过浮球连杆连接在所述的采气箱的外壁上，所述的浮球连杆与所述的采气箱的外壁之间的角度可调；
牵引部，所述的牵引部固定在所述的采气箱上，用于牵引所述的采气箱；
所述的化粪池温室气体采集装置还包括气压传感器和温度传感器，所述的气压传感器和温度传感器设置在所述的采气箱内；
所述的采气箱的外壁上设有限位器，所述的限位器用于浮球连杆与所述的采气箱的外壁之间的角度调节的限位。
2.根据权利要求1所述的化粪池温室气体采集装置，其特征在于，所述的化粪池温室气体采集装置还包括浮渣分离装置，用于阻挡浮渣堵塞所述的采气箱。
3.根据权利要求1所述的化粪池温室气体采集装置，其特征在于，所述的采气箱内设有风扇，所述的风扇设置在距离所述的采气箱顶部30-50cm处。
4.根据权利要求3所述的化粪池温室气体采集装置，其特征在于，所述的第二电磁阀的数量为3个，3个所述的第二电磁阀并联。
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